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    在熱鍛時(shí)，模具的工作環(huán)境非常惡劣，除了要承受較大的載荷外，還要受到交變溫度的影響。模具會(huì)因工件成形溫度高而迅速升溫，此時(shí)對(duì)模具進(jìn)行充分的冷卻是使模具維持正常使用壽命的必要條件一般情況下潤(rùn)滑較少考慮。

    溫鍛成形兼具了冷、熱成形的特點(diǎn)，因此，溫鍛時(shí)不僅要考慮模具的潤(rùn)滑，也必須充分考慮模具的冷卻。實(shí)踐證明:溫鍛，特別是中高溫溫鍛時(shí)，模具的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理或冷卻不充分，將導(dǎo)致模具的早期失效。當(dāng)溫鍛成形溫度在600℃以上時(shí)若冷卻不充分即使采用了較好的模具材料，在鍛造加工高溫、高載荷的連續(xù)作用下，也會(huì)導(dǎo)致模具，特別是凸模的回火軟化，不能發(fā)揮模具的潛在壽命。

    1．溫鍛模具的冷卻方法

    溫鍛時(shí)坯料的加熱溫度一般在800℃以下而且國(guó)內(nèi)普遍采用通用型曲柄壓力機(jī)進(jìn)行成形速度較慢。從坯料入模至鍛件成形一般需3-5s的時(shí)間模具的受熱時(shí)間也相對(duì)較長(zhǎng)溫升就較快。這時(shí)若采用大量冷卻水噴射冷卻，勢(shì)必造成坯料過(guò)冷，同時(shí)也會(huì)沖刷或稀釋模壁與坯料間的潤(rùn)滑劑。使變形抗力急劇上升，溫鍛不能正常進(jìn)行。再者，溫鍛往往與熱鍛不一樣，一火加熱后數(shù)道工序連續(xù)成形，如果冷卻不當(dāng)，至最后一道成形工序時(shí)鍛件已低于終鍛溫度，甚至處于金屬的藍(lán)脆區(qū)域，會(huì)影響鍛件的成形性能和力學(xué)性能。

    在溫鍛時(shí)如何使模具充分冷卻，又不使坯料過(guò)度降溫這是設(shè)計(jì)溫鍛工藝和模具結(jié)構(gòu)時(shí)必須認(rèn)真考慮的問(wèn)題。特別是在中高溫溫度下的溫鍛成形，模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)顯得尤其重要。

    1.1凸模冷卻方法

    在成形模具中凸模因鍛件形狀和使用性能不同其結(jié)構(gòu)可分為型腔式凸模(上模)和壓入式凸模。

    型腔式凸模的內(nèi)形與凹模基本接近，其外形也相對(duì)較大可以參照凹模冷卻方法在模具中布置循環(huán)冷卻水槽。壓入式凸模主要用于成形帶孔的鍛件或擠壓件。凸模除了傳遞壓力外，還起到控制金屬流動(dòng)的作用，所受的單位壓力相對(duì)較高。受鍛件外形尺寸和本身結(jié)構(gòu)的限制壓入式凸模的外形一般較小且呈軸桿形。若在該凸模上開(kāi)循環(huán)冷卻水槽會(huì)使其強(qiáng)度大大下降如果采用冷卻水噴射冷卻冷卻水會(huì)順勢(shì)滴入凹模或直接滴在凹模內(nèi)的坯料上使坯料過(guò)冷溫鍛無(wú)法進(jìn)行。我們?cè)谠O(shè)計(jì)溫鍛模具時(shí)，對(duì)壓入式凸模采用了噴霧冷卻。

    冷卻噴霧是冷卻水和壓縮空氣混合而成的一種水汽，此裝置安裝在凸模上方，呈環(huán)形布置。當(dāng)開(kāi)模時(shí)，霧汽從若干個(gè)噴嘴噴出，對(duì)凸模進(jìn)行冷卻。它的優(yōu)點(diǎn)在于:(1)冷卻霧汽遇到凸模后在對(duì)凸模冷卻的同時(shí)馬上會(huì)蒸發(fā)，因此不會(huì)造成坯料的過(guò)冷。(2)通過(guò)調(diào)節(jié)汽、液閥門(mén)可以控制冷卻水和壓縮空氣的比例，以達(dá)到最佳的冷卻效果。(3)冷卻噴霧通過(guò)銅管上若干個(gè)噴嘴噴出所以對(duì)凸模的冷卻均勻，不會(huì)形成較大的溫度應(yīng)力，從而延長(zhǎng)凸模的使用壽命。

    1.2凹模冷卻機(jī)構(gòu)

    凹模冷卻機(jī)構(gòu)是在預(yù)應(yīng)力圈(外圈和內(nèi)圈)的內(nèi)壁開(kāi)設(shè)若干圈環(huán)形水槽，并鑿?fù)ㄘQ槽和開(kāi)通出水孔使水在外圈和內(nèi)圈內(nèi)部分別環(huán)繞數(shù)周帶走凹模的熱量再流入冷卻裝置。為了便于安裝冷卻系統(tǒng)并且不影響預(yù)應(yīng)力圈的強(qiáng)度在設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力圈時(shí)，外形尺寸應(yīng)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整，取推薦值的上限。

    在溫?cái)D壓時(shí)，冷卻水由外圈的進(jìn)水口注入，在壓力的作用下經(jīng)外圈環(huán)繞水道，到達(dá)內(nèi)圈的下部水孔處并流入內(nèi)圈水槽;在內(nèi)圈，冷卻水通過(guò)兩圈環(huán)形水槽環(huán)繞凹模兩周帶走凹模的熱量再通過(guò)內(nèi)圈上部的水孔流回外圈水槽;經(jīng)外圈水槽再次循環(huán)一周后，從外圈的出水口流出，經(jīng)管道輸入冷卻裝置，進(jìn)行循環(huán)使用。這里值得一提的是，冷卻水必須是閉路循環(huán)，即冷卻水管道要保證封閉，由于冷卻水通道是開(kāi)在預(yù)應(yīng)力圈上，在預(yù)應(yīng)力圈壓合后可以保證管道的密封性所以對(duì)于凹模冷卻采用這種冷卻水循環(huán)的方法是可取的。

    2．模具冷卻與模具壽命
   
    在生產(chǎn)實(shí)際中，采用前述凸、凹模冷卻裝置的溫鍛模具在擠壓材料為GCrl5，直徑27mm、高度59mm的圓錐軸承滾子，成形溫度在700℃，使用模具材料為3Cr2W8V時(shí)，啟用冷卻裝置，模具工作數(shù)小時(shí)后，其溫升不足100℃。經(jīng)批量測(cè)試，模具的平均壽命可以達(dá)3x102件以上。而在同樣的工況下，不啟用凸、凹模冷卻裝置，模具在連續(xù)成形了數(shù)百件鍛件后，凸模就出現(xiàn)了軟化墩粗，而凹模則出現(xiàn)了模膛拉毛出模困難的現(xiàn)象。凸、凹模均早期失效。

    值得一提的是，不同的模具材料開(kāi)啟冷卻裝置的時(shí)機(jī)是不同的。對(duì)于一些對(duì)溫度特別敏感的材料，如高速鋼Wl8Cr4V,W6Mo5Cr4V2等，在模具工作前必須先進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度一般在200℃左右。成形后模具溫升至250℃-300℃時(shí)，再開(kāi)啟冷卻水裝置。否則，過(guò)早開(kāi)啟冷卻水裝置會(huì)影響模具的預(yù)熱溫度，成形時(shí)模具易出現(xiàn)裂紋。合理控制高速鋼的預(yù)熱和冷卻時(shí)機(jī)，可使高速鋼模具的使用壽命得到較大提高。

    3．結(jié)束語(yǔ)

    綜上所述，溫鍛模具的冷卻裝置在模具設(shè)計(jì)時(shí)必須予以高度重視。對(duì)于不同材料和尺寸的鍛件及不同的模具材料，應(yīng)通過(guò)控制冷卻水的水量、開(kāi)啟時(shí)機(jī)來(lái)調(diào)節(jié)模具的冷卻程度，以最大程度地發(fā)揮模具材料的潛在壽命。