一种特大型齿块的锻造工艺探究

文／齐福民·大连金雕铸锻工业有限公司

中国早已成为名副其实的基建狂魔，之所以能够成为基建狂魔，是因为我国拥有多家大型工程机械生产公司，如三一、徐工、柳工、临工、中联、山推、山河智能等。在众多的基建工程机械中，推土机是非常重要的一种，推土机的驱动轮在使用过程中因磨损需要定期更换，驱动轮大多由齿块拼接而成，市场对齿块的需求量一直不减。

齿块介绍

齿块作为推土机上的重要传动零部件，通过拼接安装后形成整个驱动轮，推土机在不断行进中对传动部分的磨损较大，所以齿块的磨损速度较快，需要定期更换，由于将驱动轮分散后更容易装卸，所以大部分推土机的驱动轮均采用齿块拼接的方式进行安装。将驱动轮拆分为齿块还有一个好处是齿块可采用锻造成形，大型驱动轮很难整体锻造，所以多采用铸造生产，但是铸件很难避免有缩松、气孔等铸造缺陷，另外铸件的机械性能也低于锻件，所以采用分体齿块不但可以提高其使用寿命，而且安装方便。

根据驱动齿与链条的配合情况，驱动轮各个齿能够均匀磨损，所以齿数均采用奇数齿，一般齿数为19 齿、21 齿、23 齿、25 齿、27 齿。齿块拼接的驱动轮基本都是23 齿、25 齿、27 齿的，23 齿采用三个六齿块加一个五齿块拼接而成，25 齿为5 个五齿块拼接而成，27齿为9个三齿块拼接而成(见图1)，9 块三齿块拼接，齿块数量较多，安装不便，所以探讨了由3 个九齿块拼接成整个驱动齿，但是因九齿块用普通热模锻很难成形，所以市场上很少见到九齿块。

图1 9 个三齿块拼接而成驱动齿

齿块生产工艺

正常齿块的锻造成形通常分为三步或者两步：第一步为制坯，即将棒料压弯，将整个棒料的材料进行分散，压出粗略的齿形；第二步为预锻，在制坯的基础上锻压出基本接近成品齿块的形状，为终锻成形做铺垫，也能很好的保证终锻模具型腔的磨损程度；第三步为终锻，在预锻基础上锻压出成品齿块，这样既可以延长模具寿命，又可以保证材料能够充满整个终锻型腔，产品质量相对较高；还有部分齿尖部位较宽，材料易充满的，可将制坯与预锻整合为一步，优点是节省模具材料、操作时间等，缺点是模具的磨损会比较大，产品质量会稍差一些。

九齿块的生产工艺及模具结构

九齿块是一种特大型齿块(见图2)，齿块齿顶圆半径为R449.5mm，内径约为R327.5mm，扇形角度为120°，由于其具有一定的弧度，所以在制坯时两侧的齿尖角度是反向拔模斜度(见图3)，导致正常上下分模时制坯件很难脱模，因为若不锻出粗略的齿形，后面预锻及终锻齿尖位置很难充满，所以九齿块的锻造难点就在于如何解决制坯脱模的问题。

图2 九齿块锻件图

图3 九齿块制坯图

目前，国内已开发出多种型号的多向锻工艺，所以制坯工序采用多向锻进行制坯，将制坯模设计为双向开模，水平方向通过两侧的液压缸带动两块下模移动，两块下模上设有导柱(拉杆)，两块下模的活动在燕尾形导轨内进行，保证下模两块模具合模时的精度。竖直方向通过滑块带动上模的上下，挤压加热好的棒料。分模时滑块带动上模做上下分模，然后两侧液压缸卸压收回，带动两侧的下模进行水平分模，运动到一定程度时，拉杆上的限位块会带动卸料板将制坯件顶出，这样既能很好的保证制坯过程中材料分配，又能保证制坯后顺利脱模。模具结构如图4 所示。

图4 制坯模具

齿块具体制坯步骤如下。

⑴锻造前将两驱动油缸处于压紧状态，使两下模贴合在一起，下模模膛拼接形成半封闭的型腔，压力机的滑块带动上模抬起所需高度；

⑵加热好的坯料放入型腔中间位置；

⑶压力机滑块落下，带动上模压紧坯料，使坯料充满型腔；

⑷当上模和下模接触面完全贴合后完成成形阶段，滑块返程，带动上模上行；

⑸两驱动油缸退回，带动下模分开，锻件贴合在一下模的模膛上，在两驱动油缸退回后，下模固定板上的限位块抵接在顶料板上，并相对下模移动，顶出锻件。

经仿真模拟制坯形状如图5、图6 所示。

图5 制坯仿真正视图

图6 制坯仿真轴测图

制坯后将其放入预锻型腔，锻打后放入终锻型腔，预锻及终锻型腔布局如图7 所示。

图7 预锻及终锻型腔布局

预锻及终锻采用正常上下分模，在制坯过程中两侧的料均放置在预锻型腔，这样能够更好的保证材料充满型腔，预锻及终锻布局在同一块模具上，这样可以减少预锻转移至终锻的时间，保证产品在终锻锻打的温度，从而更好地保证材料充满型腔，为保证产品顺利脱模，在预锻及终锻模具上均设有五个顶出杆。

最后一步为切边校正，我公司有切边校正复合模，可采用切边校正一步完成，在切边的同时保证产品的变形量在客户的要求范围内。

结束语

通过针对特大型齿块的工艺研究，采用多向锻制坯成形可以大幅提高材料利用率，经过三维仿真成形效果良好，后期生产进行实践验证，锻件充型饱满，无缺陷，针对特大型齿块的生产工艺也已经申请了专利。

科技的发展，设备的改良与提升，可以不断的扩大锻件产品的生产范围，用于取代其他工艺生产产品，提高零部件的机械性能，降低成本，实现中国制造向中国智造的转变。