工程機(jī)械履帶鏈軌節(jié)的鍛造精切工藝介紹

文／吳岳嶺，王剛，張敏，周琦·山推工程機(jī)械股份有限公司

履帶鏈軌節(jié)是履帶式工程機(jī)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(shí)，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(jī)械加工中去除。

近年來(lái)，鏈軌節(jié)鍛造精切工藝開(kāi)始興起，即在鍛造熱切時(shí)將鏈軌節(jié)兩側(cè)面及螺母面精切到尺寸，不再進(jìn)行后續(xù)機(jī)械加工，減少銑雙面和推螺母面兩道機(jī)械加工工序，從而提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。目前，國(guó)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(duì)鍛造精切工藝進(jìn)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(chǎng)需求量較大，我公司年生產(chǎn)量在30萬(wàn)件以上。該鍛件采用2500t熱模鍛壓力機(jī)進(jìn)行鍛造，315t曲柄壓力機(jī)進(jìn)行沖孔切邊，生產(chǎn)工序?yàn)椋侯A(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(jì)

在設(shè)計(jì)非精切鏈軌節(jié)模鍛型腔時(shí)，為防止鏈軌節(jié)兩側(cè)面及螺母面在后續(xù)加工時(shí)由于鍛件錯(cuò)移及定位等原因造成“閃黑皮”現(xiàn)象，通常我們?cè)趦蓚?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(duì)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(shí)熱切至產(chǎn)品尺寸，且沖孔切邊時(shí)采用與終鍛型腔相同的凸模進(jìn)行定位，定位精度較機(jī)械加工時(shí)的銑雙面定位工裝要準(zhǔn)確的多，同時(shí)為了減少?zèng)_切時(shí)的切除量，我們對(duì)精切鏈軌節(jié)鍛件模具型腔采用去余量設(shè)計(jì)，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(shí)考慮到在沖切時(shí)，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(jì)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(jì)尺寸

沖孔切邊模具設(shè)計(jì)

為提高精切面精度，同時(shí)盡量提高精切刃口的壽命，采用兩個(gè)工位進(jìn)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(shí)為了保證精切時(shí)鍛件在凸模上的定位，銷(xiāo)孔及套孔的連皮在精切工位切除。

切斷荷重計(jì)算

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，分別計(jì)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(zhǎng))×t(圖紙上的飛邊厚度)×σ(抗拉強(qiáng)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(zhǎng))×t(圖紙飛邊厚度)×σ(抗拉強(qiáng)度)=1.2×2×(160+200+100+170+32+32)mm×4mm×15kg/mm2=99.94t。

根據(jù)計(jì)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(shí)工作。

氮?dú)鈴椈蛇x用

為保證在沖孔切邊過(guò)程中能夠提供足夠的壓緊力及卸料力，選用氮?dú)鈴椈勺鳛樾读显?。氮?dú)鈴椈墒且环N以高壓氮?dú)鉃楣ぷ鹘橘|(zhì)的新型彈性組件，它具有體積小、彈力大、行程長(zhǎng)、工作平穩(wěn)，彈力曲線平緩以及安裝時(shí)不需要預(yù)緊等特點(diǎn)，方便模具安裝和調(diào)整，延長(zhǎng)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(jì)算的切斷荷重，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)計(jì)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(jì)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(hào)為4200-63的氮?dú)鈴椈桑抗の粩?shù)量為兩個(gè)，該氮?dú)鈴椈沙跏級(jí)毫?.2t，最大行程為63mm。此氮?dú)鈴椈煽稍跊_孔切邊時(shí)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(jì)

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(shí)間長(zhǎng)，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(jì)，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(jì)沖頭及切邊刃口高度時(shí)，應(yīng)確保氮?dú)鈴椈梢褜⒐ぜ耆珘壕o后，再開(kāi)始進(jìn)行沖切。同時(shí)在開(kāi)始沖切時(shí)，踏面及板接面的刃口應(yīng)與工件同時(shí)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(kāi)始，行程慢1～2mm。

凸模與凹模的間隙對(duì)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(chǎng)生產(chǎn)

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

⑴對(duì)鍛件錯(cuò)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(jì)，若鍛件錯(cuò)移量較大時(shí)，會(huì)造成精切鍛件出現(xiàn)“閃黑皮”，同時(shí)下模一側(cè)切除量會(huì)變大，造成毛刺拉出。所以精切鍛件對(duì)錯(cuò)移的允許量更小。對(duì)于190mm節(jié)距的鏈軌節(jié)，我們?cè)谄涨泄に嚂r(shí)錯(cuò)移量要求為≤0.7mm，在精切工藝時(shí)要求錯(cuò)移量需≤0.3mm。

⑵對(duì)切邊及沖頭刃口要求更加嚴(yán)格。鏈軌節(jié)鍛件在進(jìn)行精切時(shí)，與普切相比，精切刃口與鍛件的接觸時(shí)間更長(zhǎng)，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(shí)我們?cè)诰泄の辉黾恿藝娝鋮s裝置，每生產(chǎn)半小時(shí)后即對(duì)精切刃口進(jìn)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(yǔ)

精切鏈軌節(jié)鍛件工藝復(fù)雜，對(duì)鍛件質(zhì)量和精度的要求更嚴(yán)格，同時(shí)對(duì)模具加工制作的要求也更高。通過(guò)嚴(yán)格控制模具加工制作過(guò)程及鍛件現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程，我公司實(shí)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(guò)模鍛型腔的去余量設(shè)計(jì)降低材料定額，提高材料綜合利用率，同時(shí)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(shí)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(jì)效益和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。