基于降本增效的锻铝间隔棒线夹模具结构优化研究 

一、现状分析与问题识别

在当下，对于锻铝间隔棒线夹所采用的主要锻造方式为借助传统模具实施锻造成型，然而该模具结构设计较为粗放，并未针对材料流动的特性以及锻打成型期间的精度控制展开充分考量，这一状况使飞边较多，进而使得原材料严重浪费。并且，鉴于模具材料的耐磨性能存在一定的局限性，在经过加工后其表面硬度不高，容易出现磨损以及崩边等问题，而此类问题又直接导致模具更换次数频繁，使维护成本呈现出增加的趋势。统计数据结果显示，每批次材料浪费约占 10% ，模具的平均使用寿命不足1500 件，且产品的尺寸偏差率高于5%，此问题均对生产效率以及产品合格率造成直接的影响，从而对锻造工艺在电力金具领域的高效应用形成制约。

二、模具结构优化设计与实施

（一）模具结构改进设计

针对传统锻铝间隔棒线夹模具生产期间所产生飞边过大以及成型填充不均等状况，首先将关注重点置于模具型腔结构的优化方面。而原模具在设计时，因未充分考量材料流动路径还有锻造成型应力分布问题，致使材料堆积不均且局部充填不足，进而给产品精度及质量稳定性造成影响。在实施优化操作过程中，着重对分模线的位置予以调整，目的是让其更为贴合材料自然流动路径。同时，在关键部位增添引流槽和过渡圆角，以对材料在锻打期间的导向性与填充性能加以改善。并且，借助像 DEFORM 或 Simufact 的锻造仿真软件，针对优化前后的模具结构展开对比模拟分析。从仿真结果能够看出，经优化后的模具在高压成型进程中，飞边宽度平均减少约 30% ，成型填充率从原来的 85% 提升至 94% 以上，产品尺寸一致性得到显著改善，为提升后续批量生产良品率提供保障。

（二）配套工装与材料优化

为实现模具结构的优化升级配合的目的，与之相应的定位工装连同模具材料皆进行了同步的改进。在工装层面，借助高精度导向定位机构在确保模具进行安装以及锻打运作的整个过程中，能够始终保持着优良的同轴度与稳定性，从而避免因模具错位而引发锻件偏差或者飞边不均等问题。同时，就模具材料的选择而言，原本使用的 H13 热作模具钢，虽具备一定程度的耐热性能，然而在高频锻打这一特定条件下，却易产生热疲劳开裂以及磨损加剧的现象。鉴于此，在此次优化过程中，将材料更换为具有更高韧性以及更强热稳定性的5CrNiMo 合金模具钢，并采用热处理工艺与表面氮化处理作为辅助手段，以此来提升模具的硬度和耐磨性。据试验数据结果表明，在相同的锻造工况环境下，新模具的使用寿命从原来平均 1500 模次提升到 4000 模次以上，寿命提高了大约2.5 倍，这在极大程度上降低了模具更换频率及设备停机损失。

（三）试制验证与应用实施

为了能够充分验证优化效果实用性及稳定性，项目团队选择采用来自统一批次且同规格的锻铝原材料从而开展了小批量的试制测试工作。过程中，借助对样品尺寸精度、飞边体积、表面光洁度以及合格率展开系统评估。试验结果表明，优化后的模具可以把产品的尺寸偏差成功控制在 ±1.5mm 范围内，并且合格率从优化前 91% 的提升到了 97% 以上，使产品一致性显著增强。同时飞边体积平均减少 20% ，使材料浪费明显减少。而且模具在运行过程中显得更为稳定，使设备维护频率还有非计划停机次数都明显下降，为企业在后续实现批量化、持续性以及高效生产提供了有力的支撑。

三、优化效果评估与经济分析

（一）产品尺寸稳定性显著提升

经过针对优化前后锻铝间隔棒线夹样品的尺寸检测所得数据开展对比分析，从中能够发现，模具结构优化以后，针对材料流动的控制变得更加均匀，促使产品的尺寸一致性获得了提升。在优化操作开展前，由于模具分模线的设计不合理以及型腔应力分布不均匀，这就使得锻件在高压成型阶段容易产生填充不足或者边缘溢料等状况，进而导致成品的尺寸偏差普遍会处在 ±3mm 范围内，同时，合格率大约维持在 91% 左右。然而，优化过后的模具，在工艺参数相同的条件下，尺寸偏差能够稳定地被控制在 ±1.5mm 以内，合格率也随之提升至 97% 以上。尺寸精度的提升有效地减少了返工以及废品的数量，而且还提升了产品在现场安装过程中的契合度及稳定性。

（二）模具寿命有效延长

在锻造企业的生产成本控制以及设备运维管理领域中，模具寿命长久以来始终作为关键指标里极其重要的其中之一。优化前的模具，在连续的高温锻打恶劣环境下，会频繁出现像是裂纹萌生、表面剥落以及磨损过快等问题，其使用寿命通常仅仅在 1000 至 1500 模次。借助本次模具结构开展的全面优化工作，同时搭配着将模具材料从原本的 H13 成功升级替换为性能更为优异突出的5CrNiMo，并且还辅以氮化处理以及热处理工艺，模具的热稳定性以及耐疲劳性显著增强。依据试验结果可以看出，全新优化后的模具使用寿命平均已然能够达到 4000 模次以上，大约相当于原来模具寿命的 2.5 倍，这不仅有效降低了更换模具的频率，同时也大幅减少了非计划停机的时间，进而对生产线的运行效率起到了明显的提升。

（三）原材料利用率提升与飞边减少

模具结构通过优化过程，实现对材料流动路径予以改善并对飞边区域进行控制，从而达成从源头上减少无效铝耗。其中飞边体积平均减少大约为 20% ，材料利用率从优化前的 82% 在优化操作后提升至 90% 以上。若以每批生产10000 件来加以计算的话，能够发现优化后每件产品的飞边减少约 50 克，进而可节省铝材料约500 千克，按照市场价格计算，每批次的成本节约会超出1 万元。同时，飞边数量的减少意味着后续进行打磨、清理等辅助工序所需的人工成本以及能耗同步降低，进一步达成了对单位产品经济效益的提升。

（四）综合经济效益与推广价值分析

从总体经济效益的层面来看，经优化处理后的模具，促使模具使用效率获得提升、材料成本下降以及产品良率提升，从而让单位产品的制造成本整体下降 10% 。其中模具摊销成本降低大约 40% 、材料节约率提升 8% ，产品合格率也提升约 6% 。而更为关键的是这种模具结构优化设计具备良好的适配性，能够依照不同规格的电力金具产品去开展模块化的调整工作，由此展现出可复制性以及推广方面的潜力。优化后的模具结构，因其标准化程度较高、维护与更换方面较为容易，这与现代制造企业朝着精益化、标准化以及智能化方向发展的需求相契合，为企业构建长期的降本增效机制奠定坚实基础。

结论：

通过对锻铝间隔棒线夹模具结构的优化设计，实现了材料利用率提升、产品尺寸稳定性增强和模具寿命延长的目标，显著降低了生产成本和设备维护频率，体现出良好的降本增效效果。该优化方案具备在其他电力金具锻造产品中的推广应用潜力。建议今后结合智能仿真技术与数字化制造手段，进一步探索锻造过程的自动调控与质量预测，推动电力金具生产向高效、智能方向发展。

参考文献：

[1] 赵世洋 ; 王野牧 ; 孙达 . 恒力磨床液压控制系统研究 . 机械工程师 ,2024(07).79-81

[2] 陈柏金 . 高性能锻造操作机液压控制系统技术原理 [J]. 锻压装备与制造技术 ,2023,58(05):53-57.