大型销轨锻造工艺及模具设计

李亮

摘 要：为了提高大型销轨锻件的锻造水平和产品质量，满足驱动功率日益增大的采煤机配套需要，从销轨锻造工艺与模具设计这2个方面入手，针对锻造工艺及模具设计中存在的难点、解决对策展开分析，探讨锻造工艺的具体流程，并优化大型销轨道的模具设计方案。随后从2个方面介绍模具设计，重点分析设计期间需要注意的问题，从而掌握销轨锻造质量提升的关键点，为今后作业奠定基础。

关键词：大型销轨；销轨锻造；锻造工艺；模具

中图分类号：TG31 文献标志码：A

在大型销轨锻造过程中，往往模具容易出现裂纹、变形等问题，预锻、终锻模具设计不合理，生产过程中模具使用不当或者养护不到位，产品就会产生折叠、缺肉、毛刺等问题，以上问题均会对生产效率造成较大影响。为此，必须要组织试验验证，明确销轨锻造工艺方案的合理性及可行性，才能在确保锻件性能的同时，还能提升锻造生产效率。此外，我国矿山业发展速度非常迅速，导致行业内对于矿山机械零件的性能要求不断提升，传统的销轨已经无法满足当前矿山机械生产提出的要求，必须要研究先进的锻造工艺，进行模具设计优化，从而全面提高力学性能，提升生产效率。

1 大型销轨锻造工艺分析

1.1 锻造工艺应用难点

第一，锻件两端双耳充形难度较大。根据锻件图纸可以获得三维实体，通过计算可以确定其质量、包容体质量、锻件复杂系数，具体数据为100 kg、275 kg、0.364，从而明确锻件所属级别，即S2级较复杂锻件。技术人员需要对销轨锻件结构展开深入分析，双耳偏向其中一个方向，与中心距离较远，并且具体分布在两端，导致双耳位置的金属流动较慢，无法快速充满。

第二，齿轨中心距精度。这一产品属于销轨式行走机构范畴，链轮主要运行于销轨上，销轨锥齿为接触配合面，锻造之后不需要深入加工。经过分析，此销轨其中心距及公差是（147±0.5）mm。针对总长度为 867-0

-3mm的锻件，对于公差带的要求也更为严格，尤其是锻造收缩率，其要求更加严苛。

第三，锻件宽度准确度。通过观察锻件图纸可以了解到，锻件切边之后其宽度尺寸是 186-0

-1mm，公差带也仅为1 mm，可见其尺寸精度之高，已经满足了精密级锻件规定，这对于凹（下）模的的制作以及使用寿命而言，提出了非常高的要求。

第四，校正冲孔工艺。为了保证5个类方形孔锻造期间能够成形，技术人员需要将校正冲孔流程进行整合，期间需要解决切边之后锻件定位、冲孔之后锻件脱模等方面的问题。

1.2 工艺难点解决对策

第一，优化辊锻流程。经过计算可以明确所有锻件的截面面积，齿形和两侧的双耳面积出现比较大的改变，这时则可以优化辊锻流程，坯料中间位置进行辊细处理，使毛边的分布能够具备均匀性。

第二，适当增设预锻工序定位。由于销轨锻件的双耳位于两端部位，其方向偏向于其中一侧，与中心相距较远。因此锻造成形期间金属的流动性较差，无法快速到达双耳部位，双耳要想布满模膛的难度也较大。这时，可以在坯料放置预锻模膛的过程中，增设坯料定位槽，确保坯料可以最大程度地偏向于双耳方向，确保双耳可以充满模膛。

第三，确定终锻收缩率，组织数值模拟。由于锻件齿形并不属于加工面，必须要和链轮搭配运行，期间可以确定齿轨的中心距，即147±0.5 mm，这时如果热收缩率出现错误，就会影响销轨锻造效果。因此，终锻设计期间要在积累经验的基础上展开计算机数值仿真分析，对选宽度、厚度等各个热收缩率数值合理设计。

第四，优化凹（下）模刃口。切边之后的锻件宽度是186-0

-1mm，相关尺寸需要利用凹（下）模尺寸进行确定，基于冲头刃口磨损设计这一条件，对冲头刃口激光强化处理，这样可以有效延长模具的使用寿命。

第五，优化冲孔结构。为了能够使校正与冲孔2个流程同步进行，设计时着重考虑以下方面：1）冲孔定位。冲孔过程中需要利用锻件双耳展开定位，模具结构的设计过程中需要在模具的两侧设置足够的导轨，避免形成冲孔偏这一问题；2）增设碟簧。上模需要增设4组碟簧，当滑块开始下行之后，如果活动板已经和锻件发生接触，那么碟簧此时便开始压缩，为后续提供足够的能量。当模具闭合，这时滑块便开始上行，碟簧之前积攒的能量开始释放，从而完成锻件脱模。

1.3 锻造工艺流程

第一，锻造流程。①下料；②加热；③辊锻；④8 000 t摩擦压力机预、终锻成形；⑤切边；⑥校正冲孔；⑦技术检测；⑧热处理；⑨硬度检测；⑩翘曲度检测；校正；表面清理；无损检测；终检。

第二，下料参数计算。按照所呈现的销轨锻件图纸，通过计算、建模与有限元的深入分析，可以确定下料规格的参数，即φ170 mm×（680±2） mm，通过小批生产验证之后确定其与生产规定相符，将其归纳到工艺范围。

第三，锻造工艺应用。①材料加热。材质42CrMoA锻造温度的选取范围以1 180 ℃～1 220 ℃为最佳，锻造工艺可以选择中频炉加热，加热节拍则设置为55件/h。通过光学高温计这一设备组织抽检，将抽检数据详细记录，以免出现温度不符合规定或过烧等问题；②锻造成形工艺。按照模拟分析最终所呈现的结果，可以确定辊锻2道次，预、终锻均打击1次，以免由于打击次数过多导致锻造出现折叠、裂纹等缺陷。由于双耳采用非加工模式，因此锻造结束之后要先使用风管清理模膛，随后再以石墨做好模具的润滑、冷却处理，避免氧化物堆积过多影响到双耳充模；③切边工艺。当在8 000 t摩擦压力机终锻之后，锻件的机械手需要将其转移至切边机，而此时的切边机则要应用20 MN压力机进行切边处理。

2 大型销轨模具设计

第一，2个轨部的分模面一旦重合，那么耳部分模面的上侧和下侧就会从高度上呈现出差异，导致锻模的上模和下模部位的型槽深度差增加，进而在锻打过程中出现耳部顶端无法充满的问题。此外，模具设计过程中，锻打充满期间，上模耳部会呈现出比较大的外侧向分力，這时模具断裂的概率较大，影响带模具的使用期限。

第二，冲孔模结构主要应用正冲式结构，也就是将冲孔冲头于顶板进行固定，此时锻件的耳部向上，齿形向下，按照这种状态进行冲孔操作。大型销轨冲孔之后，6个齿形侧会有毛刺残留。由于这些齿形面并非机加工面，如果有毛刺残留，就会对后期实际应用造成影响。由于打磨量比较大，加上打磨行为属于深孔打磨，对于后续打磨工序人员素质要求比较高，直接影响到工作效率。

最终明确模具设计方案。①双耳部分分模面抬高，抬高后其中一侧的耳部分模面也会相应地抬高，这样一来会导致耳部相对分模面距离一致，使上模和下模的型槽深度趋近相同，改善锻打充满期间金属的流动性，延长模具使用寿命；②冲孔模结构可以调整成反冲式结构，即将冲头固定在下底板，模具运行期间冲头可以在锻件深孔处直接穿出，完成冲孔操作之后，打磨量减少，生产效率更高。

3 结语

综上所述，为了保证大型销轨锻造质量，必须要选择合适的工艺，做好模具设计，以延长模具使用寿命为前提，制定完善的设计方案，针对锻造期间存在的问题及时予以解决，从而有效提升销轨锻造质量。

参考文献

[1]张行，杨善国，李伟.基于销轨应力变化的采煤设备无线定位系统[J].煤炭技术，2018，37（12）：288-290.

[2]申旭亮.采煤机牵引部销轨轮常见失效形式研究[J].煤炭技术，2018，37（2）：291-293.

[3]高宝全，张景晖，赵庆禹，等.基于ADAMS的采煤机销轨轮运动学仿真研究[J].煤矿机械，2016，37（8）：59-60.