叶鹏

（铁法煤业集团 小青矿，辽宁 调兵山112700）

1 概述

锚索托盘是井下支护的常用材料，煤矿生产过程中会产生大量的废旧U 型钢，将其有效利用，加工制做成锚索托盘可有效降低生产成本，为企业创造经济效益。小青矿每年使用锚索托盘1.5～2.0 万块，原有加工工艺是将废旧U 型钢锻造打平后再钻中心孔。托盘规格尺坟如下：长3000mm，宽2500mm，厚17mm，中心钻经25mm，重量9kg。由小青矿机电修造厂负责加工制造。

2 原有锚索托盘加工工艺

2.1 钢坯加热

将U 型钢坯料（250mm 每段）放入锻造车间加热炉内，加热60 分钟左右，达到900℃～1100℃，呈黄色或桔黄微红色。

2.2 锻打展平

由工人A 将加热好的坯料从加热炉内取出，然后由A、B、C三人配合放置在空气锤上锻打展平，由工人B 掌锤，打平后由工人C 放置在车间空地处，待其自然冷却。

2.3 半成品运输

由工人D 驾驶电瓶车，工人E 配合搬运，将锻打展平后的半成品拉运至机加车间钻床处。

2.4 钻孔

由工人F 利用钻床在托盘半成品中心部位钻一个直径∮25mm 的中心孔，完成全部加工工艺。

综上所述，原有加工工艺需要多人配合作业，工序繁琐，工人劳动强度高，生产效率低，安全性能差，不适应小青矿生产发展的需要。

3 锚索托盘模具的研发

3.1 模具研发

小青矿机电修造厂现有一台J53-300B 型双摩擦盘式压力机，设计模具要求要实现托盘加工一次成型，不能再有第二次加工。根据煤矿生产实际，经过多方论证，我们决定研发平面型模具：一是平面型模具加工简单，而且U 型钢本身厚度不是均匀的，展平后的托盘在中间及两边部位较厚，强度能够满足要求；二是平面型托盘在井下生产过程中已经大量使用，实践证明强度符合要求，安全是可靠的。所以为简化模具结构将托盘模具设计成平面型。

3.2 设计基本数据

3.2.1 U 型钢基本数据

小青矿井下生产产生的废旧U 型钢大部分都是36U 型，36U 型钢参数见表。

36U 型钢参数表

模具按36U 型钢参数进行设计，其他型号胚料只需修改下模宽度等相关参数即可快速完成设计改进。

3.2.2 双摩擦盘式压力机基本参数

型号：J53-300B

公称压力：3000kN

工作行程：0～700mm（滑块至平台距离）

平台尺寸：650mm×570mm

平台及滑块T 型孔间距：290mm

卸料空直径：∮70mm

滑块与导轨间隙：0.06mm～0.12mm

3.3 坯料展平试验方案

3.3.1 试验方案一

在U 型钢坯料加热后，直接用两个500mm×400mm×30mm 平钢板作为上、下模，将U 型钢压成平面，由于U 型钢两个侧面厚度不均匀，在薄弱点部位产生变形，不能将U 型钢展平，经5 次试验后失败。

3.3.2 试验方案二

模仿人工用C41-400 型空气锤锻打的方法，在U 型钢开口处加垫块（相当于“撑开”），然后在上模下压，多次试验更换不同宽度的垫块，其中110mm、120mm、130mm 宽度垫块分别试验10次（C41-400 型空气锤锤砧宽100mm，故从110mm 开始试验），结果发现，垫块在120mm 宽度时基本可以展平。

3.4 冲孔方案

考虑到冲压加工精度要求不是很高的因素，将冲头尺寸定为∮26mm，冲头部位不设计成复合模式，使冲头直接外露。在冲压过程中本应先将U 型钢展平，而冲头先接触会使坯料产生变形，但最终上模下压后依然会将坯料压平，故在此处做了100次冲压试验，成功率基本达到99%以上，所以直接简化设计，直接将冲头露出，不将模具设计成复合模式。

3.5 模具各个零部件参数

上、下安装板及卸料版：500mm×400mm×30mm。

下模：400mm×130mm×140mm。

上模：400mm×130mm×30mm。

冲头安装板：400mm×150mm×30mm。

冲头：∮50mm×∮30mm×∮26mm×106mm

卸料板拉杆A：∮40mm×500mm

卸料板拉杆B：∮30mm×305mm

以上为模具各个零部件的基本数据，具体结构见图。

锚索托盘模具结构示意图

3.6 模具装配间隙

滑块与导轨间隙在0.06mm～0.12mm 之间，因为冲头尺寸定为∮26mm，下模落料孔为∮27.5mm，经100 次冲压试验，成功率基本达到99%以上。卸料板拉杆与卸料板及下安装板的间隙为1.0mm，经2100 次冲压试验，无任何问题。

4 使用模具加工托盘的工艺

（1）将U 型钢坯料（250mm 每段）放入锻造车间加热炉内，加热60 分钟左右，达到900℃～1100℃，呈黄色或桔黄微红色。（2）由工人A 将加热好的坯料从加热炉内取出，然后由A、B 二人配合放置在托盘模具上，由工人B 操作压力机，模具动作一次直接将U 型钢坯料加工成托盘成品，然后放置在车间空地，待其自然冷却。

5 效益分析

原来每天加工120 块托盘，最少需要6 个工时，便用模具加工托盘最多需要2 个工时，每个工时按100 元计算，每年可节省人工费6 万元。除此之外，新工艺的采用提高了产品质，降低了工人的劳动强度，杜绝了搬运过程中磕手碰脚事故，降低了工人作业的危险性，对于矿井的安全高效发展具有重要意义。目前，此模具在我矿应用效果良好，运行稳定可靠。

6 设计展望

目前使用模具加工托盘还需要人工手动上料，下一步可根据现场实际设计一条可传送高温工件的自动化传送带，安装一些传感器及控制单元，将传送带与压力机实现联动，形成一个托盘生产加工的自动化流水线。