一套千斤立柱用導向套熱壓局部鐓粗工藝及模具的設計

2021-09-15 05:31:06夏永虎

煤 2021年9期

夏永虎

(山西潞安煤炭技術裝備有限責任公司，山西長治 046204)

液壓支架用千斤立柱是煤礦開采設備液壓支架上的重要組成部分。它起到支撐支架頂梁，保證煤炭開采工作面頂板完整，以此來保護采煤工作面。導向套是千斤立柱上的一個重要部件，它主要給立柱活柱或者活塞桿起導向作用，同時密封活塞桿腔，防止腔體乳化液滲漏。常見的液壓支架用千斤立柱導向套結構往往是矩形螺紋結構，缸口側一端支撐在外缸及中缸口上，直徑大。另一端要外缸或者中缸內孔配合而直徑小。直徑不均勻導致部件切削加工量大，材料利用率低，同時加工效率低，給批量生產千斤立柱帶來了不小的影響。

1 鐓粗工藝的制定

本文以常做的缸徑為D280 mm的雙伸縮立柱小導向套為例。圖1為市面常見的27 SiMn管料與鐓粗后導向套毛坯料示意。

圖1 27 SiMn管料與鐓粗后導向套毛坯料示意(mm)

由圖1可見，導向套頭部鐓粗位置由D245 mm×36 mm的27 SiMn管料在頭部局部加熱在壓力機上鐓鍛而成。管料變形長度l=22 mm(144～122 mm)，變形直徑由D245 mm到D256 mm，變形體積V=95 223 mm3,由于鋼管內壁沒有變形，一般增加芯軸，同時避免產生折疊。整個過程，壓縮率為18%左右，壓縮率較低，可以采用一次鐓粗成型的工藝。通過計算，鐓粗過程中，鐓鍛力較小，在凸模、凹模支架產生飛刺小，相對精度影響小，抱死芯軸的可能性低。缸口端局部加熱采用中頻爐加熱，受熱區域均勻，加熱溫度1 150～1 200 ℃。

2 鐓粗方式的選擇

鐓粗有開式鐓粗、在凹模中鐓粗和分別在兩個凹模中鐓粗幾種。

1) 開式鐓粗是將毛坯放在兩個平行的平面模具之間壓縮。如果工具和毛坯之間的壓縮系數比較小，毛坯便被均勻鐓粗。如果壓縮系數比較大，毛坯就會被鐓成腰鼓型。毛坯的高度一般不要超過毛坯直徑的2.5倍，否則毛坯會被壓彎。

2) 在凹模中鐓粗。在凹模中鐓粗的變形量一般不大。在凹模鐓粗時的擠壓力大小與沖頭沖程有關，擠得很死時擠壓力會急劇上升。所以調整沖頭位置一定要適當。

3) 在兩個凹模中鐓粗工藝。例如螺釘頭部就是在兩個凹模中鐓粗成型，要保證頭部成型和桿部成型的同心度。一般桿部一側凹模含1/4頭部高度左右。兩凹模中間留間隙，讓多余料從間隙處溢出。

按照實際情況，我們認為選用在凹模內鐓粗能滿足我們的設計需求。

3 鐓粗模具的設計

3.1 鐓粗模具材料的選擇

常用的模具材料有碳素工具鋼、高合金工具鋼、高速模具鋼、硬質合金、合金結構鋼和溫精鍛模具鋼。因為本次鐓粗制件溫度在1 150～1 200 ℃，所以采用在較高溫度下承受較大的交變載荷的精鍛用模具鋼。本模具采用5CrNiMo,淬火后使用硬度HRC54-56，拉應力能達到1 385 MPa，可用于制作凹模和凸模。

3.2 鐓粗模具模架的設計

一般的模鍛模架采用兩種方式：①無導柱襯套的模架；②有導柱襯套的模架。本次設計采用無導柱襯套模架。

圖2為我公司設計的導向套鐓粗模具。它主要由兩部分組成，上半部分為上模，下半部分為下模。

圖2 模架設計

圖中件6、件7與件8共同組成上模。件6為上底板，它與壓力機上平臺的T形槽進行固定。件7是凸模座，它與件6配合將件8凸模固定，件6與件7采用螺紋配合。圖中件1、件2、件3與件4共同組成下模。件4為下模底板，它與壓力機下平臺的T形槽進行固定，中間留有D120 mm圓孔，運用壓力機的中央千斤(件5)能夠起到鍛后脫模的作用。件3凹模座主要起到固定凹模的作用，凹模座外側與件4下底板相連，內部通過尺寸公差與件2凹模相連，配置凹模座優勢在于，可以在不更換下底板和端蓋、凹模座的同時更換凹模，完成不同規格導向套的鐓粗工作。凹模內留空區域為導向套鐓粗成型區域，內徑和外徑按照圖三鐓粗后導向套毛坯料尺寸配置，鐓粗連接區域配置鐓粗倒角，拔模位置設置3°的拔模倒角。內凹模可由底部壓力機千斤脫出，以便能順利脫模。件1端蓋主要起到兩個作用，其一是固定外凹模，防止外凹模脫出。其二凹模座整體用螺栓連接將下模固定為一個整體。

3.3 鐓粗模具模鏜的設計

如圖3所示，模鏜采用凸模帶芯軸模式，芯軸帶有1.2°拔模倒角，防止在模鍛過程中，芯軸被抱死，造成無法脫模的情況。因為，在鐓粗過程中，金屬沿水平方向的流動相對劇烈，向高度方向的流動相對緩慢些，所以在鐓粗臺階變形處，要設有R2圓角以及2×45°倒角，以便于金屬能夠完全填充到模具表面同時減少折疊等缺陷。局部鐓粗位置，設有3°的拔模斜度，保證鐓粗完成后的模具能夠順利脫模。凸模與凹模之間設置有間隙，以便多余的金屬從兩側間隙流出。對于普通的鋼鍛件，收縮率一般為1%～1.5%.參考到導向套毛坯實際要求，收縮率對于鐓粗件的影響可以忽略不計。