煤機履帶板鍛造工藝設計及優化

文/韓海河，王文清，潘海江·內蒙古一機集團富成鍛造有限責任公司

煤機履帶板是集裝載、運輸、行走于一體的承重部件，其產品質量及壽命直接影響裝煤機的工作安全性和效率。項目組針對煤機履帶板的結構特點，通過采用“一模兩件”鍛造方案，以雙模膛成形技術為突破點，運用數字化仿真分析，優化預鍛、終鍛工藝參數，實現高精度、優性能的煤機履帶板批量生產。

隨著礦用機械科技水平的提高，促使履帶式裝煤機的不斷推廣與應用，在履帶式裝煤機連續性和可靠性不斷提升的前提下，其主要承力部件履帶板的機械性能要求也越來越高。本次項目組設計開發的煤機履帶板鍛件（圖1）形狀復雜，在鍛件前后設有多個穿銷凸臺，中間部位擁有雙側齒孔，在鍛件一側的兩端設有高而窄的著地筋。

圖1 履帶板鍛件實體形狀

工藝技術難點分析及措施

工藝技術難點分析

⑴預鍛工序放料不準。坯料加熱后放入預鍛模膛內，因為是圓柱狀，導致坯料左右滾動，預鍛時放料不準，極易使鍛件充不滿或產生折疊。

⑶著地筋難充型。根據圖紙計算出該鍛件的復雜系數為0.35，屬于S2級較復雜鍛件，通過結構分析，著地筋偏向一側，且遠離中心分布在兩端，致金屬在著地筋處不易流動和充滿。

⑷穿銷凸臺切邊變形。由于兩端設有著地筋的穿銷凸臺窄而薄，在切除毛邊工序中，使兩端穿銷凸臺拉伸變形，導致機加后的穿銷孔壁厚差不均勻。

工藝技術難度解決措施

⑴因棒料加熱后放入預鍛模膛內不易準確定位，項目組設計增加了坯料壓扁工序（圖2），使圓棒料變為扁平料，從而限制了坯料左右滾動。

圖2 壓扁工序仿真分析

⑵針對鍛件較薄、設備打擊力較大等因素導致的鍛件不易打靠，厚度尺寸超差等問題。項目組認真研究分析，通過“一模兩件”鍛造方案設計和增大預鍛、終鍛模具的過橋高度，來降低鍛件厚度尺寸，使其滿足圖紙要求，預鍛工序和終鍛工序仿真分析如圖3、4所示。

圖3 預鍛工序仿真分析

圖4 終鍛工序仿真分析

⑶為了滿足著地筋的充型效果，項目組在預鍛、終鍛模具上增設了阻尼墻，迫使坯料向難成形的著地筋部位流動。

⑷項目組在兩端穿銷凸臺處增設切邊補償量，來彌補兩端穿銷凸臺切邊后變形的缺陷，使切邊后的鍛件滿足圖紙要求，如圖5所示。

圖5 終鍛成形后的履帶板鍛件

工藝流程及鍛造工藝制定

煤機履帶板生產工藝流程包括：下料（鋸床）→加熱（中頻爐）→壓扁（PZS900F壓力機）→預、終鍛成形（PZS900F壓力機）→切邊（2000t液壓機）→技術檢驗→熱處理→硬度檢驗→翹曲度檢驗→校直→表面清理→探傷→終檢。下文重點介紹鍛造工藝的制定和鍛件熱處理的方法。

鍛造工藝

⑴計算下料規格。根據履帶板鍛件圖紙，通過經驗計算、實體造型及有限元分析得出下料規格及尺寸為φ120×(1190±2)(mm×mm)，經小批（30件）生產驗證，滿足生產要求，納入工藝。

⑵加熱。42CrMoA鋼鍛造適宜溫度為1180～1220℃,工藝定制為中頻爐加熱，加熱節拍50件/小時，采用光學高溫計抽檢并做好記錄，避免造成過燒或溫度過低。

⑶壓扁。坯料從中頻爐出來后，由2號機械手夾持并轉移到壓扁模膛內，壓扁工序的打擊力設置需適中，不能太高，避免壓扁毛坯超出預、終鍛模膛產生鍛件折疊。

⑷預、終鍛造成形。要確保預、終鍛的模具溫度在150～300℃，根據模擬分析結果，預、終鍛打擊次數均為一次，避免多次打擊下出現鍛造缺陷。由于著地筋為非加工，每次鍛造完成后需先用風管對模膛進行徹底清理，然后再用石墨進行模具潤滑冷卻，防止因氧化物堆積造成著地筋充型不完全。

⑸切邊。鍛件在PZS900F主機終鍛后，由4號機械手轉移到切邊機上，直接完成切邊過程。為保證鍛件在切邊后毛邊痕均勻，需有效的保證切邊模具的精度。

熱處理

鍛件內在質量的好壞主要決定于金相組織及機械性能，項目組依據原材料復驗報告單中的合金元素含量，確定鍛件熱處理工藝的加熱及保溫參數，從而保證熱處理質量。

圖6 煤機履帶板

結束語

通過工藝試制及生產驗證，煤機履帶板的鍛造工藝方案及參數正確、合理,能夠切實指導生產。試制所用的生產設備、工藝裝備、檢測儀器及檢測方法能夠保證產品的質量要求。生產的履帶板鍛件外觀質量、尺寸精度、機械性能等指標均滿足設計標準，如圖6所示。