工程機械履帶鏈軌節的鍛造精切工藝介紹

文／吳岳嶺，王剛，張敏，周琦·山推工程機械股份有限公司

履帶鏈軌節是履帶式工程機械的重要零件之一，其生產工藝為：下料→模鍛成形→沖孔切邊→熱處理→銑加工兩側面→鏜孔→鉆螺栓孔→推螺母面。此工藝在鍛造沖孔切邊時，僅切除飛邊及連皮部分，踏面、板接面及螺母面均留有余量并在后續的機械加工中去除。

近年來，鏈軌節鍛造精切工藝開始興起，即在鍛造熱切時將鏈軌節兩側面及螺母面精切到尺寸，不再進行后續機械加工，減少銑雙面和推螺母面兩道機械加工工序，從而提高生產效率，降低生產成本。目前，國外公司如CAT、ITM、BERCO、DCF等公司已大規模采用此工藝生產（圖1）。我公司也完成了在多種鏈軌節鍛件產品上的批量生產，正逐步推廣至其他產品。本文以一種190mm節距的鏈軌節鍛件為例，對鍛造精切工藝進行介紹。

圖1 ITM、BERCO、CAT公司的精切鏈軌節

產品介紹

190mm節距鏈軌節產品市場需求量較大，我公司年生產量在30萬件以上。該鍛件采用2500t熱模鍛壓力機進行鍛造，315t曲柄壓力機進行沖孔切邊，生產工序為：預鍛→終鍛→沖孔切邊。鍛件主要尺寸如圖2所示。

圖2 鍛件主要尺寸

模鍛型腔設計

在設計非精切鏈軌節模鍛型腔時，為防止鏈軌節兩側面及螺母面在后續加工時由于鍛件錯移及定位等原因造成“閃黑皮”現象，通常我們在兩側面及螺母面均留有0.5～1mm余量，且起模斜度一般取7°。

而對于精切鏈軌節鍛件，由于兩側面及螺母面在鍛造沖孔切邊時熱切至產品尺寸，且沖孔切邊時采用與終鍛型腔相同的凸模進行定位，定位精度較機械加工時的銑雙面定位工裝要準確的多，同時為了減少沖切時的切除量，我們對精切鏈軌節鍛件模具型腔采用去余量設計，即兩側面及螺母面不留余量，尺寸與產品圖尺寸相同，起模斜度取5°。同時考慮到在沖切時，下模容易有毛刺拉出，因此將下模尺寸在此基礎上再縮小0.3mm。

以本190mm節距鏈軌節為例，終鍛工位熱鍛件圖兩側面及螺母面的設計尺寸如表1所示，其中熱鍛件較冷鍛件的伸縮比例為15/1000。

圖3 普切精切雙工位復合模具

表1 精切面型腔設計尺寸

沖孔切邊模具設計

為提高精切面精度，同時盡量提高精切刃口的壽命，采用兩個工位進行沖孔切邊，即一工位普切切除鍛件的飛邊及連皮，并留有合適的余量，二工位精切將余量切除，得到產品要求的加工面。同時為了保證精切時鍛件在凸模上的定位，銷孔及套孔的連皮在精切工位切除。

切斷荷重計算

根據經驗公式，分別計算普切與精切工位的切斷荷重如下：

普切工位切斷荷重P1=1.2×L(切斷周長)×t(圖紙上的飛邊厚度)×σ(抗拉強度)=1.2×(680+165+170)mm×4mm×15kg/mm2=73.08t；

精切工位切斷荷重P2=1.2×2×L(切斷周長)×t(圖紙飛邊厚度)×σ(抗拉強度)=1.2×2×(160+200+100+170+32+32)mm×4mm×15kg/mm2=99.94t。

根據計算結果，P1+ P2=173.02t＜252t(315t×80%)，故該設備滿足采用精切工藝生產的要求，且兩工位可同時工作。

氮氣彈簧選用

為保證在沖孔切邊過程中能夠提供足夠的壓緊力及卸料力，選用氮氣彈簧作為卸料元件。氮氣彈簧是一種以高壓氮氣為工作介質的新型彈性組件，它具有體積小、彈力大、行程長、工作平穩，彈力曲線平緩以及安裝時不需要預緊等特點，方便模具安裝和調整，延長模具的使用壽命，確保產品質量的穩定。

根據以上所計算的切斷荷重，根據經驗計算壓緊力及卸料力如下：

普切工位壓緊力F壓1=0.04×P1=2.92t，卸料力F卸1=0.08×P1=5.85t；

精切工位壓緊力F壓2=0.04×P2=4.0t，卸料力F卸2=0.08×P2=8.0t。

由計算結果及該190mm節距鏈軌節的沖切行程，普切工位與精切工位均選用型號為4200-63的氮氣彈簧，每工位數量為兩個，該氮氣彈簧初始壓力為4.2t，最大行程為63mm。此氮氣彈簧可在沖孔切邊時給鍛件提供足夠的壓緊力、卸料力及卸料行程。

沖孔切邊刃口設計

由于精切工位切邊及沖頭刃口的切除量大，與熱鍛件接觸時間長，故刃口壽命較普切刃口壽命低。為保證生產效率，精切工位的沖孔切邊模具均為分體式設計，切邊模與沖頭由可快速更換的刃口鑲塊與基體組合而成。

為保證切面的尺寸及位置精度，在設計沖頭及切邊刃口高度時，應確保氮氣彈簧已將工件完全壓緊后，再開始進行沖切。同時在開始沖切時，踏面及板接面的刃口應與工件同時接觸。螺母面沖孔應在兩側面的切邊使鍛件固定后再開始，行程慢1～2mm。

凸模與凹模的間隙對切面的質量影響較大，普切面凹凸模間隙按1.0mm制作，便于調整。精切面凹凸模間隙按0.5mm制作，以確保切面質量，減小毛刺。

現場生產

采用精切工藝進行鍛造生產時，與傳統工藝相比主要有以下區別：

⑴對鍛件錯移的要求更加嚴格。與傳統工藝相比，采用精切工藝生產鏈軌節的模鍛型腔采用了去余量設計，若鍛件錯移量較大時，會造成精切鍛件出現“閃黑皮”，同時下模一側切除量會變大，造成毛刺拉出。所以精切鍛件對錯移的允許量更小。對于190mm節距的鏈軌節，我們在普切工藝時錯移量要求為≤0.7mm，在精切工藝時要求錯移量需≤0.3mm。

⑵對切邊及沖頭刃口要求更加嚴格。鏈軌節鍛件在進行精切時，與普切相比，精切刃口與鍛件的接觸時間更長，切除量更大，這就要求刃口在高溫下有更高的硬度。我們選用STL-6焊條，它與STL-21相比具有更好的高溫硬度。同時我們在精切工位增加了噴水冷卻裝置，每生產半小時后即對精切刃口進行噴水冷卻。圖4所示為采用精切工藝生產的鍛件。

圖4 精切鍛件

結束語

精切鏈軌節鍛件工藝復雜，對鍛件質量和精度的要求更嚴格，同時對模具加工制作的要求也更高。通過嚴格控制模具加工制作過程及鍛件現場生產過程，我公司實現了鏈軌節精切鍛件的批量生產，每班次產量在1500～2000件。

鏈軌節鍛件采用精切工藝后，可以通過模鍛型腔的去余量設計降低材料定額，提高材料綜合利用率，同時免去了后續的銑雙面及推螺母面兩道加工工序，在降低加工成本的同時也縮短了產品的制造周期。鏈軌節鍛造精切工藝的推廣應用能有效提升企業的經濟效益和市場競爭力。