一种高强度圆环链的制造工艺

技术领域

本发明涉及圆环链技术领域，尤其涉及一种高强度圆环链的制造工艺。

技术背景

圆环链在矿用机械、船舶、起重设备等领域均具有广泛应用，常作为大型动力设备的牵引和传动部件，其工作过程中一旦出现断链会导致设备无法运行而影响整个工作面的生产进程，甚至会引发安全事故，因此圆环链对于强度和安全性具有极高的要求。目前，高强度圆环链的制造工艺大都一致，通常以高强度合金钢下料制取棒料，利用编链机弯成由两个直臂和两个弧形端构成的长圆状链环并编入链条之中，最后利用闪光对焊的方式对接头进行焊接，在上述现有制造工艺中，链环通常由一根棒料弯制而成而为单接头结构，在闪光对焊过程中链环会受到顶锻力而整体纵向缩短，两接头由于接合面上的熔化物质被挤出，存在一定的材料损耗，而不存在接头的另一直臂将通过塑形变形的方式进行相应性的缩短，并不存在材料损耗，这就导致成型后的链环两直臂的尺寸与形状不对等；与此同时，在顶锻过程中不存在接头的直臂所产生的塑形变形的均衡性难以预控，甚至会出现局部弯曲、局部粗大等显著不均匀的变形；此外，在顶锻过程中两弧形端受压往往也会产生一定的变形且变形状态是难以控制的；以上因素导致，采用现有工艺生产制造的圆环链的链环形状不标准、不统一，在工作过程中链环的受力分布不均衡，链环之间以及链环与链齿之间匹配性差易发生跳链、打牙、脱齿困难等不利现象，磨损速率较高，最终使得圆环链工作寿命低、传动效率较差、工作过程中易断链。另外，采用现有工艺制造高强度圆环链时，在闪光对焊的顶锻环节需要驱使环链整体纵向缩短，一方面由于材料损耗大而增加了圆环链的制造成本，另一方面由于需要的顶锻力较大而增加了生产设备的功耗。

发明内容

为克服现有高强度圆环链存在的上述不足，本发明提供了一种全新的高强度圆环链制造工艺，通过本工艺生产的高强度圆环链结构稳定，接头连接强度较高，尺寸精准，受力均衡，使用寿命长，可显著减低断链情况的发生。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种高强度圆环链的制造工艺，包括如下步骤：

1、预制棒料并预处理

对合金钢原料进行下料制得棒料，对棒料进行矫直使其趋于标准圆柱体，对棒料的两端分别进行切削，将棒料两端制成端面为斜面的斜面端，清除切削部位残留余料并确保斜面端的端面平整清洁；两斜面端的端面与棒料中心轴的夹角为n°；

2、预弯

根据棒料的两个斜面端各确定一个折弯平面，所述的折弯平面经过棒料的中心轴且与对应斜面端的端面的夹角角度为n°；将棒料的中段进行固定，对中段两侧的部分分别在对应折弯平面中进行180度压弯处理，迫使棒料塑性变形而形成两个一体连接的U形部，由此将棒料预制成非闭合的异形环体；在上述异形环体中，两个U形部尺寸参数一致且分别与对应斜面端的相对位置关系相同，两斜面端之间具有间隙以供与相邻的链环扣入相连；

3、编链

取一异形环体，借助两斜面端之间的间隙与相邻的链环相扣连接，将两U形部的圆弧部分分别夹紧，驱使两U形部绕棒料中段的中心轴进行相对扭转，使一斜面端的端面迎着另一斜面端的端面逐渐靠近直至两斜面端的局部搭靠抵顶在一起，此时两U形部仍处于不同的平面；

4、闪光对焊

利用夹具将两U形部的圆弧部分分别夹紧，同时将闪光对焊装置的两电极分别接于两U形部上靠近斜面端的位置，开启闪光对焊装置的电源，首先进入闪光阶段，将两斜面端的端面加热至融化状态，而后进入顶锻阶段，夹具将驱使两U形部绕棒料中段的中心轴进行相对扭转，直至两U形部处于同一平面中，在两U形部相对扭转的过程中两斜面端相互顶压而将接合面的熔化物挤出，最终两斜面端吻合并锻接在一起，此时两U形部构成一闭合长圆状的链环，该链环具有两直臂和两弧形端；切除焊缝处的飞边毛刺，以保证链环接头处外壁平滑整齐；

5、表面处理和热处理

对新编入并进行闪光对焊后的链环进行表面处理以去除链环表面杂质和毛刺，进行热处理以提升物理性能；

6、圆环链成型后处理

采用上述方式将圆环链编至预定长度，对成型后的圆环链进行拉伸校正，检验配对后即可浸漆入库。

本发明公开的高强度圆环链的制造工艺，相比现有技术具有如下技术效果：

在本制造工艺中，链环不会在顶锻阶段整体缩短，闭合成型的链环的两直臂较直且形态趋于相同，链环整体在制造过程中几乎不会产生意外变形，保证了编入同条圆环链中环链的尺寸形状标准、统一，在工作过程中链环的受力分布更加均衡，同时降低了因环链尺寸、形状不匹配所产生的高速磨损；由于结合面呈倾斜状态，相较以往的圆形焊缝增大了接头的有效焊接面积，在一定程度上提高了接头的连接强度，最终使圆环链的强度、寿命和传动效率得到了显著改善，大大降低了断链情况的发生。在制造过程中，链环不存在接头的直臂不会受顶锻而缩短，进而无需顶锻留量，在一定程度上减少了圆环链的材料成本，同时也降低了顶锻设备的功耗。

附图说明

图1为棒料下料状态示意图。

图2为棒料两端制成斜面端后的结构示意图。

图3为棒料斜面端的结构示意图。

图4为棒料弯制成异形环体的成型过程示意图。

图5为异形环体成型后的结构示意图。

图6为编链过程中异形环体扭转状态示意图。

图7为编链完成后异形环体的状态示意图。

图8为闪光对焊过程中异形环体扭转状态示意图。

图9为闪光对焊过程中两斜面端的配合示意图。

图10为闪光对焊完成后链环成型示意图。

图11为高强度圆环链的最终状态示意图。

图12为高强度圆环链的侧视图。

图中，1、棒料，101、中段，，102、斜面端，2、异形环体，201、U形部，3、链环，301、直臂，302、弧形端。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明公开的高强度圆环链的制造工艺进行详细说明。

23MnNiMoCr54合金钢是比较常用的高强度链条钢，利用其制作的高强度圆环链具有磨性能好，疲劳次数高，强度高，抗冲击能力强，承载负荷大等特点，本发明中的高强度圆环链采用23MnNiMoCr54合金钢进行制造。

本发明公开的高强度圆环链的制造工艺，其包括如下步骤：

1、预制棒料并预处理

参看图1-3所示，根据欲生产高强度圆环链型号的要求，选取相应规格的合金钢圆钢或盘条，进行拉直处理，利用精密棒料剪切机进行下料，制得预定长度的棒料1，采用矫直机对棒料1进行矫直处理，使棒料1外形趋于标准的圆柱体，可通过试站的方式进行检验筛选，对直度不合格的棒料1进行二次矫直；利用夹具将矫直合格后的棒料1夹持固定，采用精密刀具对棒料1的两端部分别进行切削处理，将棒料1两端制成端面为斜面的斜面端102，两斜面端102的端面与棒料1中心轴的夹角角度均为n°且n不等于90，完成上述预处理后，清除棒料1上残留的余料，并确保斜面端102的端面平整清洁；

2、预弯

参看图4、5所示，取一经过预处理的棒料1，针对该棒料1的两个斜面端102各确定出一个折弯平面，分别为平面a0和平面a1，平面a0和平面a1的夹角为∠β，所述的折弯平面经过棒料1的中心轴且与对应斜面端102的端面的夹角角度为n°；利用夹具将棒料1的中段101进行固定，对中段101两侧的部分分别在对应折弯平面中进行压弯处理，压弯角度为180度，迫使棒料1塑性变形而形成两个U形部201，两个U形部201经棒料1的中段101连接而为一体结构，由此将棒料1预制成一个非闭合的异形环体2，∠β使得两斜面端102之间具有间隙，该间隙可供异形环体2与相邻的链环3扣入相连；在上述制得的异形环体2中，两个U形部201的尺寸参数一致且分别与对应斜面端102的相对位置关系相同；

3、编链

参看图6、7所示，取一异形环体2，借助两斜面端102之间的间隙与相邻的链环3相扣连接，即连入已经编好的圆环链中，利用两个可以旋转的夹具分别将两U形部201的圆弧部分夹紧固定，驱使两个U形部201绕棒料1中段101的中心轴进行相对扭转，使一斜面端102的端面迎着另一斜面端102的端面逐渐靠近直至两斜面端102的局部搭靠抵顶在一起，此时两U形部201仍处于不同的平面，两斜面端102则处于相错对接状态；

4、闪光对焊

参看图8-12所示，利用两个可以旋转的夹具分别对新编入的异形环体2的两U形部201的圆弧部分进行夹紧，同时将闪光对焊装置的两个电极分别接于两U形部201上靠近斜面端102的位置，开启闪光对焊装置的电源，首先进入闪光阶段，在闪光阶段两斜面端102的端面被加热至融化状态，而后进入顶锻阶段，在顶锻阶段夹具将驱使两U形部201绕棒料1中段101的中心轴进行相对扭转，直至两U形部201处于同一平面中，在两U形部201相对扭转的过程中两斜面端102相互顶压而将接合面的熔化物i挤出，最终两斜面端102吻合并锻接在一起，此时两U形部201构成一闭合长圆状的链环3，该链环3具有两直臂301和两弧形端302；切除焊缝处由于熔化物i挤出而产生的飞边毛刺，以保证链环3接头处外壁平滑整齐；

5、表面处理和热处理

随着编链的进行，对新编入并进行闪光对焊后的链环3依次进行表面处理和热处理，表面处理以去除链环3表面杂质和毛刺，热处理用以提升圆环链的物理性能；

6、圆环链成型后处理

采用上述方式将圆环链编至预定要求的长度后，采用全自动拉伸校正机对成型后的圆环链进行拉伸校正，拉伸负荷采用破断负荷的85％，以此优化圆环链的性能；然后对圆环链的表面质量、尺寸、破断等项目进行检验，对检验合格后的圆环链进行配对，最后即可浸漆入库。

参看图8、9所示，在本高强度圆环链的制造工艺中，链环3并非由棒料1直接在同一平面内弯制成长圆状，而是首先将棒料1预制成由两个一体连接的U形部201组成的异形环体2，而后再通过扭转的方式使异形环体2变形为长圆状的链环3，并在扭转过程中完成闪光对焊，链环3不会在顶锻阶段整体缩短，基于该工艺特点，使得闭合成型的链环3的两直臂301较直且形态趋于相同，两弧形端302的形态也趋于一致，链环3整体在制造过程中几乎不会产生意外变形，保证了编入同条圆环链中环链的尺寸形状标准、统一，在工作过程中链环3的受力分布更加均衡，同时降低了因环链尺寸、形状不匹配所产生的高速磨损，延长了高强度圆环链的工作寿命，同时由于链环3的形状尺寸标准同一，在工作过程中与链轮的匹配性好，在一定程度上提升了圆环链的传动效率。

参看图6、8、12所示，在本高强度圆环链的制造工艺中，一方面，由于链环3的结合面即焊缝呈倾斜状态，相较以往的圆形焊缝增大了接头的有效焊接面积，在一定程度上提高了接头的连接强度和稳定性，另一方面，在编链和闪光对焊的过程中，棒料1的中段101会随着两个U形部201的扭转而产生塑性扭转变形，借此可使棒料1的中段101的物理性能获得一定的提升，在链环3工作过程中可以分担更多的载荷，提高了链环3的整体抗拉性能；基于上述因素，采用本工艺制造的圆环链的强度和稳定性更为优异，改善了以往圆环链接头处易断裂的不足。

在本高强度圆环链的制造工艺中，由于链环3不存在接头的直臂301不会受顶锻而缩短，进而无需顶锻留量，在一定程度上减少了圆环链的材料成本；而与此同时，由于无需对链环3整体在纵向上进行顶锻，进而降低了顶锻过程中所需要的功耗。

参看图2-4所示，在本高强度圆环链的制造工艺中，将棒料1两端切削制成斜面端102后，根据斜面端102的端面方向可以分别确定折弯平面a0和a1，平面a0和平面a1的夹角为∠β，在本工艺中对于∠α的数值具有两方面的要求；一方面，棒料1弯制成异形环体2后，两斜面端102之间的间隙大小由∠α直接决定，∠α的数值应该保证上述间隙能够供异形环扣入相邻的链环3之中，以进行后续的编链操作；另一方面，在编链和闪光对焊环节中，对两个U形部201扭转使两者构成闭合长圆状的链环3时的总扭转角度由∠α直接决定，∠α的数值应该保证上述扭转角度处于一个合理范围，以使棒料1的中段101可通过扭转变形来获得物理性能的显著提升，而非产生不利影响；因此，∠α基于上述两方面要求，通过调试检测对比即可获得一个最佳的数值范围，在预制斜面端102时对切削方向进行相应的调整，即可保证∠α为预定的数值。

参看图2所示，在上述高强度圆环链的制造工艺中，两斜面端102的端面与棒料1中心轴的夹角角度均为n°，n的最佳数值为：50＜n＜80，在此范围内即可保证闪光对焊可以顺利正常进行，同时又可保证接头焊接后具有较高的连接强度。

在上述高强度圆环链的制造工艺中，将棒料1压弯成异形环体2之前，对斜面端102的端面利用磨具进行打磨处理，使斜面端102的角度精准，端面光滑，以保证闪光对焊时接合面的焊接质量，从而提高接头的连接强度和稳定性。

在上述高强度圆环链的制造工艺中，在预弯环节中棒料1通过热压弯的方式弯制成异形环体2，在进行压弯之前，利用加热设备对棒料1进行加热，使待压弯部位的温度在800-850℃，在此温度下待压弯部位具有良好的塑性，可降低加工难度并提高加工精度，而同时可避免裂纹的产生。

在上述高强度圆环链的制造工艺中，在编链环节两个U形部201进行相对扭转前，利用加热设备对棒料1进行加热，使中段101的温度在700-750℃；在此温度下棒料1的中段101具有良好的塑性，可降低加工难度并提高两斜面端102的对接精度，而同时可避免棒料1的中段101产生裂纹。

进一步而言，在上述公开的高强度圆环链的制造工艺中，预弯和编链两个工艺环节是先后进行的，且使棒料1所保持的对应温度是递减的，考虑到这一特点，在预弯这一工艺步骤中，预先将棒料1整体加热至800-850℃，遂对中段101两侧的部分进行压弯处理，将棒料1弯制成异形环体2，在编链工艺步骤中,通过风冷方式对预弯后的异形环体2进行降温，待中段101的温度处于700-750℃时，驱使两个U形部201绕棒料1中段101的中心轴进行相对扭转；由此，对棒料1进行一次性加热后利用工件的余热可先后完成上述工艺步骤，可显著提升加工效率和降低工艺成本。

在上述高强度圆环链的制造工艺中，在热处理环节，首先通过正火工艺进行预先热处理，正火温度为820-880℃，保温20分钟，空气冷却；随后进行淬火，淬火温度为920-980℃，最后进行回火，回火温度为400-450℃，保温30分钟后快速冷却；通过对比分析，圆环链采用上述工艺参数进行热处理后，环链的组织更加均匀细化，抗拉强度和综合力学性能均得到了一定的提升。