J形杠桿的鍛造工藝研究

■ 李立峰，劉兆嶺，藺 昊

集成制動裝置是我公司研制的一種新型制動裝置（見圖1），其將原車體下主要的制動配件集成到轉(zhuǎn)向架當(dāng)中，從而使車體下部節(jié)省大量空間，進而增加了車體的載貨能力，集成制動是未來鐵路貨車制動系統(tǒng)發(fā)展的方向。目前，我公司研發(fā)的集成制動裝置已經(jīng)大批量應(yīng)用于KM89煤炭漏斗車與SQ6型小汽車運輸專用車。J形杠桿（見圖2）是集成制動裝置中的關(guān)鍵零部件，外形為U形彎曲鍛件，圖樣要求J形杠桿均為模鍛件。

1. J形杠桿的結(jié)構(gòu)分析

J形杠桿為U形彎曲鍛件，組裝精度（主要是孔距和內(nèi)襠尺寸）要求嚴格，特別是鍛件在長度方向尺寸和內(nèi)襠尺寸要求均超出黑皮鍛件能達到的精度，同時由于滿足杠桿強度的需要，孔距邊緣的厚度也有嚴格要求，這就對鍛件彎曲后的軸線對齊有了嚴格的要求。

2. J形杠桿的鍛造工藝過程

J形杠桿為彎曲鍛件，形狀復(fù)雜，不能通過模鍛工藝直接成形，需要在模鍛工序后增加彎曲工序。根據(jù)車間現(xiàn)有設(shè)備配備狀態(tài)，制訂工藝過程為：加熱→制坯→加熱→模鍛→切邊→加熱→彎曲→修磨→檢查→交付。為保證彎曲后鍛件的尺寸和精度要求，我們設(shè)計制造了J形杠桿鍛造模具、彎曲及整形模具，冷熱狀態(tài)檢測量具等工裝。

（1）制坯 根據(jù)制訂的工藝過程，需要先模鍛出直板形狀杠桿（見圖3）。計算鍛件截面尺寸，頭部截面積是桿部截面積的3.2倍，因此模鍛前需要進行制坯。 根據(jù)車間現(xiàn)有設(shè)備情況，決定采取天然氣爐加熱、T/2進行自由鍛制坯的工藝方法，鍛制如圖4所示的坯料。通過計算鍛件最大截面尺寸，確定采用φ90mm圓料。由于采用燃氣爐加熱杠桿，為減少加熱時產(chǎn)生的氧化皮，采用少裝料、快速升溫的加熱方法進行加熱。

圖1 集成制動裝置

圖2 J形杠桿

圖3 制版形狀的杠桿

（2）模鍛 根據(jù)車間設(shè)備情況，選擇使用80MN摩擦壓力機為模鍛設(shè)備，配套切邊設(shè)備為20MN液壓機。鍛件投影面積為38622mm2，通過查閱手冊資料及和80MN摩擦壓力機設(shè)備能力對比，認為80MN摩擦壓力機可以滿足鍛造兩件杠桿所需要的打擊力，因此，我們設(shè)計的模具同時具備兩個模膛，鍛造時兩件杠桿同時鍛造，提高生產(chǎn)效率的同時，也保證了設(shè)備的安全可控。

（3）彎曲 彎曲工藝制訂。杠桿彎曲采用熱彎方案，工藝流程為：加熱→彎曲→長度整形→襠距整形→軸線對齊整形→長度測量→冷卻。分別設(shè)計了彎曲模具（見圖5、圖6）、整形模具（見圖7）及熱態(tài)檢測工裝（見圖8）。

其中，彎曲模下模和上模共有兩個方向的定位擋，即長度方向定位擋和軸向方向定位擋，其中，長度方向定位擋可以控制杠桿彎曲后的總長尺寸和小端彎曲后的長度，軸向方向定位擋可以控制鍛件彎曲后的軸線對齊情況。

杠桿加熱設(shè)備為天然氣室式爐，為保證杠桿表面質(zhì)量，必須減少杠桿加熱時氧化皮的產(chǎn)生。彎曲時加熱溫度控制在（900±10）℃，此溫度下氧化皮產(chǎn)生較少。

彎曲質(zhì)量控制。為保障杠桿強度和滿足組裝精度需要，J形杠桿的襠距尺寸和孔邊緣最小壁厚尺寸要求嚴格，在試制生產(chǎn)時，發(fā)現(xiàn)鍛件存在以下質(zhì)量問題：①鍛件長度尺寸存在較大波動。②鍛件存在不同程度的軸線對齊。③鍛件襠距尺寸存在較大波動，大部分超差。④部分鍛件平面度超差。

由于存在質(zhì)量問題，不合格J形杠桿需要返工修理，但返修后部分杠桿還存在以上質(zhì)量問題，需要重復(fù)返修，這些問題嚴重影響了生產(chǎn)進度，同時導(dǎo)致杠桿的成本居高不下。

經(jīng)過分析與試驗，認為問題的主要原因是：車間采用燃氣爐加熱杠桿，為降低加熱后氧化皮厚度，一直采用快速加熱的方式，杠桿會存在加熱溫度不均的情況，由于不同溫度下鋼的變形抗力不同，因此，杠桿彎曲變形時變形量也不相同，導(dǎo)致杠桿彎曲后存在上述質(zhì)量問題。

由于設(shè)備條件限制，只能使用燃氣爐加熱杠桿，且必須降低杠桿加熱時氧化皮的厚度，也就是杠桿加熱溫度不均勻的情況仍然存在，為保證質(zhì)量，設(shè)計了杠桿長度熱整形工裝，杠桿襠距和軸線對齊整形二合一工裝，和杠桿長度熱測量工裝，并對杠桿的彎曲流程進行了優(yōu)化，優(yōu)化后的彎曲工藝流程為：彎曲→長度整形→襠距整形→軸線對齊整形→長度測量（若長度不合格，返回第二步長度整形）→冷卻。

通過以上措施，J形杠桿的彎曲一次合格率達95%以上，極大地提高了生產(chǎn)效率。

圖4 坯料

圖5 彎曲模具下模

圖6 彎曲模具上模

圖7 整形模具

圖8 長度檢測工裝

3. 結(jié)語

通過對J形杠桿鍛件結(jié)構(gòu)的分析，根據(jù)本單位設(shè)備配備情況，制訂了一套鍛件的成形工藝過程和質(zhì)量控制方法。小批量生產(chǎn)時，上述工藝過程可滿足生產(chǎn)要求，但因采用三火次加熱及鍛件反復(fù)倒運，鍛件成本較高。在大批量生產(chǎn)時，可將加熱設(shè)備、制坯設(shè)備、模鍛設(shè)備和彎曲設(shè)備集中到一條生產(chǎn)線中，在一次加熱時完成全過程，有效提高生產(chǎn)效率和鍛件質(zhì)量，降低成本。