夏永虎

(山西潞安煤炭技術(shù)裝備有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046204)

液壓支架用千斤立柱是煤礦開(kāi)采設(shè)備液壓支架上的重要組成部分。它起到支撐支架頂梁，保證煤炭開(kāi)采工作面頂板完整，以此來(lái)保護(hù)采煤工作面。導(dǎo)向套是千斤立柱上的一個(gè)重要部件，它主要給立柱活柱或者活塞桿起導(dǎo)向作用，同時(shí)密封活塞桿腔，防止腔體乳化液滲漏。常見(jiàn)的液壓支架用千斤立柱導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)往往是矩形螺紋結(jié)構(gòu)，缸口側(cè)一端支撐在外缸及中缸口上，直徑大。另一端要外缸或者中缸內(nèi)孔配合而直徑小。直徑不均勻?qū)е虏考邢骷庸ち看螅牧侠寐实?，同時(shí)加工效率低，給批量生產(chǎn)千斤立柱帶來(lái)了不小的影響。

1 鐓粗工藝的制定

本文以常做的缸徑為D280 mm的雙伸縮立柱小導(dǎo)向套為例。圖1為市面常見(jiàn)的27 SiMn管料與鐓粗后導(dǎo)向套毛坯料示意。

圖1 27 SiMn管料與鐓粗后導(dǎo)向套毛坯料示意(mm)

由圖1可見(jiàn)，導(dǎo)向套頭部鐓粗位置由D245 mm×36 mm的27 SiMn管料在頭部局部加熱在壓力機(jī)上鐓鍛而成。管料變形長(zhǎng)度l=22 mm(144～122 mm)，變形直徑由D245 mm到D256 mm，變形體積V=95 223 mm3,由于鋼管內(nèi)壁沒(méi)有變形，一般增加芯軸，同時(shí)避免產(chǎn)生折疊。整個(gè)過(guò)程，壓縮率為18%左右，壓縮率較低，可以采用一次鐓粗成型的工藝。通過(guò)計(jì)算，鐓粗過(guò)程中，鐓鍛力較小，在凸模、凹模支架產(chǎn)生飛刺小，相對(duì)精度影響小，抱死芯軸的可能性低。缸口端局部加熱采用中頻爐加熱，受熱區(qū)域均勻，加熱溫度1 150～1 200 ℃。

2 鐓粗方式的選擇

鐓粗有開(kāi)式鐓粗、在凹模中鐓粗和分別在兩個(gè)凹模中鐓粗幾種。

1) 開(kāi)式鐓粗是將毛坯放在兩個(gè)平行的平面模具之間壓縮。如果工具和毛坯之間的壓縮系數(shù)比較小，毛坯便被均勻鐓粗。如果壓縮系數(shù)比較大，毛坯就會(huì)被鐓成腰鼓型。毛坯的高度一般不要超過(guò)毛坯直徑的2.5倍，否則毛坯會(huì)被壓彎。

2) 在凹模中鐓粗。在凹模中鐓粗的變形量一般不大。在凹模鐓粗時(shí)的擠壓力大小與沖頭沖程有關(guān)，擠得很死時(shí)擠壓力會(huì)急劇上升。所以調(diào)整沖頭位置一定要適當(dāng)。

3) 在兩個(gè)凹模中鐓粗工藝。例如螺釘頭部就是在兩個(gè)凹模中鐓粗成型，要保證頭部成型和桿部成型的同心度。一般桿部一側(cè)凹模含1/4頭部高度左右。兩凹模中間留間隙，讓多余料從間隙處溢出。

按照實(shí)際情況，我們認(rèn)為選用在凹模內(nèi)鐓粗能滿足我們的設(shè)計(jì)需求。

3 鐓粗模具的設(shè)計(jì)

3.1 鐓粗模具材料的選擇

常用的模具材料有碳素工具鋼、高合金工具鋼、高速模具鋼、硬質(zhì)合金、合金結(jié)構(gòu)鋼和溫精鍛模具鋼。因?yàn)楸敬午叴种萍囟仍? 150～1 200 ℃，所以采用在較高溫度下承受較大的交變載荷的精鍛用模具鋼。本模具采用5CrNiMo,淬火后使用硬度HRC54-56，拉應(yīng)力能達(dá)到1 385 MPa，可用于制作凹模和凸模。

3.2 鐓粗模具模架的設(shè)計(jì)

一般的模鍛模架采用兩種方式：①無(wú)導(dǎo)柱襯套的模架；②有導(dǎo)柱襯套的模架。本次設(shè)計(jì)采用無(wú)導(dǎo)柱襯套模架。

圖2為我公司設(shè)計(jì)的導(dǎo)向套鐓粗模具。它主要由兩部分組成，上半部分為上模，下半部分為下模。

圖2 模架設(shè)計(jì)

圖中件6、件7與件8共同組成上模。件6為上底板，它與壓力機(jī)上平臺(tái)的T形槽進(jìn)行固定。件7是凸模座，它與件6配合將件8凸模固定，件6與件7采用螺紋配合。圖中件1、件2、件3與件4共同組成下模。件4為下模底板，它與壓力機(jī)下平臺(tái)的T形槽進(jìn)行固定，中間留有D120 mm圓孔，運(yùn)用壓力機(jī)的中央千斤(件5)能夠起到鍛后脫模的作用。件3凹模座主要起到固定凹模的作用，凹模座外側(cè)與件4下底板相連，內(nèi)部通過(guò)尺寸公差與件2凹模相連，配置凹模座優(yōu)勢(shì)在于，可以在不更換下底板和端蓋、凹模座的同時(shí)更換凹模，完成不同規(guī)格導(dǎo)向套的鐓粗工作。凹模內(nèi)留空區(qū)域?yàn)閷?dǎo)向套鐓粗成型區(qū)域，內(nèi)徑和外徑按照?qǐng)D三鐓粗后導(dǎo)向套毛坯料尺寸配置，鐓粗連接區(qū)域配置鐓粗倒角，拔模位置設(shè)置3°的拔模倒角。內(nèi)凹?？捎傻撞繅毫C(jī)千斤脫出，以便能順利脫模。件1端蓋主要起到兩個(gè)作用，其一是固定外凹模，防止外凹模脫出。其二凹模座整體用螺栓連接將下模固定為一個(gè)整體。

3.3 鐓粗模具模鏜的設(shè)計(jì)

如圖3所示，模鏜采用凸模帶芯軸模式，芯軸帶有1.2°拔模倒角，防止在模鍛過(guò)程中，芯軸被抱死，造成無(wú)法脫模的情況。因?yàn)?，在鐓粗過(guò)程中，金屬沿水平方向的流動(dòng)相對(duì)劇烈，向高度方向的流動(dòng)相對(duì)緩慢些，所以在鐓粗臺(tái)階變形處，要設(shè)有R2圓角以及2×45°倒角，以便于金屬能夠完全填充到模具表面同時(shí)減少折疊等缺陷。局部鐓粗位置，設(shè)有3°的拔模斜度，保證鐓粗完成后的模具能夠順利脫模。凸模與凹模之間設(shè)置有間隙，以便多余的金屬?gòu)膬蓚?cè)間隙流出。對(duì)于普通的鋼鍛件，收縮率一般為1%～1.5%.參考到導(dǎo)向套毛坯實(shí)際要求，收縮率對(duì)于鐓粗件的影響可以忽略不計(jì)。

圖3 模鏜設(shè)計(jì)(mm)

4 設(shè)備公稱壓力的選擇

此次鐓粗在選擇壓力機(jī)公稱壓力時(shí)，可按公式進(jìn)行選擇：

式中：P為壓力機(jī)的公稱壓力，N；a為與鍛模形式有關(guān)的系數(shù)，對(duì)于閉式鍛模a=5；F為鍛件在平面圖上投影面積,mm2；V為鍛件體積，mm3；σs為終鍛時(shí)，金屬的屈服點(diǎn)，N/ mm2。

查手冊(cè)可以得出27 SiMn合金結(jié)構(gòu)鋼按照案例模鍛的尺寸，公司現(xiàn)有的公稱壓力5 000 kN壓力機(jī)就能完全符合。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文所涉及的千斤立柱用導(dǎo)向套熱壓局部鐓粗工藝及模具已成功應(yīng)用于本公司千斤立柱導(dǎo)向套生產(chǎn)中。相對(duì)于原加工方法，鐓粗工藝加工效率明顯更高，材料損耗大幅降低，而且此模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，使用壽命長(zhǎng)，鐓粗后的產(chǎn)品質(zhì)量也滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。