SSL牽引桿鍛造工藝方案優化

文/江斌，謝帥，楊宏偉.航空工業江西景航航空鍛鑄有限公司

近年來隨著我國高鐵行業的飛速發展，其安全性的要求愈加嚴格，機車所需鍛件尺寸精度、表面質量方面的要求也隨之嚴格起來，故合理的鍛造方法顯得尤為重要。國內生產牽引桿的廠家不少，各家的生產設備各不相同。我們公司在試驗、研究的基礎上，根據多年實踐，研究出一套針對牽引桿的鍛造方案，鍛制出的牽引桿鍛件技術水平滿足了廠家圖紙的設計要求，各項技術、經濟指標均達到了預期目標。

牽引桿鍛件工藝性分析

牽引桿是我公司新開發的一個產品。其三維造型如圖1所示。該鍛件理論重量28.2kg，實物稱重約29kg，材料牌號Q235。此牽引桿鍛件為模鍛成形，斷面呈工字形。為保證產品尺寸、機械性能以及脫碳層，需嚴格控制鍛造火次。由于鍛件機加后還需進行最終熱處理，因此該項產品以正火狀態交付即可。

圖1 牽引桿三維造型圖

牽引桿鍛造工藝優化過程

前期工藝策劃

圖2 Ⅰ版工藝荒形

設計人員考慮鍛件投影面積將其設計在10t模鍛錘進行最終成形，模具設計為單型腔，并設有彎曲槽，彎曲槽呈打彎狀。Ⅰ版工藝路線為：油爐加熱→3t自由鍛出坯→打磨→油爐加熱→10t模鍛一火（打彎+模鍛+切邊）→打磨→油爐加熱→10t模鍛二火→熱處理。下料規格為φ100mm×530mm，重32.6kg（實際用料規格φ120mm×390mm，重34.6kg），荒形見圖3。Ⅰ版工藝生產了1個批次。

圖3 Ⅱ版工藝荒形

按試制版工藝試制時存在較多問題，因模具設有彎曲型槽，故工藝荒形呈平直狀，模鍛時彎曲。但因彎曲槽設計不合理，模鍛操作時無法實現彎曲。故編制Ⅱ版工藝時對其進行了調整，Ⅱ版工藝路線仍同上，但下料規格調整為φ120mm×385mm，荒形見圖4。將荒形在出坯時進行彎曲。因自由鍛手工彎曲導致荒形彎曲后角度一致性較差。模鍛時荒形無法準確覆蓋模鍛型槽，導致鍛后筋條充滿情況太差，且油爐加熱時造成氧化皮較多，表面質量無法保證，產品質量很不理想。

圖4 Ⅲ版工藝荒形

工藝改進

為切實提高產品合格率，決定徹底將原工藝推翻，采用電感應加熱+輥鍛制坯+模鍛（彎曲+終鍛）的工藝模式。并對鍛模彎曲槽進行優化。此次改進，有效地提高了產品質量。Ⅲ版工藝路線為：電感應加熱→輥鍛制坯→10t模鍛（彎曲+終鍛）→熱切邊→熱處理。下料規格為φ100mm×570mm，重35kg，輥鍛件荒形見圖4，實現了一火鍛造成功，鍛件表面質量良好，幾何尺寸符合圖紙。在采用輥鍛制坯工藝時根據生產計劃數，先投入了50件作為小批量考核并合格生產。小批考核生產兩件時發現鍛件頭部與桿部過渡處存在夾傷，見圖5。

圖5 鍛件缺陷位置示意圖

原因分析

前期出現廢品，主要有以下幾個原因：

⑴鍛件荒形為啞鈴狀長桿類毛坯，靠人工來保證毛坯的一致性非常困難。

⑵毛坯為油爐加熱，熱效應不太理想，特別是二火時鍛件出爐后筋條部位冷卻較快，導致充填困難。

⑶Ⅰ版工藝采取直接自由鍛彎曲，其角度較難控制。

⑷毛坯頭部與桿部的拐點處是關鍵控制點，出坯時該處無法實現平滑過渡，難度大，導致模鍛時易產生夾傷、充填不滿等缺陷。

⑸模鍛為油爐加熱，氧化皮無法保證，由于鍛件桿部為非加工表面，表面質量要求較高，氧化皮坑嚴重影響鍛件表面質量。

⑹毛坯桿部料分料不均，料少鍛件缺肉，料多鍛件穿筋。

⑺圖5中出現的包傷為鍛打中金屬匯流造成，其原因是機械手鉗口不符合工藝要求，鉗口深度較淺，導致頭部料少，彎曲后坯料不能準確覆蓋終鍛型槽，模鍛時造成金屬匯流產生夾傷。

工藝定型

按前所述，采用電感應爐加熱→輥鍛制坯→模鍛一火成形的思路。為提高效率、降低輥鍛制坯的復雜系數，設計輥鍛模時只采用了一輥型槽。考慮輥鍛時坯料桿部將出現毛邊，故將鍛模彎曲型槽的毛邊避讓槽進行了優化改進。試制工藝下料規格分別為φ100mm×580mm和φ110mm×485mm各5件，雖然試制成功，但φ110mm×485mm規格毛料制坯后造成桿部毛邊大，彎曲后易卷入鍛件本體造成夾傷。故選用φ100mm×580mm規格，并及時對輥模圖紙進行局部調整，同時對鍛模彎曲槽進一步修理并更換相應鉗口。進行二次試制后，達到預期效果（圖6）。可滿足每批鍛件100%合格并優質交付。

結束語

圖6 合格鍛件

通過技術創新，解決了技術、工藝落后的局面，從根本上解決了生產力落后、效率低下、產品質量低下的問題，從而保證了產品的交付進度，創造了價值。改進后所體現的益處如下：

⑴減輕勞動強度，節約成本（人工打磨成本、燃料成本等）。

⑵可保證出坯一致性，簡化操作步驟。

⑶一火次成形，脫碳層滿足設計要求，鍛件表面質量得到明顯改善。

⑷縮短了生產周期，保證交付進度。

⑸提升客戶滿意度。