16型鉤尾框鍛造工藝的研究

文/姚惠幸·齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司

16型鉤尾框鍛造工藝的研究

文/姚惠幸·齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司

姚惠幸，總經(jīng)理辦公室秘書(shū)，工程師，主要從事鐵路貨車(chē)模鍛產(chǎn)品的鍛造工藝研究，完成了以17型、16型鍛造鉤尾框?yàn)榇懋a(chǎn)品的工藝設(shè)計(jì)和產(chǎn)品試制工作。

隨著國(guó)內(nèi)鐵路提速重載的不斷推進(jìn)，鐵路通用貨車(chē)隨之進(jìn)行了大規(guī)模的升級(jí)換代，同時(shí)對(duì)鉤緩配件的承載能力及各方面性能都提出了更高的要求，鑄造配件向鍛造方向發(fā)展的趨勢(shì)愈發(fā)明顯。

目前，17型鍛造鉤尾框的鍛造工藝普遍采用的是一種鐵路貨車(chē)鉤尾框精密輥鍛模鍛復(fù)合成形技術(shù)，其生產(chǎn)工藝包括下料（φ160mm圓棒料）→中頻感應(yīng)加熱→φ1000mm加強(qiáng)型輥鍛機(jī)上4道次部分成形輥鍛→3150t以上摩擦壓力機(jī)或高能螺旋壓力機(jī)上鍛造→切邊→在通用設(shè)備上用專用工裝或用專用液壓折彎?rùn)C(jī)折彎→整形。整個(gè)鍛造過(guò)程一火就可完成，使用該技術(shù)可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低原材料消耗，提高生產(chǎn)效率，改善工人勞動(dòng)條件。

16型鉤尾框是鐵路貨車(chē)鉤緩裝置的關(guān)鍵配件，應(yīng)用于80C型敞車(chē)。80C型敞車(chē)是主要應(yīng)用在大秦線上的運(yùn)煤火車(chē)，此火車(chē)是翻斗車(chē)廂，因此要求車(chē)緩裝置軸向可轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣對(duì)16型鉤尾框的強(qiáng)度要求大幅提高，因此將鑄造16型鉤尾框改為鍛造16型鉤尾框迫在眉睫。

工藝方案的確定

16型鍛造鉤尾框具有異形、薄壁、內(nèi)圓深腔、鉤尾銷(xiāo)孔形狀復(fù)雜的特點(diǎn)，鍛件圖如圖1所示。16型鉤尾框的中段和兩個(gè)平板與17型鉤尾框幾乎相同，但是16型鉤尾框的兩個(gè)頭部與17型鉤尾框的兩個(gè)頭部完全不同，這也是鍛造16型鉤尾框的難點(diǎn)。經(jīng)過(guò)計(jì)算，16型鉤尾框的大頭需要料徑為φ180mm的坯料，而小頭需要料徑為φ160mm的坯料，我廠現(xiàn)有輥鍛機(jī)只能輥料徑最大為φ160mm的坯料，所以確定坯料料徑為φ160mm。而要滿足大頭需要的料徑，必須應(yīng)用某種工藝使坯料的一端從φ160mm變?yōu)棣?80mm。根據(jù)17型鉤尾框鍛造工藝的經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定16型鉤尾框鍛造工藝，工藝路線為輥鍛→鐓頭→整體模鍛→切邊→彎曲。綜合考慮產(chǎn)品加工工藝，在鍛造過(guò)程中應(yīng)該重點(diǎn)解決以下難點(diǎn)：

圖1 16型鉤尾框鍛件示意圖

⑴頭部?jī)?nèi)腔轉(zhuǎn)動(dòng)套內(nèi)球面不進(jìn)行機(jī)械加工，需要精鍛成形。

⑵控制好頭部框板的厚度，減少外側(cè)和內(nèi)圓腔的加工量。

⑶鉤尾銷(xiāo)孔復(fù)雜。鍛造過(guò)程中在凸凹部相接處體積較小，容易產(chǎn)生折疊，并且依靠機(jī)械加工方法，效率十分低下。

⑷尾部承載面四角處的過(guò)渡球形，也需要控制鍛造精度，不經(jīng)過(guò)機(jī)械加工，就可達(dá)到產(chǎn)品圖紙要求。

確定工藝方案后，采用輥鍛→鐓頭→整體模鍛，使各工步模具相互配合，提高材料利用率，控制成本，提高生產(chǎn)效率，生產(chǎn)出質(zhì)量合格的產(chǎn)品。

圖2 500/630t鐓鍛機(jī)

表1 500/630t鐓鍛機(jī)技術(shù)參數(shù)

工藝試制過(guò)程

試制條件

坯料材質(zhì)為50鋼，坯料規(guī)格為φ160mm× Lmm(L在調(diào)試過(guò)程中確定)，坯料加熱溫度為1250～1280℃；模具材料為5CrNiMo，輥鍛模具為室溫，模鍛模具溫度為250～300℃。

試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)采用的設(shè)備主要有中頻感應(yīng)加熱爐、用于鍛件二次加熱的燃?xì)鉅t、500/630t鐓鍛機(jī)、φ1000mm加強(qiáng)型輥鍛機(jī)（帶防彎曲脫料裝置）、用于切邊的2 000t液壓機(jī)、用于鍛件彎曲的專用液壓折彎?rùn)C(jī)、8000t雙盤(pán)摩擦壓力機(jī)。

8000t雙盤(pán)摩擦壓力機(jī)是青鍛生產(chǎn)的型號(hào)為J53-8000，在此設(shè)備上完成模鍛。四道次精密輥鍛在加強(qiáng)型φ1000mm輥鍛機(jī)（帶機(jī)械手）上進(jìn)行，該設(shè)備是北京機(jī)電研究所在引進(jìn)德國(guó)EUMUCO公司技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)完成的，該設(shè)備具有液壓慢速啟動(dòng)、快速輥鍛成形的特點(diǎn)，并采用偏心調(diào)整中心距和消除大齒輪齒側(cè)間隙的機(jī)構(gòu)，輥鍛機(jī)的扭矩抗軸向力的能力較強(qiáng)。

為了滿足工藝要求使用500/630t鐓鍛機(jī)如圖2所示，主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

工藝試驗(yàn)過(guò)程

采用高速帶鋸床下料使坯料兩個(gè)端面平整，保證長(zhǎng)度尺寸的精確。送料機(jī)構(gòu)自動(dòng)將坯料連續(xù)送入加熱爐，中頻感應(yīng)加熱爐將坯料加熱到1150～1200℃后將坯料從爐口推出，快速提料裝置將坯料快速拉出爐膛，經(jīng)紅外測(cè)溫儀檢測(cè)后，溫度達(dá)到始鍛溫度的坯料由翻轉(zhuǎn)裝置將坯料送入輥道，推料氣缸將坯料送入輥鍛機(jī)一工位機(jī)械手的鉗口中。

16型鉤尾框輥鍛過(guò)程與17型鉤尾框輥鍛過(guò)程完全相同。當(dāng)?shù)谒牡垒佸懡Y(jié)束后直接將輥鍛件送到鐓鍛機(jī)進(jìn)行鐓頭，鐓頭過(guò)程為將第四道次輥鍛件需要鐓頭的一端送進(jìn)鐓鍛機(jī)，并且水平放置，壓緊油缸向下滑動(dòng)把鍛件壓緊，之后鐓壓油缸水平伸出進(jìn)行鐓頭，達(dá)到要求后鐓壓油缸和壓緊油缸同時(shí)縮回，完成鐓頭。鐓鍛后鍛件頭部如圖3所示。

圖3 鐓鍛后鍛件頭部

由于鐓頭后鍛件的溫度低于始鍛溫度，大約850℃左右（由操作過(guò)程決定），不能直接進(jìn)行模鍛，需要二次加熱，燃?xì)鉅t就是二次加熱的設(shè)備。將鐓頭后的鍛件直接放進(jìn)燃?xì)鉅t里進(jìn)行二次加熱，由于鐓頭后的鍛件本身有850℃左右，加熱到1100℃大概需要40min，加熱時(shí)間比較短，對(duì)鍛件表面質(zhì)量影響很小。

裝出料機(jī)將二次加熱后的鍛件運(yùn)到預(yù)鍛模膛中，用夾鉗將鍛件擺正，打擊1次，完成預(yù)鍛后迅速移至終鍛模膛，連續(xù)打擊3～4次，完成模鍛過(guò)程。模鍛完成后，裝出料機(jī)將終鍛件運(yùn)到2000t液壓機(jī)上進(jìn)行切邊。由于切邊后鍛件的溫度還有800℃左右，可以滿足鍛件的彎曲，所以裝出料機(jī)直接將切邊后的鍛件運(yùn)到專用液壓折彎?rùn)C(jī)上進(jìn)行彎曲，彎曲后的鍛件如圖4所示。

試驗(yàn)結(jié)果與分析

經(jīng)計(jì)算和試驗(yàn)后選用φ160mm×980mm規(guī)格坯料可以完成鍛造，輥鍛件可以直接進(jìn)行鐓鍛，再二次加熱后進(jìn)行整體鍛造。試驗(yàn)過(guò)程見(jiàn)表2。

試驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題及解決方法

⑴鑲塊不脫模。產(chǎn)生原因是拔模斜度小，解決辦法為將拔模斜度5°改為7°、R5mm改為R10mm，如圖5、6所示。

⑵S面與內(nèi)腔球面處未充滿，鉤尾銷(xiāo)孔缺肉，凹凸過(guò)渡處產(chǎn)生折疊，如圖7所示。產(chǎn)生原因?yàn)橐粋?cè)的圓料端頭橫截面積小，金屬流動(dòng)性差，解決辦法為增大截面面積。

圖4 16型鉤尾框彎曲后鍛件

圖5 修改前鑲塊模

圖6 修改后鑲塊模

圖7 鉤銷(xiāo)孔處缺陷

圖8 框板過(guò)渡處缺陷

表2 試驗(yàn)過(guò)程

⑶承載尾部與框板過(guò)渡處存在缺肉（圖8）。產(chǎn)生原因是鍛造尾部的成形未能按理論走料，未將框板整體進(jìn)行拉伸，拉伸處正處于承載面與框板過(guò)渡處，所以造成缺肉。解決方法為修改R300mm和R500mm。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化模具消除了以上鍛件缺陷，優(yōu)化模具后鉤銷(xiāo)孔如圖9所示，框板過(guò)渡處如圖10所示，模具優(yōu)化后生產(chǎn)的合格零件如圖11所示。

圖9 優(yōu)化模具后鉤銷(xiāo)孔

圖10 優(yōu)化模具后框板過(guò)渡處

圖11 16型鉤尾框成品圖

結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了16型鉤尾框鍛造試制的全過(guò)程，驗(yàn)證了16型鉤尾框鍛造工藝的合理性，用該工藝生產(chǎn)出了合格產(chǎn)品，鍛件成形良好，能滿足后序加工的要求。在試制過(guò)程中將鑲塊模的拔模斜度由5°改為7°和R5mm改為R10mm后解決了鍛件脫模問(wèn)題，并能提高鑲塊模的使用壽命。鍛件鐓頭后直接進(jìn)行二次加熱，產(chǎn)生的氧化皮很薄，并不影響鍛件的表面質(zhì)量。