吊钩自由锻造工艺研究

吊钩自由锻造工艺研究

王健

中车沈阳机车车辆有限公司 辽宁 110142

摘要：吊钩是起重设备和吊装件的重要连接部件，在锻造的过程中通过工艺参数的控制，保证吊钩的质量，确保设备的安全运行。

关键词：吊钩；自由锻造；工艺研究

1、前言

在当前工业发展的过程中，随着大型装备数量不断增加，起重设备应用的范围在不断的增加，在其中设备中吊钩的质量直接影响到起重设备的运行安全。因此，在其中设备吊钩的制造过程中要保证合理的设计，保证吊钩的锻造质量，为起重设备的安全运行提供保障。

2、工艺设计

2.1锻造

在吊钩零件图中，材料为40Cr，零件质量为4.6kg，技术要求如下。它被平滑地抛光并通过探伤进行检查。

2.2工艺分析与方案设计

钩子是弯曲的锻造产品，成型过程很复杂，需要进行成型过程以确保成型过程具有纵向纤维结构。根据公司设备的当前状态，首先使用缝纫机切割材料，然后使用500公斤的锻锤自由锻造。该技术方案的技术过程：落料，加热，锻造，检验。在钩形锻造产品的锻造过程中，主要过程是拉伸过程和弯曲过程。测试表明，只有在拉拔过程中锻造比大于2的情况下，锻造才具有纤维状结构。因此，在延伸步骤中，锻造比必须大于2^[1]。

2.3锻件各部位的截面分析及弯曲前锻件示意图

由于钩头的横截面变化很大，每个部分的横截面的形状和面积都不同，因此为了准确计算横截面面积，选择并分析了6个特殊部分。

除了C-C横截面（直径为45mm的圆形）外，所有其他五个横截面均具有类似于梯形的不规则形状。不能使用公式直接计算面积。作者使用填充法将横截面简化为具有近似面积的梯形。以A-A部分所示的零件为例，我们首先使用切割和修补方法将零件简化为近似面积的梯形。该部分的横截面积约为s=（42+17）X67-2=1977毫米，圆的直径约为50毫米^[2]。使用相同的方法计算其余部分的横截面积，并转换等面积圆的直径。找到六个特殊部分的横截面的质心，将质心线连接成近似的圆弧，最后计算各段之间的距离，并根据相关数据在弯曲之前绘制锻造的毛坯尺寸。

据估计，在弯曲过程中，锻造材料的横截面拉伸并且锻造材料的形状塌陷（横截面形状改变，产品变小，并且由于拉伸，材料的长度变长）。弯曲弧的半径越小，曲率越大。锻钢坯变形较大，因此锻钢坯的横截面积必须适当大于弯曲前成品的横截面积。A-A的横截面积应增加25％至30％。根据弯曲程度，可能需要将其增加大约10％到20％，并且曲率越大，面积越大。锻坯的长度随着截面积的增加而减小，并且两者成反比。

2.4毛坯和加热规格

对锻造产品各部分的横截面分析表明，钩形锻造产品A-A部分所示的部分是钩形锻造产品所有横截面中最大的横截面积。必须使用直径大于71的圆钢作为方坯，以满足大于2的锻造率要求。根据公司现有的钢材，选择80mm的圆钢,满足锻造速度要求。

3、模具设计

根据对锻造技术性能的分析，锻造需要一套预锻模，最终锻模，修整模和冲模。在预锻步骤中，坯料被适当地分散和弯曲，其形状和尺寸与热锻件（最终锻造模腔）基本相同。弯曲后，将毛坯弄平，并将其放入最终的锻模腔中。最终的锻造模具根据热锻拉丝工艺制成，修边模具用于去除多余的毛刺，冲孔模具去除冲孔和连续的表皮，从而形成最终产品。用于介绍了每个模具的设计功能。

3.1锻造前的模具设计

由于钩头横截面的变化很大，因此设计了鞋头滚动模具以合理地分配毛坯。由于弯曲模具使用皮带轮旋转结构，因此弯曲后坯件的表面不会变形或凹陷，并且在锻造后的锻造产品的表面上会出现诸如断裂的表面缺陷。

3.2最终锻造模具设计

（1）通过热锻拉丝制造，收缩率为1.5％。

（2）在上下模具孔底部的38毫米圆孔周围安装排气，以排出由水和石墨形成的高压气体，并促进型腔中坯料的填充。

（3）闪光灯插槽为开放式结构，没有隔板，厚度为5毫米。

3.3修整模具设计

（1）修整模具采用推剪方法，将插入结构与螺栓结合在一起，不平整模具之间的间隙为1.5mm，与冲头之间留有间隙。

（2）由于模具的切削刃是通过热锻拉深制造的，因此修整后的锻造后无毛刺残留。

（3）冲头和锻造产品之间的接触面应具有遵循热锻造图的结构，以使修整后的锻造产品不会变形。

（4）由于钩体的角长而薄，所以下缘模具的悬臂结构变长，影响模具的强度，因此在下模具上设置了支撑该模具的支撑体，从而大大提高了模具的强度。增强强度并延长模具的使用寿命。

（5）冲模设计

穿孔的锻造产品，全部带有穿孔和连接皮。该产品的连续蒙皮厚度为5mm，下部模具应成型，以方便毛坯定位。

4、工艺方案分析

4.1铸锭

由于挂钩是重要的承重组件，因此安全性，可靠性和出色的性能非常重要。为保证铸锭质量，采用了电炉一次冶炼的真空脱气真空铸造工艺方案。主要控制要点：

（1）为避免有害元素混合，铅，锡，锑，铋等有害元素的含量在整个冶炼过程中均降至规定值以下，其余元素符合技术要求。选择优质的废钢和铁，并准确计算出比例。

(2)在电炉的初始氧化期间，排出大量炉渣，及时加入炉渣原料，并氧化到熔炉中严格禁止块状进入。

(3)需要足够的精炼时间，在调整合金比例后不能添加炉渣。

（4）对钢水进行真空处理。保持高真空数小时。真空严格控制真空注入过程中，注入后脱模的铸锭注入速率和脱模时间，并在高温下从钢厂中取出铸锭。请把它送到锻造厂。

4.2铸锭被打乱并卸载

锻造比是衡量锻造产品内在质量的重要指标。吊钩由550kN钢锭锻造而成。为确保最大横截面总锻造比超过4.5，请使用WHF锻造工艺（up锻+拉拔长度）以确保锻造了原始钢锭。铸造结构被完全破坏并焊接到核心缺陷上，从而形成致密的金属结构和出色的综合机械性能。

4.3钢坯制造

落料过程是确保胎膜锻造顺利进行的重要环节。根据胎膜工具的内孔和搅拌过程控制参数（l050mm）创建坯料。

4.4胎膜不适

由于挂钩大端的横截面较大，因此在使用直接压平时很难锻造一个小的端部卡位。预制，锻造小台阶和嵌入轮胎膜的大边缘避免了锻造梳理台的困难。

4.5展平大边缘

大端坯料的宽度与厚度之比为4：1，并且难以增加宽度。锻造和扁平化使用结合了水平和垂直扁平化的锻造方法。垂直展平方法用于初始展平。由于在此阶段坯料的横截面较大，因此将宽的砧座弄平有助于金属的垂直流动。展平时，应注意控制每个零件的尺寸，尺寸应为400mmx950mmx1600mm。再次压扁时，采用水平压扁方法，最小阻力定律使砧座宽度变宽，以利于金属横向流动，并确保延伸尺寸（水平）满足工艺要求。

4.6成品

修整链接主要确保每个零件的尺寸都满足工艺要求。修剪的关键是两个钳口的过渡弧。需要锻造弧度以降低后处理公差和纤维流线完整性。如果检查弧度不符合要求，则需要进行部分修整。

5、锻造缺陷及解决措施

从整个锻件的角度来看，产品的工艺设计是合理的，但钩径的IR20角稍有折痕。在变形过程中，空白棒的金属流动平面垂直于棒。您可以通过在拐角处聚集来折痕。由于弯曲杆的厚度不同，所以在流动面上的金属的流动变大或变小，流出的金属的量也变大或变小，断裂向较小的流动侧移动。弯曲的锻造产品的不合理流动平面由锻造结构本身确定，但是锻造结构无法更改。因此，在实际锻造中，请注意不要一次弯曲。用锤子弯曲，稍微弯曲并弯曲几次，或者在敲击时绕轴摆动可减轻或消除折叠现象。

6、结束语

综上所述，在当前起重设备吊钩设计和制造的过程中，要通过生产制造过程的质量控制，通过工艺参数的优化来提升吊钩的质量，为起重设备的稳定运行提供保障。

参考文献

[1]韩晓光．转向架支撑座模锻工艺[J]锻压装备与制造技术，2017，42(6)：41—43．

[2]张长义，鲁甫．J．字型吊钩优化设计[J]机械研究与应用．2019，38(10)：15—18．