株洲车辆厂3t模锻锤是50年代进口设备, 主要承担前盖、后挡、车钩钩尾、扁销等车辆配件的生产, 是一种受冲击载荷、打击振动很大的锻压设备。其锤头是一个整体, 主要由锤杆活塞、锤杆、锤头等组成, 一般统称为锤头。锤头质量为3.4, 材料为42CrMo。锤头外形结构见图1。

      该锤头报废是在锤头的下活塞环槽底面根部处断裂并脱落造成的见图2。其主要原因是（1）锤头在工作过程中受冲击载荷作用,在下活塞环槽根部产生应力集中。（2）活塞环槽根部没有圆角, 加工时容易因加工刀痕而产生毛细裂纹。（3）锤头工件大, 热处理困难, 容易产生热处理缺陷。

1          修复方案的选择
        方案1：将活塞部分全部用车床加工切除, 镶一个套, 然后再加工成活塞, 开活塞环槽, 套的外形尺寸为∅620mmx220mm(环槽处直径为390mm), 毛坯质量为340kg,成品加工费用为6000元。
       方案2:将断裂部分用电弧焊焊接起来,再加工成形。锤头材料为铬钥结构钢, 其可焊性能差, 而且焊接面不规则, 不好施焊, 焊后的使用性能得不到保证。
       方案3:现有两个报废锤头, 一个是在装模具的燕尾部分有裂纹, 一个就是现在这个在活塞环槽处断裂损坏的。想将两个凑成一个锤头, 这种方案加工起来比较麻烦, 使用的可靠性也不一定能保证。
       方案4:在车床上将断裂处的毛细裂纹加工消除, 然后在原活塞强度足够的地方, 重新加工一道活塞环槽, 安装活塞环, 保证锤头在打击过程中, 起到密封作用。

2修复方案论证

      对第4个方案也提出了几个疑问:第一,修复后锻锤在打击时是否有力, 是否影响打击速度第二, 活塞长度原先为200mm, 因为脱落了65mm“ , 活塞导向长度减小了, 是否会影响锤头上下运动的导向第三, 活塞杆在使用时, 强度能不能得到保证。
       就上面提出的间题, 进行了全面的技术论证。

2.1打击力和打击速度
       对于这个问题, 还是从锻锤的工作原理来看。见图3。

     当上汽室充汽, 下汽室向大气排空, 锤头向下运动, 进行锻打工作当下汽室充汽, 上汽室向大气排空, 锤头向上运动, 这时锤头提起。
     (1)要保证锤头上、下正常运动, 只要能解决活塞在汽缸内的运动位置就可以了。它可以由锤头的操纵机构和锤杆的长度来控制, 操纵机构是原来正常使用的, 锤杆的长度也没有改变。虽然活塞因为断裂脱落了一块,但是它的工作性能并没有改变, 所以锤头的正常运动是可以保证的。
     (2)要保证锤头的打击能量, 关键的一点是要解决提锤的间题, 也就是说要将的锤头和多的模具从静止的水平面提到一定的高度, 而且能固定在任意高度, 以得到一定的势能, 并将这种势能释放出来, 达到锻造打击的目的。锻锤的打击能量可以由下式计算：

从上式可以看出, 落下部分最大质量为锤头与模具质量之和, 为已知数锤击速度与活塞上平面面积和上汽室的工作压力有关,而活塞面积、上汽室的工作压力都没有改变,所以锤头的打击能量就不会减小。
      （3）活塞环必须要有良好的密封性能, 才能使活塞在汽缸内上、下汽室不窜汽。锤头的上下运动就能得到保证。

  2.2锤头上、下运动导向问题
        活塞在锻锤工作中的主要作用是通过其上、下平面承受蒸汽膨胀时的压力来推动锤头运动。运动时, 只有活塞环与汽缸壁接触,活塞并没有与汽缸壁接触, 在通常情况下, 活塞并不起导向作用。锤头在上下运动时, 起导向作用的主要是两个部分锤头的导向槽和锤杆的轴向圆弧部分, 这两个部分并没有改变, 所以锤头运动导向不会存在间题。
使用强度问题
      从上面分析可知, 活塞在工作中, 所受外力主要由上、下平面承担, 当然在活塞环起密封作用时, 还受到了一定的附加轴向力, 并将此轴向力传递给活塞环槽, 但是活塞环主要是起密封作用, 它的刚度和强度, 相对活塞而言就小得多, 所以活塞环对活塞的破坏作用很小, 因此活塞的强度也可以保证。
3    修复设计与制造
对最优方案进行了可行性分析论证后,便可开始修复设计和制造。
    3.1修复设计
    下活塞环槽被破坏后, 只剩上活塞环槽,所以只要在活塞强度足够的地方加工出一道活塞环槽安装活塞环, 就可以保证活塞的密封性, 使锤头正常运动。修复设计见图4。

 (1)从活塞顶部往下25mm处加工出一道活塞环槽见图4, 其他尺寸不变。为防止断裂处毛细裂纹扩展, 在车床上用加工的方法将毛细裂纹消除, 表面粗糙度达Ra12.5µm.
    (2)使用的聚四氟乙烯尼龙活塞环要在外力作用下才能撑开。根据活塞工作原理, 设计了从下汽室进汽, 在活塞上钻一个通孔, 使其与两道活塞环槽相通, 然后在活塞上平面处通过过盈装配将通孔堵上。
  3.2制造
        这个修复方案最简单, 用车床和钻床就完成了加工, 加工周期短, 费用低, 总加工费只有元。
使用效果该锤头自年月投入使用至今,性能良好, 完全达到了修复设计的预期效果,节约资金万多400元。