齿轨锻件冲孔整形工艺设计及应用

2016-07-18白孝俊夏占雪陆长青张娜娜第一拖拉机股份有限公司锻造厂

锻造与冲压 2016年21期

文/白孝俊，夏占雪，陆长青，张娜娜·第一拖拉机股份有限公司锻造厂

齿轨锻件冲孔整形工艺设计及应用

文/白孝俊，夏占雪，陆长青，张娜娜·第一拖拉机股份有限公司锻造厂

齿轨，又叫销轨，其结构如图1所示，广泛应用于煤机等行业，在使用中，多个齿轨通过销轴连接在齿轨座上形成一组轨道，一组或者多组轨道铺在地面上后，煤机依靠驱动轮齿部和齿轨啮合齿A啮合传递运动行走。齿轨生产作业条件复杂恶劣，在工作中会承受较大及不均匀的冲击载荷，且由于除销轴孔外其他部位不再进行机加工，所以在工作中对齿轨的强度、尺寸精度和形状都有较高的要求。

目前国内锻造生产齿轨的工艺是：在模锻锤或锻压机上通过卡压、预锻及终锻锻打成形，在压床或者液压机上切边冲孔，然后通过热校正工序来校正切边冲孔过程中产生的变形，而切边冲孔产生的残留飞边及毛刺则通过后续打磨修整。

这种加工工艺的不足之处是：⑴齿轨在切边冲孔中受到切边力和冲孔力的双重作用，因受力过大及受力不均导致各个啮合齿变形，这种变形随着模具的磨损会越来越严重，甚至通过后续热校正也无法修复，影响齿轨啮合功能，严重时导致使用过程中齿轨断齿；⑵因切边冲孔复合模具无导向，使齿轨和冲子之间有错位，导致切边冲孔后各个内孔（图1所示B处）尺寸及形状无法保证，且残留飞边及毛刺较大，不仅需要花费大量时间去打磨修整，严重时冲子会伤及啮合齿本体，导致整个齿轨报废；⑶因齿轨在切边冲孔模具中是不受约束状态且该工序是同时切边冲孔，受力较大会导致齿轨出现弯曲变形，随着模具的磨损，齿轨整体平面度将会越来越差，甚至通过后续热校正也无法修复，导致无法安装或使用时煤机振动大。

图1 齿轨结构示意图

冲孔整形工艺及模具设计

本设计的目的在于提供一种齿轨冲孔整形装置及齿轨冲孔整形工艺。通过准确导向给齿轨施加预紧力，从而防止啮合齿在冲孔过程中变形；通过模具准确定位齿轨，并给冲子设计导向，使冲孔后内孔尺寸精度较好且形状规整，残留飞边及毛刺较小，并采用从上往下的冲孔方式，使因冲子磨损出现的冲孔毛刺不会影响齿轨的啮合功能；通过将传统的切边冲孔工序和热校正工序设计为切边工序和冲孔整形工序，分散切边力和冲孔力，减少齿轨变形量，并采用模具整形进一步修复齿轨的变形，保证齿轨整体平面度。

下面对本设计做进一步的描述，图2所示为一种齿轨冲孔整形装置，包括整形组件、冲孔组件、顶出组件。

图2 齿轨冲孔整形装置

所述的整形组件包括：下模板1、下模2、导柱3、下定位键16、压板13、上模板8、上模7、中间承击块6、左右承击块4、定位杆10，下模板1通过T形螺栓和键与设备上的台面C连接，下模2通过下定位键16和压板13固定在下模板1上，导柱3通过过盈配合安装在下模2上，上模板8通过T形螺栓和键与设备上的滑块D连接，上模7通过上导柱11和上导柱座12连接在上模板8上面，左右承击块4和中间承击块6通过螺钉紧固在上模板8上，定位杆10放置在下模板1的定位孔内用于支撑上模板8，便于将本装置安装在设备上，安装完后，定位杆10需要撤掉。

所述的冲孔组件包括：冲子18、紧固座19、冲子固定板5、氮气弹簧9、上导柱11、上导柱座12、楔块17，冲子18通过螺钉紧固在紧固座19上，紧固座19通过冲子固定板5固定在上模板8上，氮气弹簧9通过螺钉紧固在上模板8上，用于提供预紧力和卸料力，楔块17放在下模2内，用于使冲掉的连皮滑出。

所述的顶出组件包括：顶出器15和条板14，顶出器15放在下模2内，条板14放在下模板1内。

本装置操作包含五个步骤（图3），具体内容如下：

图3 齿轨冲孔整形装置工作步骤

步骤Ⅰ，将切完飞边的齿轨放置在齿轨冲孔整形装置的下模2中，滑块D带动上模板8下落，上模7在导柱3的导向下与放在下模2内的齿轨接触，随后氮气弹簧9通过上模7开始给齿轨施加预紧力。

步骤Ⅱ，随着滑块D持续下滑，上模板8带动冲子固定板5、紧固座19和冲子18在上导柱11的导向下冲掉齿轨内孔连皮，连皮掉在楔块17上滑出。

步骤Ⅲ，滑块D继续下落，上模板8带动左右承击块4和中间承击块6接触上模7，并将设备力量通过上模7传导给齿轨，最终将上模7压紧在下模2上，保压3～5秒后，完成齿轨整形。

步骤Ⅳ，滑块D带动上模板8上升，氮气弹簧9释放压力压住上模7开始卸料，使齿轨从冲子18上脱离，随着上模板8持续升高，氮气弹簧9压力完全释放，上模7在上导柱11和上导柱座12拉动下，离开下模2。

步骤Ⅴ，随后，下模板1内的条板14在设备顶出机构的作用下升高，通过顶出器15将齿轨顶起，取走齿轨后顶出器15回落，完成冲孔整形工序。

由于采用以上所述的技术方案，本设计达到了以下有益效果：

⑴本设计由于在装置中设计了预紧机构，使上模和下模在冲孔前压住齿轨，大大减少了齿轨啮合齿在冲孔过程中的变形量。

⑵本设计由于在装置中设计了导向机构，使冲子能准确定位齿轨，使冲孔后齿轨内孔尺寸准确且形状规整，并大大减少冲孔过程产生的残留飞边及毛刺。

⑶本设计由于工艺设计为从上往下冲孔，使冲孔后产生的残留飞边及毛刺不会影响齿轨的啮合齿。

⑷本设计由于在装置中设计了整形机构，有效修复了切边过程导致的齿轨弯曲变形，保证了齿轨的整体平面度。

⑸本设计将传统的切边冲孔工序和热校正工序创新性的设计为切边工序和冲孔整形工序，在冲孔的同时完成齿轨的整形，实现了通过分散切边、冲孔力来减少齿轨变形的目的，装置结构新颖，工艺设计简单，操作方便，便于机械自动化生产，大大降低了生产成本。

冲孔整形工艺生产应用情况

齿轨类锻件是我厂为125MN热模锻生产线开发的产品，在该系列锻件的开发过程中，根据生产实际，研发了一套适合我厂125MN热模锻生产线生产的工艺，尤其是冲孔整形工艺。该冲孔整形工艺包含整形、冲孔及顶出三部分，通过我厂研发的背压式技术，在冲孔以前给锻件施加预紧力，避免锻件在冲孔过程中变形，冲孔完成后给锻件施加整形力来精整锻件形状，在一套装置内同时完成了5个内孔的冲孔工序和锻件的热整形工序，由于设计有导向机构，对设备要求也不高。

整套装置中冲子的寿命是比较关键的，尽管设计时就考虑到了快速更换问题，但也应尽量提高冲子寿命，减少模具更换时间，降低生产成本。本设计最开始采用H13，热处理硬度为42～45HRC，但使用效果不够理想，仅能生产500件左右就需要更换，后采用了3Cr2W8V，冲子寿命提高到了1000件以上，其余部件寿命均能达到7000件以上。