大型銷軌鍛造工藝與模具設(shè)計

黃程程 于德航 楊亮

(遼源方大鍛造有限公司,吉林遼源 136600)

大型銷軌鍛造工藝與模具設(shè)計

黃程程 于德航 楊亮

(遼源方大鍛造有限公司,吉林遼源 136600)

通過對大型銷軌鍛件的工藝分析,制定了合理的工藝方案。對鍛件生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的缺陷進(jìn)行了分析,提出了解決辦法。介紹了模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn),合理設(shè)計了預(yù)鍛模型腔,使坯料得到充分的預(yù)分配,保證了終鍛的成型,從而減少終鍛成型力,解決了設(shè)備噸位不足問題,生產(chǎn)出的鍛件質(zhì)量良好。

大型銷軌 工藝分析 鍛模設(shè)計

1 產(chǎn)品分析

銷軌是煤礦綜采三機(jī)配套生產(chǎn)中不可缺少的重要零件。它位于刮板運(yùn)輸機(jī)的中部槽之上，采煤機(jī)的行星輪通過與銷軌齒面嚙合帶動采煤機(jī)在銷軌上行走。因此，銷軌除需要有合適的齒孔外，還需要有較高的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。銷軌屬于深孔薄壁復(fù)雜鍛件(見圖1)，鍛件質(zhì)量大，形狀復(fù)雜，成型難度大。經(jīng)過對鍛件進(jìn)行工藝分析與鍛模設(shè)計，根據(jù)單位現(xiàn)有設(shè)備條件，在80MN熱模鍛壓力機(jī)上制造出了合格的鍛件。

2 銷軌鍛件工藝方案分析

銷軌在鍛造生產(chǎn)中對工藝和模具設(shè)計均有較高的要求。銷軌截面變化大，局部深度大，沖孔連皮薄，溫度下降快，金屬不易流動，鍛件型腔充滿困難，需要較大打擊力。鍛件成型的關(guān)鍵在于如何保證坯料的合理分配，必須采用有效的制坯手段，提前使坯料均勻分布。在設(shè)計預(yù)鍛模和終鍛模時，需要仔細(xì)考慮其結(jié)構(gòu)形式，以保證鍛件在充滿的前提下，飛邊大小合適，以便于機(jī)械手抓取，保證自動化生產(chǎn)流暢進(jìn)行。現(xiàn)采用二次成型的鍛造工藝方案，先進(jìn)行輥鍛制坯，后進(jìn)行預(yù)鍛、終鍛成型。

模鍛成型的工藝流程為：下料→加熱→輥鍛→預(yù)鍛→終鍛→切邊→沖孔→調(diào)制處理→打砂→檢驗(yàn)→合格鍛件。

圖1 銷軌鍛件圖

圖2 銷軌預(yù)鍛模圖

3 模具設(shè)計

銷軌鍛件重量大，銷軌齒柱深度大，因此設(shè)有預(yù)鍛模，以保證合理分料。如果用終鍛一次鍛打成型的方式生產(chǎn)，在鍛打時多余的金屬會向型腔內(nèi)流動，最終形成折紋。

3.1 預(yù)鍛模設(shè)計

預(yù)鍛模的主要是用來改善金屬在終鍛模中的流動情況，使金屬易于充滿終鍛模膛，以保證鍛件充滿，并且避免在鍛件上形成折紋、裂紋等缺陷。同時預(yù)鍛模也可以減少終鍛模膛的磨損，延長其使用壽命。

銷軌預(yù)鍛工步要解決的問題是滿足A處凸起位置(見圖1)充滿所需的料和主軌板、副軌板內(nèi)側(cè)部位料的合理分配，并且要保證飛邊的大小合適。飛邊如果太小，和頂料桿之間就沒有足夠的接觸面積，不能把鍛件平穩(wěn)的頂起;如果飛邊過大，機(jī)械手夾鉗無法抓起，都不能保證自動化生產(chǎn)的順利進(jìn)行。為了有效的解決這幾個問題，在設(shè)計時采取了以下幾項(xiàng)措施：

(1)在A處底部開設(shè)排氣孔(見圖1)。(2)在B處和C處以大圓角半徑過渡，以增加A處的含料量(見圖1)。(3)加大連皮處分模面圓角，深腔處圓角為R30。(4)局部加深型腔深度，下模副軌板處加深2mm。(5)在D、E兩處設(shè)置擋墻(見圖2)。

3.2 終鍛模設(shè)計

為保證鍛件終鍛的順利成型，飛邊槽橋部高度減小為8mm，以增大阻力使金屬充滿型腔。同時飛邊槽倉部高度加高到24mm，以容納多余的金屬，保證飛邊不至于過大，影響機(jī)械夾鉗的抓取。

因?yàn)闊崮ｅ憠毫C(jī)上設(shè)有頂料機(jī)構(gòu)，故而鍛造拔模斜度選擇為5°。在保證鍛件尺寸的情況下，節(jié)省了材料的同時，也減小了加工量。同時在A處(見圖1)也設(shè)有排氣孔，避免了在變形開始時，坯料覆蓋在模膛上，模腔內(nèi)的空氣在金屬流入模膛時無法排除而造成的鍛件充不滿。

終鍛工步連皮的幾何形狀以及尺寸至關(guān)重要。圖3(a)所示的為原設(shè)計形式與尺寸，經(jīng)試生產(chǎn)證明該連皮厚度過大，沖孔后鍛件銷柱位置連皮殘留過高，影響與行星輪的嚙合。如若單純降低連皮厚度，阻力加大又會使主、副軌板內(nèi)側(cè)上平面充不滿。最終采用圖3(b)的形式，既能使連皮厚度減薄，不能保證鍛件充滿。

4 試制過程中出現(xiàn)的問題和解決辦法

(1)A處(見圖1)頭部雙側(cè)充不滿，經(jīng)分析主要是預(yù)鍛件B處過渡

圖3 連皮尺寸及形式

圓角不夠大，儲存坯料量不足以使終鍛型腔充滿。解決辦法是改變預(yù)鍛件在B處過渡形式(見圖4)。A處頭部單側(cè)充不滿，主要是因?yàn)檩佸憡A鉗口夾取位置不夠準(zhǔn)確以及預(yù)鍛放料位置有偏差，經(jīng)試驗(yàn)調(diào)整找到其準(zhǔn)確位置，頭部即可充滿。

圖4 預(yù)鍛件B處形式

(2)鍛件主軌板左右兩側(cè)出現(xiàn)縮孔。由圖1可見A處凸起變形量大，在鍛造過程中，坯料受壓后不斷充入A處型腔內(nèi)部，分模面位置金屬不斷補(bǔ)充進(jìn)入型腔，故而在此處形成了縮孔。解決方法是在預(yù)鍛模上加大此處分模面圓角。

5 結(jié)語

(1)所采用的鍛造工藝和鍛模結(jié)構(gòu)經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證，效果較好，所生產(chǎn)的鍛件合格，滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。(2)對于深孔薄壁復(fù)雜鍛件，飛邊槽與連皮的尺寸與幾何形狀的確定至關(guān)重要，合理的飛邊槽和連皮形式是模具設(shè)計的關(guān)鍵。

[1]中國機(jī)械工程學(xué)會塑性工程學(xué)會.鍛壓手冊第1卷[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2007.

黃程程(1985-),女,吉林人,助理工程師,遼源方大鍛造有限公司技術(shù)員,主要從事鍛造模具設(shè)計與研究。