一套千斤立柱用导向套热压局部镦粗工艺及模具的设计

2021-09-15夏永虎

煤 2021年9期

夏永虎

(山西潞安煤炭技术装备有限责任公司，山西长治 046204)

液压支架用千斤立柱是煤矿开采设备液压支架上的重要组成部分。它起到支撑支架顶梁，保证煤炭开采工作面顶板完整，以此来保护采煤工作面。导向套是千斤立柱上的一个重要部件，它主要给立柱活柱或者活塞杆起导向作用，同时密封活塞杆腔，防止腔体乳化液渗漏。常见的液压支架用千斤立柱导向套结构往往是矩形螺纹结构，缸口侧一端支撑在外缸及中缸口上，直径大。另一端要外缸或者中缸内孔配合而直径小。直径不均匀导致部件切削加工量大，材料利用率低，同时加工效率低，给批量生产千斤立柱带来了不小的影响。

1 镦粗工艺的制定

本文以常做的缸径为D280 mm的双伸缩立柱小导向套为例。图1为市面常见的27 SiMn管料与镦粗后导向套毛坯料示意。

图1 27 SiMn管料与镦粗后导向套毛坯料示意(mm)

由图1可见，导向套头部镦粗位置由D245 mm×36 mm的27 SiMn管料在头部局部加热在压力机上镦锻而成。管料变形长度l=22 mm(144～122 mm)，变形直径由D245 mm到D256 mm，变形体积V=95 223 mm3,由于钢管内壁没有变形，一般增加芯轴，同时避免产生折叠。整个过程，压缩率为18%左右，压缩率较低，可以采用一次镦粗成型的工艺。通过计算，镦粗过程中，镦锻力较小，在凸模、凹模支架产生飞刺小，相对精度影响小，抱死芯轴的可能性低。缸口端局部加热采用中频炉加热，受热区域均匀，加热温度1 150～1 200 ℃。

2 镦粗方式的选择

镦粗有开式镦粗、在凹模中镦粗和分别在两个凹模中镦粗几种。

1) 开式镦粗是将毛坯放在两个平行的平面模具之间压缩。如果工具和毛坯之间的压缩系数比较小，毛坯便被均匀镦粗。如果压缩系数比较大，毛坯就会被镦成腰鼓型。毛坯的高度一般不要超过毛坯直径的2.5倍，否则毛坯会被压弯。

2) 在凹模中镦粗。在凹模中镦粗的变形量一般不大。在凹模镦粗时的挤压力大小与冲头冲程有关，挤得很死时挤压力会急剧上升。所以调整冲头位置一定要适当。

3) 在两个凹模中镦粗工艺。例如螺钉头部就是在两个凹模中镦粗成型，要保证头部成型和杆部成型的同心度。一般杆部一侧凹模含1/4头部高度左右。两凹模中间留间隙，让多余料从间隙处溢出。

按照实际情况，我们认为选用在凹模内镦粗能满足我们的设计需求。

3 镦粗模具的设计

3.1 镦粗模具材料的选择

常用的模具材料有碳素工具钢、高合金工具钢、高速模具钢、硬质合金、合金结构钢和温精锻模具钢。因为本次镦粗制件温度在1 150～1 200 ℃，所以采用在较高温度下承受较大的交变载荷的精锻用模具钢。本模具采用5CrNiMo,淬火后使用硬度HRC54-56，拉应力能达到1 385 MPa，可用于制作凹模和凸模。

3.2 镦粗模具模架的设计

一般的模锻模架采用两种方式：①无导柱衬套的模架；②有导柱衬套的模架。本次设计采用无导柱衬套模架。

图2为我公司设计的导向套镦粗模具。它主要由两部分组成，上半部分为上模，下半部分为下模。

图2 模架设计

图中件6、件7与件8共同组成上模。件6为上底板，它与压力机上平台的T形槽进行固定。件7是凸模座，它与件6配合将件8凸模固定，件6与件7采用螺纹配合。图中件1、件2、件3与件4共同组成下模。件4为下模底板，它与压力机下平台的T形槽进行固定，中间留有D120 mm圆孔，运用压力机的中央千斤(件5)能够起到锻后脱模的作用。件3凹模座主要起到固定凹模的作用，凹模座外侧与件4下底板相连，内部通过尺寸公差与件2凹模相连，配置凹模座优势在于，可以在不更换下底板和端盖、凹模座的同时更换凹模，完成不同规格导向套的镦粗工作。凹模内留空区域为导向套镦粗成型区域，内径和外径按照图三镦粗后导向套毛坯料尺寸配置，镦粗连接区域配置镦粗倒角，拔模位置设置3°的拔模倒角。内凹模可由底部压力机千斤脱出，以便能顺利脱模。件1端盖主要起到两个作用，其一是固定外凹模，防止外凹模脱出。其二凹模座整体用螺栓连接将下模固定为一个整体。

3.3 镦粗模具模镗的设计

如图3所示，模镗采用凸模带芯轴模式，芯轴带有1.2°拔模倒角，防止在模锻过程中，芯轴被抱死，造成无法脱模的情况。因为，在镦粗过程中，金属沿水平方向的流动相对剧烈，向高度方向的流动相对缓慢些，所以在镦粗台阶变形处，要设有R2圆角以及2×45°倒角，以便于金属能够完全填充到模具表面同时减少折叠等缺陷。局部镦粗位置，设有3°的拔模斜度，保证镦粗完成后的模具能够顺利脱模。凸模与凹模之间设置有间隙，以便多余的金属从两侧间隙流出。对于普通的钢锻件，收缩率一般为1%～1.5%.参考到导向套毛坯实际要求，收缩率对于镦粗件的影响可以忽略不计。