兩種雙金屬刀座成形方式的對比分析

文／丁一林·淮南凱盛重工有限公司

兩種雙金屬刀座成形方式的對比分析

文／丁一林·淮南凱盛重工有限公司

丁一林，工程師，主要從事鍛造及熱處理工藝的編制工作，參與EBZ160掘進機切割部的設(shè)計及主持10-3C.10-6B的改進項目。

雙金屬刀座用于掘進機截割部切割頭處，其下部與切割頭體(切割頭整體由16Mn板焊接而成)焊接，要求有很好的焊接性；其上部承受切割刀頭切割煤巖層的切割力及煤巖層的摩擦力，要求有足夠的強度和高的硬度；因此刀座采用雙金屬制造，其下部為16Mn，上部為42CrMo，上下部占重量比例分別為65%和35%。其位置及構(gòu)造如圖1所示，雙金屬刀座實物圖如圖2所示。

圖1 雙金屬刀座位置及構(gòu)造

圖2 雙金屬刀座實物圖

在每臺掘進機切割頭部，雙金屬刀座為幾十個不等，且均勻分布，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，決定其采用摩擦焊后模鍛鍛造成形。雙金屬刀座零件圖如圖3所示。

此零件的鍛件采用單件模鍛時，考慮到該鍛件由雙金屬組成，且不同組分的金屬部分形狀不同，制坯時必須要做標(biāo)記，否則易造成廢品，解決辦法可在摩擦焊時做標(biāo)記；如果兩件合體模鍛時，鍛件由不同成分的金屬組成不同的形狀，且其坯料摩擦焊接為一體，則可考慮摩擦焊接時，三段圓棒下料，中間一段為鍛件焊接時接觸切割頭體部分，材料是16Mn，兩頭均為42CrMo；模鍛時，兩鍛件可采用不同的方式對稱排布，此例為兩件互相先以X軸對稱，再以Y軸對稱而成，制坯時不會造成混淆，模鍛熱切后采用鋸切分開。

兩種成形方案

方案1

成形工藝為：下料→焊接→退火→標(biāo)記→制坯→模鍛→切邊→成品。

⑴圓棒下料。按重量35%的16Mn及65%的42CrMo分別下料。

⑵摩擦焊接。清除焊接端面毛刺，在摩擦焊機上將上述不同金屬圓棒焊為一體。

⑶退火處理。為了使焊縫組織均勻化，采取退火處理。

⑷做標(biāo)記。車去部分焊接飛邊，焊縫周邊留凸出圓棒表面h=3mm作為兩種金屬標(biāo)識，如圖4所示。

圖3 雙金屬刀座零件圖

圖4 加工預(yù)留3mm高度

⑸制坯。憑標(biāo)識判斷兩種金屬位置，在750kg自由鍛錘上利用斜度11°的斜角夾板鍛出鍛件大端及小端；其長寬方向尺寸略小于鍛件長寬尺寸，高度方向尺寸略大于鍛件平均高度尺寸。

⑹模鍛。在1t模鍛錘上模具成形；模具以圖3主視圖（第一視圖）方向為分模面，鍛件在三向壓應(yīng)力下模鍛成形。

⑺切邊，成品。在切邊模上熱切，去飛邊；人工除去殘留飛邊、毛刺，鍛件成品入庫。

方案2

成形工藝為：下料→摩擦焊→退火→機加工→摩擦焊→退火→制坯→模鍛→切邊→成品。

⑴圓棒下料。下料分三段，均為φ70mm，見圖5。考慮飛邊及鋸切余量，A段為42CrMo，L=82.5mm，B段為16Mn，L=70mm，C段與A段相同。

圖5 下料尺寸

⑵一次摩擦焊接。清除焊接端面毛刺，在摩擦焊機上將A、B段焊接為一體。

⑶完全退火處理。為了使焊縫得到均勻組織以及消除焊接應(yīng)力，采用完全退火，加熱溫度為850℃，保溫一段時間，隨爐緩冷至室溫。

⑷機械加工。車去A、B焊縫周邊飛邊。

⑸二次摩擦焊接。清除待焊接端面毛刺，在摩擦焊機上將C段與已焊好的A、B段焊接為一體。

⑹完全退火處理。加熱溫度為850℃，保溫一段時間，隨爐緩冷至室溫。

⑺機械加工。車去C段焊縫周邊飛邊。

⑻彎曲制坯。制坯在1t自由鍛錘上利用彎曲模進行，其彎曲模兩端大頭部分（42CrMo）做成橢圓形，這樣在模鍛時鍛件容易成形，也保證了鍛件質(zhì)量；模腔橢圓部分高度方向尺寸小于鍛件分模面（圖3主視圖）方向長寬尺寸，此處取h=45mm，模腔中間部分尺寸也小于小頭部分相應(yīng)尺寸。彎曲模如圖6所示。

圖6 彎曲模

⑼模鍛。在2t模鍛錘上模具內(nèi)成形；將彎曲模制好坯的坯料翻轉(zhuǎn)90°，放置在鍛模模腔內(nèi)，鍛件在三向壓應(yīng)力下模鍛成形。鍛模如圖7所示。

圖7 鍛模

⑽切邊。在切邊模上熱切，去飛邊。其切邊模尺寸可參考熱鍛件圖尺寸，其熱鍛件圖如圖8所示。

⑾鋸切，成品。在工裝的夾持下，鋸切鍛件圖8所示6mm處，一分為二；人工除去殘留飛邊、毛刺，鍛件成品入庫。

圖8 熱鍛件圖

方案1、2在成形過程中，均有其優(yōu)缺點：

⑴方案1制坯時，憑標(biāo)識判斷兩種金屬位置，鍛出鍛件大端及小端；但此時圓棒溫度高達1200℃，其周圍空氣溫度高于其余部分空氣，引起空氣對流，光的折射使操作者眼睛容易產(chǎn)生錯覺，坯料大小端易倒置，鍛出鍛件易造成廢品；再者，坯料很快冷卻，容不得辨認(rèn)時間過長。

⑵方案1每次只能鍛出一件，效率不高。

⑶方案1比方案2工步簡單，在公司沒有大設(shè)備的情況下可采用；例如，公司只有1t模鍛錘。

⑷方案2比方案1工步復(fù)雜，成本稍高。

⑸方案2中兩鍛件互相先以X軸對稱，再以Y軸對稱而成，小端部分均在中間，大端部分在兩端，不存在混淆問題。

⑹方案2一次能鍛兩件，效率高。

結(jié)束語

通過以上對雙金屬刀座的兩種成形方案的討論，從中可看出其主要是模鍛方法的不同；我公司采取第二種方案成形，效率高，良品率幾乎可達到100%，為掘進機的生產(chǎn)提供了保障，得到客戶的好評。雙金屬刀座的成功研制為公司雙金屬刀座的生產(chǎn)積累了寶貴的實踐經(jīng)驗。