內燃機車滑動叉模鍛工藝研究

0 引 言

滑動叉是軌道交通內燃機車上用于傳遞扭矩的零件，采用模鍛工藝成型。滑動叉形狀復雜，一端為桿，另一端為叉頭，如圖1所示。原模鍛工藝為1模1件，在終鍛前使用自由鍛錘對坯料進行預制，使其形狀接近模膛形狀。自由鍛制坯過程可控性較差，制坯尺寸精度低，不易滿足工藝要求，且生產效率低，勞動強度大。預制坯在模膛內擺放時，無法保證其有效定位，上述不穩定因素易使鍛件出現廢品。

現采用1模2件合鍛工藝，將2個鍛件的叉口對合，形成一個圓環，消除原鍛件的叉頭形狀。合鍛工藝鍛件形狀為中心對稱階梯軸，形狀相對簡單，鍛造工藝流程為：下料→加熱→制坯→終鍛→切邊→檢查。鍛造時在壓力機上制坯，解決了原工藝易出現折疊等質量問題，操作簡便可靠，效率高，可節約原材料和鍛造工時。

小反芻獸疫病作為烈性傳染病之一，我國將其列為一類動物疫病。該病主要通過消化道以及呼吸道傳播，發病率和死亡率極高，不僅在很大程度上影響牧區羊群的健康成長，還會給養殖戶帶來不可估量的損失。

1 滑動叉成型原工藝

滑動叉鍛件質量為24.5 kg，總長為247 mm，桿部直徑

116 mm。原工藝為：下料（坯料規格150 mm×150 mm）、加熱、10 kN自由鍛錘預制坯、加熱、25 000 kN壓力機模鍛、切邊、熱處理，其中10 kN自由鍛錘預制坯和25 000 kN壓力機模鍛工序均需要6名操作工。

預制坯工藝變形過程如圖2所示，先使用壓棍在方坯上定位3處凹槽，再鍛出叉口形狀，最后拔長桿部，使預制坯形狀接近鍛件形狀，其過程復雜，生產效率低，勞動強度大。采用自由鍛工藝制坯，鍛件形狀尺寸由操作工控制，變形體之間尺寸差異較大，終鍛時部分變形體叉口部位無法放置在模膛內（見圖3），叉頭部位翹起，桿部下沉，導致金屬在填充上、下模膛時流動紊亂，造成叉頭處折疊缺陷，如圖4所示。

2 合鍛工藝

2.1 制定鍛造新工藝

根據生產經驗，螺旋壓力機公稱壓力選擇可按公式（1）確定。

2.2 鍛件圖制訂

鍛件形狀呈中心對稱分布，選取鍛件高度1/2處平面為鍛件分模面，為便于鍛件順利脫模，設定鍛件外拔模斜度為5°，內拔模斜度為7°，內孔拔模斜度為10°。考慮鍛件的復雜程度、后續鋸切工序及現場鍛制能力等因素，設定鍛件高度及寬度方向單面加工余量為4 mm，長度方向單面加工余量為12 mm。鍛件中心孔內切直徑

=

118 mm，孔深

=66.5 mm。

/

＜2.5，采用平底連皮，如圖6所示，結合車間以往生產經驗，選取

=20 mm，

=15 mm

。

計算鍛件體積

=6 381 cm

，鍛件相應外輪廓包容體體積

=13 374 cm

，鍛件復雜系數

=

/

=0.48，復雜系數為

級，鍛件材質系數為

級。參考GB/T 12362《鋼制模鍛件公差及加工余量》，確定鍛件尺寸公差，繪制鍛件圖如圖7所示

。

2.3 成型力的計算及設備選擇

將2個滑動叉叉頭對接，拼湊為新的形狀，如圖5所示。鍛件兩側桿部呈長軸類回轉體，中間為不完全球體，避免了原工藝鍛件的叉口形狀設計，預變形過程更為簡單。鍛件的重心與幾何中心重合，能保證坯料平穩放置于模膛內，不發生偏斜，終鍛時不易出現鍛造缺陷且新工藝鍛件更容易定位、裝夾。將鍛件整體車削后，再從中間鋸切，節約了加工工時，提升了加工效率。

式中：

——螺旋壓力機公稱壓力，kN；

——系數，鍛件輪廓比較簡單時，約為50 kN/cm

；

——鍛件總變形面積（包括鍛件面積、沖孔連皮面積及飛邊面積），cm

；

——變形系數，變形程度不大的鍛件取1.3。

根據預變形圖設計25 000 kN壓力機預變形工裝，為了使圓鋼在拔長變形過程中，金屬更易沿軸向流動，將臺階過渡圓角設計為

30 mm，過渡斜面為40°。將

150 mm圓鋼毛坯放置在預變形工裝下模上，完成第1次打擊變形后，毛坯翻轉90°完成第2次打擊變形。圓鋼毛坯經過2次打擊達到預變形圖規定形狀尺寸后，放置在終鍛模膛內，完成終鍛成型。

2.4 計算毛坯及預變形體

工裝設計時要注意模塊承擊面所受應力，防止分型面壓陷或壓崩，工裝材料選用5CrMnMo，按公式（2）對工裝強度進行校核，

=25 000 000/（660×340）=111.4 MPa<350 MPa，承擊面滿足要求

。

新工藝鍛件形狀簡單，不需要復雜的預制坯過程，可直接使用25 000 kN壓力機對規格為

150 mm圓鋼進行制坯，且終鍛時模膛更容易被充滿。將圓鋼拔長至截面形狀為矩形的階梯軸，結合計算毛坯圖截面積沿鍛件軸線分布情況，繪制預變形圖如圖9所示。根據預變形圖尺寸計算預變形體質量

=56 kg，

與

相差不大，預變形工藝設計合理

。

2.5 工裝制備

2.5.1 工裝設計

終鍛工裝模膛根據熱鍛件進行設計，熱鍛件的尺寸即為模膛尺寸，終鍛工裝結構如圖10所示

。

實現對圖書館紙質館藏、通過渠道獲得的數字資源（具有較好的元數據描述）和來自互聯網的數據資源（數據格式不統一、缺少結構化的數據描述）這三種不同的數據資源的統一管理和訪問。

鍛件在分模面上的投影面積為706 cm

，飛邊槽設計寬度為30 mm，充滿系數約為0.7，飛邊面積為411 cm

。

=50×（706+411）/1.3=42 961 kN，采用2～3次打擊成型，則按計算值減小一半，車間有25 000 kN高能螺旋壓力機，打擊能力滿足成型要求

。

主要分析預變形和終鍛成型過程。對預變形工裝、終鍛工裝及規格為

150 mm圓鋼三維實體建模，定義工裝為剛性體，圓鋼毛坯為塑性體。忽略毛坯和工裝之間的熱交換，減少計算時間，定義設備為25 000 kN壓力機，摩擦系數為0.4，預變形體溫度為1 150℃，工裝預熱溫度為250℃，設定網格邊長為2 mm，計算步長為0.7 mm。建立拔長預變形及終鍛成型有限元模型如圖11所示

。

根據平面變形假設，繪制計算毛坯圖如圖8所示，根據毛坯截面積變化曲線，使用微積分計算毛坯的體積。分段計算結果為：

=132 mm，

=1 570 cm

；

=38 mm，

=552 cm

；

=154 mm，

=2 512 cm

，總體積

=2

+2

+

=6 756 cm

，質量

=54 kg

。

2.豬傳染性胃腸炎（TGE）。各年齡的豬均易感，以2周齡以下的豬多發，且死亡率較高，仔豬吮乳后常出現嘔吐，不久出現劇烈腹瀉，排水樣黃色或灰色糞便，常有未消化的凝乳塊，惡臭，日齡越小，病程越短，死亡率越高。

式中：

——工裝底部單位面積所承受應力，MPa；

——設備公稱壓力，N；

——工裝底面實際面積，mm

。

3 有限元分析

3.1 有限元模型建立

2.5.2 工裝強度計算及校核

由于在實際處理時，雜波及噪聲的統計特性未知，某一距離門的雜噪協方差矩陣往往由其極大似然估計(MLE)形式代替，即

3.2 結果分析

進行第1次打擊變形，當變形工裝上胎模與圓鋼毛坯接觸后，繼續下壓51 mm，毛坯拔長至453 mm，再將毛坯翻轉90°進行第2次打擊變形，下壓95 mm，毛坯拔長至484 mm。毛坯經2次變形后，尺寸符合工藝要求，如圖12所示。選取

尺寸作為高度尺寸，將變形體放置在模膛內，進行終鍛成型，經2次打擊后金屬能充滿模膛，如圖13所示。

其中點狀空間主要指以散點形式布置于濱水活動場所的空間，如船艇、建筑、橋梁和水門關等；線狀空間主要指連接點狀和面狀空間的廊道，其本身也作為活動場所，如水系和濱水道路等；面狀空間主要指有一定的面積和開敞性的空間，如碼頭和水上聚落等（圖4～6，表3）。

4 現場試制

按擬定工藝進行試制生產，鍛件和飛邊總質量約54 kg。需進行1次加熱，按經驗取3%燒損量，計算下料質量為55.6 kg。參照有限元分析過程，使用25 000 kN壓力機預變形工裝進行預變形，預變形體能平穩放置在終鍛模膛內，如圖14所示。最后終鍛成型、切邊，經檢查測量，尺寸滿足工藝要求，無鍛造折疊缺陷，實際試制結果與有限元分析結果相符，如圖15所示。

5 原工藝與1模2件合鍛工藝對比

原工藝與新工藝對比如表1所示。新工藝比原工藝少一次加熱，減少了3%毛坯燒損，節約50%燃油消耗。新工藝省去了自由鍛錘預制坯工序，節約50%人工成本，提升了生產效率。新工藝增加了25 000 kN壓力機預變形工裝，但其簡單不易損壞，成本可忽略。新工藝使毛坯在終鍛前發生較大程度的變形，可有效清除加熱產生的大量氧化皮，防止氧化皮墊傷鍛件，新工藝1次成型2個鍛件，延長了模具相對使用壽命。

金融創新也就是對當前金融體制進行改革，同時增加全新的金融工具，屬于緩慢推進、持續性的發展過程。關于金融創新可從三個層面進行分析：首先，宏觀層面。在宏觀層面上的金融創新也可以理解為是金融發展的重大變革，將金融業的發展史視為不斷創新的歷史，其中的任何一項重大發展均需要建立在金融創新的基礎上。其次，宏觀層面。在此層面上的金融創新所指向的是金融既有尤其是銀行中介方面功能性的轉變，可進一步細分為技術創新與金融產品創新等。最后，微觀層面。在此層面上的金融創新實際上也就是金融工具的創新發展。

6 結束語

滑動叉為長軸叉類鍛件，原工藝采用1模1件生產，效率低，在叉頭處出現折疊缺陷；改為1模2件合鍛工藝生產，工序更為簡便，提高了生產效率，解決了生產中出現的鍛造質量問題，可降低鍛造成本，為同類鍛件的工藝及工裝設計提供一定的參考。

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