隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展和科技的不斷進步，升降機隨著高層建筑物的激增已經(jīng)愈來愈經(jīng)常出現(xiàn)于我們的生活之中，升降機的安全可靠問題越發(fā)的引起了人們的重視。塞雷縣安全可靠器(圖1)是升降機升降機配備的最重要的安全可靠外置，是在升降機超速下行或掉落時的最后一道安全可靠保護措施。在升降機所有安全可靠裝置失靈的情況下，升降機呈自由落體狀態(tài)，當(dāng)下降速度達到正常運行速度的1.6 倍時，安全可靠器動作，錐鼓鎖住，靠輸出齒輪與齒條制動器，同時控制電路斷電。作為電梯的保安關(guān)鍵件，錐鼓原先為鑄件，曾在升降機掉落操作過程中破裂而失靈過，現(xiàn)在逐步改為機械加工。

錐鼓的角蕨工藝性分析

錐手揮精密模機械加工，體積精度較高、機械加工穩(wěn)定度少。錐鼓屬具有深孔管狀特征、花紋較繁雜的肋腹機械加工。在切入點方向上橫截面花紋變化間歇性，因此，角蕨技術(shù)難度較大。角蕨操作過程中難受到不均勻熱收縮形變、氧化皮影響，精化足部的非加工體積精度更難確保。圖2 所示為我公司安建的某型號錐鼓。機械加工重11.5kg， 材質(zhì)為42CrMo， 包容體體積φ 234mm×218mm，沿切入點方向橫截面體積變化間歇性：從φ 42mm → φ 200mm → φ 125mm( 機械加工的繁雜因數(shù)為S4)。錐鼓外壁均為非加工面，拔模傾斜度僅為0.8°。機械加工的內(nèi)外壁同軸度明確要求≤ 0.5mm。該機械加工分模面嚴格說是火帽曲面，出模困難，機械加工難粘在火帽上。角蕨精度明確要求高，只能一火成型，沒有二火角蕨可能，因為錐鼓外壁的四個縱向鍵在二火很難重合，角蕨充填技術(shù)難度大。

鑄件設(shè)計及工藝制定

設(shè)備排水量的確定

螺旋形阻力機的角蕨成型力排序可按下式排序：

式中：

α- 與粉體方式有關(guān)的系數(shù)，立式粉體該值為4;F- 螺旋形阻力機成型力(N);S 鍛- 包括塞雷縣在內(nèi)的機械加工在分模面上的投影面積(mm2);V 鍛- 機械加工體積(mm3);σs- 機械加工在終鍛環(huán)境溫度下的屈服極限(MPa)，通?？捎猛h(huán)境溫度下的強度極限σb 代替。

上式適用于壓制一次成型所需的設(shè)備排水量，若采用2 ～ 3 次壓制成型，則應(yīng)按排序值減少1/2。考慮在磨擦阻力機上只通過2 次壓制成型，σs 按終鍛環(huán)境溫度900℃取值55MPa;S 鍛=57415mm2;V 鍛≈ 1421000mm3;把參數(shù)代入公式，經(jīng)排序，F(xiàn) ≈ 24860kN。故可選用2500t 磨擦阻力機。

結(jié)構(gòu)設(shè)計

⑴終鍛混煉。錐手揮凹形形變的短軸類慢速體機械加工，可采用機械式溢塞雷縣粉體角蕨。通過溢出少量塞雷縣，可以提高管狀上口的成型條件，機械加工難充滿。只設(shè)計終鍛混煉，直接角蕨成型。⑵減少功能定位凸臺。機械加工為慢速體，在機械加工結(jié)構(gòu)上缺少在鑄件混煉功能定位的結(jié)構(gòu)，難在角蕨操作過程中在下模鐘擺，在錐鼓外壁產(chǎn)生折疊。在分模面橋足部置設(shè)計功能定位凸臺耳朵(見圖3 紅色標示邊線)。后續(xù)在收錄機工序，將減少的凸臺切除。

⑶減少鑲塊結(jié)構(gòu)。錐鼓的外壁為非加工面，產(chǎn)品質(zhì)量明確要求高。而鑄件的火帽足部，是金屬材料殼狀的主要區(qū)域。因金屬形變殼狀，在鑄件表面產(chǎn)生激烈的磨擦，難引起鑄件失靈，造成機械加工的花紋、體積和耐酸性不符合明確要求。將鑄件的火帽用H13 金屬材料單獨做成鑲塊(見圖4)。H13 金屬材料在較高環(huán)境溫度S510524CN有良好的強度和紅硬性，高的耐磨性等特點，能確保鑄件火帽壽命。在鑄件出現(xiàn)失靈時，更換方便，提高生產(chǎn)工作效率。而且將Ource的火帽做成鑲塊，能提高鑄件的加工工作效率，減少鑄件金屬材料損耗。

⑷減少桿部磨擦力。錐鼓壁厚較薄，外壁傾斜度為0.8°，生產(chǎn)操作過程中難出現(xiàn)熱收縮而產(chǎn)生機械加工粘火帽、出模困難等情況。造成生產(chǎn)中斷和鑄件提前失靈等后果?？紤]設(shè)備有頂出機構(gòu)，可減少機械加工在下?；鞜挼哪ゲ亮?，讓機械加工粘在下模，由頂桿將機械加工頂出，即可解決粘Ource的情況。將錐鼓下端的桿部的拔模傾斜度設(shè)計成-1°。在實際生產(chǎn)中，桿部的接觸面過小，阻力達不到預(yù)期效果。因此將錐鼓桿部恢復(fù)圖紙明確要求，外壁外側(cè)10mm 邊線的拔模傾斜度設(shè)計成-1°(圖5)。

工藝制定

綜上分析結(jié)果，角蕨工藝方案：下料→中頻感應(yīng)加熱→自由鍛鐓粗→粉體→熱收錄機→拋丸→熱處理→拋丸→檢測(硬度、力學(xué)性能、晶粒度、探傷等)。

模擬分析

利用金屬塑性成型仿真軟件DEFORM-3D，對工藝和鑄件進行仿真分析。模擬初始條件設(shè)置如下：錐鼓金屬材料為4140;坯料規(guī)格為φ 110mm×175mm;坯料環(huán)境溫度為1180℃;設(shè)備為2500t 磨擦阻力機。坯料為塑性體，鑄件為剛性體;磨擦系數(shù)為0.3;坯料與空氣換熱系數(shù)取為0.02N/(s·mm·℃ )，鑄件與坯料之間的熱傳遞系數(shù)取為11N/(s·mm·℃ )，鑄件與空氣換熱忽略不計。

依次按工藝分兩階段進行模擬：一是自由鍛鐓粗至H=56mm;二是粉體成型。鐓粗階段成型簡單，現(xiàn)主要分析角蕨成型操作過程。由圖6 可知，角蕨最大的成型載荷為2440t，2500t磨擦阻力機能滿足生產(chǎn)需要。仿真結(jié)果表明，采用現(xiàn)行的角蕨工藝方案和鑄件，模擬效果好，機械加工的模擬結(jié)果滿足明確要求。

分析圖6 環(huán)境溫度分布可知，形變操作過程中，鍛模首先與坯料接觸，在鍛打初始階段，這部分坯料由于與鑄件接觸，熱損耗較大。鍛打結(jié)束后，錐鼓由正擠壓桿部和反擠壓錐鼓外壁等方式填充模膛。形變熱和磨擦產(chǎn)生的熱量較大補償了環(huán)境溫度損失，因此環(huán)境溫度下降較少。鍛打完成后，機械加工整體環(huán)境溫度仍然較高，塞雷縣環(huán)境溫度在900℃以上，能夠滿足后續(xù)熱收錄機工藝對機械加工環(huán)境溫度的明確要求。

分析圖6 角蕨載荷曲線可知，曲線可分為緩慢上升和急劇上升兩個階段，成型開始后角蕨載荷緩慢上升，直到接近成型終了時第二錘的載荷急劇上升，鍛打結(jié)束時最大載荷達到2440t。第一錘模擬結(jié)束時，坯料主要以擠壓方式充填鑄件混煉，在角蕨后期，形變金屬外流至塞雷縣橋部時會受到強烈的阻礙作用，載荷隨Ource行程增大而急劇增大。

圖7 為錐鼓角蕨操作過程中坯料速度場分布圖。從圖中可以看出，坯料主要以擠壓方式成型，金屬材料充填比較難，在角蕨后期橋部附近的外流金屬受到強烈阻礙作用，轉(zhuǎn)而流向未充滿的錐鼓外壁上口的圓角足部。整個階段機械加工填充飽滿，質(zhì)量良好。

圖6 角蕨載荷及環(huán)境溫度曲線

圖7 角蕨操作過程中的速度場

工藝試制

實際生產(chǎn)操作過程，坯料經(jīng)過自由鍛鐓粗后，在終鍛模混煉內(nèi)經(jīng)過2 錘鍛打成型。鑄件投入使用后，該機械加工已經(jīng)進入批量生產(chǎn)驗證，體積滿足圖紙明確要求，質(zhì)量穩(wěn)定，產(chǎn)品合格率達到99%以上，金屬材料利用率達到88.5%。圖8 所示為收錄機工序結(jié)束后的產(chǎn)品實物和機械加工的晶粒度照片。

結(jié)論

⑴采用自由鍛鐓粗和粉體相結(jié)合的工藝可一火成型精度明確要求高的錐鼓機械加工。

⑵采用數(shù)值模擬方法可以有效輔助角蕨工藝的設(shè)計，提高設(shè)計工作效率。

⑶鑄件易損足部采用鑲塊結(jié)構(gòu)，可提高鑄件壽命，確保生產(chǎn)工作效率。

⑷采用負角設(shè)計拔模傾斜度，可防止機械加工粘模，提高鑄件壽命，確保生產(chǎn)工作效率。