礦用截齒齒套溫鍛成型工藝優化

彭勇

摘 要：礦用截齒齒套鍛造成型具有切削量小、能耗低、適于批量生產等明顯優勢，行業內普遍采用溫、冷鍛造結合的方法進行成型。本文通過某一型號礦用截齒齒套溫鍛成型部分的兩種工藝比較，希望可以提供一種新的設計思路。

關鍵詞：截齒齒套；溫鍛；工藝優化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.026

0 引言

礦用截齒齒套是煤炭行業中采煤機上的重要連接零件，起到裝夾截齒，使之固定于截齒座的作用。如今行業中礦用截齒齒套成型一般采用溫、冷鍛造結合的工藝，該工藝既解決了齒套頭部傘形部分成型時成型力大的問題，又通過冷鍛整形內孔保證了內腔裝配尺寸的精度。本文將對某型號截齒齒套的兩種溫鍛成型工藝進行綜合比較，以期獲得一種更高經濟效益的工藝方案。

1 某型號礦用截齒齒套的最終溫鍛件外形

該型號截齒齒套的最終溫鍛件外形如圖1所示，相對一般的礦用截齒齒套溫鍛件，此結構有兩個不同之處，頭部增加了導向錐孔，尾部也增加了錐臺。

鍛件頭部的導向錐孔在后續的鉆、鏜孔加工中起到了引導鉆頭、保護鉆頭、幫助定位導向的作用。尾部的錐臺在后續的內孔冷鍛整形中，有著減小擠壓摩擦力、內孔體積補償的作用。此外，該結構相對愿結構還具有減輕料重、機械切削量少等明顯優勢。

2 兩種溫鍛成型工藝方案的比較

由于兩種工藝方案（圖1與圖2）中工序2的模具結構和成型條件大體相當，因此本文將只對兩種方案的原材料規格選擇和工序1部分的成形進行綜合比較。本文中成型部分的數據分析，將使用有限元分析軟件DEFORM中的3D模塊進行仿真模擬。

方案一（圖1）為我司原先溫鍛工藝。原先的工藝思路，是選用Φ75規格的圓棒料作為原材料，由于材質規格的限制，只能選用金屬帶鋸床進行下料生產操作。金屬帶鋸床雖然加工適用性較廣，但與當今提倡的低能高效的生產模式相比，卻有鋸料損耗大、尺寸精度差、生產效率低等明顯缺點，無形中增加了生產成本，制約了產能的提升。

該方案中工序1成形本質為復合擠壓。3D成形模擬分析的參數設定如下：原材料加熱溫度850℃，材料選用成分相近的AISI-1045，上模與下模預熱溫度為250℃，模具材料選用AISI-H-13，原材料與模具間的相互摩擦系數0.25，上模速度15mm/s，上模移動行程64mm。經過模擬分析，最終得到此工序的上模載荷變化。此模擬結果與實際生產情況相符。該工序成形本質為復合擠壓，材料的成型過程為正擠壓-內反擠壓。成形載荷突變的原因是材料經正擠壓充滿型腔后，材料與模具接觸面積增大導致材料流速減慢，再進行內反擠壓時，由于劇烈的摩擦力，導致金屬流動困難，最終導致終成形時所需的壓力劇增。由于此工序成形載荷較大，特別是內反擠壓時材料變形劇烈，導致下模受熱嚴重，長期在高熱環境下工作的模具更容易磨損變形，大大降低了使用壽命，且鍛件尾部的錐臺由于成形載荷的限制，不易成型飽滿，對產品質量、模具壽命、生產效率造成了較大影響。

針對以上種種弊端，我司提出了改進后的方案二（圖2）。該方案采用了Φ55規格圓棒料作為原材料，滿足了高速圓盤鋸的生產條件。高速圓盤鋸對比金屬帶鋸床，具有鋸料損耗少、生產效率高、尺寸精度高等優點，提升產能的同時還降低了成本，是一種低能高效的生產設備。

此方案中的工序1為反擠壓成形，使用同樣的設定條件進行有限元模擬分析，得到的上模載荷變化結果如上圖所示。由此圖中的上模載荷變化曲線圖可以看出，使用此方案后，成型載荷在成型過程中呈線性上升，沒有陡升的趨勢，最終所得成型載荷僅相當于方案一的十分之一，且成型時間也大大的縮短為方案一的四分之一。無論是成形載荷還是成形時間，都較方案一有了極大的提升。在實際生產中，錐臺由于是通過反擠壓成形，得到的鍛坯外形飽滿，在工序2中定位可靠，且模具與坯料接觸時間更少，吸熱更少，模具壽命也得到了很好地保證。除上述的明顯提升外，由于該工序變形量較小，坯料失溫較少，工序2成形時比方案一所需要的載荷更小，頭部聚料更飽滿，產品質量得到了極大的提升。

3 結論

通過此次的工藝改進，解決了限制產能的下料問題，鍛件尾部的錐臺成型飽滿且所需載荷更小，模具的壽命也得到了較大的提升。改進后的溫鍛成型工藝方案獲得的鍛件所需能耗更低、質量更好，創造了良好的經濟效益。

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