216节距链轨节一体化锁扣结构与复合模具设计及应用

惠燕先  张敏   殷延明  郭亮  张鲁

山推工程机械股份有限公司

摘要：为有效预防大型链轨节锻件错移的发生，保证锻件质量，并提高生产效率，本文选用216节距链轨节作为研究对象。从毛坯尺寸的选择到锻件产品的设计、预锻、终锻一体化锁扣模具结构设计，并完成锻造及热处理验证。冲孔、切边工位采用冲孔切边复合模的设计由原来的冲孔、切边、校正三个减少至一个复合模工位，有效降低了人力成本。

关键词：预锻、终锻、锁扣结构、复合模

链轨节是推土机、挖掘机等工程机械四轮一带整体底盘履带的连接部分，如图一所示。链轨节工作环境恶劣，在工作过程中需要承受很大的随机交变载荷，是履带中最易失效的部件之一。链轨节采用模锻工艺生产，使用压力机锻造后热处理可以取得良好的综合机械性能。链轨节设计是否合理直接影响履带后期装配是否能够顺利进行，而且也会直接影响了履带总成的使用寿命。大型链轨节产品比同类型产品更宽、更厚，错移量超差是锻件非常容易出现的不合格项，经过研究锁扣模具结构可以有效预防锻件错移。本文选用216节距链轨节作为研究对象，从锻件设计、一体化锁扣模具及冲孔切边复合模的设计、后续热处理几个方面介绍了链轨节的生产过程。经验证锁扣模具及复合模能有效降低锻件错移率，提高生产效率，降本增效效果显著。

1 产品工艺路线（再写细一点，200左右字就行，作为全文的写作总纲）

216节距链轨节采用4000T热模锻压力机锻造，400T曲柄压力机对锻件冲孔切边，生产工序为加热→预锻→终锻→冲孔切边→余热淬火→高温回火。

2 锻件终锻造型设计（此段放到预锻之后）

为了保证锻件容易脱模，采用锻件的最大投影面作为分模面，由于链轨节形状不对称，宜取折线分模，以保证成型充满，如图2所示确定了锻件分模线位置。

根据链轨节产品加工图设计锻件图，在设计过程中主要考虑后续加工不闪黑皮，需要增加锻件加工余量。

本产品锻模采用预锻终锻一体化锁扣模具结构设计，锻件产品基本无错移，所以在锻件余量设计时，推面增加余量0.5mm，踏面增加余量0.5mm，中间窗口余量0.5mm。确定锻件的拔模斜度5°～7°，保证锻造时起模容易。图3、图4为终锻上下模三维造型

3 锻件预锻电极设计

热模锻压力机是靠静压力使金属变形的,形成速度慢,而且必须在滑块的一次行程中完成锻件成形,锻造过程中金属沿水平方向流动剧烈向高度方向流动缓慢,容易产生充不满和折叠等缺陷。而且链轨节锻件形状复杂，需增加预锻工位，改善金属在终锻模膛中的流动条件，避免在锻件上产生折叠，而且使锻件容易充满，减少锻件充不满缺陷。在终锻三维造型的基础上进行修改，这种方法可以有效减少工作时间。在终锻造型基础上生成预锻电极造型，中心距不变，采用同步建模移动面的方法上下模各增加厚度1mm，长度方向共减小1mm，推面宽度减小0.5mm，踏面宽度减小0.5mm，连皮厚度加1mm，孔直径增加1mm，总宽度增加1mm。同时增大蘑菇头圆弧，提高锻造过程中金属流动性，提高模具寿命。

4 毛坯尺寸选择

通过三维造型对锻件体积进行测量，以及锻件长宽比，该产品与同节距链轨节产品相比较重，宽度和厚度都较大，通过公式计算，最终确定采用φ90*280圆形棒料作为试锻棒料尺寸，棒料重量13.98kg，锻件重量10.95kg，锻造材料利用率78.3%。

棒料体积计算公式：

V= （Vd+ Vf + Vt）×（1+δ%）

V——锻件（包括冲孔连皮）体积

Vf——飞边体积，mm³ 

Vd——加热损耗体积，mm³

Vr——加热损耗体积，mm³

5预锻、终锻一体化锁扣结构锻模设计

链轨节锻件带落差，分模面不在统一平面上，在锻造时将产生错移力，另外设备经过长时间使用后，定位精度低，装模时定位难度高，错移调整难度大，容易出现批量错移量超差锻件。本产品在设计时采用四角锁扣结构定位，如图9，能够起导向作用，有效提高模具装模效率，并保证锻件前后左右方向错移较小。

在设计时，采用预锻终锻一体化模具，如图7、图8，与双工位模具相比可以有效减小模具毛坯尺寸，提高模具毛坯材料利用率。由于上模型腔较深，将棒料坑设计在上模上，上模装在下模座，棒料坑位于锻件重量中心位置，经过模拟分析，位置定在预锻模具型腔中心向踏面偏10mm，使棒料均匀分布于锻件，避免锻件踏面充不满。

6 冲孔切边复合模设计

    链轨节热锻件在冲孔、切边过程中，受到剪切力的影响，容易产生变形，使平面度不合格，需要增加校正工位。而复合模结构是将锻件放在上下凸模中间，在曲柄压力机的一次运动中，使用氮气弹簧将锻件压紧后再冲孔、切边，卸料时氮气弹簧仍然压紧锻件，直至冲孔切边模离开锻件，在此过程中锻件一直被压紧，有效避免变形，一次性完成冲孔、切边、校正三个工序。将冲孔、切边、校正三个工位减少至一个工位，可由原来三名操作工人减少至1名。

7 锻件热处理

锻后采用余热淬火回火热处理，可以有效利用锻造余热，减少重新加热调质工序，回火使用高温回火，回火后金相组织为回火索氏体加少量析出铁素体，如图13所示，晶粒度5级，如图14所示。回火后使锻件获得良好的机械性能和心部硬度，都符合技术要求如表一所示。

                           表1锻件机械性能与心部硬度

8 效果验证

对锻件进行抽样调查，每一千件抽样一件，测量锻件纵向错移、横向错移，一套模具的使用寿命为8000~10000件，调查结果发现错移量在0.35以下，低于技术要求≤0.7一半以上，有效解决了锻件错移量超差问题。这种模具结构目前已推广使用至171、190节距系列链轨节。

9 结束语

通过对216节距链轨节锻件采用一体化锁扣结构和冲孔、切边复合模具设计与应用，可以避免大型锻件产生的错移，同时将最后校正链轨节工序取消，降低了工人劳动强度，经过生产现场实际应用，所设计的锁扣结构与复合模具结构合理，实现了设计原理思路，使用性能符合要求，锻件各项性能都优于标准，此项技术对锻件模具应用具有很好的推广。

参考文献

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