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一种大负角敞口零件成形工艺的研究
本文对一种大负角敞口零件成形工艺进行研究，讨论了拉深成形、管式内高压成形和弯曲胀形三种工艺方法在典型零件上的应用。通过讨论终采用弯曲胀形工艺方法对此典型零件进行CAE分析和零件试制，试制结果满足预定要求。弯曲胀形工艺可作为该典型零件和其他类似零件的成形工艺。
随着板材成形技术的发展，许多特种成形方式已经实现产业化。充液成形就是其中的一个代表工艺。充液成形按照成形方式可分为主动式充液成形（充液胀形）和被动式充液成形（充液拉深）。本文所介绍的零件采用的是弯曲胀形工艺，弯曲胀形工艺是主动式充液成形的一种，对成形深度大、带负角的敞口零件具有*特的优势。下面就分别从零件和材料简介、工艺方法研究、零件试制等方面进行介绍。
零件和材料简介
零件外形如图1所示，零件壁厚1.2mm，外形尺寸约为217mm×208mm×185mm。零件近似为两端没有底的3/5圆筒件，负角约15°。该零件材料为6A02铝合金，6A02是铝镁硅系可热处理强化的铝合金，耐腐蚀性较好，易于点焊及氢原子焊。材料在退火状态下拥有较高的塑性，淬火后拥有中等强度和塑性，但淬火后胀形易产生橘皮。该材料退火状态下力学性能参数详见表1。
工艺方法研究
仔细分析零件的形状特点，根据形状特点来研究采用何种成形工艺。该零件从轴向投影上看存在较大负角，如图2所示，红圈圈出部分即为负角部分，这部分是无法通过拉深成形出来的，且拉深深度很大，零件冲压方向的高度约185mm，再加上补充高度，拉深高度将达到220mm，近似拉深比约为3，拉深时零件会产生破裂。
该零件从周向投影看也存在负角，如图3所示，红圈圈出部分即为负角部分，负角较小，可以采用充液拉深成形出来，但是拉深深度是图2所示冲压方向拉深深度的1.5倍，拉深比达到了4，拉深不到一半就会破裂。
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图1 零件外形
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图2 零件轴向投影视图
通过对图2和图3的分析，可以得出该零件无法通过拉深这种工艺方法成形。
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图3 零件周向投影视图
然后考虑一下管式内高压胀形，相对对拉深成形的判断，此零件能否采用内高压胀形的判断相对困难些。需要将零件补成封闭的管形零件，如图4所示，测量一下零件沿轴向的截面周长，约为687.4mm，小约为552.6mm，膨胀率达到了24.4%，且图4红圈处为局部凸起的小特征，后才能胀形到位，无法从其他地方补料，导致此处因减薄过大而产生橘皮或破裂，所以采用管式内高压胀形也是不可行的。
表1 6A02-退火态材料力学性能
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图4 补充后的管形零件
后考虑采用弯曲胀形工艺。弯曲胀形工艺是主动式充液成形的一种，由弯曲和胀形两个工步组成，两个工步在一套模具中实现。首先对板料进行弯曲，弯曲胀形中的弯曲与传统弯曲工艺有一定的不同，由于胀形工艺的存在，弯曲后的零件产生的轻微褶皱均可以在胀形工步中展开，零件弯曲后的形状较传统弯曲工艺可以较加复杂。弯曲工步完成后，对弯曲后的零件进行充液胀形。由于高压液体充当胀形凸模，充液胀形较传统胀形拥有很多优势，其中的优势就是充液胀形可以胀形出带大负角且拥有较多复杂特征的零件，本文所研究的零件即属于这一类零件，这样的零件采用充液胀形工艺为合适。
图5所示为零件弯曲胀形工艺分析模型。模型由凸模、板料、凹模组成。
工艺动作顺序为：首先凸模下行，将板料弯曲，直至与凹模合死；然后高压液体从凸模打入到零件上表面，在高压液体的作用下零件胀形直至完全与凹模相贴合。
凸模的主要作用是对板料进行弯曲，凸模型面的形状决定了零件压弯后的形状。为了避免压弯后的零件产生破裂和严重的褶皱，要求凸模型面要有较大曲率且曲率变化不要过大。零件的凸模模型如图6所示。
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图5 弯曲胀形工艺分析模型
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图6 弯曲胀形凸模模型
凹模的主要作用是使零件胀形后贴在凹模型面上，从而成形出零件终形状。凹模型面的形状是根据零件终形状进行回弹补偿后的形状。此零件的凹模模型如图7所示。
工艺参数设置为：凸凹模摩擦系数0.125，板料网格1.2mm，凸模压力300t，液室压力10MPa，零件坯料尺寸800mm×500mm×1.2mm，弯曲高度228mm。采用CAE软件DYNAFORM对工艺进行分析，分析结果如图8所示。
从分析结果可以看出零件的减薄为11.2 %。零件材料为6A02-O，根据以往经验材料减薄不**过13%就不会产生橘皮或破裂。零件增厚为4.4%，不会产生褶皱。综上可以得出弯曲胀形工艺可行。
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图7 弯曲胀形凹模模型
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图8 零件减薄云图
零件试制
根据工艺分析结果对零件进行试制。制件过程如下：首先利用剪板机进行下料；打磨料边缘的毛刺；将料与凹模相贴的地方贴上塑料膜，防止零件表面划伤。然后将料对中放在凹模上；凸模下行合模到底后加压至300t；加液压到设定压力10MPa；后卸掉液室压力，卸掉设备合模压力，开模取件，完成制件。
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图9 零件实物
终制造出的零件如图9所示。零件无起皱和破裂，轮廓度0.1mm，减薄约12%，与CAE软件分析结果相近且达到图纸要求。
结论
本文对一种大负角敞口零件的成形工艺进行了研究，讨论了拉深成形、管式内高压成形和弯曲胀形三种工艺方法在此典型零件上的应用。通过讨论终采用弯曲胀形工艺方法对此典型零件进行CAE分析和零件试制，终制造出的零件与CAE软件分析结果相近且达到图纸要求，证明了弯曲胀形工艺的可行性。而对于和本文所述零件相类似，拥有较大负角、零件轴向两端敞口且采用内高压成形胀形量很大的零件，可以采用本文所述弯曲胀形工艺作为零件成形工艺。

四缸曲轴模具堆焊翻新后寿命提升的研究应用
曲轴锻造模具型腔较为复杂，特别是平衡块不规整有凸起的模具，金属充满型腔的能力越差，容易出现曲柄圆角充不满等产品缺陷，锤锻模为安全起见硬度不敢太高，太高模具容易打裂，模具硬度太低又较易造成平衡块歪斜，给正常的生产带来了严重影响，本文将从模具堆焊翻新方面进行研究，提高模具寿命，降低锻打过程中修磨和模具打裂的风险。
我厂生产用的一种四缸曲轴锻模(图1，受产品结构影响，锻模寿命一直较低。模具的平衡块不平滑，有一个较大的拐角，坯料沿箭头方向的流动受到阻碍，坯料充满型腔的能力较低，特别是在平衡块根部圆角位置较易出现充不满的现象，如图2所示。连杆颈开档和*二连杆颈开档之间成“（）”状，如图3所示，锻打过程中坯料沿轴线方向流动，弧状凸起的方向会有非常大的冲击力，较易造成开档位置歪斜（图4）。
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图1 我厂一种四缸曲轴锻模
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图2 平衡块充不满
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图3 连杆颈开档和*二连杆颈开档之间成双括号状
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图4 锻打过程中有非常大的冲击力，造成开档位置歪斜
为了提高材料利用率，提升金属充满型腔的能力，在模具上增加了5个阻力台，阻力台阻挡多余金属向毛边仓位置流动，多余金属沿轴向流动，从而又增加了将开档胀坏的风险。多批次生产中都出现过四个开档位置打塌，轻则多次修磨，重则打歪卡模，更换模具，模具翻新成本远**产品销售利润。
锤锻模工作过程中要受到连续的巨大的冲击力，这就需要模具内部有较高的韧性，表面有较高的强度和耐磨性，为提高模具寿命我们选择某品牌C**37R、C**47R进行试验，此焊丝具有韧性好、红硬性好、耐疲劳的优点，与5CrNiMo锻模材料熔合较好。5CrNiMo成分如表1所示。
试验流程
⑴将模具型腔气刨干净，打磨平滑，不得有裂纹、尖角、倒钩出现。
⑵着色探伤。用着色剂喷涂打磨好的模具型腔，用显影液显影（图5），对模具型腔进行仔细检查，如有裂纹，及时清除。
⑶用三维扫描仪对探伤完毕的模具进行扫描，生成三维模型，对比模具三维造型，生成焊接路径程序，手工进行更改优化。
⑷将模具入电炉预热，预热温度450℃，达到温度后保温，保温时间根据模具厚度30mm/h计算，此次试验模具厚度为450mm，保温15h。
⑸模具堆焊开始时用保温棉将模具四周包裹好，调整好自动焊接设备，编制好堆焊路径程序，在型腔底部1/3的位置使用某品牌637R焊丝打底、上面2/3的位置某品牌647R盖面，焊接过程中电流电压分别控制在600A、34V左右，送丝速度4（ipm×100），逐层堆焊，每焊接完一层，停机，用风镐敲击，清除焊渣，仔细检查焊接质量，如有缺陷，刨掉重新堆焊，焊接过程中要时刻关注模具温度变化，模具温度**350℃要停止堆焊重新入炉加热，焊接完成后检查焊接尺寸，**有足够的加工余量。
⑹回火。模具焊接完成后立即进行保温，保温温度450℃，保温时间6h，缓冷至室温后进行次回火。
次回火，回火温度为580℃，保温时间按模具厚度每25mm/h计算，此次试验模具厚450mm，保温18h。随后进行缓冷，缓冷到150℃左右进行二次回火。
*二次回火温度时间同一次回火，回火完后缓冷，随炉缓冷到200℃以下打开炉门冷却，100℃以下出炉冷却直至室温。
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图5 着色剂喷涂打磨好的模具型腔，用显影液显影
表1 5CrNiMo材料成分表（%）
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然后进行打硬度，在模具工作部位选一个平面，用砂轮机打磨光滑，用锤击式硬度检测装置检测模具硬度(图6)，本套试验模具回火后上模硬度为3.06～3.09dB，下模硬度为3.09～3.11dB，符合图纸设计要求。
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图6 锤击式硬度检测装置检测模具硬度
⑺模具加工。加工时**行粗铣，刀具选用φ25mm、φ16mm圆鼻刀，随后进行半精加工，刀具选用5度R5mm白钢刀，后进行精加工，刀具选用合金球头铣刀。精铣完后进行抛光打磨，保证模具型腔光滑，无倒钩。加工后的模具如图7所示。
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图7 加工后模具型腔光滑，无倒钩
⑻生产验证。对加工完的四缸曲轴进行生产试验。累计锻打1400件，模具型腔歪斜较轻(图8)，局部有轻微裂纹（图9）。气刨后发现连杆颈裂纹深度小于2mm，对整个模具寿命影响较小，再次翻新时可将裂纹去除干净。
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图8 模具型腔歪斜对比
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图9 连杆颈位置有轻微裂纹
结论
以往此套模具锻打200件就会出现主轴颈轴肩打塌，平衡块开档打歪，平均一个班需要磨修2～3次，严重影响生产效率，终也只能锻打500～800件，通过此次焊接材料的更换，模具寿命提升明显，本批共生产1400件，达到历史水平，由此可见选择适合模具基体和生产实际的焊材对提高模具寿命有非常大的作用，焊材的选用必须和模具钢本身有较好的熔合性，回火过程中组织的转变必须和基体保持一致，此项试验的成功对其他曲轴类锻模寿命提升有一定的参考意义。
—— 来源：《锻造与冲压》2020年*5期

耙斗装岩机工作流程以及如何安全操作
耙斗装岩机是通过绞车的两个滚筒分别牵引主绳、绳尾使耙斗作往复运动把岩石扒进料槽,自料槽卸料口卸入矿车或箕斗而实现装岩作业。该机主要由固定楔、尾轮、耙斗、台车、绞车、操纵机构、导向轮、料槽(进料槽、中间槽、卸料槽)以及电气部分等组成。PB系列耙斗装岩机具有效率高、结构紧凑、应用范围广等特点。用于巷道掘进中配合矿车进行装岩。不仅可以在30°以下上山、下山巷道装岩，还可以进行掘进工序的平行作业，提高掘进速度，是实现巷道掘进机械化的主要机械设备之一。
为了防止在耙斗装岩机工作过程中的故障及事故的发生，机器在使用中应当严格遵守下列各项。电气维修：该设备以电为动力，在调整、检修或更换部件的工作开始之前，一定要确保切断了这台机器的所有电源。不要在机器上连接临时性电缆：如果触到高压电， 会造成严重的电击伤亡。在开动机器或操作任何控制装置前，操作人员必须事先阅读使用说明书，接受过如何正确操作机器的培训，并且完全熟悉所有控制装置。绝不可在仅靠液压支撑的部件下方工作。要安设足够的垫块支撑住载荷。

掘进机配件厂阐述司机应具有初中以上文化程度，热爱本职工作，责任心强，并经专门培训、考试合格后方可上岗并持证上岗。司机必须熟悉机器的结构、性能、动作原理，能准确、熟练地操作机器，懂得设备的一般维护保养和故障处理知识。司机必须坚持使用掘进机上所有的安全闭锁和保护装置，不得擅自改动或甩掉不用，不能随意调整液压系统、雾化系统各部的压力。
掘进机配件厂介绍除会熟练操作机器外，还应对机器进行日常检查和维护工作。在发现掘进机有故障时，应积极配合维护人员进行处理，不能处理时，要立即向区队或调度室汇报。必须配备正副两名司机，正司机负责操作，副司机负责监护。必须精神集中，不得擅自离开工作岗位，不得委托无证人员操作。在掘进机停止工作、检修及交接班时，必须断开机器上的隔离开关，并挂停电标示牌。对机器运转情况和存在的问题，交班司机必须向接班司机交待清楚。掘进机前后20米以内风流中瓦斯浓度达到1.5%时，必须停止运转，切断电源，进行处理。瓦斯浓度必须降到1%以下时，方可送电开机。

河南亚兴精锻股份有限公司创建于2003年，公司位于国家文化名城—郑州市文化路航天商务大厦，生产厂区位于黄河之滨、中原福地的平原新区，占地37.5亩，规划生产车间面积12000平方米。亚兴公司是研发制造、生产销售各种型号矿用刮板运输机配件及各行业所需的精锻件的主要骨干企业和供货商。公司建有现代化生产基地，拥有高、中级技术人员20多名和模具制造、锻造、机加工、热处理、装配等标准化生产单元;拥有**业中的电动螺旋2500吨、1600吨、1000吨压力机和1250kw、750kw、500kw中频感应透热炉三条生产线，台式电阻炉热处理生产线三条，加工中心、数控机床10余台及光电线切割机、数控锯床、钻床、拉床、预处理喷丸机、产品检测仪等设备，年生产能力**万吨。主营产品：各类刮板、E型螺栓、哑铃销、驱动链轮、横梁、齿轮、链条等几十种矿用机械配件、上百种型号，同时还生产加工综合机械锻造配件等。全部产品严格按照国家和行业标准研发设计、生产制造，并荣获郑州市“重质量守信用良好单位”称号等，2004年通过国家矿用产品安全标志检验证书，2009年通过了ISO9001：2000**质量体系认证，2011年国家工商总局颁发了“YX亚兴”注册商标认证。