齒軌鍛件沖孔整形工藝設(shè)計(jì)及應(yīng)用

文/白孝俊，夏占雪，陸長(zhǎng)青，張娜娜·第一拖拉機(jī)股份有限公司鍛造廠

齒軌鍛件沖孔整形工藝設(shè)計(jì)及應(yīng)用

文/白孝俊，夏占雪，陸長(zhǎng)青，張娜娜·第一拖拉機(jī)股份有限公司鍛造廠

齒軌，又叫銷(xiāo)軌，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，廣泛應(yīng)用于煤機(jī)等行業(yè)，在使用中，多個(gè)齒軌通過(guò)銷(xiāo)軸連接在齒軌座上形成一組軌道，一組或者多組軌道鋪在地面上后，煤機(jī)依靠驅(qū)動(dòng)輪齒部和齒軌嚙合齒A嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)行走。齒軌生產(chǎn)作業(yè)條件復(fù)雜惡劣，在工作中會(huì)承受較大及不均勻的沖擊載荷，且由于除銷(xiāo)軸孔外其他部位不再進(jìn)行機(jī)加工，所以在工作中對(duì)齒軌的強(qiáng)度、尺寸精度和形狀都有較高的要求。

目前國(guó)內(nèi)鍛造生產(chǎn)齒軌的工藝是：在模鍛錘或鍛壓機(jī)上通過(guò)卡壓、預(yù)鍛及終鍛鍛打成形，在壓床或者液壓機(jī)上切邊沖孔，然后通過(guò)熱校正工序來(lái)校正切邊沖孔過(guò)程中產(chǎn)生的變形，而切邊沖孔產(chǎn)生的殘留飛邊及毛刺則通過(guò)后續(xù)打磨修整。

這種加工工藝的不足之處是：⑴齒軌在切邊沖孔中受到切邊力和沖孔力的雙重作用，因受力過(guò)大及受力不均導(dǎo)致各個(gè)嚙合齒變形，這種變形隨著模具的磨損會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重，甚至通過(guò)后續(xù)熱校正也無(wú)法修復(fù)，影響齒軌嚙合功能，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致使用過(guò)程中齒軌斷齒；⑵因切邊沖孔復(fù)合模具無(wú)導(dǎo)向，使齒軌和沖子之間有錯(cuò)位，導(dǎo)致切邊沖孔后各個(gè)內(nèi)孔（圖1所示B處）尺寸及形狀無(wú)法保證，且殘留飛邊及毛刺較大，不僅需要花費(fèi)大量時(shí)間去打磨修整，嚴(yán)重時(shí)沖子會(huì)傷及嚙合齒本體，導(dǎo)致整個(gè)齒軌報(bào)廢；⑶因齒軌在切邊沖孔模具中是不受約束狀態(tài)且該工序是同時(shí)切邊沖孔，受力較大會(huì)導(dǎo)致齒軌出現(xiàn)彎曲變形，隨著模具的磨損，齒軌整體平面度將會(huì)越來(lái)越差，甚至通過(guò)后續(xù)熱校正也無(wú)法修復(fù)，導(dǎo)致無(wú)法安裝或使用時(shí)煤機(jī)振動(dòng)大。

圖1 齒軌結(jié)構(gòu)示意圖

沖孔整形工藝及模具設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的目的在于提供一種齒軌沖孔整形裝置及齒軌沖孔整形工藝。通過(guò)準(zhǔn)確導(dǎo)向給齒軌施加預(yù)緊力，從而防止嚙合齒在沖孔過(guò)程中變形；通過(guò)模具準(zhǔn)確定位齒軌，并給沖子設(shè)計(jì)導(dǎo)向，使沖孔后內(nèi)孔尺寸精度較好且形狀規(guī)整，殘留飛邊及毛刺較小，并采用從上往下的沖孔方式，使因沖子磨損出現(xiàn)的沖孔毛刺不會(huì)影響齒軌的嚙合功能；通過(guò)將傳統(tǒng)的切邊沖孔工序和熱校正工序設(shè)計(jì)為切邊工序和沖孔整形工序，分散切邊力和沖孔力，減少齒軌變形量，并采用模具整形進(jìn)一步修復(fù)齒軌的變形，保證齒軌整體平面度。

下面對(duì)本設(shè)計(jì)做進(jìn)一步的描述，圖2所示為一種齒軌沖孔整形裝置，包括整形組件、沖孔組件、頂出組件。

圖2 齒軌沖孔整形裝置

所述的整形組件包括：下模板1、下模2、導(dǎo)柱3、下定位鍵16、壓板13、上模板8、上模7、中間承擊塊6、左右承擊塊4、定位桿10，下模板1通過(guò)T形螺栓和鍵與設(shè)備上的臺(tái)面C連接，下模2通過(guò)下定位鍵16和壓板13固定在下模板1上，導(dǎo)柱3通過(guò)過(guò)盈配合安裝在下模2上，上模板8通過(guò)T形螺栓和鍵與設(shè)備上的滑塊D連接，上模7通過(guò)上導(dǎo)柱11和上導(dǎo)柱座12連接在上模板8上面，左右承擊塊4和中間承擊塊6通過(guò)螺釘緊固在上模板8上，定位桿10放置在下模板1的定位孔內(nèi)用于支撐上模板8，便于將本裝置安裝在設(shè)備上，安裝完后，定位桿10需要撤掉。

所述的沖孔組件包括：沖子18、緊固座19、沖子固定板5、氮?dú)鈴椈?、上導(dǎo)柱11、上導(dǎo)柱座12、楔塊17，沖子18通過(guò)螺釘緊固在緊固座19上，緊固座19通過(guò)沖子固定板5固定在上模板8上，氮?dú)鈴椈?通過(guò)螺釘緊固在上模板8上，用于提供預(yù)緊力和卸料力，楔塊17放在下模2內(nèi)，用于使沖掉的連皮滑出。

所述的頂出組件包括：頂出器15和條板14，頂出器15放在下模2內(nèi)，條板14放在下模板1內(nèi)。

本裝置操作包含五個(gè)步驟（圖3），具體內(nèi)容如下：

圖3 齒軌沖孔整形裝置工作步驟

步驟Ⅰ，將切完飛邊的齒軌放置在齒軌沖孔整形裝置的下模2中，滑塊D帶動(dòng)上模板8下落，上模7在導(dǎo)柱3的導(dǎo)向下與放在下模2內(nèi)的齒軌接觸，隨后氮?dú)鈴椈?通過(guò)上模7開(kāi)始給齒軌施加預(yù)緊力。

步驟Ⅱ，隨著滑塊D持續(xù)下滑，上模板8帶動(dòng)沖子固定板5、緊固座19和沖子18在上導(dǎo)柱11的導(dǎo)向下沖掉齒軌內(nèi)孔連皮，連皮掉在楔塊17上滑出。

步驟Ⅲ，滑塊D繼續(xù)下落，上模板8帶動(dòng)左右承擊塊4和中間承擊塊6接觸上模7，并將設(shè)備力量通過(guò)上模7傳導(dǎo)給齒軌，最終將上模7壓緊在下模2上，保壓3～5秒后，完成齒軌整形。

步驟Ⅳ，滑塊D帶動(dòng)上模板8上升，氮?dú)鈴椈?釋放壓力壓住上模7開(kāi)始卸料，使齒軌從沖子18上脫離，隨著上模板8持續(xù)升高，氮?dú)鈴椈?壓力完全釋放，上模7在上導(dǎo)柱11和上導(dǎo)柱座12拉動(dòng)下，離開(kāi)下模2。

步驟Ⅴ，隨后，下模板1內(nèi)的條板14在設(shè)備頂出機(jī)構(gòu)的作用下升高，通過(guò)頂出器15將齒軌頂起，取走齒軌后頂出器15回落，完成沖孔整形工序。

由于采用以上所述的技術(shù)方案，本設(shè)計(jì)達(dá)到了以下有益效果：

⑴本設(shè)計(jì)由于在裝置中設(shè)計(jì)了預(yù)緊機(jī)構(gòu)，使上模和下模在沖孔前壓住齒軌，大大減少了齒軌嚙合齒在沖孔過(guò)程中的變形量。

⑵本設(shè)計(jì)由于在裝置中設(shè)計(jì)了導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，使沖子能準(zhǔn)確定位齒軌，使沖孔后齒軌內(nèi)孔尺寸準(zhǔn)確且形狀規(guī)整，并大大減少?zèng)_孔過(guò)程產(chǎn)生的殘留飛邊及毛刺。

⑶本設(shè)計(jì)由于工藝設(shè)計(jì)為從上往下沖孔，使沖孔后產(chǎn)生的殘留飛邊及毛刺不會(huì)影響齒軌的嚙合齒。

⑷本設(shè)計(jì)由于在裝置中設(shè)計(jì)了整形機(jī)構(gòu)，有效修復(fù)了切邊過(guò)程導(dǎo)致的齒軌彎曲變形，保證了齒軌的整體平面度。

⑸本設(shè)計(jì)將傳統(tǒng)的切邊沖孔工序和熱校正工序創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)為切邊工序和沖孔整形工序，在沖孔的同時(shí)完成齒軌的整形，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)分散切邊、沖孔力來(lái)減少齒軌變形的目的，裝置結(jié)構(gòu)新穎，工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，操作方便，便于機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)，大大降低了生產(chǎn)成本。

沖孔整形工藝生產(chǎn)應(yīng)用情況

齒軌類(lèi)鍛件是我廠為125MN熱模鍛生產(chǎn)線開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，在該系列鍛件的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，研發(fā)了一套適合我廠125MN熱模鍛生產(chǎn)線生產(chǎn)的工藝，尤其是沖孔整形工藝。該沖孔整形工藝包含整形、沖孔及頂出三部分，通過(guò)我廠研發(fā)的背壓式技術(shù)，在沖孔以前給鍛件施加預(yù)緊力，避免鍛件在沖孔過(guò)程中變形，沖孔完成后給鍛件施加整形力來(lái)精整鍛件形狀，在一套裝置內(nèi)同時(shí)完成了5個(gè)內(nèi)孔的沖孔工序和鍛件的熱整形工序，由于設(shè)計(jì)有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，對(duì)設(shè)備要求也不高。

整套裝置中沖子的壽命是比較關(guān)鍵的，盡管設(shè)計(jì)時(shí)就考慮到了快速更換問(wèn)題，但也應(yīng)盡量提高沖子壽命，減少模具更換時(shí)間，降低生產(chǎn)成本。本設(shè)計(jì)最開(kāi)始采用H13，熱處理硬度為42～45HRC，但使用效果不夠理想，僅能生產(chǎn)500件左右就需要更換，后采用了3Cr2W8V，沖子壽命提高到了1000件以上，其余部件壽命均能達(dá)到7000件以上。

圖4 生產(chǎn)的齒軌實(shí)物圖

通過(guò)不斷優(yōu)化，目前該沖孔整形工藝已經(jīng)在我廠127和147節(jié)距的齒軌（圖4）上進(jìn)行了批量自動(dòng)化生產(chǎn)驗(yàn)證，鍛件變形量小，質(zhì)量穩(wěn)定，沖孔后內(nèi)孔尺寸規(guī)整，僅需少量打磨就可達(dá)到顧客要求。