一種特大型齒塊的鍛造工藝探究

文／齊福民·大連金雕鑄鍛工業有限公司

中國早已成為名副其實的基建狂魔，之所以能夠成為基建狂魔，是因為我國擁有多家大型工程機械生產公司，如三一、徐工、柳工、臨工、中聯、山推、山河智能等。在眾多的基建工程機械中，推土機是非常重要的一種，推土機的驅動輪在使用過程中因磨損需要定期更換，驅動輪大多由齒塊拼接而成，市場對齒塊的需求量一直不減。

齒塊介紹

齒塊作為推土機上的重要傳動零部件，通過拼接安裝后形成整個驅動輪，推土機在不斷行進中對傳動部分的磨損較大，所以齒塊的磨損速度較快，需要定期更換，由于將驅動輪分散后更容易裝卸，所以大部分推土機的驅動輪均采用齒塊拼接的方式進行安裝。將驅動輪拆分為齒塊還有一個好處是齒塊可采用鍛造成形，大型驅動輪很難整體鍛造，所以多采用鑄造生產，但是鑄件很難避免有縮松、氣孔等鑄造缺陷，另外鑄件的機械性能也低于鍛件，所以采用分體齒塊不但可以提高其使用壽命，而且安裝方便。

根據驅動齒與鏈條的配合情況，驅動輪各個齒能夠均勻磨損，所以齒數均采用奇數齒，一般齒數為19 齒、21 齒、23 齒、25 齒、27 齒。齒塊拼接的驅動輪基本都是23 齒、25 齒、27 齒的，23 齒采用三個六齒塊加一個五齒塊拼接而成，25 齒為5 個五齒塊拼接而成，27齒為9個三齒塊拼接而成(見圖1)，9 塊三齒塊拼接，齒塊數量較多，安裝不便，所以探討了由3 個九齒塊拼接成整個驅動齒，但是因九齒塊用普通熱模鍛很難成形，所以市場上很少見到九齒塊。

圖1 9 個三齒塊拼接而成驅動齒

齒塊生產工藝

正常齒塊的鍛造成形通常分為三步或者兩步：第一步為制坯，即將棒料壓彎，將整個棒料的材料進行分散，壓出粗略的齒形；第二步為預鍛，在制坯的基礎上鍛壓出基本接近成品齒塊的形狀，為終鍛成形做鋪墊，也能很好的保證終鍛模具型腔的磨損程度；第三步為終鍛，在預鍛基礎上鍛壓出成品齒塊，這樣既可以延長模具壽命，又可以保證材料能夠充滿整個終鍛型腔，產品質量相對較高；還有部分齒尖部位較寬，材料易充滿的，可將制坯與預鍛整合為一步，優點是節省模具材料、操作時間等，缺點是模具的磨損會比較大，產品質量會稍差一些。

九齒塊的生產工藝及模具結構

九齒塊是一種特大型齒塊(見圖2)，齒塊齒頂圓半徑為R449.5mm，內徑約為R327.5mm，扇形角度為120°，由于其具有一定的弧度，所以在制坯時兩側的齒尖角度是反向拔模斜度(見圖3)，導致正常上下分模時制坯件很難脫模，因為若不鍛出粗略的齒形，后面預鍛及終鍛齒尖位置很難充滿，所以九齒塊的鍛造難點就在于如何解決制坯脫模的問題。

圖2 九齒塊鍛件圖

圖3 九齒塊制坯圖

目前，國內已開發出多種型號的多向鍛工藝，所以制坯工序采用多向鍛進行制坯，將制坯模設計為雙向開模，水平方向通過兩側的液壓缸帶動兩塊下模移動，兩塊下模上設有導柱(拉桿)，兩塊下模的活動在燕尾形導軌內進行，保證下模兩塊模具合模時的精度。豎直方向通過滑塊帶動上模的上下，擠壓加熱好的棒料。分模時滑塊帶動上模做上下分模，然后兩側液壓缸卸壓收回，帶動兩側的下模進行水平分模，運動到一定程度時，拉桿上的限位塊會帶動卸料板將制坯件頂出，這樣既能很好的保證制坯過程中材料分配，又能保證制坯后順利脫模。模具結構如圖4 所示。

圖4 制坯模具

齒塊具體制坯步驟如下。

⑴鍛造前將兩驅動油缸處于壓緊狀態，使兩下模貼合在一起，下模模膛拼接形成半封閉的型腔，壓力機的滑塊帶動上模抬起所需高度；

⑵加熱好的坯料放入型腔中間位置；

⑶壓力機滑塊落下，帶動上模壓緊坯料，使坯料充滿型腔；

⑷當上模和下模接觸面完全貼合后完成成形階段，滑塊返程，帶動上模上行；

⑸兩驅動油缸退回，帶動下模分開，鍛件貼合在一下模的模膛上，在兩驅動油缸退回后，下模固定板上的限位塊抵接在頂料板上，并相對下模移動，頂出鍛件。

經仿真模擬制坯形狀如圖5、圖6 所示。

圖5 制坯仿真正視圖

圖6 制坯仿真軸測圖

制坯后將其放入預鍛型腔，鍛打后放入終鍛型腔，預鍛及終鍛型腔布局如圖7 所示。

圖7 預鍛及終鍛型腔布局

預鍛及終鍛采用正常上下分模，在制坯過程中兩側的料均放置在預鍛型腔，這樣能夠更好的保證材料充滿型腔，預鍛及終鍛布局在同一塊模具上，這樣可以減少預鍛轉移至終鍛的時間，保證產品在終鍛鍛打的溫度，從而更好地保證材料充滿型腔，為保證產品順利脫模，在預鍛及終鍛模具上均設有五個頂出桿。

最后一步為切邊校正，我公司有切邊校正復合模，可采用切邊校正一步完成，在切邊的同時保證產品的變形量在客戶的要求范圍內。

結束語

通過針對特大型齒塊的工藝研究，采用多向鍛制坯成形可以大幅提高材料利用率，經過三維仿真成形效果良好，后期生產進行實踐驗證，鍛件充型飽滿，無缺陷，針對特大型齒塊的生產工藝也已經申請了專利。

科技的發展，設備的改良與提升，可以不斷的擴大鍛件產品的生產范圍，用于取代其他工藝生產產品，提高零部件的機械性能，降低成本，實現中國制造向中國智造的轉變。