随著我国经济的飞速发展和科技的不断进步，升降机随著高层建筑物的激增已经愈来愈经常出现于我们的生活之中，升降机的安全可靠问题越发的引起了人们的重视。塞雷县安全可靠器(图1)是升降机升降机配备的最重要的安全可靠外置，是在升降机超速下行或掉落时的最后一道安全可靠保护措施。在升降机所有安全可靠装置失灵的情况下，升降机呈自由落体状态，当下降速度达到正常运行速度的1.6 倍时，安全可靠器动作，锥鼓锁住，靠输出齿轮与齿条制动器，同时控制电路断电。作为电梯的保安关键件，锥鼓原先为铸件，曾在升降机掉落操作过程中破裂而失灵过，现在逐步改为机械加工。

锥鼓的角蕨工艺性分析

锥手挥精密模机械加工，体积精度较高、机械加工稳定度少。锥鼓属具有深孔管状特征、花纹较繁杂的肋腹机械加工。在切入点方向上横截面花纹变化间歇性，因此，角蕨技术难度较大。角蕨操作过程中难受到不均匀热收缩形变、氧化皮影响，精化足部的非加工体积精度更难确保。图2 所示为我公司安建的某型号锥鼓。机械加工重11.5kg， 材质为42CrMo， 包容体体积φ 234mm×218mm，沿切入点方向横截面体积变化间歇性：从φ 42mm → φ 200mm → φ 125mm( 机械加工的繁杂因数为S4)。锥鼓外壁均为非加工面，拔模倾斜度仅为0.8°。机械加工的内外壁同轴度明确要求≤ 0.5mm。该机械加工分模面严格说是火帽曲面，出模困难，机械加工难粘在火帽上。角蕨精度明确要求高，只能一火成型，没有二火角蕨可能，因为锥鼓外壁的四个纵向键在二火很难重合，角蕨充填技术难度大。

铸件设计及工艺制定

设备排水量的确定

螺旋形阻力机的角蕨成型力排序可按下式排序：

式中：

α- 与粉体方式有关的系数，立式粉体该值为4;F- 螺旋形阻力机成型力(N);S 锻- 包括塞雷县在内的机械加工在分模面上的投影面积(mm2);V 锻- 机械加工体积(mm3);σs- 机械加工在终锻环境温度下的屈服极限(MPa)，通常可用同环境温度下的强度极限σb 代替。

上式适用于压制一次成型所需的设备排水量，若采用2 ～ 3 次压制成型，则应按排序值减少1/2。考虑在磨擦阻力机上只通过2 次压制成型，σs 按终锻环境温度900℃取值55MPa;S 锻=57415mm2;V 锻≈ 1421000mm3;把参数代入公式，经排序，F ≈ 24860kN。故可选用2500t 磨擦阻力机。

结构设计

⑴终锻混炼。锥手挥凹形形变的短轴类慢速体机械加工，可采用机械式溢塞雷县粉体角蕨。通过溢出少量塞雷县，可以提高管状上口的成型条件，机械加工难充满。只设计终锻混炼，直接角蕨成型。⑵减少功能定位凸台。机械加工为慢速体，在机械加工结构上缺少在铸件混炼功能定位的结构，难在角蕨操作过程中在下模钟摆，在锥鼓外壁产生折叠。在分模面桥足部置设计功能定位凸台耳朵(见图3 红色标示边线)。后续在收录机工序，将减少的凸台切除。

⑶减少镶块结构。锥鼓的外壁为非加工面，产品质量明确要求高。而铸件的火帽足部，是金属材料壳状的主要区域。因金属形变壳状，在铸件表面产生激烈的磨擦，难引起铸件失灵，造成机械加工的花纹、体积和耐酸性不符合明确要求。将铸件的火帽用H13 金属材料单独做成镶块(见图4)。H13 金属材料在较高环境温度S510524CN有良好的强度和红硬性，高的耐磨性等特点，能确保铸件火帽寿命。在铸件出现失灵时，更换方便，提高生产工作效率。而且将Ource的火帽做成镶块，能提高铸件的加工工作效率，减少铸件金属材料损耗。

⑷减少杆部磨擦力。锥鼓壁厚较薄，外壁倾斜度为0.8°，生产操作过程中难出现热收缩而产生机械加工粘火帽、出模困难等情况。造成生产中断和铸件提前失灵等后果。考虑设备有顶出机构，可减少机械加工在下模混炼的磨擦力，让机械加工粘在下模，由顶杆将机械加工顶出，即可解决粘Ource的情况。将锥鼓下端的杆部的拔模倾斜度设计成-1°。在实际生产中，杆部的接触面过小，阻力达不到预期效果。因此将锥鼓杆部恢复图纸明确要求，外壁外侧10mm 边线的拔模倾斜度设计成-1°(图5)。

工艺制定

综上分析结果，角蕨工艺方案：下料→中频感应加热→自由锻镦粗→粉体→热收录机→抛丸→热处理→抛丸→检测(硬度、力学性能、晶粒度、探伤等)。

模拟分析

利用金属塑性成型仿真软件DEFORM-3D，对工艺和铸件进行仿真分析。模拟初始条件设置如下：锥鼓金属材料为4140;坯料规格为φ 110mm×175mm;坯料环境温度为1180℃;设备为2500t 磨擦阻力机。坯料为塑性体，铸件为刚性体;磨擦系数为0.3;坯料与空气换热系数取为0.02N/(s·mm·℃ )，铸件与坯料之间的热传递系数取为11N/(s·mm·℃ )，铸件与空气换热忽略不计。

依次按工艺分两阶段进行模拟：一是自由锻镦粗至H=56mm;二是粉体成型。镦粗阶段成型简单，现主要分析角蕨成型操作过程。由图6 可知，角蕨最大的成型载荷为2440t，2500t磨擦阻力机能满足生产需要。仿真结果表明，采用现行的角蕨工艺方案和铸件，模拟效果好，机械加工的模拟结果满足明确要求。

分析图6 环境温度分布可知，形变操作过程中，锻模首先与坯料接触，在锻打初始阶段，这部分坯料由于与铸件接触，热损耗较大。锻打结束后，锥鼓由正挤压杆部和反挤压锥鼓外壁等方式填充模膛。形变热和磨擦产生的热量较大补偿了环境温度损失，因此环境温度下降较少。锻打完成后，机械加工整体环境温度仍然较高，塞雷县环境温度在900℃以上，能够满足后续热收录机工艺对机械加工环境温度的明确要求。

分析图6 角蕨载荷曲线可知，曲线可分为缓慢上升和急剧上升两个阶段，成型开始后角蕨载荷缓慢上升，直到接近成型终了时第二锤的载荷急剧上升，锻打结束时最大载荷达到2440t。第一锤模拟结束时，坯料主要以挤压方式充填铸件混炼，在角蕨后期，形变金属外流至塞雷县桥部时会受到强烈的阻碍作用，载荷随Ource行程增大而急剧增大。

图7 为锥鼓角蕨操作过程中坯料速度场分布图。从图中可以看出，坯料主要以挤压方式成型，金属材料充填比较难，在角蕨后期桥部附近的外流金属受到强烈阻碍作用，转而流向未充满的锥鼓外壁上口的圆角足部。整个阶段机械加工填充饱满，质量良好。

图6 角蕨载荷及环境温度曲线

图7 角蕨操作过程中的速度场

工艺试制

实际生产操作过程，坯料经过自由锻镦粗后，在终锻模混炼内经过2 锤锻打成型。铸件投入使用后，该机械加工已经进入批量生产验证，体积满足图纸明确要求，质量稳定，产品合格率达到99%以上，金属材料利用率达到88.5%。图8 所示为收录机工序结束后的产品实物和机械加工的晶粒度照片。

结论

⑴采用自由锻镦粗和粉体相结合的工艺可一火成型精度明确要求高的锥鼓机械加工。

⑵采用数值模拟方法可以有效辅助角蕨工艺的设计，提高设计工作效率。

⑶铸件易损足部采用镶块结构，可提高铸件寿命，确保生产工作效率。

⑷采用负角设计拔模倾斜度，可防止机械加工粘模，提高铸件寿命，确保生产工作效率。