應用分體式鍛造工藝加工液壓支架主要零件

于 華

（同煤裝備公司中央機廠技術中心，山西 大同 037001）

同煤集團裝備公司中央機廠鍛造分廠是集團公司唯一年鍛造能力超萬噸的大型鍛造基地。 主要承擔該集團公司液壓支架、帶式輸送機、刮板運輸機等產品所需鍛件的成型，另外還擔負著集團公司各礦配件產品中鍛件的鍛造成形。 近年來，中央機廠液壓支架制造由過去的小型支架（3 100、5 600、6 000、7 500）逐步向大型支架（10 000、13 000、15 000、17 000、21 000）制造的過渡，各種銷軸、立柱、千斤頂的相關鍛打任務逐年增多，這些產品的鍛造尺寸也在逐年增大， 尤其是立柱的活柱底、千斤頂的耳軸等復雜工件鍛造成為鍛造分廠需要重點鍛制的產品。

由于各礦井煤層賦存地質條件不同，井下液壓支架的種類和型號也各不相同。 鍛件的規格品種也相應增多。 一般鍛件產品從加熱到成形需要經過原料加熱、毛坯預鍛、毛坯成形、沖孔、彎曲、檢驗等工序。 隨著液壓支架產品質量要求的提高、專業化程度的提升，對各種鍛件的成形要求、材質要求等都在逐步提高。 現有大中型復雜類鍛件在鍛制過程中存在的內部組織鍛不透、凹痕缺肉、折疊等缺陷日漸顯現（成型過程中90%以上的毛坯存在缺陷），鍛造成型特別困難， 原傳統整體鍛造工藝呈現不足，分體式鍛造工藝理念應運而生。

1 分體式鍛造工藝設計原理

分體式鍛造是指將一個大中形復雜鍛件分成兩個以上中小形鍛件的鍛造方法。 其鍛造的基本特點是：以鍛造設備為基礎，以優質、高效、低耗降低產品成本為目的， 對鍛件進行技術工藝性分析，以合理的工序，最佳鍛造方案獲得最優質鍛件。 其設計理念為以最佳工藝方案、最小的投入獲得最優質產品、得到最佳效益。

1）對大中形復雜類零件進行結構性分析，依據零件形體特點確立分體式鍛造工藝方案。

2）對分體式鍛造工藝方案進行可行性分析，確保零件在部件使用中承受沖擊、交變應力、屈服極限、強度、硬度等機械性能不受影響。

3）對零件進入分體式鍛制試驗過程。 下面將重點敘述液壓支架立柱活柱底、千斤頂耳軸實鍛分體式鍛造工藝。

2 分體式鍛造工藝實際應用

液壓支架千斤頂耳軸零件原鍛造工藝為整體自由鍛加胎膜鍛，其鍛造工藝流程（見圖1）。

圖1 鍛造工藝流程

1）下料，選用尺寸Φ200 mm×263 mm 圓棒料，65 kg，設備3T 錘，鍛造操作機，裝取料機，定員8 人。

2）加熱到1 200℃出爐鍛造，自由鍛鐓粗，扣出耳軸初型。

3）二次加熱出爐，用Φ100 沖頭沖孔，二次擴孔用Φ180 沖頭，切出耳軸軸部。

4）三次加熱出爐，用合模鍛造，切邊模切除飛邊，再沖掉內孔連皮。

由于鍛件為復雜形結構，從預鍛到終鍛，需加熱3～4 次，鍛造操作難度增加，自由鍛鍛造耳軸初形，造成工人體力消耗大，且生產效率低下（每班鍛制不足20 件），原材料浪費嚴重，鍛造模具成本高[1]。

現采用分體式鍛造，針對小型液壓支架千斤耳軸零件的特點：零件中部為薄壁圓筒，兩端為圓形銷軸， 整體為圓柱與球體相鉸接的復雜型鍛件結構，見圖2。經過分析論證，采用分體式鍛造工藝：將其分成對稱兩體，用圖3 和圖4 模具進行鍛制。 其工藝流程如下：

圖2 耳軸零件

圖3 半耳軸制坯模

圖4 半耳軸成型模

①選用尺寸Φ150 mm×149 mm 圓棒料，18 kg，材質27SiMn。 設備1T 鍛錘，定員5 人。

②加熱到1 200℃出爐鍛造， 用圖3 半耳軸制坯模，鍛出耳軸銷軸體部分。

③二次加熱出爐用圖4 半耳軸成型模彎曲成半體，并成形內圓弧，留余量3～5 mm。

④將兩半體鍛接成形。

⑤經毛坯檢驗，產品合格率達99.8%，而且生產效率翻了兩倍。

ZF15000 支架立柱活柱底， 其零件為圓柱體和套筒類相連體大形鍛件結構，見圖5。原鍛造工藝為整體胎膜鍛造，鍛造工藝流程如下：

圖5 活柱底零件

①下料， 選用尺寸Φ350 mm×380 mm 圓棒料，288 kg 材質27SiMn， 設備3T 鍛錘， 鍛造操作機，裝取料機，定員8 人。

②加熱到1 200℃出爐鍛造， 自由鍛拔長至符合胎具尺寸，裝入胎膜鍛制，用Φ150 沖頭沖孔。

由于零件為大形鍛件， 加上設備能力有限，在鍛制過程中鍛件存在鍛不透現象，且有折疊，凹痕缺肉等缺陷，造成產品使用壽命縮短，再則鍛件鍛造過程中沖頭難以退出。

根據零件結構特點， 現采用分體式鍛造工藝：將其分成套筒和圓柱體兩部分見圖6、圖7。

圖6 活柱底件1

圖7 活柱底件2

圖6 為套筒，鍛造工序為一步下料工藝，選用管料Φ365 mm×60 mm×285 mm，128 kg 材質27SiMn，設備帶鋸床，定員1 人。

圖7 為圓柱體，鍛造工藝流程如下：

①下料，選用尺寸Φ230 mm×319 mm 圓棒料、104 kg，材質27SiMn，設備3T 錘，鍛造操作機，裝取料機，定員8 人。

②加熱到1 200℃出爐鍛造， 操作機夾住模具利用三噸錘最大打擊力快速鍛造成形。

3 效果

1）分體式鍛造減少了鍛件的整體用料（耳軸單件毛坯重量減少29 kg； 活柱底單件毛坯重量減少56 kg），而且節約了大批零件下一步機加工工時。

2）簡化了鍛造工序，提高了設備利用率，降低了工人勞動強度。

3）鍛件質量得到優化，預防了鍛件因設備能力不足而造成的內部組織鍛不透， 鍛件表面缺肉，折疊等缺陷。

4）分體式鍛造節約了大量鍛件模具制造費用，降低產品制造成本，提高了液壓支架零部件使用壽命。

4 結語

分體式鍛造工藝的應用改變了以前大中形形復雜類鍛件整體鍛造工藝，在大型液壓支架立柱柱活柱底、各種千斤頂缸底耳軸制造中起到積極作作用。 有效降低了產品制造成本，每年可為該廠節約約支架制造，修理費用達幾百萬元[2]。分體式鍛造工藝的應用為今后大中型復雜類鍛件的鍛造提供了一種新的方法和思路，也可為鍛造行業相似鍛鍛造部件提供技術借鑒。