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1170大型刮煤板国产化锻造的研究
发布时间：2013-05-23 08:03 来源：未知
1170大型刮煤板锻件是从德国弓}进的矿用大型采煤输送机传递运动和动力的关重件和易损件，其进口价格昂贵。对于其的生产，国内为数不多的国产化锻造厂家都难以降低制造成本。生产实践表明，采用铸锻复合塑性成形工艺和优化锻模设计，可实现大型刮煤板锻造使用性能、工艺性能和经济性的有机统一。
1、1170大型刮煤板铸锻工艺性分析
1170大型刮煤板的传统生产工艺的模锻成形一般有以下2种方法.一种是自身制坯锻造工艺，主要工艺过程为下料(原材料为轧材或型材，下料重量为88 kg)一加热一模锻（在lOt以上模锻锤上或在10000吨以上电动螺旋压力机上制坯和终锻）一切边一校正一热处理。另一种是联合锻造工艺，主要工艺过程为下料（原材料为轧材或型材，下料重量为88 kg)一加热一制坯（在自由锻锤上或在辊锻机上进行）一加热一模锻（在10t以上模锻锤上或在10000t以上电动螺旋压力机上终锻，一切边-校正一热处理。不论那种方法，模锻件的质量好，但缺点比较突出：如成形设备需大吨位的10吨以上模锻锤或10000t以上电动螺旋压力机，在国内能锻造该刮煤板的厂家屈指可数：模块尺寸大，锻件打击力大，模具使用寿命低，模锻成形能力较强，锻件材料利用率为77%，锻造工艺性差，锻件成本较高。
采用铸锻复合塑性成形工艺是实现1170大型刮煤板使用性能、工艺性能和经济性有机统一的有效途径之一。铸锻复合塑性成形可充分发挥锻造和铸造的双重优势，克服传统模锻的固有缺点，可获得所需形状、尺寸和质量的铸锻件。其工艺过程为：坯料熔炼一铸造一铸坯一加热一模锻（在3t或St模锻锤上终锻）一切边一校正-热处理。其中铸坯毛坯图如图2所示。如何保证铸锻件不同部位具有不同的锻造比或具有不同的变形程度，是保证1170大型刮煤板铸锻复合塑性成形能否在3t或5t模锻锤上模锻成形以及能获得所需形状、尺寸和质量的关键点。
锻造比的大小是消除铸件的铸态组织、破碎并改善碳化物及非金属夹杂物在钢中的分布、形成纤维组织、焊合内部孔隙而均匀提高关键部位金属密度和力学性能的关键。如图3所示的是1170大型刮煤板铸锻复合塑性成形的不同部位具有不同的锻造比或具有不同的变形程度的坐标网格变形图。可以看出，铸坯两端的形状和尺寸与锻件的形状和尺寸完全相同（模锻时不变形），铸坯中心部分的形状和尺寸与锻件的形状和尺寸相似（模锻时大变形，以镦粗式模锻成形为主），铸坯两端与中心部分过渡部分的形状和尺寸与锻件的形状和尺寸相近（模锻时变形量介于以上两者之间，以镦粗式模锻成形为主）．以保证微小模锻变形或不变形部分小无锻造比，变形大的部分要比变形小的部分锻造比要大，关键部位的锻造比要比非关键部位的锻造比要大，以保证所需铸锻件的形状、尺寸和质量，同时可大幅度地减小锻造变性能量，实现小锤干大活。
从图3也可以看出，事实上．1170大型刮煤板铸锻复合塑性威形工艺所获得的铸锻件的基本概念是：大型刮煤板零件两端在工作服役时的受力最小、力学性能要求最低，模锻变形时无变形无锻造比，零件两
端相当于钢厂未经过压力加工的铸坯，是传统意义上的铸钢件：零件中间部分在工作服役时的受力最大、力学性能要求最高．模锻变形时变形大锻造比大，零件中间部分相当于原材料轧材或型材又一次经过了压力加工，是传统意义上的模锻件；零件两端与中间过渡处在工作服役时的受力和力学性能要求介于两端与中间之间．模锻变形时的变形程度和锻造比也介于上述两者之间，零件两端与中间过渡处相当于钢厂经过压力加工的原材料轧材或型材，是介于传统铸钢件和传统模锻件之间的铸锻件。1170大型刮煤板中间部分的使用性能决定了其整体零件的使用性能。通过基础理论论研究、实验研究和装机实践都可以证明：铸锻复合塑性成形工艺只要保证铸锻件中间部分形状、尺寸和质量，即可达到1170大型刮煤板零件与传统模锻相同或相近的质量和力学性能。
2、大型刮煤板锻模设计
优化设计的1170大型刮煤板锻模结构如图4所示，设计要点如下。
(1)锻模整体结构设计为平衡式导向锁扣，1个纵向排列两端敞开式、中间闭合式的终锻模膛和1个校正平台。锻模结构紧凑，锻模强度足够，制造成本低，操作简单，锻造效率高，使用寿命高。其模锻的工作过程为：先将加热合理的铸造坯料在终锻模膛内直接局部终锻，在切边以后加垫块再将锻件校正。
(2)优化锻模热锻件图设计。在锻件厚度方向不加收缩率而且在冷锻件图厚度方向上降低2 mm而采用过压补偿法，其它尺寸按传统独立设计，以防止锻造不足，可有效减少锻造打击次数：定位准确和操作方便，将锻件较复杂部分置于上模，模膛充填成形效果好，操作简单。
(3)终锻模膛两端为纵向排列敞开式，铸锻件的飞边外的长度方向的形状与尺寸与锻件基本相同，即不参与成形，此部分为原铸件的形状、尺寸与性质，铸锻件的飞边以内长度方向的形状与尺寸是重点模锻部分，直接影响零件整体的质量、可靠性和使用寿命。
(4)锻模模膛为1个终锻模膛，终锻成形部分以镦粗式成形为主压入式成形为辅，局部锻造，保证铸锻件成形具有顺序成形模锻法的特点：在终锻过程中，以成形最难成形的部分为主，以成形相对容易的部分为辅，可有效减小锻造变形能量，有利于模膛充填成形。传统模锻需16t模锻锤或16000t电动螺旋压力机的特大型成形设备，现只需3t或5t模锻锤模锻成形，可实现小锤干大活。
(5)由于锻件形状特点和各部分的变形程度不同，其各部分的终锻温度不同和切边引起的不均匀变形，导致变形各部分的变形程度不同，因此应增加校正工序，但因铸锻件受温度影响的热胀冷缩程度过大，校正工序不适宜在传统的终锻模膛内进行，而是在锻模左侧平台上校正（热铸锻件上部中间加垫块，保证铸锻件校正部分上下面保持平行），校正铸锻件中间长度为820 mm．该平台既有增强锻模强度的作用，又有校正的作用。
3、结论
(1) 1170大型刮煤板国产化锻造获得的铸锻件质量和使用寿命与传统模锻件的质量和使用寿命相同或相近，实现了小锤干大活，达到了使用性能、工艺性能和经济性的有机统一。
(2) 1170大型刮煤板锻模设计是一种新设计，锻模结构新颖、简单紧凑又使用强度足够，锻模模膛数量少，制造成本低，操作简单，锻造效率高，使用寿命高，锻造变形能量小。
(3) 1170大型刮煤板国产化锻造的成功，标志着我厂具有了国产化锻造生产1170大型刮煤板的能力，打破了多年依赖国外进口的被动局面，获得了显著的经济效益和社会效益。
