兩種雙金屬刀座成形方式的對比分析

文／丁一林·淮南凱盛重工有限公司

兩種雙金屬刀座成形方式的對比分析

文／丁一林·淮南凱盛重工有限公司

丁一林，工程師，主要從事鍛造及熱處理工藝的編制工作，參與EBZ160掘進機切割部的設計及主持10-3C.10-6B的改進項目。

雙金屬刀座用于掘進機截割部切割頭處，其下部與切割頭體(切割頭整體由16Mn板焊接而成)焊接，要求有很好的焊接性；其上部承受切割刀頭切割煤巖層的切割力及煤巖層的摩擦力，要求有足夠的強度和高的硬度；因此刀座采用雙金屬制造，其下部為16Mn，上部為42CrMo，上下部占重量比例分別為65%和35%。其位置及構造如圖1所示，雙金屬刀座實物圖如圖2所示。

圖1 雙金屬刀座位置及構造

圖2 雙金屬刀座實物圖

在每臺掘進機切割頭部，雙金屬刀座為幾十個不等，且均勻分布，結構復雜，決定其采用摩擦焊后模鍛鍛造成形。雙金屬刀座零件圖如圖3所示。

此零件的鍛件采用單件模鍛時，考慮到該鍛件由雙金屬組成，且不同組分的金屬部分形狀不同，制坯時必須要做標記，否則易造成廢品，解決辦法可在摩擦焊時做標記；如果兩件合體模鍛時，鍛件由不同成分的金屬組成不同的形狀，且其坯料摩擦焊接為一體，則可考慮摩擦焊接時，三段圓棒下料，中間一段為鍛件焊接時接觸切割頭體部分，材料是16Mn，兩頭均為42CrMo；模鍛時，兩鍛件可采用不同的方式對稱排布，此例為兩件互相先以X軸對稱，再以Y軸對稱而成，制坯時不會造成混淆，模鍛熱切后采用鋸切分開。

兩種成形方案

方案1

成形工藝為：下料→焊接→退火→標記→制坯→模鍛→切邊→成品。

⑴圓棒下料。按重量35%的16Mn及65%的42CrMo分別下料。

⑵摩擦焊接。清除焊接端面毛刺，在摩擦焊機上將上述不同金屬圓棒焊為一體。

⑶退火處理。為了使焊縫組織均勻化，采取退火處理。

⑷做標記。車去部分焊接飛邊，焊縫周邊留凸出圓棒表面h=3mm作為兩種金屬標識，如圖4所示。

圖3 雙金屬刀座零件圖

圖4 加工預留3mm高度

⑸制坯。憑標識判斷兩種金屬位置，在750kg自由鍛錘上利用斜度11°的斜角夾板鍛出鍛件大端及小端；其長寬方向尺寸略小于鍛件長寬尺寸，高度方向尺寸略大于鍛件平均高度尺寸。

⑹模鍛。在1t模鍛錘上模具成形；模具以圖3主視圖（第一視圖）方向為分模面，鍛件在三向壓應力下模鍛成形。

⑺切邊，成品。在切邊模上熱切，去飛邊；人工除去殘留飛邊、毛刺，鍛件成品入庫。

方案2

成形工藝為：下料→摩擦焊→退火→機加工→摩擦焊→退火→制坯→模鍛→切邊→成品。

⑴圓棒下料。下料分三段，均為φ70mm，見圖5?？紤]飛邊及鋸切余量，A段為42CrMo，L=82.5mm，B段為16Mn，L=70mm，C段與A段相同。

圖5 下料尺寸

⑵一次摩擦焊接。清除焊接端面毛刺，在摩擦焊機上將A、B段焊接為一體。

⑶完全退火處理。為了使焊縫得到均勻組織以及消除焊接應力，采用完全退火，加熱溫度為850℃，保溫一段時間，隨爐緩冷至室溫。

⑷機械加工。車去A、B焊縫周邊飛邊。

⑸二次摩擦焊接。清除待焊接端面毛刺，在摩擦焊機上將C段與已焊好的A、B段焊接為一體。

⑹完全退火處理。加熱溫度為850℃，保溫一段時間，隨爐緩冷至室溫。

⑺機械加工。車去C段焊縫周邊飛邊。

⑻彎曲制坯。制坯在1t自由鍛錘上利用彎曲模進行，其彎曲模兩端大頭部分（42CrMo）做成橢圓形，這樣在模鍛時鍛件容易成形，也保證了鍛件質量；模腔橢圓部分高度方向尺寸小于鍛件分模面（圖3主視圖）方向長寬尺寸，此處取h=45mm，模腔中間部分尺寸也小于小頭部分相應尺寸。彎曲模如圖6所示。

圖6 彎曲模

⑼模鍛。在2t模鍛錘上模具內成形；將彎曲模制好坯的坯料翻轉90°，放置在鍛模模腔內，鍛件在三向壓應力下模鍛成形。鍛模如圖7所示。

圖7 鍛模

⑽切邊。在切邊模上熱切，去飛邊。其切邊模尺寸可參考熱鍛件圖尺寸，其熱鍛件圖如圖8所示。

⑾鋸切，成品。在工裝的夾持下，鋸切鍛件圖8所示6mm處，一分為二；人工除去殘留飛邊、毛刺，鍛件成品入庫。

圖8 熱鍛件圖

方案1、2在成形過程中，均有其優缺點：

⑴方案1制坯時，憑標識判斷兩種金屬位置，鍛出鍛件大端及小端；但此時圓棒溫度高達1200℃，其周圍空氣溫度高于其余部分空氣，引起空氣對流，光的折射使操作者眼睛容易產生錯覺，坯料大小端易倒置，鍛出鍛件易造成廢品；再者，坯料很快冷卻，容不得辨認時間過長。

⑵方案1每次只能鍛出一件，效率不高。

⑶方案1比方案2工步簡單，在公司沒有大設備的情況下可采用；例如，公司只有1t模鍛錘。

⑷方案2比方案1工步復雜，成本稍高。

⑸方案2中兩鍛件互相先以X軸對稱，再以Y軸對稱而成，小端部分均在中間，大端部分在兩端，不存在混淆問題。

⑹方案2一次能鍛兩件，效率高。

結束語

通過以上對雙金屬刀座的兩種成形方案的討論，從中可看出其主要是模鍛方法的不同；我公司采取第二種方案成形，效率高，良品率幾乎可達到100%，為掘進機的生產提供了保障，得到客戶的好評。雙金屬刀座的成功研制為公司雙金屬刀座的生產積累了寶貴的實踐經驗。