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1、气门凹模气门凹模的使用寿命影响分析使用寿命影响分析阳益贵阳益贵1 1，王先文，王先文2 2(1.衡阳财经工业职业技术学院，湖南 衡阳 421002 2.湖南天雁机械有限责任公司，湖南 衡阳 421010)摘要 气门是发动机配气机构的关键零件，气门毛坯的成型质量主要依靠凹模的质量来 保证。通过全面的、系统地分析凹模在锻造气门毛坯过程中存在的一些常见的问题，找出凹 模失效模式，延长凹模的使用寿命及提高气门毛坯质量的途径。 关键词 气门凹模 使用寿命 毛坯质量 分析The analysis of the Influence on the Service Life of Valve Concave D
2、ieYANG Yi-gui1，WANG Xian-wen21.Hengyang Finance Economic and Undustry Vocational college, Hengyang, Hunan2. Hunan Tyen Machinery co., LTD, Hengyang, HunanAbstract: Valve is a vital component of engines admission gear, and the shaping quality of Valves blank is mainly ensured by quality of concave di
3、e. Thoughout fully and scientifically analyzed on some common problems which appeared in the smithing process of Valves blank, author found out the disable mode of concave, and concluded the way to extending the service life of concave die and improving the quality of Valves blank. Key words: valve
4、concave die; service life ; quality of Valves blank; analyze作者简介作者简介：阳益贵（1962），男。湖南衡阳人，副教授，主要研究方向为模夹具技术的开发与 应用。0 0、引言、引言 模具寿命是指模具在保证产品零件质量的前提下，所能加工制件的总数量，它包括工 作面的多次修磨和易损件更换后的寿命。气门凹模是用来加工气门毛坯的最重要的基础工 艺装备。其使用性能随使用时间的增加而逐渐劣化，从而影响气门毛坯的质量。生产中， 要确保气门毛坯质量则往往导致凹模使用时间短，即使用寿命短；而凹模使用时间越长则 气门毛坯质量越难以保证。那么，怎样才能二者
5、兼顾呢？国内各气门制造公司纷纷反映模 具消耗量与日俱增，模具使用寿命的长短直接影响气门产品的质量和公司的经济效益，更 不利于市场竞争。因此，怎样在保证气门毛坯质量基础上延长模具的使用寿命已成为各气 门制造公司十分关注的课题。鉴于此，我们开展了针对 M82099C 凹模（国气门毛坯凹 模）使用寿命的现场全程追踪，并以此为例，不断摸索，模具的主要失效模式，为延长凹 模的使用寿命寻找突破口。 1 1、M82M82099C099C 凹模现场工作情况凹模现场工作情况 基于公司现有的生产设备及生产环境，我们对 M82099C 凹模的使用寿命进行了全程 的现场跟踪，探索凹模在使用过程中存在的问题并提出解决方
6、案。具体情况如下： 1.11.1、300300 吨负荷下工作的吨负荷下工作的 M82M82099C099C 凹模凹模 表格 1修模（次）产出数量（支）修模原因新凹模21、第一支气门毛坯颈部圆弧过渡区拖不起。 2、第二支气门毛坯锥度尺寸过小。121、气门毛坯焦点尺寸小于工艺要求。21431、上模凸出，凹模模膛边缘受挤压力过大造成坍塌。371、气门毛坯焦点尺寸小于工艺要求。42551、气门毛坯锥面跳动超过工艺要求。511151、锻件放偏，锻打时划伤凹模模膛，拔模角度处出 现毛刺，造成气门毛坯杆部严重损伤，影响气门毛 坯质量。613231、 卡模（来料杆部弯曲；电镦时通杆被顶弯） ，取 不出，此凹模
7、不可再修复，生命终止。合计2847双盘摩擦压力机下工作的 M82099C 凹模情况0200400600800100012001400123456789（图 1） 双盘摩擦压力机下工作的 M82099C 凹模趋势图 1.21.2、400400 吨负荷下工作的吨负荷下工作的 M82M82099C099C 凹模凹模 表格 2修模（次）产品数量 （支）修模原因新凹模11、气门毛坯颈部圆弧过渡区拖不起。151、气门毛坯焦点尺寸小于工艺要求。29861、打击能量调节的过大，凹模模膛承受的冲击力过大而塌陷。32771、 气门毛坯飞边过大。 2、 气门毛坯锥面跳动超过工艺要求。42551、凹模边缘坍塌而导致气
8、门毛坯卡模。512561、气门毛坯锥面跳动超过工艺要求。65691、气门毛坯焦点尺寸大于工艺要求。75811、通孔尺寸偏大，拔模角度过大，凹模高度偏小等原因使得毛 坯锥面跳动过大。84491、通孔尺寸过大，颈部局部不规则，拔模角度过大，毛坯锥面 跳动已经难以保证，直边缺块造成修模后高度不足，已经到达使 用寿命终端。 合计4379螺旋压力机下工作的 M82099C 凹模情况0200400600800100012001400123456789（图 2） 螺旋压力机下工作的 M82099C 凹模趋势图2 2、凹模主要修模原因分析、凹模主要修模原因分析 2.12.1、模膛结构设计、模膛结构设计 凹模设
9、计过程中，气门材料的实际收缩量是难以确定的一个数值，导致难以设计出符 合实际生产需求的尺寸 。此外，凹模在精加工过程中，由于设备问题、人为错误等导致实 际尺寸与设计尺寸不一致等问题均可导致凹模的首次成功使用率低。 2.22.2、锻打频率、锻打频率 凹模所承受的锻打频率越高，其工作时的温度越高越容易失效，模膛内的高温、高热 得不到及时散发，形成强大的内、外应力，因而凹模硬度降低，产生坍塌、疲劳裂纹、脆 裂等失效模式，严重降低凹模使用寿命。 2.32.3、锻打能量、锻打能量锤击过程中，锻打行程越大，锻打能量越大，模壁受到的拉应力越强烈，特别是圆角 （R 部位） 、锐角接合处等应力集中位置还会产生形
10、变，进而造成凹模的坍塌、裂纹等失效 模式，严重气门毛坯的质量及凹模的使用寿命。 2.42.4、其它、其它 1、操作者的思维模式直接决定着凹模所承受的锻打能量，过大的锻打能量会降低凹 模的使用寿命。 2、由于操作者的粗心大意将蒜头放偏等不适当操作行为都可能使凹模的模膛受损， 起毛刺，导致修模，甚至报废。 3、凹模随着工作时间越长其模膛受损程度越大，气门毛坯的锥面跳动超出工艺要求 的几率越多，其它外观尺寸也难以控制。 4、模膛的表面受到高温金属流动时产生的摩擦作用，尤其是气门蒜头表面的氧化皮 导致摩擦作用更加剧烈，是模膛表面加速磨损，甚至会出现剥落现象。 5、凹模受到高温金属和冷却剂的交替作用，容
11、易发生接触疲劳。 6、模具材料的选用热处理的方法不适当使模具的硬度、强度、韧性等方面达不到生 产要求，最终导致凹模在使用过程中的龟裂，端面坍塌等不良现象。总之，气门毛坯的各项工艺尺寸、外观达不到工艺要求，或者增加后续工序困难，需 要修模控制气门毛坯的质量时，都会影响到凹模的使用寿命。气门毛坯锥面跳动0.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0090.0023002500 2700 2900 31003300 3500 3700 3900 41004300实测 最低要求（图 3） 气门毛坯锥面跳动趋势图 气门毛坯锥面跳动超差原因很复杂，凹模的使用时间是其
12、主要原因之一。凹模使用时 间越长受损越严重，锥面跳动合格率随凹模严重受损而呈变大趋势。 3 3、延长凹模使用寿命的方案、延长凹模使用寿命的方案 针对凹模的实际使用情况，我们总结出，影响凹模使用寿命的三个方面：凹模的材料 及热处理方面、模膛结构设计和凹模的使用及维护方面。要想延长模具的使用寿命，需要 采用相应的措施。因此，我们提供以下凹模的使用寿命的解决方案与大家一起讨论。 3.13.1、凹模的材料及热处理方面、凹模的材料及热处理方面 3.1.13.1.1、凹模材料的选择原则、凹模材料的选择原则 凹模材料的种类对模具寿命影响很大，若选材不当，性能要求不合理，将导致凹模的 早期失效和浪费。所以，具
13、体选材应综合考虑：抗冲击、耐高温；适合批量生产；设计、 制造工艺等方面的因素。此外，凹模的材料来源应由专人负责、定点采购，严格按照国家 标准来检验凹模的材料的各项指标，只有符合标准的才能用来制造模具。 3.1.23.1.2、凹模的热处理、凹模的热处理 凹模材料性能指标之间有一定的关联。一般来说，强度与硬度之间存在同向关系，强 度高，硬度也高；而强度与韧性之间存在逆向关系，随着材料强度的增高，韧性会下降。 从凹模的使用寿命角度来看，选用适当强度和韧性配合的凹模，从而使凹模的使用寿命更 长；通过适当的热处理，使凹模内部具有高韧性，表面具有高强度及高耐磨性，能有效提 高模具的整体性能，延长其使用寿命
14、。 3.23.2、模膛尺寸设计、模膛尺寸设计 3.2.13.2.1、气门毛坯实际收缩范围、气门毛坯实际收缩范围 热胀冷缩现象是众所周知的常识，因此，冷热气门毛坯的各项尺寸是不相同的（终锻 后，温度最高时的气门毛坯尺寸就是模膛实际尺寸的直观反映） 。所以，气门材料实际收缩 范围是影响模膛的设计精度的最关键要素之一。要想得到高质量的毛坯，就必须根据不同的气门材料，确定不同材料的气门毛坯的实际收缩范围，再以气门毛坯实际收缩范围为参 考，不断修正凹模图纸、数控程序及计量尺寸，以逐步减小模膛的设计误差，得到更加精 确的设计精度。从而提高凹模的首次使用成功率，减少修模次数，延长凹模使用寿命。 3.2.23
15、.2.2、截面形状创新设计、截面形状创新设计模具的截面在强大的冲击力作用下，截面边缘容易塌边现象屡见不鲜，严重阻碍锻件 的脱模。为了减少上、下模在强锤击载荷作用下发生变形所导致的相对微观凸峰，提高模 具的相对强度，我们采取增大凹模截面尺寸以增大截面惯性矩。事实证明，这种创新设计 更方便锻件脱模，有利于延长凹模的使用寿命。如（图 4）所示。（图 4）凹模截面形状创新设计图 3.2.33.2.3、设备精确度、设备精确度 传统的经验修模方式已经跟不上时代的步伐，经验修模及普通机床的精度所修的模具， 且不谈修模效率低，严重的是经常出现 R 不规则、角度尺寸超标等情况，影响气门毛坯的 质量和模具的使用寿
16、命。数控机床以其高效率、高精度等优势正在逐步取代普通机床。要 想提高修模精度、修模效率及凹模首次使用成功率必须采用程序修模。同时，培养高素质 的专业数控编程及加工人才，可以减少修模误差，提高修模质量。 3.33.3、凹模的维护方面、凹模的维护方面 1、作业前应对凹模进行预热处理，消除应力，防止凹模的脆裂现象发生。 2、提高操作者的素质，提倡智慧性操作；杜绝野蛮作业，尤其是重锤空击现象。 3、减少因气门蒜头放偏、杆部小端面周围局部外凸等现象产生的卡模、损伤等现象。 4、及时更换上模，减少因上模的微小凸峰而造成锻打时凹模的塌边。 5、实际打击能量要适当，减少强冲击下凹模的模膛变化。 6、注意凹模的冷却频次，防止其凹模温度过高。 7、注意适当的润滑。 8、及时吹扫型腔内的氧化铁皮。 9、在生产间隙和短时间停产过程中，注意消除凹模的内部应力。 10、经常检验凹模的固定情况，若有螺栓松动，应及时紧固好。 4 4、结语、结语 从以上分析可见，影响凹模的使用寿命的因素繁多而且很复杂，它涉及多
