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     株洲車輛廠3t模鍛錘是50年代進(jìn)口設(shè)備, 主要承擔(dān)前蓋、后擋、車鉤鉤尾、扁銷等車輛配件的生產(chǎn), 是一種受沖擊載荷、打擊振動(dòng)很大的鍛壓設(shè)備。其錘頭是一個(gè)整體, 主要由錘桿活塞、錘桿、錘頭等組成, 一般統(tǒng)稱為錘頭。錘頭質(zhì)量為3.4, 材料為42CrMo。錘頭外形結(jié)構(gòu)見圖1。

      該錘頭報(bào)廢是在錘頭的下活塞環(huán)槽底面根部處斷裂并脫落造成的見圖2。其主要原因是（1）錘頭在工作過程中受沖擊載荷作用,在下活塞環(huán)槽根部產(chǎn)生應(yīng)力集中。（2）活塞環(huán)槽根部沒有圓角, 加工時(shí)容易因加工刀痕而產(chǎn)生毛細(xì)裂紋。（3）錘頭工件大, 熱處理困難, 容易產(chǎn)生熱處理缺陷。

1          修復(fù)方案的選擇
        方案1：將活塞部分全部用車床加工切除, 鑲一個(gè)套, 然后再加工成活塞, 開活塞環(huán)槽, 套的外形尺寸為∅620mmx220mm(環(huán)槽處直徑為390mm), 毛坯質(zhì)量為340kg,成品加工費(fèi)用為6000元。
       方案2:將斷裂部分用電弧焊焊接起來,再加工成形。錘頭材料為鉻鑰結(jié)構(gòu)鋼, 其可焊性能差, 而且焊接面不規(guī)則, 不好施焊, 焊后的使用性能得不到保證。
       方案3:現(xiàn)有兩個(gè)報(bào)廢錘頭, 一個(gè)是在裝模具的燕尾部分有裂紋, 一個(gè)就是現(xiàn)在這個(gè)在活塞環(huán)槽處斷裂損壞的。想將兩個(gè)湊成一個(gè)錘頭, 這種方案加工起來比較麻煩, 使用的可靠性也不一定能保證。
       方案4:在車床上將斷裂處的毛細(xì)裂紋加工消除, 然后在原活塞強(qiáng)度足夠的地方, 重新加工一道活塞環(huán)槽, 安裝活塞環(huán), 保證錘頭在打擊過程中, 起到密封作用。

2修復(fù)方案論證

      對第4個(gè)方案也提出了幾個(gè)疑問:第一,修復(fù)后鍛錘在打擊時(shí)是否有力, 是否影響打擊速度第二, 活塞長度原先為200mm, 因?yàn)槊撀淞?5mm“ , 活塞導(dǎo)向長度減小了, 是否會(huì)影響錘頭上下運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向第三, 活塞桿在使用時(shí), 強(qiáng)度能不能得到保證。
       就上面提出的間題, 進(jìn)行了全面的技術(shù)論證。

2.1打擊力和打擊速度
       對于這個(gè)問題, 還是從鍛錘的工作原理來看。見圖3。

     當(dāng)上汽室充汽, 下汽室向大氣排空, 錘頭向下運(yùn)動(dòng), 進(jìn)行鍛打工作當(dāng)下汽室充汽, 上汽室向大氣排空, 錘頭向上運(yùn)動(dòng), 這時(shí)錘頭提起。
     (1)要保證錘頭上、下正常運(yùn)動(dòng), 只要能解決活塞在汽缸內(nèi)的運(yùn)動(dòng)位置就可以了。它可以由錘頭的操縱機(jī)構(gòu)和錘桿的長度來控制, 操縱機(jī)構(gòu)是原來正常使用的, 錘桿的長度也沒有改變。雖然活塞因?yàn)閿嗔衙撀淞艘粔K,但是它的工作性能并沒有改變, 所以錘頭的正常運(yùn)動(dòng)是可以保證的。
     (2)要保證錘頭的打擊能量, 關(guān)鍵的一點(diǎn)是要解決提錘的間題, 也就是說要將的錘頭和多的模具從靜止的水平面提到一定的高度, 而且能固定在任意高度, 以得到一定的勢能, 并將這種勢能釋放出來, 達(dá)到鍛造打擊的目的。鍛錘的打擊能量可以由下式計(jì)算：

從上式可以看出, 落下部分最大質(zhì)量為錘頭與模具質(zhì)量之和, 為已知數(shù)錘擊速度與活塞上平面面積和上汽室的工作壓力有關(guān),而活塞面積、上汽室的工作壓力都沒有改變,所以錘頭的打擊能量就不會(huì)減小。
      （3）活塞環(huán)必須要有良好的密封性能, 才能使活塞在汽缸內(nèi)上、下汽室不竄汽。錘頭的上下運(yùn)動(dòng)就能得到保證。

  2.2錘頭上、下運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向問題
        活塞在鍛錘工作中的主要作用是通過其上、下平面承受蒸汽膨脹時(shí)的壓力來推動(dòng)錘頭運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)時(shí), 只有活塞環(huán)與汽缸壁接觸,活塞并沒有與汽缸壁接觸, 在通常情況下, 活塞并不起導(dǎo)向作用。錘頭在上下運(yùn)動(dòng)時(shí), 起導(dǎo)向作用的主要是兩個(gè)部分錘頭的導(dǎo)向槽和錘桿的軸向圓弧部分, 這兩個(gè)部分并沒有改變, 所以錘頭運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向不會(huì)存在間題。
使用強(qiáng)度問題
      從上面分析可知, 活塞在工作中, 所受外力主要由上、下平面承擔(dān), 當(dāng)然在活塞環(huán)起密封作用時(shí), 還受到了一定的附加軸向力, 并將此軸向力傳遞給活塞環(huán)槽, 但是活塞環(huán)主要是起密封作用, 它的剛度和強(qiáng)度, 相對活塞而言就小得多, 所以活塞環(huán)對活塞的破壞作用很小, 因此活塞的強(qiáng)度也可以保證。
3    修復(fù)設(shè)計(jì)與制造
對最優(yōu)方案進(jìn)行了可行性分析論證后,便可開始修復(fù)設(shè)計(jì)和制造。
    3.1修復(fù)設(shè)計(jì)
    下活塞環(huán)槽被破壞后, 只剩上活塞環(huán)槽,所以只要在活塞強(qiáng)度足夠的地方加工出一道活塞環(huán)槽安裝活塞環(huán), 就可以保證活塞的密封性, 使錘頭正常運(yùn)動(dòng)。修復(fù)設(shè)計(jì)見圖4。

 (1)從活塞頂部往下25mm處加工出一道活塞環(huán)槽見圖4, 其他尺寸不變。為防止斷裂處毛細(xì)裂紋擴(kuò)展, 在車床上用加工的方法將毛細(xì)裂紋消除, 表面粗糙度達(dá)Ra12.5µm.
    (2)使用的聚四氟乙烯尼龍活塞環(huán)要在外力作用下才能撐開。根據(jù)活塞工作原理, 設(shè)計(jì)了從下汽室進(jìn)汽, 在活塞上鉆一個(gè)通孔, 使其與兩道活塞環(huán)槽相通, 然后在活塞上平面處通過過盈裝配將通孔堵上。
  3.2制造
        這個(gè)修復(fù)方案最簡單, 用車床和鉆床就完成了加工, 加工周期短, 費(fèi)用低, 總加工費(fèi)只有元。
使用效果該錘頭自年月投入使用至今,性能良好, 完全達(dá)到了修復(fù)設(shè)計(jì)的預(yù)期效果,節(jié)約資金萬多400元。