礦用高強度緊湊鏈立環熱擠壓成形的工藝研究

盧坤寧 張 展

（西安重裝澄合煤礦機械有限公司，渭南715300）

1 緊湊鏈立環概述

傳統圓環鏈原材料為圓棒料，截面為圓形，且面積相等，兩個環“十字”連接，兩環接觸點為線接觸，接觸面小，抗磨損能力差，在重型刮板輸送機上應用壽命短。為適應刮板輸送機高功率要求，提升圓環鏈破斷負荷能力及壽命時間成為當前鏈環研究的主要趨勢。在特定條件下，要想有效提高礦用圓環鏈力學性能、增加輸送能力以及提高使用壽命，可以對鏈條尺寸和幾何形狀進行優化設計，緊湊鏈應運而生。緊湊鏈是一個以焊接圓環鏈為平環，鍛造鏈環為立環，兩環交錯相接形成的鏈條。立環相對于圓環來說，外寬較小，直臂部位截面具有4個圓角矩形，頂部圓弧部截面積為圓形，按照相關規定，緊湊鏈立環零件如圖1所示。

圖1 緊湊鏈立環結構

圓環鏈相對立環具有以下優點：

（1）外寬小，可降低中部槽高低的尺寸，在同規格的中部槽上可使用大一個規格的緊湊鏈，能有效提高刮板輸送機的運輸能力；

（2）直臂部與中部槽接觸面為面接觸，耐磨性提高，如圖2所示

（3）采用熱擠壓工藝，平環與立環采用同一個牌號材料，金屬纖維走向相同，機械性能相同，整條緊湊鏈相對于鍛造立環壽命更長。

目前多數廠家開始鍛造成形立環，本文所研究的立環熱擠壓成形工藝，是將兩種工藝進行對比、結合的最終設計工藝。

2 緊湊鏈機械性能及立環的幾何尺寸

2.1 緊湊鏈機械性能

根據《礦用高強度圓環鏈》（GB/T12718-2009）、《礦用高強度緊湊鏈》（MT/T929-2004）規定，緊湊鏈機械性能應符合《礦用高強度圓環鏈》（GB/T12718-2009）中5.7的規定，如表1所示。

圖2 緊湊鏈立環連接形式

表1 緊湊鏈機械性能

2.2 緊湊鏈立環幾何尺寸

根據《礦用高強度緊湊鏈》（MT/T929-2004）規定，緊湊鏈立環幾何尺寸如表2所示。

以Φ34mm×126mm為例進行幾何尺寸相較，相關參數如表3所示。

兩種鏈條的外寬相比，緊湊鏈立環的外寬為97mm，圓環鏈外寬為109mm。

3 緊湊鏈的工況分析

3.1 緊湊鏈（圓環鏈）服役基本條件

（1）承受傳動拉力；

（2）由脈動負荷產生的疲勞；

（3）鏈條磨損，主要有鏈環與鏈環之間、鏈環與鏈輪之間、鏈環與中板和槽幫之間產生摩擦和磨損；

（4）鏈條腐蝕，由井下煤粉、巖粉及潮濕和酸性介質產生的腐蝕。

表2 緊湊鏈立環幾何尺寸

表3 Φ34mm×126mm鏈環參數

3.2 緊湊鏈斷鏈主要形式

（1）鏈條動負荷超過鏈條最小破斷負荷，造成斷鏈；

（2）動載荷產生的疲勞斷鏈。

3.3 緊湊鏈防失效要求

（1）在相同材料和截面下，要有較高的承載力；

（2）在具有較大的破斷負荷時，有較高的延伸率；

（3）一定的負荷下，塑性變形要小，保證良好的嚙合；

（4）具有較高的韌性和抗沖擊能力；

（5）有較高的疲勞強度。

3.4 立環鍛造工藝簡述

立環鍛造現多采用鍾上模鍛工藝方法，制坯材料長度大于其直徑。一般的材料利用率不大于60%。

3.4.1 立環鍛造工藝流程

立環鍛造工藝流程如下：下料→加熱→制坯→鍛造→沖內刺→沖外刺→修磨→去氧化皮，這只是立環單環工藝，制成半成品立環的幾何尺寸與編制后平環尺寸相同，半成品立環與棒料在緊湊鏈編鏈機上進行編制→拋丸→圓環焊接→一次拉伸→熱處理 二次拉伸→拋丸→浸柒可完成緊湊鏈的生產。

作為平環的圓環鏈使用材料為23MnNiMoCr54，這種材料最早為德國生產，近幾年國內也開始生產出這種型號材料，最具代表性的生產廠家是江蘇江陰興澄特種鋼鐵有限公司，雖然材料牌號相同，但由于冶金技術不同，國產材料與進口材料綜合性能還有一定的差距。特別是鍛造立環所有的制坯材料，多采用Φ60mm以上規格材料，這個規格多數廠家鑄造技術還不穩定，材料價格相對較高，現在很多廠家采用35CrMo或30CrMnTi這兩種型號材料。平環所用的材料為23MnNiMoCr54，將30CrMnTi與23MnNiMoCr54材料化學成分進行對比，結果如表4所示。

與30CrMnTi相比，23MnNiMoCr54鏈條鋼是增加了Ni元素、Mo元素含量，因此23MnNiMoCr54鏈條鋼奧氏體溫度提高至860℃，熱處理回火溫度為400～450℃。由于鋼材中的Mo、Mn、Cr三種元素含量提高，鏈條回火穩定性好。

3.4.2 立環鍛造工藝

同樣以Φ34mm×126mm緊湊鏈為例，鍛造立環各工序作用、設備和操作人員如表5所示。

主要的工藝過程如表6所示。

3.4.3 鍛造工藝總結

該工藝使用毛坯材料重量4.79kg，成品重量2.864kg，材料利用率為59.8%。整個工藝分為6個步驟，設備6臺，所使用的專用工裝胎為4套。

4 熱擠壓工藝方案

緊湊鏈立環熱擠壓工藝主要是將焊接成形的單環，利用液壓作用力在工裝模具內一次擠壓成形，具備工藝方法簡單、工效高和成形好等優點。下面以Φ34mm×126mm緊湊鏈立環為例,進行工藝設計.各工序作用如表7所示。

表4 30CrMnTi、23MnNiMoCr54化學成分對比表

表5 Φ34mm×126mm緊湊鏈工藝表

表6 Φ34mm×126mm緊湊鏈工藝流程

表7 Φ34mm×126mm緊湊鏈立環各工序作用表

主要工藝過程如下：

（1）下料。材質為23MnNiMoCr54，Φ34mm×402.5mm重量為2.88kg，與鍛造環相比，節省材料1.91kg。設備選擇GZ4228

（2）編鏈。設備選擇全自動熱編鏈機，型號為FBL40/FJR250，加熱部分為中頻加熱，加熱的溫度為850－950℃，加熱器功率為250Kw。便后尺寸如圖3所示。

圖3 緊湊鏈立環編后尺寸

（3）焊接。采用閃光對焊方式，設備選取FCS-500全自動金屬圓環鏈閃光對焊機，焊后尺寸如圖4所示。

圖4 緊湊鏈立環焊接后尺寸

其中節距P為121mm±0.4；內寬a為43mm±0.5；焊口直徑d1為Φ34mm～36.5mm。焊后要求焊接處不能出現夾渣、燒傷、目測裂紋、凹痕、虛焊以及錯口等缺陷。

（4）拋丸。除去表面的氧化層，設備選取鏈條拋丸清理機。

（5）擠壓成形.將單環加熱放入擠環機內，利用液壓缸將熱的單環擠壓成形。

液壓成形工藝過程如下：上缸壓緊工件→前缸頂住工件→左右兩側缸將工件擠壓成形，模具三維圖如圖5所示。

圖5 液壓成形工藝模具三維圖

圖中上心模與上缸相連，左右頂模與左右兩缸相連，前頂模與前缸相連，連接方式為螺紋連接。各油缸動作時間順序采用PLC程序控制。檢驗合格后，可進入下道工序。

5 立環擠壓工藝優點

5.1 材料利用率高

擠壓工藝立環材料利用率為100%，鍛造工藝為59.8%。

5.2 工序簡單

擠壓工藝與鍛造工藝相比，工序少，一次性投資設備少，且編鏈、焊接設備為圓環鏈的專用設備，只需要一臺擠壓設備；而鍛造工藝需要四臺專用設備，整個過程擠壓工藝操作人員少，人工成本小。

5.3 工藝能耗低

擠壓工藝過程中，只有一次鏈環加熱，鍛造工藝過程中需要三次加熱，能耗大。

5.4 操作簡單

擠壓工藝使用設備少，操作人員少，容易實現機械化操作。

6 結語

本文對緊湊鏈立環采用兩種不同加工工藝，擠壓工藝立環從機械性及力學性能上都高于鍛造工藝立環；在機械性能檢測上，均可達到《礦用高強度圓環鏈》（GB/T12718-2009）標準要求，可進行大力推廣。