氣門凹模的使用壽命影響分析陽(yáng)益貴1,王先文2（1.衡陽(yáng)財(cái)經(jīng)工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南衡陽(yáng)421002湖南天雁機(jī)械有限責(zé)任公司，湖南衡陽(yáng)421010）［摘要］氣門是發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵零件，氣門毛坯的成型質(zhì)量主要依靠凹模的質(zhì)量來(lái)保證。通過(guò)全面的、系統(tǒng)地分析凹模在鍛造氣門毛坯過(guò)程中存在的一些常見的問(wèn)題，找出凹模失效模式，延長(zhǎng)凹模的使用壽命及提高氣門毛坯質(zhì)量的途徑。［關(guān)鍵詞］ 氣門凹模 使用壽命 毛坯質(zhì)量 分析TheanalysisoftheInfluenceontheServiceLifeofValveConcaveDieYANGYi-guii，WANGXian-wen2HengyangFinanceEconomicandUndustryVocationalcollege,Hengyang,HunanHunanTyenMachineryco.,LTD,Hengyang,HunanAbstract:Valveisavitalcomponentofengine5sadmissiongear,andtheshapingqualityofValve’sblankismainlyensuredbyqualityofconcavedie.ThoughoutfullyandscientificallyanalyzedonsomecommonproblemswhichappearedinthesmithingprocessofValve’sblank,authorfoundoutthedisablemodeofconcave,andconcludedthewaytoextendingtheservicelifeofconcavedieandimprovingthequalityofValve’sblank.Keywords:valveconcavedie;servicelife;qualityofValve’sblank;analyze作者簡(jiǎn)介：陽(yáng)益貴（1962一），男。湖南衡陽(yáng)人，副教授，主要研究方向?yàn)槟A具技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用。0、引言模具壽命是指模具在保證產(chǎn)品零件質(zhì)量的前提下，所能加工制件的總數(shù)量，它包括工作面的多次修磨和易損件更換后的壽命。氣門凹模是用來(lái)加工氣門毛坯的最重要的基礎(chǔ)工藝裝備。其使用性能隨使用時(shí)間的增加而逐漸劣化，從而影響氣門毛坯的質(zhì)量。生產(chǎn)中，要確保氣門毛坯質(zhì)量則往往導(dǎo)致凹模使用時(shí)間短，即使用壽命短；而凹模使用時(shí)間越長(zhǎng)則氣門毛坯質(zhì)量越難以保證。那么，怎樣才能二者兼顧呢？國(guó)內(nèi)各氣門制造公司紛紛反映模具消耗量與日俱增，模具使用壽命的長(zhǎng)短直接影響氣門產(chǎn)品的質(zhì)量和公司的經(jīng)濟(jì)效益，更不利于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。因此，怎樣在保證氣門毛坯質(zhì)量基礎(chǔ)上延長(zhǎng)模具的使用壽命已成為各氣門制造公司十分關(guān)注的課題。鑒于此，我們開展了針對(duì)M82—099C凹模（國(guó)III氣門毛坯凹模）使用壽命的現(xiàn)場(chǎng)全程追蹤，并以此為例，不斷摸索，模具的主要失效模式，為延長(zhǎng)凹模的使用壽命尋找突破口。1、M82—099C凹模現(xiàn)場(chǎng)工作情況基于公司現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)環(huán)境，我們對(duì)M82—099C凹模的使用壽命進(jìn)行了全程的現(xiàn)場(chǎng)跟蹤，探索凹模在使用過(guò)程中存在的問(wèn)題并提出解決方案。具體情況如下：1.1、300噸負(fù)荷下工作的M82—099C凹模表格1修模（次）產(chǎn)出數(shù)量（支）修模原因至Fnn焙o1、第一支氣門毛坯頸部圓弧過(guò)渡區(qū)拖不起。新凹模22、第二支氣門毛坯錐度尺寸過(guò)小。121、氣門毛坯焦點(diǎn)尺寸小于工藝要求。21431、上模凸出，凹模模膛邊緣受擠壓力過(guò)大造成坍塌。371、氣門毛坯焦點(diǎn)尺寸小于工藝要求。42551、氣門毛坯錐面跳動(dòng)超過(guò)工藝要求。1、鍛件放偏，鍛打時(shí)劃傷凹模模膛，拔模角度處出51115現(xiàn)毛刺，造成氣門毛坯桿部嚴(yán)重?fù)p傷，影響氣門毛坯質(zhì)量。613231、卡模（來(lái)料桿部彎曲；電鐓時(shí)通桿被頂彎），取不出，此凹模不可再修復(fù)，生命終止。合計(jì)2847123456789（圖1）雙盤摩擦壓力機(jī)下工作的M82—099C凹模趨勢(shì)圖1.2、400噸負(fù)荷下工作的M82—099C凹模表格2修模（次）產(chǎn)品數(shù)量（支）修模原因新凹模11、氣門毛坯頸部圓弧過(guò)渡區(qū)拖不起。151、氣門毛坯焦點(diǎn)尺寸小于工藝要求。29861、打擊能量調(diào)節(jié)的過(guò)大，凹模模膛承受的沖擊力過(guò)大而塌陷。32771、 氣門毛坯飛邊過(guò)大。2、 氣門毛坯錐面跳動(dòng)超過(guò)工藝要求。42551、凹模邊緣坍塌而導(dǎo)致氣門毛坯卡模。512561、氣門毛坯錐面跳動(dòng)超過(guò)工藝要求。65691、氣門毛坯焦點(diǎn)尺寸大于工藝要求。75811、通孔尺寸偏大，拔模角度過(guò)大，凹模高度偏小等原因使得毛坯錐面跳動(dòng)過(guò)大。1、通孔尺寸過(guò)大，頸部局部不規(guī)則，拔模角度過(guò)大，毛坯錐面跳8449動(dòng)已經(jīng)難以保證，直邊缺塊造成修模后高度不足，已經(jīng)到達(dá)使用壽命終端。合計(jì)4379螺旋壓力機(jī)下工作的M82—099C凹模情況（圖2） 螺旋壓力機(jī)下工作的M82—099C凹模趨勢(shì)圖2、凹模主要修模原因分析2.1、 模膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)凹模設(shè)計(jì)過(guò)程中，氣門材料的實(shí)際收縮量是難以確定的一個(gè)數(shù)值，導(dǎo)致難以設(shè)計(jì)出符合實(shí)際生產(chǎn)需求的尺寸。此外，凹模在精加工過(guò)程中，由于設(shè)備問(wèn)題、人為錯(cuò)誤等導(dǎo)致實(shí)際尺寸與設(shè)計(jì)尺寸不一致等問(wèn)題均可導(dǎo)致凹模的首次成功使用率低。2.2、 鍛打頻率凹模所承受的鍛打頻率越高，其工作時(shí)的溫度越高越容易失效，模膛內(nèi)的高溫、高熱得不到及時(shí)散發(fā)，形成強(qiáng)大的內(nèi)、外應(yīng)力，因而凹模硬度降低，產(chǎn)生坍塌、疲勞裂紋、脆裂等失效模式，嚴(yán)重降低凹模使用壽命。2.3、 鍛打能量錘擊過(guò)程中，鍛打行程越大，鍛打能量越大，模壁受到的拉應(yīng)力越強(qiáng)烈，特別是圓角（R部位）、銳角接合處等應(yīng)力集中位置還會(huì)產(chǎn)生形變，進(jìn)而造成凹模的坍塌、裂紋等失效模式，嚴(yán)重氣門毛坯的質(zhì)量及凹模的使用壽命。2.4、 其它1、 操作者的思維模式直接決定著凹模所承受的鍛打能量，過(guò)大的鍛打能量會(huì)降低凹模的使用壽命。2、 由于操作者的粗心大意將蒜頭放偏等不適當(dāng)操作行為都可能使凹模的模膛受損，起毛刺，導(dǎo)致修模，甚至報(bào)廢。3、 凹模隨著工作時(shí)間越長(zhǎng)其模膛受損程度越大，氣門毛坯的錐面跳動(dòng)超出工藝要求的幾率越多，其它外觀尺寸也難以控制。4、 模膛的表面受到高溫金屬流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦作用，尤其是氣門蒜頭表面的氧化皮導(dǎo)致摩擦作用更加劇烈，是模膛表面加速磨損，甚至?xí)霈F(xiàn)剝落現(xiàn)象。5、 凹模受到高溫金屬和冷卻劑的交替作用，容易發(fā)生接觸疲勞。6、 模具材料的選用熱處理的方法不適當(dāng)使模具的硬度、強(qiáng)度、韌性等方面達(dá)不到生產(chǎn)要求，最終導(dǎo)致凹模在使用過(guò)程中的龜裂，端面坍塌等不良現(xiàn)象。

總之，氣門毛坯的各項(xiàng)工藝尺寸、外觀達(dá)不到工藝要求，或者增加后續(xù)工序困難，需要修?？刂茪忾T毛坯的質(zhì)量時(shí)，都會(huì)影響到凹模的使用壽命。氣門毛坯錐面跳動(dòng)90.0080.0070.0060.0050.0040.0030.0020.0010.00—實(shí)測(cè)J最低要求—實(shí)測(cè)J最低要求（圖3）氣門毛坯錐面跳動(dòng)趨勢(shì)圖氣門毛坯錐面跳動(dòng)超差原因很復(fù)雜，凹模的使用時(shí)間是其主要原因之一。凹模使用時(shí)間越長(zhǎng)受損越嚴(yán)重，錐面跳動(dòng)合格率隨凹模嚴(yán)重受損而呈變大趨勢(shì)。3、延長(zhǎng)凹模使用壽命的方案針對(duì)凹模的實(shí)際使用情況，我們總結(jié)出，影響凹模使用壽命的三個(gè)方面：凹模的材料及熱處理方面、模膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和凹模的使用及維護(hù)方面。要想延長(zhǎng)模具的使用壽命，需要采用相應(yīng)的措施。因此，我們提供以下凹模的使用壽命的解決方案與大家一起討論。3.1、 凹模的材料及熱處理方面3.1.1、 凹模材料的選擇原則凹模材料的種類對(duì)模具壽命影響很大，若選材不當(dāng)，性能要求不合理，將導(dǎo)致凹模的早期失效和浪費(fèi)。所以，具體選材應(yīng)綜合考慮：抗沖擊、耐高溫；適合批量生產(chǎn)；設(shè)計(jì)、制造工藝等方面的因素。此外，凹模的材料來(lái)源應(yīng)由專人負(fù)責(zé)、定點(diǎn)采購(gòu)，嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)來(lái)檢驗(yàn)凹模的材料的各項(xiàng)指標(biāo)，只有符合標(biāo)準(zhǔn)的才能用來(lái)制造模具。3.1.2、 凹模的熱處理凹模材料性能指標(biāo)之間有一定的關(guān)聯(lián)。一般來(lái)說(shuō)，強(qiáng)度與硬度之間存在同向關(guān)系，強(qiáng)度高，硬度也高；而強(qiáng)度與韌性之間存在逆向關(guān)系，隨著材料強(qiáng)度的增高，韌性會(huì)下降。從凹模的使用壽命角度來(lái)看，選用適當(dāng)強(qiáng)度和韌性配合的凹模，從而使凹模的使用壽命更長(zhǎng)；通過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚?，使凹模?nèi)部具有高韌性，表面具有高強(qiáng)度及高耐磨性，能有效提高模具的整體性能，延長(zhǎng)其使用壽命。3.2、 模膛尺寸設(shè)計(jì)3.2.1、氣門毛坯實(shí)際收縮范圍熱脹冷縮現(xiàn)象是眾所周知的常識(shí)，因此，冷熱氣門毛坯的各項(xiàng)尺寸是不相同的（終鍛后，溫度最高時(shí)的氣門毛坯尺寸就是模膛實(shí)際尺寸的直觀反映）。所以，氣門材料實(shí)際收縮范圍是影響模膛的設(shè)計(jì)精度的最關(guān)鍵要素之一。要想得到高質(zhì)量的毛坯，就必須根據(jù)不同的氣門材料，確定不同材料的氣門毛坯的實(shí)際收縮范圍，再以氣門毛坯實(shí)際收縮范圍為參考，不斷修正凹模圖紙、數(shù)控程序及計(jì)量尺寸，以逐步減小模膛的設(shè)計(jì)誤差，得到更加精確的設(shè)計(jì)精度。從而提高凹模的首次使用成功率，減少修模次數(shù)，延長(zhǎng)凹模使用壽命。3.2.2、截面形狀創(chuàng)新設(shè)計(jì)模具的截面在強(qiáng)大的沖擊力作用下，截面邊緣容易塌邊現(xiàn)象屢見不鮮，嚴(yán)重阻礙鍛件的脫模。為了減少上、下模在強(qiáng)錘擊載荷作用下發(fā)生變形所導(dǎo)致的相對(duì)微觀凸峰，提高模具的相對(duì)強(qiáng)度，我們采取增大凹模截面尺寸以增大截面慣性矩。事實(shí)證明，這種創(chuàng)新設(shè)計(jì)更方便鍛件脫模，有利于延長(zhǎng)凹模的使用壽命。如（圖4）所示。（圖4）凹模截面形狀創(chuàng)新設(shè)計(jì)圖3.2.3、 設(shè)備精確度傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)修模方式已經(jīng)跟不上時(shí)代的步伐，經(jīng)驗(yàn)修模及普通機(jī)床的精度所修的模具，且不談修模效率低，嚴(yán)重的是經(jīng)常出現(xiàn)R不規(guī)則、角度尺寸超標(biāo)等情況，影響氣門毛坯的質(zhì)量和模具的使用壽命。數(shù)控機(jī)床以其高效率、高精度等優(yōu)勢(shì)正在逐步取代普通機(jī)床。要想提高修模精度、修模效率及凹模首次使用成功率必須采用程序修模。同時(shí)，培養(yǎng)高素質(zhì)的專業(yè)數(shù)控編程及加工人才，可以減少修模誤差，提高修模質(zhì)量。3.3、 凹模的維護(hù)方面1、 作業(yè)前應(yīng)對(duì)凹模進(jìn)行預(yù)熱處理，消除應(yīng)力，防止凹模的脆裂現(xiàn)象發(fā)生。2、 提高操作者的素質(zhì)，提倡智慧性操作；杜絕野蠻作業(yè)，尤其是重錘空擊現(xiàn)象。3、 減少因氣門蒜頭放偏、桿部小端面周圍局部外凸等現(xiàn)象產(chǎn)生的卡模、損傷等現(xiàn)象。4、 及時(shí)更換上模，減少因上模的微小凸峰而造成鍛打時(shí)凹模的塌邊。5、 實(shí)際打擊能量要適當(dāng)，減少?gòu)?qiáng)沖擊下凹模的模膛變化。6、 注意凹模的冷卻頻次，防止其凹模溫度過(guò)高。7、 注意適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑。8、 及時(shí)吹掃型腔內(nèi)的氧化鐵皮。9、 在生產(chǎn)間隙和短時(shí)間停產(chǎn)過(guò)程中，注意消除凹模的內(nèi)部應(yīng)力。10、 經(jīng)常檢驗(yàn)凹模的固定情況，若有螺栓松動(dòng)，應(yīng)及時(shí)緊固好。4、結(jié)語(yǔ)從以上分析可