齒軌鍛件沖孔整形工藝設計及應用

文/白孝俊，夏占雪，陸長青，張娜娜·第一拖拉機股份有限公司鍛造廠

齒軌鍛件沖孔整形工藝設計及應用

文/白孝俊，夏占雪，陸長青，張娜娜·第一拖拉機股份有限公司鍛造廠

齒軌，又叫銷軌，其結構如圖1所示，廣泛應用于煤機等行業，在使用中，多個齒軌通過銷軸連接在齒軌座上形成一組軌道，一組或者多組軌道鋪在地面上后，煤機依靠驅動輪齒部和齒軌嚙合齒A嚙合傳遞運動行走。齒軌生產作業條件復雜惡劣，在工作中會承受較大及不均勻的沖擊載荷，且由于除銷軸孔外其他部位不再進行機加工，所以在工作中對齒軌的強度、尺寸精度和形狀都有較高的要求。

目前國內鍛造生產齒軌的工藝是：在模鍛錘或鍛壓機上通過卡壓、預鍛及終鍛鍛打成形，在壓床或者液壓機上切邊沖孔，然后通過熱校正工序來校正切邊沖孔過程中產生的變形，而切邊沖孔產生的殘留飛邊及毛刺則通過后續打磨修整。

這種加工工藝的不足之處是：⑴齒軌在切邊沖孔中受到切邊力和沖孔力的雙重作用，因受力過大及受力不均導致各個嚙合齒變形，這種變形隨著模具的磨損會越來越嚴重，甚至通過后續熱校正也無法修復，影響齒軌嚙合功能，嚴重時導致使用過程中齒軌斷齒；⑵因切邊沖孔復合模具無導向，使齒軌和沖子之間有錯位，導致切邊沖孔后各個內孔（圖1所示B處）尺寸及形狀無法保證，且殘留飛邊及毛刺較大，不僅需要花費大量時間去打磨修整，嚴重時沖子會傷及嚙合齒本體，導致整個齒軌報廢；⑶因齒軌在切邊沖孔模具中是不受約束狀態且該工序是同時切邊沖孔，受力較大會導致齒軌出現彎曲變形，隨著模具的磨損，齒軌整體平面度將會越來越差，甚至通過后續熱校正也無法修復，導致無法安裝或使用時煤機振動大。

圖1 齒軌結構示意圖

沖孔整形工藝及模具設計

本設計的目的在于提供一種齒軌沖孔整形裝置及齒軌沖孔整形工藝。通過準確導向給齒軌施加預緊力，從而防止嚙合齒在沖孔過程中變形；通過模具準確定位齒軌，并給沖子設計導向，使沖孔后內孔尺寸精度較好且形狀規整，殘留飛邊及毛刺較小，并采用從上往下的沖孔方式，使因沖子磨損出現的沖孔毛刺不會影響齒軌的嚙合功能；通過將傳統的切邊沖孔工序和熱校正工序設計為切邊工序和沖孔整形工序，分散切邊力和沖孔力，減少齒軌變形量，并采用模具整形進一步修復齒軌的變形，保證齒軌整體平面度。

下面對本設計做進一步的描述，圖2所示為一種齒軌沖孔整形裝置，包括整形組件、沖孔組件、頂出組件。

圖2 齒軌沖孔整形裝置

所述的整形組件包括：下模板1、下模2、導柱3、下定位鍵16、壓板13、上模板8、上模7、中間承擊塊6、左右承擊塊4、定位桿10，下模板1通過T形螺栓和鍵與設備上的臺面C連接，下模2通過下定位鍵16和壓板13固定在下模板1上，導柱3通過過盈配合安裝在下模2上，上模板8通過T形螺栓和鍵與設備上的滑塊D連接，上模7通過上導柱11和上導柱座12連接在上模板8上面，左右承擊塊4和中間承擊塊6通過螺釘緊固在上模板8上，定位桿10放置在下模板1的定位孔內用于支撐上模板8，便于將本裝置安裝在設備上，安裝完后，定位桿10需要撤掉。

所述的沖孔組件包括：沖子18、緊固座19、沖子固定板5、氮氣彈簧9、上導柱11、上導柱座12、楔塊17，沖子18通過螺釘緊固在緊固座19上，緊固座19通過沖子固定板5固定在上模板8上，氮氣彈簧9通過螺釘緊固在上模板8上，用于提供預緊力和卸料力，楔塊17放在下模2內，用于使沖掉的連皮滑出。

所述的頂出組件包括：頂出器15和條板14，頂出器15放在下模2內，條板14放在下模板1內。

本裝置操作包含五個步驟（圖3），具體內容如下：

圖3 齒軌沖孔整形裝置工作步驟

步驟Ⅰ，將切完飛邊的齒軌放置在齒軌沖孔整形裝置的下模2中，滑塊D帶動上模板8下落，上模7在導柱3的導向下與放在下模2內的齒軌接觸，隨后氮氣彈簧9通過上模7開始給齒軌施加預緊力。

步驟Ⅱ，隨著滑塊D持續下滑，上模板8帶動沖子固定板5、緊固座19和沖子18在上導柱11的導向下沖掉齒軌內孔連皮，連皮掉在楔塊17上滑出。

步驟Ⅲ，滑塊D繼續下落，上模板8帶動左右承擊塊4和中間承擊塊6接觸上模7，并將設備力量通過上模7傳導給齒軌，最終將上模7壓緊在下模2上，保壓3～5秒后，完成齒軌整形。

步驟Ⅳ，滑塊D帶動上模板8上升，氮氣彈簧9釋放壓力壓住上模7開始卸料，使齒軌從沖子18上脫離，隨著上模板8持續升高，氮氣彈簧9壓力完全釋放，上模7在上導柱11和上導柱座12拉動下，離開下模2。

步驟Ⅴ，隨后，下模板1內的條板14在設備頂出機構的作用下升高，通過頂出器15將齒軌頂起，取走齒軌后頂出器15回落，完成沖孔整形工序。

由于采用以上所述的技術方案，本設計達到了以下有益效果：

⑴本設計由于在裝置中設計了預緊機構，使上模和下模在沖孔前壓住齒軌，大大減少了齒軌嚙合齒在沖孔過程中的變形量。

⑵本設計由于在裝置中設計了導向機構，使沖子能準確定位齒軌，使沖孔后齒軌內孔尺寸準確且形狀規整，并大大減少沖孔過程產生的殘留飛邊及毛刺。

⑶本設計由于工藝設計為從上往下沖孔，使沖孔后產生的殘留飛邊及毛刺不會影響齒軌的嚙合齒。

⑷本設計由于在裝置中設計了整形機構，有效修復了切邊過程導致的齒軌彎曲變形，保證了齒軌的整體平面度。

⑸本設計將傳統的切邊沖孔工序和熱校正工序創新性的設計為切邊工序和沖孔整形工序，在沖孔的同時完成齒軌的整形，實現了通過分散切邊、沖孔力來減少齒軌變形的目的，裝置結構新穎，工藝設計簡單，操作方便，便于機械自動化生產，大大降低了生產成本。

沖孔整形工藝生產應用情況

齒軌類鍛件是我廠為125MN熱模鍛生產線開發的產品，在該系列鍛件的開發過程中，根據生產實際，研發了一套適合我廠125MN熱模鍛生產線生產的工藝，尤其是沖孔整形工藝。該沖孔整形工藝包含整形、沖孔及頂出三部分，通過我廠研發的背壓式技術，在沖孔以前給鍛件施加預緊力，避免鍛件在沖孔過程中變形，沖孔完成后給鍛件施加整形力來精整鍛件形狀，在一套裝置內同時完成了5個內孔的沖孔工序和鍛件的熱整形工序，由于設計有導向機構，對設備要求也不高。

整套裝置中沖子的壽命是比較關鍵的，盡管設計時就考慮到了快速更換問題，但也應盡量提高沖子壽命，減少模具更換時間，降低生產成本。本設計最開始采用H13，熱處理硬度為42～45HRC，但使用效果不夠理想，僅能生產500件左右就需要更換，后采用了3Cr2W8V，沖子壽命提高到了1000件以上，其余部件壽命均能達到7000件以上。

圖4 生產的齒軌實物圖

通過不斷優化，目前該沖孔整形工藝已經在我廠127和147節距的齒軌（圖4）上進行了批量自動化生產驗證，鍛件變形量小，質量穩定，沖孔后內孔尺寸規整，僅需少量打磨就可達到顧客要求。