液壓支架關(guān)鍵零部件鍛造工藝的改進(jìn)研究

郭 融

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)馬脊梁礦， 山西 大同 037027）

引言

采用綜合機(jī)械化方法進(jìn)行采煤時，對工作面頂板進(jìn)行的支護(hù)與管理是否到位直接影響整個礦井在生產(chǎn)過程中的安全性。在綜采面的頂?shù)装逯?，液壓支架是一種最常用的支護(hù)設(shè)備，但作為一種結(jié)構(gòu)和技術(shù)都十分復(fù)雜的設(shè)備，其制造質(zhì)量直接關(guān)系到應(yīng)用支護(hù)效果與操作性能。因此，為保證液壓支架整體可靠性，避免發(fā)生故障，并延長使用壽命，需要從液壓支架的關(guān)鍵零部件入手，對其具體的鍛造工藝予以必要的分析和改進(jìn)。

1 液壓支架原理

液壓支架的供液主要由巷道或硐室中的泵站完成。在壓力乳化液到達(dá)液壓支架的立柱后，支架開始升起為頂板提供初始支撐，此時伴隨頂板不斷下沉，支架受到的阻力變大，安全閥介入將立柱中液壓鎖定，以此進(jìn)行恒阻支撐。在移架的過程中，先通過降縮立柱，為支架卸載，使其與頂板脫離，之后推移千斤頂開始動作，將輸送機(jī)或者是相鄰的支架作為支點(diǎn)開始移架，借助將起支撐作用的支架作為支點(diǎn)對輸送機(jī)進(jìn)行推移[1]。在不同千斤頂?shù)闹С窒?，支架還能完成各類輔助動作，如支架調(diào)整、護(hù)幫與平衡，以此與采煤機(jī)及輸送機(jī)之間更好的配合，使采煤、支護(hù)與運(yùn)輸整個過程實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。在工作面，一般按照適當(dāng)?shù)拈g隔距離對液壓支架進(jìn)行排列布置，大多情況下為按照順序進(jìn)行移動，但也有特殊情況需要分段或者是交替移動。

2 立柱缸底

立柱缸底和液壓支架的底座采用鉸接方式相連，在液壓支架中負(fù)責(zé)傳遞動力，為主要配件之一。為減輕偏載，并滿足傾斜布置要求，絕大多數(shù)都為球頭形，由合金結(jié)構(gòu)鋼通過鍛造制成，具體類型為27SiMn，不僅焊接性能良好，而且強(qiáng)度高。

傳統(tǒng)工藝為：先鍛造制坯、再仿形切割外型、最后機(jī)械加工成型。該工藝不僅鍛造用料多，而且實(shí)際的切削加工量很大，導(dǎo)致原材料浪費(fèi)情況嚴(yán)重，且工時較長。

為滿足液壓支架加工要求，實(shí)現(xiàn)批量制造目標(biāo)，對該配件的鍛造工藝實(shí)施改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)一次性鍛造成型，最大限度利用現(xiàn)有設(shè)備，利用自由鍛錘實(shí)施胎模鍛，具體的工藝流程為：下料→墩粗→制坯→胎模鍛→切邊。

經(jīng)過以上工藝改進(jìn)，每生產(chǎn)一件立柱缸底，相較于采用傳統(tǒng)工藝，都能減少50%左右的用料和30%左右的工時，能極大地減少生產(chǎn)成本，并且配件的質(zhì)量也比之前得到了很大的提升[2]。

3 千斤頂活塞桿

在液壓支架的千斤頂中，活塞桿是一個重要零件。實(shí)際工作時，基本上一直處在壓應(yīng)力與拉應(yīng)力反復(fù)變換的狀態(tài)，由于沖擊載荷相對較大，并且與液體之間緊密接觸，在摩擦過程中會產(chǎn)生很大熱量，導(dǎo)致自身溫度明顯升高，對綜合機(jī)械性能提出了很高要求，如果制造不嚴(yán)格，將導(dǎo)致活塞桿產(chǎn)生斷裂，引起其他零件甚至整個設(shè)備損壞[3]。由此可見，活塞桿鍛造質(zhì)量對整個液壓支架壽命有直接影響，必須對其鍛造工藝引起足夠的重視。

在鍛造活塞桿時，可采用不同工藝：在批量相對較少的情況下，可采用自由鍛進(jìn)行加工，其具體的工藝流程為：下料→加熱→鍛造→正火→粗加工→熱處理→精加工；而在實(shí)際的批量生產(chǎn)過程中，出現(xiàn)了很多問題，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：人員勞動強(qiáng)度較大，基本上完全依靠人工對活塞桿頭部進(jìn)行加工；刀具及原材料實(shí)際浪費(fèi)情況比較嚴(yán)重，每把銑刀一般只能加工不超過10 件，而且會銑削掉很多金屬；質(zhì)量欠穩(wěn)定，但采用手動的方式進(jìn)行加工時，由于設(shè)備振動，所以會產(chǎn)生一些振動痕跡，加之切削量很大，導(dǎo)致鍛造纖維被切斷，進(jìn)而給產(chǎn)品的機(jī)械性能造成影響[4]。

針對以上實(shí)際問題，通過反復(fù)探討，在批量生產(chǎn)過程中，通過自由鍛對活塞桿的桿部進(jìn)行加工，然后采用胎模鍛對活塞桿的頭部進(jìn)行加工，以此形成新的聯(lián)合工藝。除此之外，對相同規(guī)格的不同活塞桿頭部實(shí)施系列化統(tǒng)一，使桿長不同的多種活塞桿，使用同一套工裝，以此減少工作量與原材料浪費(fèi)，而且這樣還能減少實(shí)際的切割量，避免鍛造纖維被切斷，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高機(jī)械性能。

4 推移千斤頂連接耳軸

在液壓支架中，推移千斤頂上的耳軸主要具有以下特點(diǎn)：兩端是兩個截面為圓形的銷軸，中間是一個薄壁圓筒，和外缸筒之間通過焊接相連，和液壓支架的底座之間直接聯(lián)接?？梢娖湫螤畋容^復(fù)雜，制造困難，對制造工藝有很高的要求[5]。

在剛開始制造液壓支架的過程中，主要采用的是鑄鋼件，因鑄鋼件自身化學(xué)成分有一定不均勻性，使組織結(jié)構(gòu)也不均勻，無法最大限度發(fā)揮材料自身潛在性能，導(dǎo)致產(chǎn)品的塑性與韌性不斷惡化，使抗拉強(qiáng)度明顯降低，使用時經(jīng)常產(chǎn)生斷裂，對液壓支架使用造成很大的影響。在過去，雖然對鍛件工藝進(jìn)行了改進(jìn)，也就是利用自由鍛方法來鍛造，但成品重量很大，不同部位的尺寸無法保證，容易產(chǎn)生較大加工余量，使加工工序面臨一系列困難。

為了從根本上解決以上問題，又實(shí)施了二次改進(jìn)，改進(jìn)后的工藝流程為：下料→墩粗→制坯→沖孔與擴(kuò)孔→終制坯→模鍛→切邊，因受到鍛造工藝的限制，雖然采用經(jīng)本次改進(jìn)后的工藝能減少40%左右的原材料和50%左右的工時，但實(shí)際加工余量依然比較大，可以達(dá)到30～40 mm，原材料及工時的消耗依然無法達(dá)到生產(chǎn)要求[6]。

基于此，還需要對該配件鍛造工藝實(shí)施三次改進(jìn)，采用兩體胎模，在鍛后先進(jìn)行壓彎成型，然后再通過焊接形成一個整體，改進(jìn)后的工藝流程為：下料→加熱→制坯→加熱→彎曲→焊接，如圖1 所示，在內(nèi)孔僅留置3～4 mm 的余量，采用三次改進(jìn)后的工藝，每生產(chǎn)一件就能節(jié)省約100 kg 的原材料和300 余元的加工費(fèi)用，并且能節(jié)省很多模具，換算成費(fèi)用相當(dāng)于每年可節(jié)省近20 萬元，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時，滿足工廠發(fā)展提出的要求。

圖1 分體鍛造成型

5 立柱與千斤頂導(dǎo)向套

立柱與千斤頂導(dǎo)向套的作用在于為活塞桿的升降提供導(dǎo)向，和活塞桿之間的距離很小，會受到外部載荷給活塞桿施加的橫向力，通常由合金結(jié)構(gòu)鋼加工而成，內(nèi)外軸同軸度不能存在太大的誤差，并且要有良好的對中性。針對液壓支架的這一零件，實(shí)際生產(chǎn)中可使用不變薄翻邊鍛造工藝，也就是用立柱缸筒無縫鋼管翻出與管軸線翻邊保持垂直，采用這種加工方法，除了能提高導(dǎo)向套實(shí)際同軸度，還能實(shí)現(xiàn)對制造工藝性的有效改善，省去很多工序，如制坯工序、鍛壓工序、沖孔工序與擴(kuò)孔工序等[7]。此外，因?qū)蛱椎拈L度不長，所以還能對從立柱缸筒上鋸下來的剩余材料進(jìn)行充分的利用，表現(xiàn)出良好的經(jīng)濟(jì)性，在近幾年的液壓支架生產(chǎn)制造中得到了十分廣泛的應(yīng)用，并取得了優(yōu)異的效果。

6 結(jié)語

液壓支架關(guān)鍵零部件除了以上介紹的立柱缸底、千斤頂活塞桿、推移千斤頂連接耳軸、立柱與千斤頂導(dǎo)向套之外，還有很多。對這些關(guān)鍵零部件所用鍛造工藝進(jìn)行分析，然后根據(jù)分析結(jié)果以及存在的不足，對鍛造工藝予以針對性改進(jìn)，是保證液壓支架整體質(zhì)量最直接也是最有效的方式。近幾年，鍛造工藝通過不斷改進(jìn)，為我國液壓支架生產(chǎn)向?qū)I(yè)化方向的邁進(jìn)奠定了良好基礎(chǔ)，已經(jīng)有了顯著的成效，很多成果都取得了獎項(xiàng)，尤其是缸底鍛造工藝和耳軸鍛造工藝。相信通過進(jìn)一步的分析和改進(jìn)，液壓支架各類零配件的實(shí)際制造水平還將得到進(jìn)一步的提高，以此更好地適應(yīng)生產(chǎn)要求。