矿用截齿齿套温锻成型工艺优化

彭勇

摘 要:矿用截齿齿套锻造成型具有切削量小、能耗低、适于批量生产等明显优势,行业内普遍采用温、冷锻造结合的方法进行成型。本文通过某一型号矿用截齿齿套温锻成型部分的两种工艺比较,希望可以提供一种新的设计思路。

关键词:截齿齿套;温锻;工艺优化

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

0 引言

矿用截齿齿套是煤炭行业中采煤机上的重要连接零件,起到装夹截齿,使之固定于截齿座的作用。如今行业中矿用截齿齿套成型一般采用温、冷锻造结合的工艺,该工艺既解决了齿套头部伞形部分成型时成型力大的问题,又通过冷锻整形内孔保证了内腔装配尺寸的精度。本文将对某型号截齿齿套的两种温锻成型工艺进行综合比较,以期获得一种更高经济效益的工艺方案。

1 某型号矿用截齿齿套的最终温锻件外形

该型号截齿齿套的最终温锻件外形如图1所示,相对一般的矿用截齿齿套温锻件,此结构有两个不同之处,头部增加了导向锥孔,尾部也增加了锥台。

锻件头部的导向锥孔在后续的钻、镗孔加工中起到了引导钻头、保护钻头、帮助定位导向的作用。尾部的锥台在后续的内孔冷锻整形中,有着减小挤压摩擦力、内孔体积补偿的作用。此外,该结构相对愿结构还具有减轻料重、机械切削量少等明显优势。

2 两种温锻成型工艺方案的比较

由于两种工艺方案(图1与图2)中工序2的模具结构和成型条件大体相当,因此本文将只对两种方案的原材料规格选择和工序1部分的成形进行综合比较。本文中成型部分的数据分析,将使用有限元分析软件DEFORM中的3D模块进行仿真模拟。

方案一(图1)为我司原先温锻工艺。原先的工艺思路,是选用Φ75规格的圆棒料作为原材料,由于材质规格的限制,只能选用金属带锯床进行下料生产操作。金属带锯床虽然加工适用性较广,但与当今提倡的低能高效的生产模式相比,却有锯料损耗大、尺寸精度差、生产效率低等明显缺点,无形中增加了生产成本,制约了产能的提升。

该方案中工序1成形本质为复合挤压。3D成形模拟分析的参数设定如下:原材料加热温度850℃,材料选用成分相近的AISI-1045,上模与下模预热温度为250℃,模具材料选用AISI-H-13,原材料与模具间的相互摩擦系数0.25,上模速度15mm/s,上模移动行程64mm。经过模拟分析,最终得到此工序的上模载荷变化。此模拟结果与实际生产情况相符。该工序成形本质为复合挤压,材料的成型过程为正挤压-内反挤压。成形载荷突变的原因是材料经正挤压充满型腔后,材料与模具接触面积增大导致材料流速减慢,再进行内反挤压时,由于剧烈的摩擦力,导致金属流动困难,最终导致终成形时所需的压力剧增。由于此工序成形载荷较大,特别是内反挤压时材料变形剧烈,导致下模受热严重,长期在高热环境下工作的模具更容易磨损变形,大大降低了使用寿命,且锻件尾部的锥台由于成形载荷的限制,不易成型饱满,对产品质量、模具寿命、生产效率造成了较大影响。

针对以上种种弊端,我司提出了改进后的方案二(图2)。该方案采用了Φ55规格圆棒料作为原材料,满足了高速圆盘锯的生产条件。高速圆盘锯对比金属带锯床,具有锯料损耗少、生产效率高、尺寸精度高等优点,提升产能的同时还降低了成本,是一种低能高效的生产设备。

此方案中的工序1为反挤压成形,使用同样的设定条件进行有限元模拟分析,得到的上模载荷变化结果如上图所示。由此图中的上模载荷变化曲线图可以看出,使用此方案后,成型载荷在成型过程中呈线性上升,没有陡升的趋势,最终所得成型载荷仅相当于方案一的十分之一,且成型时间也大大的缩短为方案一的四分之一。无论是成形载荷还是成形时间,都较方案一有了极大的提升。在实际生产中,锥台由于是通过反挤压成形,得到的锻坯外形饱满,在工序2中定位可靠,且模具与坯料接触时间更少,吸热更少,模具寿命也得到了很好地保证。除上述的明显提升外,由于该工序变形量较小,坯料失温较少,工序2成形时比方案一所需要的载荷更小,头部聚料更饱满,产品质量得到了极大的提升。

3 结论

通过此次的工艺改进,解决了限制产能的下料问题,锻件尾部的锥台成型饱满且所需载荷更小,模具的寿命也得到了较大的提升。改进后的温锻成型工艺方案获得的锻件所需能耗更低、质量更好,创造了良好的经济效益。

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2019-10-29