大型支座鍛件工藝開發(fā)及優(yōu)化提高

隨著大型礦山開采和大型基礎(chǔ)建設(shè)工程設(shè)備和技術(shù)的發(fā)展，工程機(jī)械正在朝著節(jié)能化、智能化、大型化方向發(fā)展，其中非公路自卸汽車不斷朝著大型化發(fā)展，達(dá)到200t甚至更多的一次運(yùn)載量，超大型挖掘機(jī)為適應(yīng)自卸汽車大型化趨勢(shì)開發(fā)出來(lái)，其巨大斗容量使單位時(shí)間內(nèi)完成的工作量增加，保證了在聯(lián)合作業(yè)中較高的生產(chǎn)效率。

大型支座零件是超大型挖掘機(jī)大臂上的關(guān)鍵零件，大臂主要作用是用來(lái)支配挖斗的挖掘、裝車等動(dòng)作，其結(jié)構(gòu)一般是箱體式的，在關(guān)鍵部位使用鍛件滿足整體剛度和強(qiáng)度要求。其形狀一般為回轉(zhuǎn)體，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，方便與箱體焊接連接，邊緣比較薄，鍛造成形工藝性比較差，大型支座鍛件如圖1所示。

模鍛成形工藝分析

此鍛件為超大型挖掘機(jī)大臂上使用的零件，最大外徑尺寸為660mm，總高度為250mm，中間最大盤部外緣最薄處僅為25mm，上模環(huán)形較窄凸環(huán)高度尺寸為85mm，寬度尺寸僅為26mm，鍛件重量達(dá)到190kg，由于其形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鍛造成形工藝性較差，存在盤部打不靠及環(huán)形凸環(huán)較難充滿的質(zhì)量隱患；根據(jù)《鍛工手冊(cè)》模鍛錘鍛打壓力經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，只計(jì)算包括橋部寬度在內(nèi)的鍛件投影面積，此鍛件最大鍛打壓力達(dá)到25t，最小為14.3t，通過鍛打壓力計(jì)算，我公司只有16t模鍛錘能滿足此零件鍛打工藝要求。

雖然此零件形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鍛件重量偏重，但屬于典型的回轉(zhuǎn)體零件，常規(guī)模鍛成形工藝設(shè)計(jì)為鐓粗和模鍛聯(lián)合成形工藝，考慮我公司設(shè)備布局現(xiàn)狀，結(jié)合現(xiàn)有鍛件生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，決定在16t模鍛錘上采用直接模鍛成形，可以提高生產(chǎn)效率，降低模具成本。

工藝設(shè)計(jì)

初始模鍛工藝方案分析

根據(jù)產(chǎn)品圖及模鍛成形工藝分析設(shè)計(jì)鍛件圖，依據(jù)鍛件最大外形輪廓及保證鍛件能從模膛中出模的分模原則，鍛件分模面設(shè)計(jì)在盤部中間位置，這樣設(shè)計(jì)的好處是切邊后較容易檢查鍛件錯(cuò)移量，防止切邊后產(chǎn)生縱向毛刺，增加打磨工作量，還能消除鍛件翹曲變形，最終決定分模面設(shè)計(jì)在盤部中間偏下位置2/5處；環(huán)形凸環(huán)設(shè)計(jì)在上模，上模金屬在成形過程中流動(dòng)較快且具有反擠壓作用，更容易充滿整個(gè)較窄環(huán)部；考慮到鍛件生產(chǎn)低成本要求，降低上模高度尺寸，減少模塊浪費(fèi)，中間孔連皮設(shè)計(jì)成斜底連皮并且位于偏上位置，需要在切邊時(shí)把中間孔斜底連皮沖下來(lái)形成通孔，初始模鍛工藝方案鍛件結(jié)構(gòu)確定為圖2所示。

圖5為模鍛成形過程中上模所受載荷變化曲線走勢(shì)，在鍛造過程中，隨著坯料變形量的增加，上模所受載荷不斷增加，在鍛造末期即最外側(cè)飛邊剛形成時(shí)，模具型腔即將充滿，上模所受載荷急劇增大。這時(shí)鍛模型腔逐漸形成封閉空間，由于固體不可壓縮，且多余的坯料逐漸開始往外流動(dòng)形成飛邊，需要較大的鍛打壓力把多余的金屬排出模具型腔使鍛件厚度尺寸達(dá)到要求。因此，上模載荷急劇增加，直至鍛打結(jié)束，載荷達(dá)到最大值。

落實(shí)新時(shí)代黨的建設(shè)總要求，以黨的政治建設(shè)為統(tǒng)領(lǐng)，把堅(jiān)持黨的領(lǐng)導(dǎo)、加強(qiáng)黨的建設(shè)緊緊抓在手上，扎實(shí)開展“不忘初心，牢記使命”主題教育。加強(qiáng)工會(huì)干部教育培訓(xùn)，加大工會(huì)干部協(xié)管力度，加強(qiáng)對(duì)師級(jí)工會(huì)領(lǐng)導(dǎo)班子的考核和監(jiān)督，提高工會(huì)干部隊(duì)伍整體素質(zhì)。認(rèn)真貫徹落實(shí)黨中央關(guān)于兵團(tuán)深化改革和向南發(fā)展的部署要求，準(zhǔn)確把握任務(wù)目標(biāo)，及時(shí)掌握職工思想動(dòng)態(tài)，凝聚廣大職工擁護(hù)改革、支持改革、參與改革的思想共識(shí)和智慧力量。認(rèn)真貫徹落實(shí)《新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)群團(tuán)改革方案》《新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)工會(huì)改革實(shí)施方案》，以增強(qiáng)政治性先進(jìn)性群眾性為目標(biāo)，以更大力度、更實(shí)舉措深化工會(huì)改革，推動(dòng)兵團(tuán)工會(huì)全面履行地方總工會(huì)職能?！?/p>

正式模鍛工藝方案設(shè)計(jì)

依據(jù)鍛件、沖孔連皮和飛邊的總體積，加上金屬的加熱燒損率計(jì)算出所需坯料體積，再根據(jù)坯料在鐓粗時(shí)不致產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象以及備料方便，按照坯料長(zhǎng)度與直徑最大鐓粗比計(jì)算出坯料規(guī)格直徑最小為

255mm。根據(jù)對(duì)模鍛初始工藝方案坯料定位的分析以及低成本采購(gòu)坯料的考量，結(jié)合下模型腔結(jié)構(gòu)，經(jīng)過分析論證坯料直徑規(guī)格調(diào)整為

260mm，依據(jù)此直徑規(guī)格及坯料定位要求重新設(shè)計(jì)的內(nèi)孔結(jié)構(gòu)如圖3所示。此方案比初始方案坯料重量增加8.7kg，鍛件成本相應(yīng)增加，后續(xù)機(jī)加工時(shí)需要增加鉆孔工序，機(jī)加工成本上升，但此工藝實(shí)現(xiàn)了坯料在模具型腔中準(zhǔn)確定位，降低了操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度，鍛件質(zhì)量得到了保證。防止錘鍛模在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生錯(cuò)移，并且考慮降低模具成本，舍棄了傳統(tǒng)圓形鎖扣，改進(jìn)成四角鎖扣，錘鍛模塊尺寸更緊湊，縮短了錘鍛模安裝調(diào)整時(shí)間，降低了操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

由于我公司采用在16t模鍛錘上直接模鍛成形工藝，對(duì)坯料定位要求很高，否則容易造成中間盤部外緣局部充不滿。另一側(cè)存在厚度尺寸大打不靠現(xiàn)象，或盤部整圈厚度尺寸相差較大對(duì)后續(xù)機(jī)加工造成諸多影響，初始模鍛工藝方案不便于實(shí)現(xiàn)坯料定位要求。經(jīng)過詳細(xì)計(jì)算實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位，直徑規(guī)格需要調(diào)整增加到

330mm。但較大的直徑規(guī)格使加熱效率偏低，影響生產(chǎn)效率，較高的采購(gòu)成本使鍛件的生產(chǎn)成本偏高。因此，此初始模鍛工藝方案需要優(yōu)化改進(jìn)才適合批量生產(chǎn)。

模鍛工藝模擬分析

模鍛工藝方案模擬分析

圖6為模鍛成形結(jié)束時(shí)金屬流動(dòng)趨勢(shì)，上模金屬流動(dòng)趨勢(shì)大體呈現(xiàn)出由上向下及向外側(cè)，下模金屬流動(dòng)趨勢(shì)大體呈現(xiàn)出由內(nèi)向外，這是因?yàn)殄懠鈧?cè)盤部比較薄，金屬流動(dòng)較慢，此處最后充滿型腔，并且多余的金屬需要流出模具型腔形成飛邊，金屬流動(dòng)趨勢(shì)符合鐓粗成形工藝要求，滿足鍛件使用要求。

H3：心理距離在溝通的同步性程度與心流體驗(yàn)的關(guān)系中起中介作用；即溝通的同步性越高，顧客之間的心理距離越近，并由此感知到更強(qiáng)的心流體驗(yàn)。

鍛打載荷曲線及金屬流動(dòng)趨勢(shì)

大到城市的政治、經(jīng)濟(jì)、文化等領(lǐng)域，小到鄉(xiāng)村旅游景點(diǎn)、建筑風(fēng)格、美食文化、傳說故事，好的文化營(yíng)銷對(duì)于城市發(fā)展具有重要的作用。“上有天堂下有蘇杭”“桂林山水甲天下”等城市標(biāo)簽不僅代表了城市形象，某種程度上也決定了城市發(fā)展的方向。

圖4為DEFORM有限元模擬技術(shù)分析的成形過程，在成形過程中由于上模中間位置存在圓形凸臺(tái)，從而形成二級(jí)臺(tái)階，影響金屬流動(dòng)，模鍛成形過程中在模擬分析1300步時(shí)出現(xiàn)了金屬流動(dòng)形成折疊的趨勢(shì)，隨著坯料變形逐漸增加，在1500步時(shí)金屬流動(dòng)形成折疊的趨勢(shì)達(dá)到最明顯程度。之后，隨著坯料變形的繼續(xù)增加，金屬繼續(xù)向圓周外側(cè)流動(dòng)且受到模具結(jié)構(gòu)限制的影響趨勢(shì)逐漸減緩，在1900步時(shí)金屬流動(dòng)形成折疊的趨勢(shì)逐漸消失，繼續(xù)觀察模擬分析后續(xù)成形過程直至成形過程結(jié)束，沒有再出現(xiàn)其他質(zhì)量隱患。從整個(gè)鍛造成形模擬過程分析，前期出現(xiàn)金屬流動(dòng)形成折疊的趨勢(shì)，經(jīng)過變形的繼續(xù)增加，最終金屬流動(dòng)形成折疊的趨勢(shì)逐漸減緩直至消失，因此，鍛件可能存在折疊質(zhì)量隱患。根據(jù)工藝分析判斷上模凹窩斜面上由于存在圓形凸臺(tái)可能會(huì)出現(xiàn)折疊現(xiàn)象，實(shí)際生產(chǎn)中，由于坯料端面斜度偏大等各種因素影響，會(huì)加大折疊出現(xiàn)的幾率，為了驗(yàn)證模擬分析軟件的真實(shí)有效性和具體折疊位置，決定采用改進(jìn)后正式模鍛工藝方案進(jìn)行調(diào)試生產(chǎn)驗(yàn)證。

采用DEFORM有限元模擬分析軟件進(jìn)行模鍛成形過程模擬分析。首先對(duì)所述的模鍛工藝建立鍛件成形的有限元模型上模、下模和坯料。模鍛成形主要工藝參數(shù)設(shè)置如下：坯料材料為35Mn鋼(DEFORM模擬分析選擇用JIS-S45C代替)，規(guī)格尺寸為

260mm×495mm，坯料加熱溫度為1150℃，模具預(yù)熱溫度為200℃，成形力選擇為靜壓力模擬分析，上模進(jìn)給速度選擇為100mm/s，其他模擬分析時(shí)需要的參數(shù)設(shè)置按照常規(guī)一般要求進(jìn)行設(shè)置。

工藝調(diào)試及優(yōu)化提高

首次工藝調(diào)試驗(yàn)證

大型支座鍛件的錘鍛模和切邊模全套工藝設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行模具加工制造，全套工裝到位后進(jìn)行了樣件首次調(diào)試生產(chǎn)，最終鍛件見圖7。燃?xì)饧訜釥t坯料溫度設(shè)定為1150℃，坯料經(jīng)過充分加熱出爐后使用手持高壓水槍清理坯料表面氧化皮，錘鍛模下模型腔里撒上鋸末；操作機(jī)把坯料豎立放到模具下模型腔里，坯料定好位，不需要操作工進(jìn)行調(diào)整；16t模鍛錘輕擊兩至三錘后，操作機(jī)夾持坯料脫離下模型腔，操作工使用壓縮空氣清理下模型腔氧化皮；然后進(jìn)行重錘鍛打成形，直至坯料各個(gè)部位完全充滿模具型腔；鍛打完成后操作機(jī)把鍛件轉(zhuǎn)移到切邊模進(jìn)行切邊，整個(gè)調(diào)試過程基本順利。樣件經(jīng)劃線檢查符合圖紙要求，鍛打調(diào)試完成后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理并進(jìn)行著色探傷檢查折紋情況，上模型腔里發(fā)現(xiàn)三件存在較淺折疊現(xiàn)象，經(jīng)打磨可消除，打磨后滿足鍛件質(zhì)量要求。

工藝優(yōu)化提高

根據(jù)第一次樣件調(diào)試結(jié)果情況分析，折紋比例達(dá)到了20%，后續(xù)需要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。折紋隱患很可能引起淬火裂紋延伸，導(dǎo)致鍛件報(bào)廢，為了完全消除折疊質(zhì)量隱患及降低操作工打磨勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)模鍛成形工藝進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后鍛件結(jié)構(gòu)如圖8所示，上模中間圓形凸臺(tái)取消，改成整體圓錐，這樣改善了金屬流動(dòng)趨勢(shì)。經(jīng)過再次有限元模擬分析得知，整個(gè)模鍛成形過程中金屬流動(dòng)不再出現(xiàn)折疊現(xiàn)象，折疊質(zhì)量隱患得到完全消除。經(jīng)過幾個(gè)批次的批量生產(chǎn)驗(yàn)證，沒有出現(xiàn)折疊質(zhì)量隱患，鍛件質(zhì)量得到可靠保證。

在設(shè)計(jì)螺旋結(jié)構(gòu)時(shí)，在進(jìn)料口端應(yīng)將螺旋軸上的螺旋葉片布滿，可預(yù)防進(jìn)料口內(nèi)側(cè)形成飼料的堆積而形成板結(jié)，還能有效地防止粉末料由螺旋輸送器端蓋縫隙中溢出而造成軸承的腐蝕；在出料口端，進(jìn)料口和出料口的兩個(gè)內(nèi)側(cè)面之間應(yīng)至少大于1.5個(gè)螺旋節(jié)距，以防止螺旋停止轉(zhuǎn)動(dòng)后，進(jìn)料口和出料口之間未被螺旋葉片完全封閉而造成漏料現(xiàn)象。為了達(dá)到較高的下料精度，螺旋加工時(shí)需合理控制其誤差，本設(shè)備選用連續(xù)冷軋螺旋葉片，在小批量生產(chǎn)時(shí)，也可直接車削加工。

結(jié)束語(yǔ)