推桿尾鍛造工藝研究

■山東礦機(jī)集團(tuán)萊蕪煤機(jī)有限公司 孫建華

推桿尾鍛造工藝研究

■山東礦機(jī)集團(tuán)萊蕪煤機(jī)有限公司 孫建華

摘要：通過(guò)對(duì)推桿尾鍛造工藝分析，制訂了仿形氣割制坯方法，解決了制坯及預(yù)鍛兩個(gè)難題，同時(shí)減少一臺(tái)用于預(yù)鍛的鍛造80MN摩擦壓力機(jī)，節(jié)省了一套預(yù)鍛鍛模，起到較好效果。

推桿尾是煤礦機(jī)械液壓支架重要受力部件，原毛坯為鑄件，產(chǎn)品加工過(guò)程中出現(xiàn)砂眼、氣孔、疏松及偏析等缺陷，產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量差，導(dǎo)致產(chǎn)品合格率很低。同時(shí)，由于產(chǎn)品內(nèi)部鑄造組織導(dǎo)致綜合力學(xué)性能低于鍛件，滿足不了使用要求。為提高該產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量及綜合力學(xué)性能，滿足產(chǎn)品使用要求，決定將原鑄造毛坯改為模鍛件毛坯。

鍛件如圖1所示，選用材質(zhì)27SiMn。從圖中可以看出該產(chǎn)品外形尺寸較大，且外形輪廓較復(fù)雜，呈L形。經(jīng)理論計(jì)算鍛件凈重206kg，屬于大型較復(fù)雜模鍛件。

1. 鍛壓設(shè)備噸位的確定

我公司主要大噸位鍛壓設(shè)備以摩擦壓力機(jī)為主，采用在摩擦壓力機(jī)上鍛造該產(chǎn)品，模鍛力計(jì)算如下

P=(17.5～28)KF

式中P——模鍛力（kN）；

F——鍛件總變形面積，包括鍛件面積、毛邊面積、連皮面積為2989.52cm2；

K——鋼種系數(shù)，材質(zhì)為合

金結(jié)構(gòu)鋼，取1.25。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，選取80M N摩擦壓力機(jī)，計(jì)算得P=65395.75～104633.2kN。

2. 模鍛工藝選擇

從圖1中可看出，鍛件沿長(zhǎng)度719mm尺寸方向上截面落差較大，桿部細(xì)長(zhǎng)，頭部外部輪廓大體上呈扁長(zhǎng)方形，但是沿485mm尺寸方向中部有較大深度凹檔，截面變化也較大，再考慮到鍛件重量大等因素，該鍛件成形難度較大。

按照鍛件圖樣尺寸進(jìn)行鍛造工藝分析，制訂其模鍛工步為：下料→加熱→制坯→加熱→預(yù)鍛→終鍛→切邊。從鍛造工步可看出，該產(chǎn)品成形的關(guān)鍵是制坯及預(yù)鍛。

制坯：由于該鍛件截面變化較大，外形為非對(duì)稱圖形等特點(diǎn)，按照材料體積分配原則，制坯外形需盡量接近鍛件外形，這樣既能保證鍛件各部分飽滿成形，又能保證材料為合理的消耗重量。但由于該鍛件外形特點(diǎn)，鍛件重量又很大，按照常規(guī)自由鍛制坯方式，從工藝上來(lái)說(shuō)難度非常大。

預(yù)鍛：鍛件圖1中顯示，485mm尺寸方向上凹檔窄且深，將導(dǎo)致鍛造時(shí)該處金屬流動(dòng)劇烈，容易產(chǎn)生折疊等缺陷，因此必須采取預(yù)鍛，在預(yù)鍛型腔上此處增加劈料臺(tái)，將此處料劈開。但如果要采取預(yù)鍛工步，由于該鍛件外形尺寸較大，在同一鍛模分型面上布置預(yù)鍛型腔和終鍛型腔兩個(gè)型腔是不可能的，況且，由于摩擦壓力機(jī)抗偏載能力較差，也不宜在同一鍛模上采用預(yù)鍛。因此，為解決預(yù)鍛問(wèn)題就必須要增加一臺(tái)80MN摩擦壓力機(jī)，如果這樣將導(dǎo)致設(shè)備投資很大，同時(shí)還要增加一套預(yù)鍛模，結(jié)果會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品成本的增加。

圖1　鍛件

綜上所述，按照常規(guī)方法解決該鍛件的制坯及預(yù)鍛問(wèn)題難度很大，必須通過(guò)其他非常規(guī)工藝手段來(lái)解決這兩個(gè)問(wèn)題。經(jīng)仔細(xì)分析，制訂了仿形氣割制坯工藝方法，其模鍛工步為：下料（帶鋸）→加熱（天然氣加熱爐）→制坯（3t自由鍛錘）→仿形氣割（預(yù)鍛，一件毛坯割為二件）→二次加熱（天然氣加熱爐）→終鍛（80MN摩擦壓力機(jī)）→切邊（10MN油壓機(jī)）。

具體制坯工藝制訂方法為：

（1）按鍛件外形尺寸單邊縮小5mm，得到其縮小的鍛件外形尺寸作為制坯輪廓尺寸，并計(jì)算出其橫向截面積約為163 663.62mm2，如圖2所示。

（2）根據(jù)鍛件重量加上飛邊重量、凹檔處連皮重量及一火次火耗重量得到制坯坯料總重量，計(jì)算出坯料厚度為175mm。

（3）將圖2首尾相連，相連處預(yù)留3mm割縫，即按照?qǐng)D3圖形排列就可得出預(yù)制坯寬度尺寸，這樣預(yù)制坯料的長(zhǎng)、寬、高尺寸就都確定了。

（4）預(yù)制坯尺寸確定后，按照確定尺寸在自由鍛錘上鍛出坯料。

（5）按照?qǐng)D3虛線氣割，將坯料氣割為兩件，得到兩件預(yù)鍛件。

該工藝過(guò)程優(yōu)點(diǎn)為：

第一，制坯及預(yù)鍛兩個(gè)問(wèn)題順利解決。通過(guò)自由鍛預(yù)制坯仿形氣割工藝，不但解決了鍛件制坯問(wèn)題，同時(shí)解決了鍛件預(yù)鍛問(wèn)題，可謂“一箭雙雕”。

第二，鍛模壽命大幅提高。由于通過(guò)仿形氣割后的“預(yù)鍛件”和鍛件外形輪廓完全一致，終鍛時(shí)金屬流動(dòng)量小，減小了由于金屬流動(dòng)對(duì)型腔壁的磨損，使模具壽命大幅提高。

第三，終鍛所需設(shè)備成形力小。由于氣割預(yù)鍛件比終鍛件外形輪廓“瘦”一些，厚度上高一些，體積模鍛為鐓粗成形，所需設(shè)備成形力較小一些。

第四，降低設(shè)備投入。由于不需預(yù)鍛，減少一道預(yù)鍛工序，減少一道預(yù)鍛設(shè)備投入。

第五，降低模具投入。由于預(yù)鍛通過(guò)氣割解決，減少一套預(yù)鍛模具投入，降低模具投入費(fèi)用，鍛件成本大幅降低。

3. 模具設(shè)計(jì)

（1）鍛模結(jié)構(gòu)確定由于該鍛件外形尺寸較大，為增加模塊強(qiáng)度，鍛模設(shè)計(jì)采用燕尾式整體結(jié)構(gòu)，如圖4所示。鍛模采用斜楔緊固在上下模座內(nèi)。為平衡鍛模產(chǎn)生錯(cuò)移力，在模塊的4個(gè)角上設(shè)置鎖扣導(dǎo)向來(lái)保證導(dǎo)向精度。

（2）終鍛型腔布置由于該鍛件外形為非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，其終鍛型腔包括飛邊橋部部分的鍛模模膛中心位置的確定非常關(guān)鍵，必須使鍛模模膛中心和鍛模中心重合或盡量接近，否則終鍛偏心力矩，將造成上下模產(chǎn)生較大錯(cuò)移力導(dǎo)致鍛件錯(cuò)移量超差，產(chǎn)生不良品。

鍛模模膛中心就是其終鍛型腔包括飛邊橋部部分在分模面上投影面積的質(zhì)心，其位置確定具體的辦法，一般是用樣板吊線實(shí)測(cè)的方法，但是這樣的方法只能是近似的，誤差較大。經(jīng)過(guò)實(shí)踐，采用三維造型法確定面心，相比吊線法不僅簡(jiǎn)便且精度高，就是先通過(guò)UG三維造型出熱鍛件及飛邊橋部實(shí)體，然后通過(guò)UG軟件工具欄查找功能確定質(zhì)心位置，如圖5所示。

4. 試制

模具按照設(shè)計(jì)方案加工完成后，按以上工藝方案試制，獲得成功，下料重223kg，鍛件凈重206.5kg，飛邊重10.5kg，火耗6kg，樣件經(jīng)檢測(cè)完全符合鍛件要求，生產(chǎn)出符合用戶要求的推桿尾鍛件，如圖6所示。

圖2　坯料外形

圖3

圖4　鍛模

生產(chǎn)中注意的問(wèn)題：

（1）氣割時(shí)一定要注意調(diào)整切割火焰，保證切割面質(zhì)量，不能產(chǎn)生較深的溝槽，同時(shí)要將

渣子清理干凈。

（2）由于終鍛要經(jīng)過(guò)二次加熱，坯料氧化較嚴(yán)重，因此坯料在放入模膛之前一定要將氧化皮清理干凈，防止鍛件表面產(chǎn)生氧化皮凹坑。

圖5　質(zhì)心確定

圖6　推桿尾鍛件

5. 結(jié)語(yǔ)

推桿尾鍛件重量大、外形尺寸大、截面積變化大且有較大深度凹檔，如采用普通鍛造工藝，制坯困難，預(yù)鍛需增加一臺(tái)設(shè)備，導(dǎo)致產(chǎn)品鍛造成本偏高。采用自由鍛制坯后與氣割相結(jié)合的制坯工藝方法，既解決了制坯難題，也解決了預(yù)鍛問(wèn)題，所謂一舉兩得，取得了較好效果。

20150708