大型銷軌鍛造工藝及模具設計

李亮

摘 要：為了提高大型銷軌鍛件的鍛造水平和產品質量，滿足驅動功率日益增大的采煤機配套需要，從銷軌鍛造工藝與模具設計這2個方面入手，針對鍛造工藝及模具設計中存在的難點、解決對策展開分析，探討鍛造工藝的具體流程，并優化大型銷軌道的模具設計方案。隨后從2個方面介紹模具設計，重點分析設計期間需要注意的問題，從而掌握銷軌鍛造質量提升的關鍵點，為今后作業奠定基礎。

關鍵詞：大型銷軌；銷軌鍛造；鍛造工藝；模具

中圖分類號：TG31 文獻標志碼：A

在大型銷軌鍛造過程中，往往模具容易出現裂紋、變形等問題，預鍛、終鍛模具設計不合理，生產過程中模具使用不當或者養護不到位，產品就會產生折疊、缺肉、毛刺等問題，以上問題均會對生產效率造成較大影響。為此，必須要組織試驗驗證，明確銷軌鍛造工藝方案的合理性及可行性，才能在確保鍛件性能的同時，還能提升鍛造生產效率。此外，我國礦山業發展速度非常迅速，導致行業內對于礦山機械零件的性能要求不斷提升，傳統的銷軌已經無法滿足當前礦山機械生產提出的要求，必須要研究先進的鍛造工藝，進行模具設計優化，從而全面提高力學性能，提升生產效率。

1 大型銷軌鍛造工藝分析

1.1 鍛造工藝應用難點

第一，鍛件兩端雙耳充形難度較大。根據鍛件圖紙可以獲得三維實體，通過計算可以確定其質量、包容體質量、鍛件復雜系數，具體數據為100 kg、275 kg、0.364，從而明確鍛件所屬級別，即S2級較復雜鍛件。技術人員需要對銷軌鍛件結構展開深入分析，雙耳偏向其中一個方向，與中心距離較遠，并且具體分布在兩端，導致雙耳位置的金屬流動較慢，無法快速充滿。

第二，齒軌中心距精度。這一產品屬于銷軌式行走機構范疇，鏈輪主要運行于銷軌上，銷軌錐齒為接觸配合面，鍛造之后不需要深入加工。經過分析，此銷軌其中心距及公差是（147±0.5）mm。針對總長度為 867-0

-3mm的鍛件，對于公差帶的要求也更為嚴格，尤其是鍛造收縮率，其要求更加嚴苛。

第三，鍛件寬度準確度。通過觀察鍛件圖紙可以了解到，鍛件切邊之后其寬度尺寸是 186-0

-1mm，公差帶也僅為1 mm，可見其尺寸精度之高，已經滿足了精密級鍛件規定，這對于凹（下）模的的制作以及使用壽命而言，提出了非常高的要求。

第四，校正沖孔工藝。為了保證5個類方形孔鍛造期間能夠成形，技術人員需要將校正沖孔流程進行整合，期間需要解決切邊之后鍛件定位、沖孔之后鍛件脫模等方面的問題。

1.2 工藝難點解決對策

第一，優化輥鍛流程。經過計算可以明確所有鍛件的截面面積，齒形和兩側的雙耳面積出現比較大的改變，這時則可以優化輥鍛流程，坯料中間位置進行輥細處理，使毛邊的分布能夠具備均勻性。

第二，適當增設預鍛工序定位。由于銷軌鍛件的雙耳位于兩端部位，其方向偏向于其中一側，與中心相距較遠。因此鍛造成形期間金屬的流動性較差，無法快速到達雙耳部位，雙耳要想布滿模膛的難度也較大。這時，可以在坯料放置預鍛模膛的過程中，增設坯料定位槽，確保坯料可以最大程度地偏向于雙耳方向，確保雙耳可以充滿模膛。

第三，確定終鍛收縮率，組織數值模擬。由于鍛件齒形并不屬于加工面，必須要和鏈輪搭配運行，期間可以確定齒軌的中心距，即147±0.5 mm，這時如果熱收縮率出現錯誤，就會影響銷軌鍛造效果。因此，終鍛設計期間要在積累經驗的基礎上展開計算機數值仿真分析，對選寬度、厚度等各個熱收縮率數值合理設計。

第四，優化凹（下）模刃口。切邊之后的鍛件寬度是186-0

-1mm，相關尺寸需要利用凹（下）模尺寸進行確定，基于沖頭刃口磨損設計這一條件，對沖頭刃口激光強化處理，這樣可以有效延長模具的使用壽命。

第五，優化沖孔結構。為了能夠使校正與沖孔2個流程同步進行，設計時著重考慮以下方面：1）沖孔定位。沖孔過程中需要利用鍛件雙耳展開定位，模具結構的設計過程中需要在模具的兩側設置足夠的導軌，避免形成沖孔偏這一問題；2）增設碟簧。上模需要增設4組碟簧，當滑塊開始下行之后，如果活動板已經和鍛件發生接觸，那么碟簧此時便開始壓縮，為后續提供足夠的能量。當模具閉合，這時滑塊便開始上行，碟簧之前積攢的能量開始釋放，從而完成鍛件脫模。

1.3 鍛造工藝流程

第一，鍛造流程。①下料；②加熱；③輥鍛；④8 000 t摩擦壓力機預、終鍛成形；⑤切邊；⑥校正沖孔；⑦技術檢測；⑧熱處理；⑨硬度檢測；⑩翹曲度檢測；校正；表面清理；無損檢測；終檢。

第二，下料參數計算。按照所呈現的銷軌鍛件圖紙，通過計算、建模與有限元的深入分析，可以確定下料規格的參數，即φ170 mm×（680±2） mm，通過小批生產驗證之后確定其與生產規定相符，將其歸納到工藝范圍。

第三，鍛造工藝應用。①材料加熱。材質42CrMoA鍛造溫度的選取范圍以1 180 ℃～1 220 ℃為最佳，鍛造工藝可以選擇中頻爐加熱，加熱節拍則設置為55件/h。通過光學高溫計這一設備組織抽檢，將抽檢數據詳細記錄，以免出現溫度不符合規定或過燒等問題；②鍛造成形工藝。按照模擬分析最終所呈現的結果，可以確定輥鍛2道次，預、終鍛均打擊1次，以免由于打擊次數過多導致鍛造出現折疊、裂紋等缺陷。由于雙耳采用非加工模式，因此鍛造結束之后要先使用風管清理模膛，隨后再以石墨做好模具的潤滑、冷卻處理，避免氧化物堆積過多影響到雙耳充模；③切邊工藝。當在8 000 t摩擦壓力機終鍛之后，鍛件的機械手需要將其轉移至切邊機，而此時的切邊機則要應用20 MN壓力機進行切邊處理。

2 大型銷軌模具設計

第一，2個軌部的分模面一旦重合，那么耳部分模面的上側和下側就會從高度上呈現出差異，導致鍛模的上模和下模部位的型槽深度差增加，進而在鍛打過程中出現耳部頂端無法充滿的問題。此外，模具設計過程中，鍛打充滿期間，上模耳部會呈現出比較大的外側向分力，這時模具斷裂的概率較大，影響帶模具的使用期限。

第二，沖孔模結構主要應用正沖式結構，也就是將沖孔沖頭于頂板進行固定，此時鍛件的耳部向上，齒形向下，按照這種狀態進行沖孔操作。大型銷軌沖孔之后，6個齒形側會有毛刺殘留。由于這些齒形面并非機加工面，如果有毛刺殘留，就會對后期實際應用造成影響。由于打磨量比較大，加上打磨行為屬于深孔打磨，對于后續打磨工序人員素質要求比較高，直接影響到工作效率。

最終明確模具設計方案。①雙耳部分分模面抬高，抬高后其中一側的耳部分模面也會相應地抬高，這樣一來會導致耳部相對分模面距離一致，使上模和下模的型槽深度趨近相同，改善鍛打充滿期間金屬的流動性，延長模具使用壽命；②沖孔模結構可以調整成反沖式結構，即將沖頭固定在下底板，模具運行期間沖頭可以在鍛件深孔處直接穿出，完成沖孔操作之后，打磨量減少，生產效率更高。

3 結語

綜上所述，為了保證大型銷軌鍛造質量，必須要選擇合適的工藝，做好模具設計，以延長模具使用壽命為前提，制定完善的設計方案，針對鍛造期間存在的問題及時予以解決，從而有效提升銷軌鍛造質量。

參考文獻

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