彭勇

摘 要：礦用截齒齒套鍛造成型具有切削量小、能耗低、適于批量生產(chǎn)等明顯優(yōu)勢(shì)，行業(yè)內(nèi)普遍采用溫、冷鍛造結(jié)合的方法進(jìn)行成型。本文通過某一型號(hào)礦用截齒齒套溫鍛成型部分的兩種工藝比較，希望可以提供一種新的設(shè)計(jì)思路。

關(guān)鍵詞：截齒齒套；溫鍛；工藝優(yōu)化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.026

0 引言

礦用截齒齒套是煤炭行業(yè)中采煤機(jī)上的重要連接零件，起到裝夾截齒，使之固定于截齒座的作用。如今行業(yè)中礦用截齒齒套成型一般采用溫、冷鍛造結(jié)合的工藝，該工藝既解決了齒套頭部傘形部分成型時(shí)成型力大的問題，又通過冷鍛整形內(nèi)孔保證了內(nèi)腔裝配尺寸的精度。本文將對(duì)某型號(hào)截齒齒套的兩種溫鍛成型工藝進(jìn)行綜合比較，以期獲得一種更高經(jīng)濟(jì)效益的工藝方案。

1 某型號(hào)礦用截齒齒套的最終溫鍛件外形

該型號(hào)截齒齒套的最終溫鍛件外形如圖1所示，相對(duì)一般的礦用截齒齒套溫鍛件，此結(jié)構(gòu)有兩個(gè)不同之處，頭部增加了導(dǎo)向錐孔，尾部也增加了錐臺(tái)。

鍛件頭部的導(dǎo)向錐孔在后續(xù)的鉆、鏜孔加工中起到了引導(dǎo)鉆頭、保護(hù)鉆頭、幫助定位導(dǎo)向的作用。尾部的錐臺(tái)在后續(xù)的內(nèi)孔冷鍛整形中，有著減小擠壓摩擦力、內(nèi)孔體積補(bǔ)償?shù)淖饔谩４送?，該結(jié)構(gòu)相對(duì)愿結(jié)構(gòu)還具有減輕料重、機(jī)械切削量少等明顯優(yōu)勢(shì)。

2 兩種溫鍛成型工藝方案的比較

由于兩種工藝方案（圖1與圖2）中工序2的模具結(jié)構(gòu)和成型條件大體相當(dāng)，因此本文將只對(duì)兩種方案的原材料規(guī)格選擇和工序1部分的成形進(jìn)行綜合比較。本文中成型部分的數(shù)據(jù)分析，將使用有限元分析軟件DEFORM中的3D模塊進(jìn)行仿真模擬。

方案一（圖1）為我司原先溫鍛工藝。原先的工藝思路，是選用Φ75規(guī)格的圓棒料作為原材料，由于材質(zhì)規(guī)格的限制，只能選用金屬帶鋸床進(jìn)行下料生產(chǎn)操作。金屬帶鋸床雖然加工適用性較廣，但與當(dāng)今提倡的低能高效的生產(chǎn)模式相比，卻有鋸料損耗大、尺寸精度差、生產(chǎn)效率低等明顯缺點(diǎn)，無形中增加了生產(chǎn)成本，制約了產(chǎn)能的提升。

該方案中工序1成形本質(zhì)為復(fù)合擠壓。3D成形模擬分析的參數(shù)設(shè)定如下：原材料加熱溫度850℃，材料選用成分相近的AISI-1045，上模與下模預(yù)熱溫度為250℃，模具材料選用AISI-H-13，原材料與模具間的相互摩擦系數(shù)0.25，上模速度15mm/s，上模移動(dòng)行程64mm。經(jīng)過模擬分析，最終得到此工序的上模載荷變化。此模擬結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)情況相符。該工序成形本質(zhì)為復(fù)合擠壓，材料的成型過程為正擠壓-內(nèi)反擠壓。成形載荷突變的原因是材料經(jīng)正擠壓充滿型腔后，材料與模具接觸面積增大導(dǎo)致材料流速減慢，再進(jìn)行內(nèi)反擠壓時(shí)，由于劇烈的摩擦力，導(dǎo)致金屬流動(dòng)困難，最終導(dǎo)致終成形時(shí)所需的壓力劇增。由于此工序成形載荷較大，特別是內(nèi)反擠壓時(shí)材料變形劇烈，導(dǎo)致下模受熱嚴(yán)重，長(zhǎng)期在高熱環(huán)境下工作的模具更容易磨損變形，大大降低了使用壽命，且鍛件尾部的錐臺(tái)由于成形載荷的限制，不易成型飽滿，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、模具壽命、生產(chǎn)效率造成了較大影響。

針對(duì)以上種種弊端，我司提出了改進(jìn)后的方案二（圖2）。該方案采用了Φ55規(guī)格圓棒料作為原材料，滿足了高速圓盤鋸的生產(chǎn)條件。高速圓盤鋸對(duì)比金屬帶鋸床，具有鋸料損耗少、生產(chǎn)效率高、尺寸精度高等優(yōu)點(diǎn)，提升產(chǎn)能的同時(shí)還降低了成本，是一種低能高效的生產(chǎn)設(shè)備。

此方案中的工序1為反擠壓成形，使用同樣的設(shè)定條件進(jìn)行有限元模擬分析，得到的上模載荷變化結(jié)果如上圖所示。由此圖中的上模載荷變化曲線圖可以看出，使用此方案后，成型載荷在成型過程中呈線性上升，沒有陡升的趨勢(shì)，最終所得成型載荷僅相當(dāng)于方案一的十分之一，且成型時(shí)間也大大的縮短為方案一的四分之一。無論是成形載荷還是成形時(shí)間，都較方案一有了極大的提升。在實(shí)際生產(chǎn)中，錐臺(tái)由于是通過反擠壓成形，得到的鍛坯外形飽滿，在工序2中定位可靠，且模具與坯料接觸時(shí)間更少，吸熱更少，模具壽命也得到了很好地保證。除上述的明顯提升外，由于該工序變形量較小，坯料失溫較少，工序2成形時(shí)比方案一所需要的載荷更小，頭部聚料更飽滿，產(chǎn)品質(zhì)量得到了極大的提升。

3 結(jié)論

通過此次的工藝改進(jìn)，解決了限制產(chǎn)能的下料問題，鍛件尾部的錐臺(tái)成型飽滿且所需載荷更小，模具的壽命也得到了較大的提升。改進(jìn)后的溫鍛成型工藝方案獲得的鍛件所需能耗更低、質(zhì)量更好，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

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