活塞杆锻造工艺改进

文章编号:100124934(2009)0620031203
收稿日期:2009204221
作者简介:张宠元(19712),男,讲师。

活塞杆锻造工艺改进
张宠元,刘桂荣
(包头职业技术学院
人事处,内蒙古包头014030)
摘　要:大型活塞杆的锻造方法通常是采用自由锻,也有为了减少活塞杆头的加工量采用活塞头模锻再与活塞杆焊接的方法。

该工艺是采用自由锻和型锻联合成形来加工活塞杆,不仅成形出了活塞杆的头部形状,且实现了活塞杆的头杆为一整体。

同时这种工艺可以实现1套模具生产几个不同规格的产品。

关键词:活塞杆;锻造;自由锻;模锻;联合锻造中图分类号:T G316 文献标识码:B
Abstract :L a rge 2sized pist on rod was usually p roduced by f ree f orgi ng or by weldi ng t he rod
a nd t he die 2f orge d pist on hea d.A p rocess combi ning f ree f orgi ng a nd die f orgi ng was a dop t 2ed ,w hic h could not only f or m t he pist on hea d ,but also keep t he rod a nd t he hea d as a w hole p a rt.Mea nw hile ,t hrough t he combi ned f orgi ng p rocess pist on rods wit h diff ere nt rod le ngt hs could be p roduced in t he sa me die.
K eyw ords :pist on rod ;f orgi ng ;f ree f orging ;die f orgi ng ;combi ned f orgi ng
0　引言
随着我国中西部建设步伐的加快,大型挖掘机市场日渐活跃[1]。

大型挖掘机主要靠工作油缸来驱动设备运转,挖掘机的工作油缸是工程挖掘机中的A 类部件(重要零件或保证安全零件)[2],而活塞杆又是各种工作油缸的重要零件。

因活塞杆处于拉和压应力交替状态,并且瞬间完成,有较大的冲击载荷,与填料紧密接触摩擦产生热量,使本身温度升高。

这样的工作条件要求毛坯是锻件。

加工精度要求高,有很强的综合机械性能,与填料接触部位在工作温度下硬度要高,粗糙度为Ra 0.16μm ～Ra 0.32μm [3]。

若活塞杆的设计不合理,制造、使用以及维护的不正确,都可能造成早期活塞杆的断裂,就有可能损毁其他零件,严重时可能造成整个设备的毁
坏[4]。

根据生产情况,工程技术人员从活塞杆的选材、热处理、机械加工等多方面进行了研究,但对毛坯生产的研究却很少。

本文根据生产实际对锻造毛坯工序进行研究[527]。

1　原加工工艺及工艺存在问题
1.1　自由锻加工工艺
在批量少时采用自由锻加工工艺,完全可以符合生产实际需要,但对于批量生产,就暴露出它的不足。

自由锻加工工艺:加热→锻造(自由锻锤
2t )→正火→粗加工→热处理→精加工。

(1)机加工的劳动强度大,完全靠手动来加
工形状复杂的活塞杆头部,难度很大。

1
3模具技术2009.No.6
(2)机械加工的效率低,班产量在30～40
支。

(3)对刀具和原材料浪费严重,1把铣刀仅
能加工10支活塞杆,1支活塞杆仅头部就要铣削掉3～4kg 的金属。

(4)产品质量不稳定,手动加工时,设备的
振动会产生很多振痕。

另外由于大量的切削,切断了锻造纤维,使得产品机械性能下降。

1.2　活塞头模锻
为了提高产品的生产效率,将活塞头部进行模锻生产,杆部进行自由锻,然后将头和杆焊接到一起,但技术要求是焊接后剖开焊缝进行检验,要求焊接后的活塞杆不能变形,活塞杆如图1
所示。

1.活塞头
2.活塞杆
3.焊接标记
图1　头杆分开制造后焊接的活塞杆
活塞头工艺流程:加热→锻造(3t 型锻锤)→正火→粗加工→热处理→精加工→除锈(酸洗)→除油(碱洗)→烘干→待焊。

活塞杆工艺流程:加热→锻造(2t 自由锻锤)→正火→粗加工→热处理→精加工→除锈(酸洗)→除油(碱洗)→烘干→待焊。

杆头分开锻造显著提高了活塞杆的生产效率,也减少了机加工的工作量、节省了刀具和原材料,但对杆头焊后进行无损探伤时发现了新的问题。

(1)工件焊后探伤发现大量缺陷,返修率很高。

由于缺陷长度过长,经修补后,会造成整个工件严重变形,甚至导致工件报废,严重制约生产进度。

(2)将焊接处剖开检查,发现长焊缝的缺陷主要有气孔、夹杂、焊缝根部未焊合,如图2所示。

这也是活塞杆断裂的一个原因。

图2　活塞杆的焊接缺陷
2　改进后的新方法及其优点
相同机械零件的同一道工序采用不同的加
工方法会产生不同的效果,针对上述情况,采用了既简单方便又省时省力,且能确保质量的1种新加工方法。

利用自由锻成形杆部,采用型锻模成形头部的联合锻造工艺,模具如图3
所示。

图3　锻造活塞杆的模具
2.1　技术方案
联合锻造的型锻模与普通的锻模设计不
同,因为一般的终锻型槽都是闭合的,现在联合锻造采用开式模锻,所以必须考虑与未参加的型锻部分的衔接,还需考虑杆部的支撑,现详细介绍如何设计模具。

(1)设计联合锻造模具要比单纯的锻造活
塞杆头部的锻模斜度要大,斜度取7°。

因为联合锻造锻件不容易翻动,不能在下模的型腔里加煤粉脱模,只能靠增加斜度来脱模。

(2)自由锻部分和型锻部分通过台阶来衔接,型锻部分的杆部和自由锻部分的杆直径不同。

自由锻杆的直径要比型锻成形的杆大
20mm 。

这个台阶不仅起衔接的作用,也是定
位和以后机加工划线的参考。

(3)在选择模块时,首先根据最小模壁厚度
来确定模具的宽度,在模具顺纤维的方向来加大模块,保证上模与下模合模时能有足够的面积承受打击力。

这样可以成形的杆部长度长一些,减少一定的机械加工量。

另外让杆的重心尽可能在模具上。

23Die and Mould Technology No.62009
(4)由于杆的大部分在模具的外边,需要在
设备上加1个附具———吊环。

在锻造时把活塞杆放到吊环里,并且要保证活塞杆成一水平直线,这个吊环相当于部分虚拟模具,工作原理如图4
所示。

1.横梁
2.吊环
3.下模
4.活塞杆
图4　锻造活塞杆的平衡原理图
2.2　联合锻造的优点
联合锻造非常适合批量生产,尤其是对于挖掘机需要的活塞杆,都是头部一样,而杆部长短不一的几个规格的活塞杆,采用1套工装就可以生产出几种不同型号的活塞杆。

在机械加工中,用联合锻造生产的毛坯和自由锻生产的毛坯相比较,机械加工的工作量只有自由锻的60%,明显降低了工作量,劳动生产率也显著提高,班产量50～60支活塞杆。

铣刀的消耗量也明显下降,现1把铣刀可以加工
50～60支活塞杆。

用联合锻造每支活塞杆可节
约5～6kg 的原材料。

并且由于少切削,产品
的机械性能大大提高。

图5　活塞杆实物
联合锻造与分开锻然后焊接相比较,少了4道工序,提高了劳动生产率,最主要的是避免了焊接产生的缺陷。

另外分开锻焊接只能选焊接性能好的材料如40Cr 、40CrMnMo 、2Cr13、45#钢。

现不用焊接,可以用工厂现有的50#钢生产,图5所示的活塞杆,带孔的是机加工后的成
品,不带孔的是锻造后的产品。

3　结论
通过对3种活塞杆的生产工艺进行比较,分析得出采用自由锻生产工艺的加工余量太大且使锻件的机械性能下降。

采用头杆分开制造然后焊接的工艺,不仅增加焊接和后续处理工序且焊接缺陷对活塞杆的质量的影响也比较大,而通过改进型锻模的结构采用联合锻造可以克服以上2种工艺的缺陷。

(1)对于头部形状复杂的活塞杆进行批
量生产,采用联合锻造工艺可以节约1/2机
加工的工作量。

(2)可以同时生产头部形状相同、杆部长度
不同的多种规格的活塞杆。

(3)对于现有的一台2t 自由锻锤和一台3t 型锻锤就可以生产头部质量为20～30kg 、总
质量为90～180kg 、总长为1000～1500mm 的活塞杆。

(4)联合锻造是小设备干大活的1个典型
范例。

(5)联合锻造使型锻模变成了开放式的
模具,通过在锻锤上加1个辅助机构增设了一段虚拟模具,改变了型锻模受锻锤吨位的限制。

参考文献:
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3模具技术2009.No.6。