鐵路貨車下側門折頁的工藝模擬及生產

文/唐林，唐振英，劉金海，朱巖·中車齊齊哈爾車輛有限公司

鐵路貨車下側門折頁是較為關鍵的鍛鋼件，應用在80t級通用敞棚車下側門上，產品結構如圖1所示，為長條類產品，鍛造后對頭部進行鉆孔，鍛件圖如圖2所示。該鍛件長度較長，寬度較小，在厚度方向比較薄。該鍛件平板部位存在凸起薄筋，頭部需鍛成實心圓頭，過渡處截面變化較大，給鍛造制坯帶來了一定的困難；由于該鍛件投影面積較大，需較大的變形力成形，采用較大噸位的鍛造設備。

模擬工藝方案

圖1 三維產品圖

對于該鍛件需在模鍛成形前進行制坯，制坯采用輥鍛的方式，進行三道次的輥鍛合理的分配坯料。輥鍛后毛坯如圖3所示。

軟件模擬

基于以上分析，采用鍛造仿真模擬軟件DEFORM對該產品進行模擬，分析該產品的工藝性及過程模擬分析，模擬過程如下：

采用PRO/E軟件對該產品進行實體建模，繪制出鍛件模具三維圖，如圖4、圖5所示。

模擬參數的設置

為了保證計算精度和提高計算效率，劃分網格為18萬個。工件溫度設置為1100℃，上下模具溫度設置為250℃，上模速度設置為200mm/s，材質為Q345D鋼。

圖2 三維鍛件圖

圖3 下料及三道次輥鍛件圖

圖4 模鍛上模

圖5 模鍛下模

模擬變形及計算結果

⑴初始模擬位置如圖6所示。

圖6 初始模擬位置

圖7 第58步變形抗力曲線

⑵模擬到第58步時，桿部凸起部分已基本成形，桿部飛邊開始產生如圖7所示，此時的變形抗力為2800t。

⑶模擬到第70步時，該鍛件已經完全成形如圖8所示，此時的變形抗力為6020t。

圖8 第70步變形抗力曲線

模擬結論

由于該鍛件為薄板類鍛件，且投影面積較大，經過模擬分析最終成形力要達到6020t。需采用較大噸位的鍛造設備進行鍛造生產。

工藝試制

根據模擬結果采用我公司6300t熱模鍛壓力機生產線進行生產，具體工藝流程如下：下料（帶鋸床）→加熱（感應爐）→輥鍛制坯（輥鍛機）→模鍛成形（6300t熱模鍛）→切邊（切邊壓力機）→整形（液壓機）→冷卻（冷床）→校直→打磨（砂輪機）→拋丸（拋丸機）。

輥鍛制坯

通過滑道將加熱后的坯料傳送到輥鍛機械手位置，采用三道次輥鍛完成輥鍛制坯后通過傳送機構傳送到機械手抓取位置。

輥鍛過程將坯料合理分配如圖9所示，頭部坯料不參與輥鍛變形，對桿部進行輥鍛成形。

圖9 輥鍛件

模鍛切邊成形

采用機器人將輥鍛出料臺上的輥鍛件夾取到6300t熱模鍛壓力機上進行模鍛如圖10所示，鍛件擺放位置準確平整。始鍛溫度不得低于1150℃，鍛模設計裝卸便捷、定位精準、并兼顧多種產品通用，鍛模設計后可采用下落法進行修復；鍛件頂出可靠下頂出采用8～10個頂桿頂飛邊，上頂出采用4～6個頂桿頂飛邊。頂桿處飛邊局部加強，在輥鍛處預留料。經過切邊成形及后續工序處理鍛件如圖11所示。

圖10 6300t熱模鍛壓力機

圖11 下側門折頁鍛件

結論

利用DEFORM數值模擬技術對下側門折頁成形力和變形情況進行了模擬分析。金屬流動平穩，未出現折疊缺陷；通過模擬成形過程中的最大成形力為6020t，確定可以在6300t熱模鍛壓力機上進行鍛造生產。

通過對下側門折頁的成形模擬，指導了下側門折頁鍛造工藝方案的制定、模具設計和鍛造設備的選擇，優化了工藝參數，縮短了產品的試制周期并降低了試制成本；通過實際生產和工藝調試，完成了該產品的批量生產，并成功地應用于80t級通用敞棚車。