利用廢舊U 型鋼材加工錨索托盤沖壓模具的研發(fā)設(shè)計(jì)

葉鵬

（鐵法煤業(yè)集團(tuán) 小青礦，遼寧 調(diào)兵山112700）

1 概述

錨索托盤是井下支護(hù)的常用材料，煤礦生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢舊U 型鋼，將其有效利用，加工制做成錨索托盤可有效降低生產(chǎn)成本，為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。小青礦每年使用錨索托盤1.5～2.0 萬塊，原有加工工藝是將廢舊U 型鋼鍛造打平后再鉆中心孔。托盤規(guī)格尺墳如下：長(zhǎng)3000mm，寬2500mm，厚17mm，中心鉆經(jīng)25mm，重量9kg。由小青礦機(jī)電修造廠負(fù)責(zé)加工制造。

2 原有錨索托盤加工工藝

2.1 鋼坯加熱

將U 型鋼坯料（250mm 每段）放入鍛造車間加熱爐內(nèi)，加熱60 分鐘左右，達(dá)到900℃～1100℃，呈黃色或桔黃微紅色。

2.2 鍛打展平

由工人A 將加熱好的坯料從加熱爐內(nèi)取出，然后由A、B、C三人配合放置在空氣錘上鍛打展平，由工人B 掌錘，打平后由工人C 放置在車間空地處，待其自然冷卻。

2.3 半成品運(yùn)輸

由工人D 駕駛電瓶車，工人E 配合搬運(yùn)，將鍛打展平后的半成品拉運(yùn)至機(jī)加車間鉆床處。

2.4 鉆孔

由工人F 利用鉆床在托盤半成品中心部位鉆一個(gè)直徑∮25mm 的中心孔，完成全部加工工藝。

綜上所述，原有加工工藝需要多人配合作業(yè)，工序繁瑣，工人勞動(dòng)強(qiáng)度高，生產(chǎn)效率低，安全性能差，不適應(yīng)小青礦生產(chǎn)發(fā)展的需要。

3 錨索托盤模具的研發(fā)

3.1 模具研發(fā)

小青礦機(jī)電修造廠現(xiàn)有一臺(tái)J53-300B 型雙摩擦盤式壓力機(jī)，設(shè)計(jì)模具要求要實(shí)現(xiàn)托盤加工一次成型，不能再有第二次加工。根據(jù)煤礦生產(chǎn)實(shí)際，經(jīng)過多方論證，我們決定研發(fā)平面型模具：一是平面型模具加工簡(jiǎn)單，而且U 型鋼本身厚度不是均勻的，展平后的托盤在中間及兩邊部位較厚，強(qiáng)度能夠滿足要求；二是平面型托盤在井下生產(chǎn)過程中已經(jīng)大量使用，實(shí)踐證明強(qiáng)度符合要求，安全是可靠的。所以為簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)將托盤模具設(shè)計(jì)成平面型。

3.2 設(shè)計(jì)基本數(shù)據(jù)

3.2.1 U 型鋼基本數(shù)據(jù)

小青礦井下生產(chǎn)產(chǎn)生的廢舊U 型鋼大部分都是36U 型，36U 型鋼參數(shù)見表。

36U 型鋼參數(shù)表

模具按36U 型鋼參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其他型號(hào)胚料只需修改下模寬度等相關(guān)參數(shù)即可快速完成設(shè)計(jì)改進(jìn)。

3.2.2 雙摩擦盤式壓力機(jī)基本參數(shù)

型號(hào)：J53-300B

公稱壓力：3000kN

工作行程：0～700mm（滑塊至平臺(tái)距離）

平臺(tái)尺寸：650mm×570mm

平臺(tái)及滑塊T 型孔間距：290mm

卸料空直徑：∮70mm

滑塊與導(dǎo)軌間隙：0.06mm～0.12mm

3.3 坯料展平試驗(yàn)方案

3.3.1 試驗(yàn)方案一

在U 型鋼坯料加熱后，直接用兩個(gè)500mm×400mm×30mm 平鋼板作為上、下模，將U 型鋼壓成平面，由于U 型鋼兩個(gè)側(cè)面厚度不均勻，在薄弱點(diǎn)部位產(chǎn)生變形，不能將U 型鋼展平，經(jīng)5 次試驗(yàn)后失敗。

3.3.2 試驗(yàn)方案二

模仿人工用C41-400 型空氣錘鍛打的方法，在U 型鋼開口處加墊塊（相當(dāng)于“撐開”），然后在上模下壓，多次試驗(yàn)更換不同寬度的墊塊，其中110mm、120mm、130mm 寬度墊塊分別試驗(yàn)10次（C41-400 型空氣錘錘砧寬100mm，故從110mm 開始試驗(yàn)），結(jié)果發(fā)現(xiàn)，墊塊在120mm 寬度時(shí)基本可以展平。

3.4 沖孔方案

考慮到?jīng)_壓加工精度要求不是很高的因素，將沖頭尺寸定為∮26mm，沖頭部位不設(shè)計(jì)成復(fù)合模式，使沖頭直接外露。在沖壓過程中本應(yīng)先將U 型鋼展平，而沖頭先接觸會(huì)使坯料產(chǎn)生變形，但最終上模下壓后依然會(huì)將坯料壓平，故在此處做了100次沖壓試驗(yàn)，成功率基本達(dá)到99%以上，所以直接簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，直接將沖頭露出，不將模具設(shè)計(jì)成復(fù)合模式。

3.5 模具各個(gè)零部件參數(shù)

上、下安裝板及卸料版：500mm×400mm×30mm。

下模：400mm×130mm×140mm。

上模：400mm×130mm×30mm。

沖頭安裝板：400mm×150mm×30mm。

沖頭：∮50mm×∮30mm×∮26mm×106mm

卸料板拉桿A：∮40mm×500mm

卸料板拉桿B：∮30mm×305mm

以上為模具各個(gè)零部件的基本數(shù)據(jù)，具體結(jié)構(gòu)見圖。

錨索托盤模具結(jié)構(gòu)示意圖

3.6 模具裝配間隙

滑塊與導(dǎo)軌間隙在0.06mm～0.12mm 之間，因?yàn)闆_頭尺寸定為∮26mm，下模落料孔為∮27.5mm，經(jīng)100 次沖壓試驗(yàn)，成功率基本達(dá)到99%以上。卸料板拉桿與卸料板及下安裝板的間隙為1.0mm，經(jīng)2100 次沖壓試驗(yàn)，無任何問題。

4 使用模具加工托盤的工藝

（1）將U 型鋼坯料（250mm 每段）放入鍛造車間加熱爐內(nèi)，加熱60 分鐘左右，達(dá)到900℃～1100℃，呈黃色或桔黃微紅色。（2）由工人A 將加熱好的坯料從加熱爐內(nèi)取出，然后由A、B 二人配合放置在托盤模具上，由工人B 操作壓力機(jī)，模具動(dòng)作一次直接將U 型鋼坯料加工成托盤成品，然后放置在車間空地，待其自然冷卻。

5 效益分析

原來每天加工120 塊托盤，最少需要6 個(gè)工時(shí)，便用模具加工托盤最多需要2 個(gè)工時(shí)，每個(gè)工時(shí)按100 元計(jì)算，每年可節(jié)省人工費(fèi)6 萬元。除此之外，新工藝的采用提高了產(chǎn)品質(zhì)，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，杜絕了搬運(yùn)過程中磕手碰腳事故，降低了工人作業(yè)的危險(xiǎn)性，對(duì)于礦井的安全高效發(fā)展具有重要意義。目前，此模具在我礦應(yīng)用效果良好，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

6 設(shè)計(jì)展望

目前使用模具加工托盤還需要人工手動(dòng)上料，下一步可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際設(shè)計(jì)一條可傳送高溫工件的自動(dòng)化傳送帶，安裝一些傳感器及控制單元，將傳送帶與壓力機(jī)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，形成一個(gè)托盤生產(chǎn)加工的自動(dòng)化流水線。