文／吳岳嶺，王剛，張敏，周琦·山推工程機械股份有限公司

履帶鏈軌節(jié)是履帶式工程機械的重要零件之一，其生產(chǎn)工藝為：下料→模鍛成形→沖孔切邊→熱處理→銑加工兩側(cè)面→鏜孔→鉆螺栓孔→推螺母面。此工藝在鍛造沖孔切邊時，僅切除飛邊及連皮部分，踏面、板接面及螺母面均留有余量并在后續(xù)的機械加工中去除。

近年來，鏈軌節(jié)鍛造精切工藝開始興起，即在鍛造熱切時將鏈軌節(jié)兩側(cè)面及螺母面精切到尺寸，不再進行后續(xù)機械加工，減少銑雙面和推螺母面兩道機械加工工序，從而提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。目前，國外公司如CAT、ITM、BERCO、DCF等公司已大規(guī)模采用此工藝生產(chǎn)（圖1）。我公司也完成了在多種鏈軌節(jié)鍛件產(chǎn)品上的批量生產(chǎn)，正逐步推廣至其他產(chǎn)品。本文以一種190mm節(jié)距的鏈軌節(jié)鍛件為例，對鍛造精切工藝進行介紹。

圖1 ITM、BERCO、CAT公司的精切鏈軌節(jié)

產(chǎn)品介紹

190mm節(jié)距鏈軌節(jié)產(chǎn)品市場需求量較大，我公司年生產(chǎn)量在30萬件以上。該鍛件采用2500t熱模鍛壓力機進行鍛造，315t曲柄壓力機進行沖孔切邊，生產(chǎn)工序為：預(yù)鍛→終鍛→沖孔切邊。鍛件主要尺寸如圖2所示。

圖2 鍛件主要尺寸

模鍛型腔設(shè)計

在設(shè)計非精切鏈軌節(jié)模鍛型腔時，為防止鏈軌節(jié)兩側(cè)面及螺母面在后續(xù)加工時由于鍛件錯移及定位等原因造成“閃黑皮”現(xiàn)象，通常我們在兩側(cè)面及螺母面均留有0.5～1mm余量，且起模斜度一般取7°。

而對于精切鏈軌節(jié)鍛件，由于兩側(cè)面及螺母面在鍛造沖孔切邊時熱切至產(chǎn)品尺寸，且沖孔切邊時采用與終鍛型腔相同的凸模進行定位，定位精度較機械加工時的銑雙面定位工裝要準(zhǔn)確的多，同時為了減少沖切時的切除量，我們對精切鏈軌節(jié)鍛件模具型腔采用去余量設(shè)計，即兩側(cè)面及螺母面不留余量，尺寸與產(chǎn)品圖尺寸相同，起模斜度取5°。同時考慮到在沖切時，下模容易有毛刺拉出，因此將下模尺寸在此基礎(chǔ)上再縮小0.3mm。

以本190mm節(jié)距鏈軌節(jié)為例，終鍛工位熱鍛件圖兩側(cè)面及螺母面的設(shè)計尺寸如表1所示，其中熱鍛件較冷鍛件的伸縮比例為15/1000。

圖3 普切精切雙工位復(fù)合模具

表1 精切面型腔設(shè)計尺寸

沖孔切邊模具設(shè)計

為提高精切面精度，同時盡量提高精切刃口的壽命，采用兩個工位進行沖孔切邊，即一工位普切切除鍛件的飛邊及連皮，并留有合適的余量，二工位精切將余量切除，得到產(chǎn)品要求的加工面。同時為了保證精切時鍛件在凸模上的定位，銷孔及套孔的連皮在精切工位切除。

切斷荷重計算

根據(jù)經(jīng)驗公式，分別計算普切與精切工位的切斷荷重如下：

普切工位切斷荷重P1=1.2×L(切斷周長)×t(圖紙上的飛邊厚度)×σ(抗拉強度)=1.2×(680+165+170)mm×4mm×15kg/mm2=73.08t；

精切工位切斷荷重P2=1.2×2×L(切斷周長)×t(圖紙飛邊厚度)×σ(抗拉強度)=1.2×2×(160+200+100+170+32+32)mm×4mm×15kg/mm2=99.94t。

根據(jù)計算結(jié)果，P1+ P2=173.02t＜252t(315t×80%)，故該設(shè)備滿足采用精切工藝生產(chǎn)的要求，且兩工位可同時工作。

氮氣彈簧選用

為保證在沖孔切邊過程中能夠提供足夠的壓緊力及卸料力，選用氮氣彈簧作為卸料元件。氮氣彈簧是一種以高壓氮氣為工作介質(zhì)的新型彈性組件，它具有體積小、彈力大、行程長、工作平穩(wěn)，彈力曲線平緩以及安裝時不需要預(yù)緊等特點，方便模具安裝和調(diào)整，延長模具的使用壽命，確保產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。

根據(jù)以上所計算的切斷荷重，根據(jù)經(jīng)驗計算壓緊力及卸料力如下：

普切工位壓緊力F壓1=0.04×P1=2.92t，卸料力F卸1=0.08×P1=5.85t；

精切工位壓緊力F壓2=0.04×P2=4.0t，卸料力F卸2=0.08×P2=8.0t。

由計算結(jié)果及該190mm節(jié)距鏈軌節(jié)的沖切行程，普切工位與精切工位均選用型號為4200-63的氮氣彈簧，每工位數(shù)量為兩個，該氮氣彈簧初始壓力為4.2t，最大行程為63mm。此氮氣彈簧可在沖孔切邊時給鍛件提供足夠的壓緊力、卸料力及卸料行程。

沖孔切邊刃口設(shè)計

由于精切工位切邊及沖頭刃口的切除量大，與熱鍛件接觸時間長，故刃口壽命較普切刃口壽命低。為保證生產(chǎn)效率，精切工位的沖孔切邊模具均為分體式設(shè)計，切邊模與沖頭由可快速更換的刃口鑲塊與基體組合而成。

為保證切面的尺寸及位置精度，在設(shè)計沖頭及切邊刃口高度時，應(yīng)確保氮氣彈簧已將工件完全壓緊后，再開始進行沖切。同時在開始沖切時，踏面及板接面的刃口應(yīng)與工件同時接觸。螺母面沖孔應(yīng)在兩側(cè)面的切邊使鍛件固定后再開始，行程慢1～2mm。

凸模與凹模的間隙對切面的質(zhì)量影響較大，普切面凹凸模間隙按1.0mm制作，便于調(diào)整。精切面凹凸模間隙按0.5mm制作，以確保切面質(zhì)量，減小毛刺。

現(xiàn)場生產(chǎn)

采用精切工藝進行鍛造生產(chǎn)時，與傳統(tǒng)工藝相比主要有以下區(qū)別：

⑴對鍛件錯移的要求更加嚴(yán)格。與傳統(tǒng)工藝相比，采用精切工藝生產(chǎn)鏈軌節(jié)的模鍛型腔采用了去余量設(shè)計，若鍛件錯移量較大時，會造成精切鍛件出現(xiàn)“閃黑皮”，同時下模一側(cè)切除量會變大，造成毛刺拉出。所以精切鍛件對錯移的允許量更小。對于190mm節(jié)距的鏈軌節(jié)，我們在普切工藝時錯移量要求為≤0.7mm，在精切工藝時要求錯移量需≤0.3mm。

⑵對切邊及沖頭刃口要求更加嚴(yán)格。鏈軌節(jié)鍛件在進行精切時，與普切相比，精切刃口與鍛件的接觸時間更長，切除量更大，這就要求刃口在高溫下有更高的硬度。我們選用STL-6焊條，它與STL-21相比具有更好的高溫硬度。同時我們在精切工位增加了噴水冷卻裝置，每生產(chǎn)半小時后即對精切刃口進行噴水冷卻。圖4所示為采用精切工藝生產(chǎn)的鍛件。

圖4 精切鍛件

結(jié)束語

精切鏈軌節(jié)鍛件工藝復(fù)雜，對鍛件質(zhì)量和精度的要求更嚴(yán)格，同時對模具加工制作的要求也更高。通過嚴(yán)格控制模具加工制作過程及鍛件現(xiàn)場生產(chǎn)過程，我公司實現(xiàn)了鏈軌節(jié)精切鍛件的批量生產(chǎn)，每班次產(chǎn)量在1500～2000件。

鏈軌節(jié)鍛件采用精切工藝后，可以通過模鍛型腔的去余量設(shè)計降低材料定額，提高材料綜合利用率，同時免去了后續(xù)的銑雙面及推螺母面兩道加工工序，在降低加工成本的同時也縮短了產(chǎn)品的制造周期。鏈軌節(jié)鍛造精切工藝的推廣應(yīng)用能有效提升企業(yè)的經(jīng)濟效益和市場競爭力。