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，角蕨充填技術難度大。

鑄件設計及工藝制定

設備排水量的確定

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備排水量，若采用2 ～ 3 次壓制成型，則應按排序值減少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。

結構設計

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，在機械加工結構上缺少在鑄件混煉功能定位的結構，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減少鑲塊結構。錐鼓的外壁為非加工面，產(chǎn)品質量明確要求高。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]設備有頂出機構，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計成-1°。在實際生產(chǎn)中，桿部的接觸面過小，阻力達不到預期效果。因此將錐鼓桿部恢復圖紙明確要求，外壁外側10mm 邊線的拔模傾斜度設計成-1°(圖5)。

工藝制定

綜上分析結果，角蕨工藝方案：下料→中頻感應加熱→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，鍛打結束時最大載荷達到2440t。第一錘模擬結束時，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束后的產(chǎn)品實物和機械加工的晶粒度照片。

結論

⑴采用自由鍛鐓粗和粉體相結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計，提高設計工作效率。

⑶鑄件易損足部采用鑲塊結構，可提高鑄件壽命，確保生產(chǎn)工作效率。

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