利用廢舊U 型鋼材加工錨索托盤沖壓模具的研發設計

葉鵬

（鐵法煤業集團 小青礦，遼寧 調兵山112700）

1 概述

錨索托盤是井下支護的常用材料，煤礦生產過程中會產生大量的廢舊U 型鋼，將其有效利用，加工制做成錨索托盤可有效降低生產成本，為企業創造經濟效益。小青礦每年使用錨索托盤1.5～2.0 萬塊，原有加工工藝是將廢舊U 型鋼鍛造打平后再鉆中心孔。托盤規格尺墳如下：長3000mm，寬2500mm，厚17mm，中心鉆經25mm，重量9kg。由小青礦機電修造廠負責加工制造。

2 原有錨索托盤加工工藝

2.1 鋼坯加熱

將U 型鋼坯料（250mm 每段）放入鍛造車間加熱爐內，加熱60 分鐘左右，達到900℃～1100℃，呈黃色或桔黃微紅色。

2.2 鍛打展平

由工人A 將加熱好的坯料從加熱爐內取出，然后由A、B、C三人配合放置在空氣錘上鍛打展平，由工人B 掌錘，打平后由工人C 放置在車間空地處，待其自然冷卻。

2.3 半成品運輸

由工人D 駕駛電瓶車，工人E 配合搬運，將鍛打展平后的半成品拉運至機加車間鉆床處。

2.4 鉆孔

由工人F 利用鉆床在托盤半成品中心部位鉆一個直徑∮25mm 的中心孔，完成全部加工工藝。

綜上所述，原有加工工藝需要多人配合作業，工序繁瑣，工人勞動強度高，生產效率低，安全性能差，不適應小青礦生產發展的需要。

3 錨索托盤模具的研發

3.1 模具研發

小青礦機電修造廠現有一臺J53-300B 型雙摩擦盤式壓力機，設計模具要求要實現托盤加工一次成型，不能再有第二次加工。根據煤礦生產實際，經過多方論證，我們決定研發平面型模具：一是平面型模具加工簡單，而且U 型鋼本身厚度不是均勻的，展平后的托盤在中間及兩邊部位較厚，強度能夠滿足要求；二是平面型托盤在井下生產過程中已經大量使用，實踐證明強度符合要求，安全是可靠的。所以為簡化模具結構將托盤模具設計成平面型。

3.2 設計基本數據

3.2.1 U 型鋼基本數據

小青礦井下生產產生的廢舊U 型鋼大部分都是36U 型，36U 型鋼參數見表。

36U 型鋼參數表

模具按36U 型鋼參數進行設計，其他型號胚料只需修改下模寬度等相關參數即可快速完成設計改進。

3.2.2 雙摩擦盤式壓力機基本參數

型號：J53-300B

公稱壓力：3000kN

工作行程：0～700mm（滑塊至平臺距離）

平臺尺寸：650mm×570mm

平臺及滑塊T 型孔間距：290mm

卸料空直徑：∮70mm

滑塊與導軌間隙：0.06mm～0.12mm

3.3 坯料展平試驗方案

3.3.1 試驗方案一

在U 型鋼坯料加熱后，直接用兩個500mm×400mm×30mm 平鋼板作為上、下模，將U 型鋼壓成平面，由于U 型鋼兩個側面厚度不均勻，在薄弱點部位產生變形，不能將U 型鋼展平，經5 次試驗后失敗。

3.3.2 試驗方案二

模仿人工用C41-400 型空氣錘鍛打的方法，在U 型鋼開口處加墊塊（相當于“撐開”），然后在上模下壓，多次試驗更換不同寬度的墊塊，其中110mm、120mm、130mm 寬度墊塊分別試驗10次（C41-400 型空氣錘錘砧寬100mm，故從110mm 開始試驗），結果發現，墊塊在120mm 寬度時基本可以展平。

3.4 沖孔方案

考慮到沖壓加工精度要求不是很高的因素，將沖頭尺寸定為∮26mm，沖頭部位不設計成復合模式，使沖頭直接外露。在沖壓過程中本應先將U 型鋼展平，而沖頭先接觸會使坯料產生變形，但最終上模下壓后依然會將坯料壓平，故在此處做了100次沖壓試驗，成功率基本達到99%以上，所以直接簡化設計，直接將沖頭露出，不將模具設計成復合模式。

3.5 模具各個零部件參數

上、下安裝板及卸料版：500mm×400mm×30mm。

下模：400mm×130mm×140mm。

上模：400mm×130mm×30mm。

沖頭安裝板：400mm×150mm×30mm。

沖頭：∮50mm×∮30mm×∮26mm×106mm

卸料板拉桿A：∮40mm×500mm

卸料板拉桿B：∮30mm×305mm

以上為模具各個零部件的基本數據，具體結構見圖。

錨索托盤模具結構示意圖

3.6 模具裝配間隙

滑塊與導軌間隙在0.06mm～0.12mm 之間，因為沖頭尺寸定為∮26mm，下模落料孔為∮27.5mm，經100 次沖壓試驗，成功率基本達到99%以上。卸料板拉桿與卸料板及下安裝板的間隙為1.0mm，經2100 次沖壓試驗，無任何問題。

4 使用模具加工托盤的工藝

（1）將U 型鋼坯料（250mm 每段）放入鍛造車間加熱爐內，加熱60 分鐘左右，達到900℃～1100℃，呈黃色或桔黃微紅色。（2）由工人A 將加熱好的坯料從加熱爐內取出，然后由A、B 二人配合放置在托盤模具上，由工人B 操作壓力機，模具動作一次直接將U 型鋼坯料加工成托盤成品，然后放置在車間空地，待其自然冷卻。

5 效益分析

原來每天加工120 塊托盤，最少需要6 個工時，便用模具加工托盤最多需要2 個工時，每個工時按100 元計算，每年可節省人工費6 萬元。除此之外，新工藝的采用提高了產品質，降低了工人的勞動強度，杜絕了搬運過程中磕手碰腳事故，降低了工人作業的危險性，對于礦井的安全高效發展具有重要意義。目前，此模具在我礦應用效果良好，運行穩定可靠。

6 設計展望

目前使用模具加工托盤還需要人工手動上料，下一步可根據現場實際設計一條可傳送高溫工件的自動化傳送帶，安裝一些傳感器及控制單元，將傳送帶與壓力機實現聯動，形成一個托盤生產加工的自動化流水線。