大型銷軌鍛造工藝及模具設(shè)計(jì)

李亮

摘 要：為了提高大型銷軌鍛件的鍛造水平和產(chǎn)品質(zhì)量，滿足驅(qū)動(dòng)功率日益增大的采煤機(jī)配套需要，從銷軌鍛造工藝與模具設(shè)計(jì)這2個(gè)方面入手，針對(duì)鍛造工藝及模具設(shè)計(jì)中存在的難點(diǎn)、解決對(duì)策展開分析，探討鍛造工藝的具體流程，并優(yōu)化大型銷軌道的模具設(shè)計(jì)方案。隨后從2個(gè)方面介紹模具設(shè)計(jì)，重點(diǎn)分析設(shè)計(jì)期間需要注意的問題，從而掌握銷軌鍛造質(zhì)量提升的關(guān)鍵點(diǎn)，為今后作業(yè)奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：大型銷軌；銷軌鍛造；鍛造工藝；模具

中圖分類號(hào)：TG31 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

在大型銷軌鍛造過程中，往往模具容易出現(xiàn)裂紋、變形等問題，預(yù)鍛、終鍛模具設(shè)計(jì)不合理，生產(chǎn)過程中模具使用不當(dāng)或者養(yǎng)護(hù)不到位，產(chǎn)品就會(huì)產(chǎn)生折疊、缺肉、毛刺等問題，以上問題均會(huì)對(duì)生產(chǎn)效率造成較大影響。為此，必須要組織試驗(yàn)驗(yàn)證，明確銷軌鍛造工藝方案的合理性及可行性，才能在確保鍛件性能的同時(shí)，還能提升鍛造生產(chǎn)效率。此外，我國(guó)礦山業(yè)發(fā)展速度非常迅速，導(dǎo)致行業(yè)內(nèi)對(duì)于礦山機(jī)械零件的性能要求不斷提升，傳統(tǒng)的銷軌已經(jīng)無法滿足當(dāng)前礦山機(jī)械生產(chǎn)提出的要求，必須要研究先進(jìn)的鍛造工藝，進(jìn)行模具設(shè)計(jì)優(yōu)化，從而全面提高力學(xué)性能，提升生產(chǎn)效率。

1 大型銷軌鍛造工藝分析

1.1 鍛造工藝應(yīng)用難點(diǎn)

第一，鍛件兩端雙耳充形難度較大。根據(jù)鍛件圖紙可以獲得三維實(shí)體，通過計(jì)算可以確定其質(zhì)量、包容體質(zhì)量、鍛件復(fù)雜系數(shù)，具體數(shù)據(jù)為100 kg、275 kg、0.364，從而明確鍛件所屬級(jí)別，即S2級(jí)較復(fù)雜鍛件。技術(shù)人員需要對(duì)銷軌鍛件結(jié)構(gòu)展開深入分析，雙耳偏向其中一個(gè)方向，與中心距離較遠(yuǎn)，并且具體分布在兩端，導(dǎo)致雙耳位置的金屬流動(dòng)較慢，無法快速充滿。

第二，齒軌中心距精度。這一產(chǎn)品屬于銷軌式行走機(jī)構(gòu)范疇，鏈輪主要運(yùn)行于銷軌上，銷軌錐齒為接觸配合面，鍛造之后不需要深入加工。經(jīng)過分析，此銷軌其中心距及公差是（147±0.5）mm。針對(duì)總長(zhǎng)度為 867-0

-3mm的鍛件，對(duì)于公差帶的要求也更為嚴(yán)格，尤其是鍛造收縮率，其要求更加嚴(yán)苛。

第三，鍛件寬度準(zhǔn)確度。通過觀察鍛件圖紙可以了解到，鍛件切邊之后其寬度尺寸是 186-0

-1mm，公差帶也僅為1 mm，可見其尺寸精度之高，已經(jīng)滿足了精密級(jí)鍛件規(guī)定，這對(duì)于凹（下）模的的制作以及使用壽命而言，提出了非常高的要求。

第四，校正沖孔工藝。為了保證5個(gè)類方形孔鍛造期間能夠成形，技術(shù)人員需要將校正沖孔流程進(jìn)行整合，期間需要解決切邊之后鍛件定位、沖孔之后鍛件脫模等方面的問題。

1.2 工藝難點(diǎn)解決對(duì)策

第一，優(yōu)化輥鍛流程。經(jīng)過計(jì)算可以明確所有鍛件的截面面積，齒形和兩側(cè)的雙耳面積出現(xiàn)比較大的改變，這時(shí)則可以優(yōu)化輥鍛流程，坯料中間位置進(jìn)行輥細(xì)處理，使毛邊的分布能夠具備均勻性。

第二，適當(dāng)增設(shè)預(yù)鍛工序定位。由于銷軌鍛件的雙耳位于兩端部位，其方向偏向于其中一側(cè)，與中心相距較遠(yuǎn)。因此鍛造成形期間金屬的流動(dòng)性較差，無法快速到達(dá)雙耳部位，雙耳要想布滿模膛的難度也較大。這時(shí)，可以在坯料放置預(yù)鍛模膛的過程中，增設(shè)坯料定位槽，確保坯料可以最大程度地偏向于雙耳方向，確保雙耳可以充滿模膛。

第三，確定終鍛收縮率，組織數(shù)值模擬。由于鍛件齒形并不屬于加工面，必須要和鏈輪搭配運(yùn)行，期間可以確定齒軌的中心距，即147±0.5 mm，這時(shí)如果熱收縮率出現(xiàn)錯(cuò)誤，就會(huì)影響銷軌鍛造效果。因此，終鍛設(shè)計(jì)期間要在積累經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上展開計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真分析，對(duì)選寬度、厚度等各個(gè)熱收縮率數(shù)值合理設(shè)計(jì)。

第四，優(yōu)化凹（下）模刃口。切邊之后的鍛件寬度是186-0

-1mm，相關(guān)尺寸需要利用凹（下）模尺寸進(jìn)行確定，基于沖頭刃口磨損設(shè)計(jì)這一條件，對(duì)沖頭刃口激光強(qiáng)化處理，這樣可以有效延長(zhǎng)模具的使用壽命。

第五，優(yōu)化沖孔結(jié)構(gòu)。為了能夠使校正與沖孔2個(gè)流程同步進(jìn)行，設(shè)計(jì)時(shí)著重考慮以下方面：1）沖孔定位。沖孔過程中需要利用鍛件雙耳展開定位，模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中需要在模具的兩側(cè)設(shè)置足夠的導(dǎo)軌，避免形成沖孔偏這一問題；2）增設(shè)碟簧。上模需要增設(shè)4組碟簧，當(dāng)滑塊開始下行之后，如果活動(dòng)板已經(jīng)和鍛件發(fā)生接觸，那么碟簧此時(shí)便開始?jí)嚎s，為后續(xù)提供足夠的能量。當(dāng)模具閉合，這時(shí)滑塊便開始上行，碟簧之前積攢的能量開始釋放，從而完成鍛件脫模。

1.3 鍛造工藝流程

第一，鍛造流程。①下料；②加熱；③輥鍛；④8 000 t摩擦壓力機(jī)預(yù)、終鍛成形；⑤切邊；⑥校正沖孔；⑦技術(shù)檢測(cè)；⑧熱處理；⑨硬度檢測(cè)；⑩翹曲度檢測(cè)；校正；表面清理；無損檢測(cè)；終檢。

第二，下料參數(shù)計(jì)算。按照所呈現(xiàn)的銷軌鍛件圖紙，通過計(jì)算、建模與有限元的深入分析，可以確定下料規(guī)格的參數(shù)，即φ170 mm×（680±2） mm，通過小批生產(chǎn)驗(yàn)證之后確定其與生產(chǎn)規(guī)定相符，將其歸納到工藝范圍。

第三，鍛造工藝應(yīng)用。①材料加熱。材質(zhì)42CrMoA鍛造溫度的選取范圍以1 180 ℃～1 220 ℃為最佳，鍛造工藝可以選擇中頻爐加熱，加熱節(jié)拍則設(shè)置為55件/h。通過光學(xué)高溫計(jì)這一設(shè)備組織抽檢，將抽檢數(shù)據(jù)詳細(xì)記錄，以免出現(xiàn)溫度不符合規(guī)定或過燒等問題；②鍛造成形工藝。按照模擬分析最終所呈現(xiàn)的結(jié)果，可以確定輥鍛2道次，預(yù)、終鍛均打擊1次，以免由于打擊次數(shù)過多導(dǎo)致鍛造出現(xiàn)折疊、裂紋等缺陷。由于雙耳采用非加工模式，因此鍛造結(jié)束之后要先使用風(fēng)管清理模膛，隨后再以石墨做好模具的潤(rùn)滑、冷卻處理，避免氧化物堆積過多影響到雙耳充模；③切邊工藝。當(dāng)在8 000 t摩擦壓力機(jī)終鍛之后，鍛件的機(jī)械手需要將其轉(zhuǎn)移至切邊機(jī)，而此時(shí)的切邊機(jī)則要應(yīng)用20 MN壓力機(jī)進(jìn)行切邊處理。

2 大型銷軌模具設(shè)計(jì)

第一，2個(gè)軌部的分模面一旦重合，那么耳部分模面的上側(cè)和下側(cè)就會(huì)從高度上呈現(xiàn)出差異，導(dǎo)致鍛模的上模和下模部位的型槽深度差增加，進(jìn)而在鍛打過程中出現(xiàn)耳部頂端無法充滿的問題。此外，模具設(shè)計(jì)過程中，鍛打充滿期間，上模耳部會(huì)呈現(xiàn)出比較大的外側(cè)向分力，這時(shí)模具斷裂的概率較大，影響帶模具的使用期限。

第二，沖孔模結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用正沖式結(jié)構(gòu)，也就是將沖孔沖頭于頂板進(jìn)行固定，此時(shí)鍛件的耳部向上，齒形向下，按照這種狀態(tài)進(jìn)行沖孔操作。大型銷軌沖孔之后，6個(gè)齒形側(cè)會(huì)有毛刺殘留。由于這些齒形面并非機(jī)加工面，如果有毛刺殘留，就會(huì)對(duì)后期實(shí)際應(yīng)用造成影響。由于打磨量比較大，加上打磨行為屬于深孔打磨，對(duì)于后續(xù)打磨工序人員素質(zhì)要求比較高，直接影響到工作效率。

最終明確模具設(shè)計(jì)方案。①雙耳部分分模面抬高，抬高后其中一側(cè)的耳部分模面也會(huì)相應(yīng)地抬高，這樣一來會(huì)導(dǎo)致耳部相對(duì)分模面距離一致，使上模和下模的型槽深度趨近相同，改善鍛打充滿期間金屬的流動(dòng)性，延長(zhǎng)模具使用壽命；②沖孔模結(jié)構(gòu)可以調(diào)整成反沖式結(jié)構(gòu)，即將沖頭固定在下底板，模具運(yùn)行期間沖頭可以在鍛件深孔處直接穿出，完成沖孔操作之后，打磨量減少，生產(chǎn)效率更高。

3 結(jié)語

綜上所述，為了保證大型銷軌鍛造質(zhì)量，必須要選擇合適的工藝，做好模具設(shè)計(jì)，以延長(zhǎng)模具使用壽命為前提，制定完善的設(shè)計(jì)方案，針對(duì)鍛造期間存在的問題及時(shí)予以解決，從而有效提升銷軌鍛造質(zhì)量。

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