许昌煤机横梁

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。

基于数值模拟的多楔带轮成形工艺研究
带轮作为一种重要的传动零件， 广泛应用于汽车、农机、水泵以及机床等机械设备传动中。带轮传统加工方法是采用铸、锻毛坯经切削加工而成，特点是浪费材料、生产效率低，产品具有精度低、笨重、转动惯量大等缺点。随着科学技术的发展进步，锻压及旋压技术以其节能节材、生产效率高、产品性能好、合格率高等优点，逐步推广应用到带轮的实际生产中。
带有凸台的多楔带轮的成形采取锻压与旋压相结合的成形工艺，而关于影响复杂结构多楔带轮成形质量的工艺参数，并没有明确的研究结果可以参考，故零件生产多结合有限元模拟和试验分析得到较为合适的参数，并在此基础上进行下一步的优化。根据材料的拉伸系数计算拉伸道次，结合冲压与锻造技术并采用有限元模拟软件DEFORM-3D进行数值模拟，分析成形过程中的应力、应变分布，为锻压成形多楔带轮的实际生产提供参考。
零件结构分析
带有凸台的多楔带轮结构如图1、图2所示，在旋压成形多楔齿之前需经过锻压成形内筒及凸台，其中凸台的成形难度较大。多楔带轮材料为DD13钢，基本力学性能如下：屈服强度为325MPa，密度为7.851g/cm3，弹性模量为205GPa，泊松比为0.29。
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图1 多楔带轮结构图
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图2 多楔带轮三维示意图
锻压成形工艺分析
根据体积不变原理，利用Pro/Engineer对多楔带轮体积进行计算，同时考虑预留加工余量，确定选用厚度为3mm，直径为206mm的板坯进行制坯。根据零件结构特点制定其锻压成形工艺路线：多道次拉深成形内筒→冷锻内筒→成形凸台→成形外圆弧。
内筒的多道次拉深成形工艺参数可查询冲压手册，为尽可能降低板坯减薄程度，设计三道次拉深成形内筒。通过查阅带凸缘拉深系数表并且结合生产实际，设计次拉深系数m1=0.52。由拉深系数计算公式：
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其中，m为拉深系数，d为筒壁直径(mm），D为毛坯直径(mm）。计算得拉深直径为d1=107mm。后两道次拉深系数通过查询冲压手册并结合实际取m2=0.75，m3=0.77。故拉深直径分别为d2=80mm，d3=61.3mm。凹模圆角半径的计算公式如公式2所示：
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其中，t 为坯料厚度(mm），D 为毛坯直径(mm），d为次拉深后筒壁直径(mm）。计算出*1次拉深中凹模圆角半径r1为14mm。由此可确定出后续拉深的凹模圆角半径为：r2=10mm，r3=7mm。由于内筒的成形属于变薄拉深，在经过三道次的拉深成形之后需经过冷镦工步对内筒筒壁增厚，故**道次的拉深高度需大于零件内筒的图纸尺寸，结合实际生产经验**道次拉深高度为h=24mm。
有限元模型建立
利用Pro/Engineer建立工件和各道次模具的三维模型，基于Deform-3D软件对多道次成形过程进行模拟分析，模拟采用“SI”公制单位，实际生产中材料为DD13，模拟选择材料库中与之相近的AISI-1008，坯料设置为塑性体，模具为刚性体，网格数量划分为150000个，并运用局部网格细化技术对坯料中间部分进行网格细化分。根据生产实际将摩擦因数设置为0.12，冲压速度为10mm/s，温度为20℃。图3所示为道次模具结构。
模拟结果分析
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图3 *1道次拉深成形模具图
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图4 至*三道次等效应变分布图
道次至*三道次有限元模拟的等效应变分布如图4所示。由图4(a）可见应变值较大处出现在内筒上下圆角处，即内筒上下圆角处变形程度较大。由于*二道次和*三道次的拉深高度不再变化，只在筒径上发生变化，故内筒的上侧圆角处应力较为集中，如图4(b）和图4(c）所示。*三道次筒径缩小到61.3mm，已近似于零件内筒直径61mm，此时内筒圆角及筒壁处壁厚发生了减薄。有限元模拟过程中未出现刮料、折叠缺陷，成形质量较好。
*四道次冷镦成形内筒。由于**道次的拉深使内筒筒壁及圆角处有所减薄，所以冷镦内筒的目的是增厚内筒筒壁及内筒上侧圆角以保证后续零件的成形质量。冷镦工艺是一种精密塑性成形技术，具有制品的机械性能好、生产率高和材料利用率高，特别适合于大批量生产等优点。由图5等效应变分布图可知，坯料内筒上圆角处应变值较大，因上圆角处圆角半径较大，在上模下压时坯料上圆角处与下模发生刮蹭，故出现应力集中的现象。从成形结果上看内筒筒壁及上侧圆角处金属充填饱满，满足后续加工要求。锻压成形过程中载荷出现在该道次，*四道次载荷图如图6所示，载荷为184吨。
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图5 *四道次等效应变分布图
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图6 *四道次载荷图
*五道次冲压预成形凸台以及轮辐与内筒相接的圆角，*六道次通过局部加载凸台处的上模具将凸台锻造至零件要求壁厚。通过锻造工艺使凸台处近净成形，减少机加工量；同时使金属材料向四周圆角处流动充填，提高产品表面光洁度和产品精度；并且可以改变金属组织，提高金属性能。*五道次至*六道次等效应变分布图如图7所示。成形过程中没有出现刮料、折叠等缺陷，但是从图7(b）可见凸台圆角处未充填饱满，这是由于凸台高度较高，冲压过程中减薄较严重引起的。
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图7 *五道次至*六道次等效应变分布图
工艺优化
为解决成形方案中凸台圆角处充填不饱满的问题，考虑在成形凸台之前增加一道次，在内筒与轮辐之间作圆弧过渡，使坯料在凸台处聚料，后两道次按照成形方案的模具进行模拟。增加在凸台处聚料的道次及成形凸台后一道次的应变分布图如图8、图9所示。从成形结果看，凸台圆角处充填饱满，并且没有缺陷产生，成形效果较好，故该成形方案可以有效地解决凸台处减薄严重的问题。对比各道次等效应变值可以发现，随着道次的增加，材料内累积的应变值越来越大。
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图8 增加道次的等效应变图
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图9 凸台成形等效应变图
后一道次冲压成形外圆弧，该道次是为后续旋压成形轮缘及多楔齿做准备，等效应变图如图10所示。可见内筒上圆角和凸台处的应变值较大。终成形结果图如图11所示，成形效果良好。经过测量各处壁厚均达到后续加工要求。
试验验证
根据模拟分析结果，利用YQK-200型液压机进行试验，得到了合格的样件，多楔带轮锻压试件如图12所示。可以看出凸台部分成形质量较好，试件表面光洁度较高，未出现刮料、叠料等现象，经测量试件各关键部位处壁厚均达到后续加工要求。通过试验验证了该锻压工艺的正确性，可为实际生产提供指导。
结论
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图10 终成形等效应变分布图
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图11 终模拟结果图
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图12 多楔带轮锻压试件
通过对双凸台多楔带轮锻压工艺方案进行深入分析，将冲压工艺和锻造工艺相结合，采用有限元软件Deform-3D对其成形工艺进行了数值模拟，分析了其成形过程中的应力应变分布，并进行了工艺试验验证，结论如下。
⑴双凸台多楔带轮结构较复杂，为控制内筒的减薄程度，内筒需采用多道次拉深成形，结合材料的拉深系数计算拉深道次，并计算各道次拉深的工艺参数。成形过程中应变主要集中在内筒上下圆角处，有轻微的减薄，后续通过冷镦工艺对筒壁及圆角处进行了有效增厚。
⑵凸台的成形需结合冲压技术和锻造技术，控制金属流动方向和速度，保证其成形质量。并通过工艺优化解决了凸台处壁厚减薄严重的问题。
⑶结合有限元模拟结果，通过试验验证了工艺的可行性，得到了符合要求的锻压件。

圆柱齿轮加工的工艺创新
在现代机械中，齿轮传动是应用广泛的一种机械传动方式，它的功能是传递两轴间的运动和动力。尤其在汽车生产行业中，齿轮已属于大批量专业化生产，在长期的生产实践中，已经形成了一整套的生产工艺。
典型的齿轮加工工艺
用切削方法加工齿轮是一种典型的齿轮加工工艺。生产过程一般分为：齿轮毛坯加工→齿面加工→热处理工艺→齿面的精加工。具体工序为：锻件或棒料形成齿轮毛坯→粗加工，切除较多的余量→半精加工，车、滚齿、插齿等→热处理，调质、渗碳淬火、高频淬火→精加工，精修基准、精加工齿形等。
用此工艺加工的齿轮，可以达到较高的精度，一般可达到6级，经过珩磨后，可达5级以上，可以用在高速、低噪声的工作环境中。在长期的实践中发现，这类齿轮的齿体失效比例**齿面失效比例，主要为弯曲疲劳折断和过载折断。
齿轮的精密锻造工艺
随着数控精密加工技术的发展，精密锻造工艺和精密模具制造技术已被广泛应用到齿轮零件的大批量生产中。精密锻造工艺分为热精锻造和冷镦锻造。成熟的热精锻造工艺称为“一火两锻”，即齿轮在热锻成形和切边后，利用锻件余热进行精整，这样的热锻齿轮精度在8～9级左右。
冷镦锻造又称为闭塞锻造，是一种先进的无飞边精密成形技术。当模具齿形精度达到6级时，在批量生产条件下，齿轮精度可以达到8～9级。这样的齿轮，可以达到卡车和轻型车的使用要求，可用在低速、重载、高噪声的工作环境中。在长期的使用过程中发现，这类齿轮的失效方式，齿面失效的比例**齿体失效的比例，主要为磨损和点蚀。
两种工艺生产的齿轮的性能分析
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图1 典型工艺生产的齿轮
通过典型的齿轮加工工艺生产的齿轮如图1所示。由于在齿形加工过程中（滚齿、插齿、珩齿、磨齿等），零件的纤维组织被切断，虽然可以获得比较高的齿形精度和齿相精度、表面光洁度等，但齿轮的受力性能和抗折断性能受到影响，在过载情况下，存在齿根折断的隐患。
在精密锻造工艺条件下，生产的齿轮如图2所示。在精锻过程中，金属在高应力作用下，产生塑性变形，齿轮的组织致密，金属纤维连续，抗疲劳强度和耐磨性比切削加工的齿轮高出很多，适合于频繁冲击和重载工况下工作，但由于其精度低，表面粗糙，工作噪声大，工作速度低，易产生齿疲劳损伤。
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图2 精密锻造齿轮
齿轮加工的工艺创新
随着数控加工技术的普及，数控滚齿机和二次自动对刀技术的成熟应用，我们可以将数控加工和精密锻造两种齿轮加工工艺**地结合起来，既可以得到良好的金属纤维组织，改善受力情况，又可以得到比较高的齿轮精度，减少金属切削量，提高生产效率。
在实际生产工艺中，用精密锻造的工艺方式生产齿轮毛坯，然后用数控滚齿机加二次对刀装置，进行精密滚齿加工。这种方式生产的齿轮，各项精度、性能指标都得到提高，经济价值也有很大提升。与典型的齿轮加工工艺相比，因为切削量减少，所以加工效率提高。我公司有一客户，要生产一批新能源汽车用齿轮，模数3mm，24齿，6～7级精度。制作精锻齿轮毛坯，然后在高速数控花键铣床YKH750（图3）上运用二次对刀加工工艺（仅需6s左右）对精锻毛坯进行加工，在数控滚齿机床上滚切0.2mm的加工余量，只需1min左右。新工艺不但提高了生产效率，更重要的是提高了齿轮的性能，在用户的检测中，新工艺生产的齿轮的受力性能明显**传统方式生产的齿轮。
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图3 高速数控花键铣床YKH750
总结
经过大量的实际生产证明和试验验证，将精锻工艺与典型的齿轮加工工艺组合起来，不仅可以提高产品性能，而且可以提高生产效率，是切实可行的，是齿轮加工的创新工艺。

不同工艺参数对铝合金激光深熔焊质量的影响
铝合金激光焊接技术是近十几年来发展起来的一项新技术。与传统焊接方法相比，激光焊具有热输入小，能量密度高，热影响区窄而熔深大，热变形小，接头性能好及易于控制等优点，因而逐渐得到广泛的应用。但由于铝合金具有较好的导热性能，对较高的激光束初始反射率及焊接过程中产生的等离子体对激光束的屏蔽作用，使得工件吸收光束能量困难，焊接过程不稳定，同时还易产生裂纹、气孔等缺陷。
目前对于铝合金激光焊接技术的研究依然是当前激光焊研究的热点，尤其是研究铝合金激光焊的熔化特性、气孔和裂纹的成因机理、焊接缺陷对力学性能的影响和激光焊接铝合金的等离子体现象等等。如何基于铝合金激光深熔焊的小孔诱导及行为机理，广泛应用于铝合金白车身的实际生产中，提升铝合金激光焊焊接质量是目前**主机厂的研究重点和难点。而在实车制造中，不同工艺参数对铝合金车门5系内板和6系铝合金加强板激光深熔焊焊接质量影响的研究尚未报道。
因此本文尝试通过以下方法来探索在不同焊接速度和功率条件下对激光焊外观质量和微观质量的影响规律。该研究主要通过两个路径：⑴利用样片实验研究不同参数对铝合金焊接质量的影响并获得优参数。⑵实车析优参数下铝合金激光焊焊接质量。
样片级别实验
实验材料为5182/1.5mm铝合金和S600/1.5mm铝合金，其化学成分分别如表1和表2所示，搭接形式：上层板S600/1.5mm+下层板5182/1.5mm，样片尺寸40mm×200mm，之后分别研究激光功率(表3）、焊接速度（表4）对该搭接形式的铝合金激光焊焊接质量的影响。
表1 5182铝合金成分(%)
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表2 S600铝合金成分(%)
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表3 激光焊功率影响的参数设置
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表4 激光焊焊接速度影响的参数设置
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图1所示是在功率为55%，焊接速度为60mm/s时的结果，其中图1(a）为焊缝的金相照片，图1(b）为激光焊接完成后背部的照片。从结果来看：在该焊接参数下，焊缝的熔深一条为0.37mm，一条为0.80mm，而公司要求的小熔深为0.45mm，则0.37mm这条焊缝不合格；两条焊缝的熔宽分别为1.71mm和1.40mm，均满足公司要求的小熔宽1.35mm，但1.40mm处于达标的边缘。并且从图1(b）可以看出，无背透现象。
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图1 功率为55%时的激光焊结果
图2所示是在功率为60%，焊接速度为60mm/s时的结果，其中图2(a）为焊缝的金相照片，图2(b）为激光焊接完成后背部的照片。从结果来看：该焊接参数下，焊缝的熔深一条为0.49mm，一条为0.86mm，均满足公司要求的小熔深0.45mm；两条焊缝的熔宽分别为1.46mm和1.83mm，均满足公司要求的小熔宽1.35mm。并且从图2(b）可以看出，无背透现象。
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图2 功率为60%时的激光焊结果
图3所示是在功率为65%，焊接速度为60mm/s时的结果，其中图3(a）为焊缝的金相照片，图3(b）为激光焊接完成后背部的照片。从结果来看：该焊接参数下，焊缝的熔深一条为0.53mm，一条为0.98mm，均满足公司要求的小熔深为0.45mm；两条焊缝的熔宽分别为1.46mm和1.89mm，均满足公司要求的小熔宽1.35mm。并且从图3(b）可以看出，出现背透现象。
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图3 功率为65%时的激光焊结果
比较以上三种功率下的激光焊质量，熔深与熔宽随功率的变化曲线如图4所示，从结果看：⑴功率越大，熔深与熔宽越大，但功率从60%到65%时，熔深与熔宽的增大率小于5%。⑵随着功率的增大，有背透的风险，在功率为65%时，出现背透。因此样片测试结果显示功率选择在功率的60%时相对较优。
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图4 焊接速度一定，熔深与熔宽随功率变化的曲线
图5所示是在功率为60%，焊接速度为70mm/s时焊缝的金相照片。从结果来看：该焊接参数下，焊缝熔深为0mm和0.27mm，均不能达到公司的要求，熔宽为0mm和1.35mm，其中一条无法满足公司的标准要求，另一条是刚刚达到公司的要求，因此在该参数下，无法满足公司的激光焊质量要求。
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图5 焊接速度为70mm/s时的激光焊结果
图6所示是在功率为60%，焊接速度为50mm/s时的结果，其中图6(a）为焊缝的金相照片，图6(b）为激光焊接完成后背部的照片。从结果来看：该焊接参数下，焊缝的熔深一条为0.61mm，一条为1.01mm，均满足公司要求的小熔深0.45mm；两条焊缝的熔宽分别为1.60mm和1.80mm，均满足公司要求的小熔宽1.35mm。从图6(b）可以看出，该参数下出现明显的背透现象。
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图6 焊接速度为50mm/s时的激光焊结果
比较以上三种焊接速度（图2、图5和图6）下的激光焊质量，熔深与熔宽随焊接速度的变化曲线如图7所示，从结果看：⑴焊接速度越小，熔深与熔宽越大，但从50mm/s时，出现明显的背透。⑵焊接速度越大，熔深与熔宽越小，但在70mm/s时出现未熔的现象。因此，样片测试结果显示速度选择在60mm/s时相对较优。
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图7 激光功率一定时，熔深与熔宽随焊接速度变化的曲线
实车级别验证
采用样片级别得出的焊接参数，在激光功率为功率的60%，焊接速度为60mm/s的条件下进行焊接，焊接两台车，选取4条焊缝来研究，如图8中的RB1和 RB3。
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图8 右后门激光焊焊缝分布
图9所示是2台车次每台车上4条焊缝的金相照片结果。从结果来看。
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图9 不同车次上4条焊缝的金相照片
⑴所有焊缝的熔深与熔宽均满足公司的标准，证明样片级别实验获得的参数是有效的。
⑵分别对比VB1-2车和VB1-1车上RB1和RB3两条焊缝的金相可知。
1）同一车次，同一零件不同位置的匹配间隙是不均匀的，大的间隙在0.3mm左右。
2）间隙在小于0.3mm的情况下，可满足熔深与熔宽的要求。
3）同一车次，不同位置间隙对熔深与熔宽的影响。
①VB1-1：熔宽差异达0.3mm，熔深差异达0.5mm，熔深波动较大达19%。
②VB1-2：熔宽差异达0.6mm，熔深差异达0.03mm。
⑶分别对比RD1和RD2两条焊缝在不同车次VB1-1和VB1-2上的金相照片可知。
1）不同车次相同位置的零件匹配间隙差异较大，近0.3mm。
2）不同车次，相同位置的间隙对熔深和熔宽的影响。
①RD2：熔深差异在0.11mm，熔宽差异在0.02mm。
②RD4：熔深差异在0.27mm，熔宽差异在0.25mm，熔宽波动较大达12%。
结论
⑴样片级别实验结果表明焊接速度对激光焊质量的影响：焊接速度越小，熔深与熔宽越大，焊接速度在50mm/s时容易出现背透；焊接速度越大，熔深与熔宽越小，焊接速度在70mm/s时，容易出现未熔透，焊接速度在60mm/s时，熔深与熔宽相对较优。
⑵样片级别实验结果表明激光焊功率对激光焊质量的影响：焊接速度在60mm/s时，功率越大，熔深与熔宽越大，功率从60%Pmax增加到65%Pmax时，熔深熔宽增加率小于5%，且在65%Pmax时，出现背透。
⑶对比实车级别实验与样片级别实验，焊接速度在60mm/s，功率在60%Pmax时，实车焊接的熔深、熔宽和样片测出的熔深、熔宽均能满足公司的标准，且两板间隙控制在0.3mm的情况下，可满足公司熔深与熔宽的要求，但熔深与熔宽的波动相对较大。