陕西法士特汽车传动集团公司始建于1968年，2017年产销变速器超过100万台。法士特公司年需求齿轮5000万只，大部分由法士特锻造承制。法士特锻造具备年产锻件10万吨的能力，在锻造工艺、加工设备、模具管理等方面，均有非常成熟的体系和经验。
图1 自动线上常见锻件品种
法士特公司作为汽车零部件生产商，锻件需求量大，无论是在自动锻造线上，还是普通的锻压机上，每年所消耗的工装及辅料费用巨大。而脱模剂的选择又直接关系到锻造模具的有效使用寿命，因此如何选择一款“性价比”较高的脱模剂就成为法士特锻造节能降耗很关键的环节。
对自动锻造线而言，选择脱模剂的主要标准是：能保证连续生产、不能频繁停机，模具寿命较长、不能频繁换模，模具失效形式主要为磨损以便模具重复利用，以及单件锻件的生产成本（含脱模剂费用、模具费用）最低。根据这几个原则，我们进行了自动线的脱模剂实验。
观察自动锻造线的常见锻件品种（图1）模具的失效形式，有一部分是如图2所示的异常失效，这种类似“气蚀”的开口失效形式在普通锻压机上从来没有出现过。分析工艺及模具设计过程，为什么与普通锻压机基本一致的型腔设计思路，在自动锻造线上却会出现这样完全不同的失效形式呢？经过一段时间的工艺验证，我们发现，应该是与终锻成形过程中，在模具和预锻件接触时形成了封闭腔体有关（图3）。由于自动线的喷淋量更大，封闭腔体内部的液体在高温环境下迅速汽化，在几千上万次的气体“气蚀”力作用下，模具便形成了图2这种特殊的失效模式。据此思路，我们改进了自动锻造线的型腔设计，基本避免了模具“气蚀”异常失效。脱模剂实验就选择了这样一个锻件品种进行。
图2 自动线模具异常失效
图3 封闭腔体
⑴实验设备：3500t自动锻造线。
⑵使用模具：第3、4道为关键模具，更换脱模剂时全套换新；第4道上模为重点监控模具，各脱模剂品牌均使用同批次模具；第1、2道模具对实验结果无影响，只在必要时更换。
⑴脱模剂用量：日常生产配比为10%～15%，常用比例为12%，各脱模剂厂家可根据自己的产品性能推荐比例。
⑵下顶出力：下顶出力最大为10t，当超过10t时设备将报警，若频繁报警，生产将会中断。
⑶模具状态：模具下线后对模具表面状态进行对比。
⑴模具状态。
1）模具是否出现“气蚀”开口及出现时间。
本次实验选择了6种脱模剂，其中有两种是我们日常在使用的，根据本次实验的结果发现，在我们已经对模具型腔进行了改进、基本消除了“气蚀”的情况下，使用3#～6#四个品种脱模剂的模具仍然出现这种异常失效，使用5#和6#脱模剂的模具甚至在仅生产了500～800件时即出现“开口”。使用6#脱模剂的模具不仅早期“开口”，甚至还引起锻件频繁跳模，导致生产无法正常进行，最后不得不终止实验，观察使用6#脱模剂的下线模具，虽然只生产了不到3000件，但其表面已经出现严重的径向划槽，说明润滑状态很差。而使用1#和2#脱模剂的模具则生产至8000件左右，表面状态依然不错。见图4对比。
图4 6种脱模剂“气蚀”失效对比
2）其他模具表面状态。
表1是6种脱模剂实验完成后，模具使用情况的统计表，可以看到，除了终锻上模“气蚀”失效对比明显以外，其余模具表面状况差别也很大。例如使用3#和6#脱模剂：预锻上模、预锻下模表面均出现严重径向沟槽报废；终锻下模第1件均异常开裂，换了第2件。使用4#和5#脱模剂：终锻下模镶块均出现较深的环槽，不可再继续使用。
⑵下顶出力。
3500t自动锻造线在顶出力超过10t时会报警停机，需要更换预、终锻下模镶块。本次实验，使用3#、4#、6#脱模剂的模具均更换过下模镶块，甚至出现过下模镶块开裂。
⑶脱模剂用量。
实验的6种脱模剂，1#～5#混合比例均按12%设定，6#则陆续由12%调整至20%、24%，最后在24%时才勉强能够生产。因此理论上讲，在生产相同数量锻件时6#脱模剂的用量更大。
表1 自动锻造线上模具使用情况统计
⑷自动锻造线润滑小结。
按照实验结果，优先选用1#脱模剂，2#脱模剂作为备用。
需要特别说明的是，对于自动线，由于自动化程度高、生产节拍快，为保证模具使用寿命，避免出现“气蚀”等异常失效形式，对模具的冷却润滑要求也更高，即不仅喷淋量更大，对脱模剂本身，除了需要关注黏度、浓度等基本参数外，还需要重点考虑如下两个方面。
1）产气量的影响：在同批次模具、同样的喷淋状态下，为什么3#～6#四个品种竟然在500～800件时就出现模具气蚀开口，6#脱模剂甚至还引起锻件频繁跳模，这与脱模剂本身在高温下汽化量有很大关系。
2）是否易于混合均匀：实验中的6#脱模剂，初始设定12%（实测出口处浓度仅6%），顶出力大无法生产，陆续增加至20%、24%后，实测出口浓度也才8.8%、11%，最终按24%生产。观察原液的下降量也异常，在24%的混合比例下，并未如预想的那样快速下降，反而极其缓慢。观察模具，约800件时出现开口，用至3000件，模具有深、长径向沟槽。说明6#的易吸入性、易混合性差，导致最终的润滑效果不佳。
锻压机上锻件品种较多，尺寸及形状变化较大，常见品种如图5所示。但不同品种的锻件，模具失效形式多以正常磨损为主。常见的异常失效形式是图6所示的快速磨损、打塌和早期开裂。
锻压机所用润滑剂除需要保证正常生产外，最主要的考察项目有三点：下线模具状态（考虑模具重复利用）、脱模剂残留、单件锻件成本（含脱模剂和模具费用两项）等。因此本轮锻压机脱模剂实验也是从这几个方面入手。
图5 锻压机上常见锻件形状
图6 锻压机模具常见异常失效形式
⑴实验设备：4000t热模锻压力机。
⑵使用模具：第2、3道为关键模具，更换脱模剂时全套换新；第2道上模与第3道下模为重点监控模具，各脱模剂品牌均使用同批次模具。
⑴模具状态：考虑后续模具落面翻新，不允许出现开裂；模具下线后对模具表面磨损状态进行对比。
⑵脱模剂残留：不允许在下模镶块、下模内芯之间存在大面积结痂。
⑶单件锻件成本的脱模剂成本：脱模剂厂家可根据产品性能推荐使用比例。
⑷模具成本：生产相同数量锻件产生的模具费用差别。
⑴模具状态。
1)重点监控的终锻下模：1#和2#脱模剂，200kg均可生产11000件以上，且模具没有开裂，表面状态好；3#和5#均在6000件左右模具开裂，且200kg脱模剂实际只能生产7000件左右的锻件；4#脱模剂，200kg仅生产6100件锻件。
2)模具情况：5#脱模剂预锻上模磨损严重且打塌。图7是锻压机模具状态统计。表2所示为锻压机上6种脱模剂模具使用情况统计表。
表2 锻压机上6种脱模剂模具使用情况统计表
图7 锻压机模具寿命对比
图8 锻压机用脱模剂残留对比
⑵脱模剂残留对比。
观察下线模具：1#脱模剂残留很少；2#脱模剂有较多残留，但是是酥散的粉状，不影响模具拆装；3#、4#、5#脱模剂，在模具圆周面、底面均有1～3mm厚的沥青样结痂，质地坚硬，难于清理，模具很难拆卸下来。图8所示为锻压机用脱模剂残留对比。
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单件锻件成本主要考虑脱模剂费用和模具费用。表3所示是使用5种脱模剂所产生的脱模剂和模具的综合费用（折算为系数值），可以看到，如果1#脱模剂的综合费用为1的话，3#、4#、5#的综合费用高达1.55、1.663、和1.984。尤其需要说明的是，这次实验是按模具使用一次计算的成本，如果考虑模具的重复利用问题，则3#和5#脱模剂因为模具开裂报废，无法再利用，成本会更大。
⑷锻压机锻造线润滑小结。
根据本次实验结果，优先选择1#脱模剂，2#脱模剂作为备用。
关于终锻下模开裂，与模具设计时该处较为单薄也有关系，但是本次实验的5种脱模剂中，1#和2#脱模剂生产至一万件左右时并没有出现开裂，而3#和5#脱模剂则在生产至五六千件时已经开裂。说明即使模具强度偏低，也可以通过选择润滑效果好的脱模剂来减少模具开裂。
另外，有一种观念应该尽快改变，即锻压机上的锻造用润滑剂的选择，不能仅仅关注每公斤脱模剂的单价，必须同时考虑脱模剂费用和模具费用，计算其综合成本，最终选择出性价比最高的脱模剂品种。
表3 使用5种脱模剂所产生的脱模剂和模具的综合费用
法士特公司在精密锻造方面的实践虽然起步晚，但是已经取得了一些实效：同步器钢齿环精锻件已批量生产；结合齿精密锻造取得初步成果；啮合套精锻件批量供货；常规齿坯件在热模锻压力机和模锻锤上的闭式锻造已普及，批量较大品种已陆续缩减余量至1mm。下文所述精密锻造，不包括无飞边的闭式锻造，以及缩减加工余量的1mm工程等。图9是法士特公司一些典型精锻件品种。
我们的精锻件总体工艺流程为：下料→加热→热锻→毛坯软化→表面清理→毛坯润滑→冷精锻→倒锥。热锻和冷精锻模具失效形式完全不同，润滑条件改善是应对模具失效众多策略之一。
⑴热锻模具主要失效形式。
⑶单件锻件成本。
⑵冷锻模具主要失效形式（图11）。
1)开裂：易出现沿着圆角根部的开裂。
2)掉块：键侧等局部位置有掉块。
3)打塌：圆角部位容易塌陷。
⑴热锻。
1)工艺方面：如前所述，工艺流程采用热锻加冷精整的方式，因此对热锻模具的允许磨损程度可以有一定程度的放宽，从而既能保证热锻模具寿命适当延长，又不影响最终冷精整后的产品尺寸。
2)模具材料方面：经过现场验证，普通模锻采用的H13材料强度及硬度都有所欠缺，容易快速磨损或打塌。公司目前常用的热锻模具材料是RM2，模具寿命根据不同品种，可达到4500件～7600件。也在试用其他新型模具材料例如SRM-1等。
图9 法士特公司部分精锻件
图10 热锻模具主要失效形式
图11 冷锻模具主要失效形式
3）润滑条件方面：现场试用过自动线专用的白色脱模剂，发现不仅打击力增加较多，而且齿部严重充不满。对于一些新型热精锻用脱模剂，我们也在调研。目前我公司批量使用的是石墨型脱模剂，脱模效果好，模具寿命长。
⑵冷精锻。
1)工艺方面：改善热锻设计，减小冷精锻模具开裂部位应力集中情况。
2)模具方面：考虑对冷精锻模具表面涂层处理，从而加强冷精锻时金属的流动效果，但目前还没有批量进行涂层处理。在当前没有涂层的情况下，冷精锻模具寿命最好可以达到4万件以上。
3)润滑条件：冷精锻的润滑方法较多，从早期的动物油脂，到应用广泛的磷皂化工艺，再到近年发展出来的新型的磷皂化替代技术，各个生产厂家需要根据自身产品、成本以及环保要求选择适合自己的润滑方式。法士特公司目前采用的是“冲压拉深油+液压油”按一定比例混合作为冷精锻润滑剂的。
⑶精密锻造润滑与实践小结。
法士特公司精密锻造起步较晚，一方面是因为大部分产品尺寸较大，局限于设备；另一方面是思想上不够重视，人员、研发资金投入较少。目前已经批量生产的几个品种，在工艺设计、模具加工、润滑冷却、现场控制等各个方面，也都有很大的改进空间。
总结一下，自动线上的润滑重点需要考虑的因素除粘度、浓度外，还要关注脱模剂是否易于吸入及混合均匀、是否更容易产生模具的气蚀失效。
锻压机上用脱模剂重点关注脱模剂实际使用效果，模具是否会出现早期磨损、打塌、开裂等异常失效。精密锻造方面，对热精锻和冷精锻，需要考虑的润滑要求有很大不同，润滑条件的改善也只是模具寿命提升的一个方面，另外还需要重点考虑工艺的改进、模具材料因素等等。
综上所述，无论是自动线、热模锻压力机上的常规模锻，还是同步器钢齿环、结合齿、啮合套等的精密锻造，润滑剂的选择非常重要，无论选择何种润滑剂，其最终要实现的是模具寿命更长、锻件生产成本最优。
——本文节选自《锻造与冲压》2019年第3、5期
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