1、117 号货车钩尾框精密辊锻-模锻工艺试验与结果分析第 3 届全国精密锻造学术研讨会论文集（2008 年 12 月3-5 日江苏盐城） 铁路货车 17 型钩尾框精密辊锻模锻复合成形技术工艺试验与结果分析 北京机电研究所 蒋鹏 付殿禹 杨勇 余光中 曹飞 齐齐哈尔齐车集团宏兴锻业有限责任公司 刘强 卜文学 王凯 陈明达 摘要 介绍了铁路货车 17 型钩尾框精密辊锻模锻复合成形技术工艺试验与结果分析。该技术将钩尾框的难成形部位在加强型辊锻机上精密辊锻成形至成品尺寸，减少了后续模锻打击力。通过工艺试验，解决了折叠、咬肉、截面充不满、2飞边过大或位置不合适等问题，最终得到合格的锻件。 关键词：铁路货车
2、；17 型钩尾框；精密辊锻模锻复合成形技术 1 引言 目前，重载和提速是国内铁路的主要发展方向之一。这就要求从技术上保证铁路车辆的一些关键零件的强度和可靠性能够适应重载和提速的要求，因此以前采用铸造工艺生产的零件现开始改用锻造工艺生产，即铁路车辆关键零件铸改锻的趋势明显1。 铁路货车钩尾框是具有薄壁、深腔、异形大孔的大型长轴类结构零件，两端是深腔结构，并且有两段很薄的长臂，整体形状是很复杂的零件。该零件在铸改锻初期曾尝试过整体锻造的工艺方案，但需要较大的设备（16 吨模锻锤） ，材料消耗量大，需消耗大量机加工工时，效率低，成本高，未能推广。目前钩尾框一般采用采用自由锻制坯后大吨位摩擦压力机展开
3、模锻后折弯的工艺成形，由于制坯精度差且效率低，需多火次成形，成本较高，目前国内已有多家工厂具备生产能力，这种工艺一般需要两火或三火才能成形，在名义吨位 31500kN 摩擦压力机终锻时由于打击力很大，设备超载严重。为了提高设备打击能力，适应钩尾框的锻造工艺要求，国内设备厂家已先后开发出公称力为40000kN，63000kN，80000kN 重锻摩擦压力机。该工艺方3案的缺点是：自由锻制坯效率低，火次多，材料利用率低，模锻打击力过大，综合成本较高。 现代锻造发展的主要方向是降低成本，提高劳动率，所以上述工艺应作优化和改进。借鉴汽车前轴精密辊锻整体模锻的成功经验，提出了钩尾框精密辊锻模锻复合工艺方
4、案，其工艺流程为：下料中频加热四道次精密辊锻预锻终锻切边弯曲整形焊接热处理机加工。此工艺方案优点如下2： 1）锻造坯料只需一次加热，从而降低加热成本； 2）合理设计多道次精密辊锻工艺和模具，可有效地解决复杂锻件截面差大的问题，使精辊锻件形状更接近于这类锻件展开后的直线形状和尺寸，以辊锻实现部分锻件净形或近净形成形，减少锻件飞边，节省原材料； 3）采用大型辊锻机自动辊锻技术，可大大提高生产效率，并减轻工人的劳动强度； 4）由于大部分的变形由精密辊锻工艺完成，减轻了终锻设备和模具的负荷，延长了设备和模具寿命； 5）以上因素的综合结果是大大降低锻件生产成本。 钩尾框精密辊锻过程中金属流动复杂, 影响
5、因素多, 目前还难以进行特别准确的理论分析, 致使辊锻工艺实际结果与设计要求存在一定误差，在本研究项目中，虽用三维模拟软件进行了比较细致的模拟工作3，但仍不能完全反映实4际工作状况，因此钩尾框精密辊锻工艺必须经过工艺实验和调试过程后才能进入批量生产阶段。本文将介绍 17 号钩尾框精密辊锻模锻复合成形技术的工艺实验与结果分析。 2 工艺试验 2.1 试验条件 坯料材料：45 钢 204 蒋鹏 付殿宇 杨勇等：铁路货车 17 型钩尾框精密辊锻模锻复合成形技术工艺试验与结果分析 坯料尺寸:160mm890mm 坯料加热温度：1200左右 模具材料：5CrNiMo 模具温度：辊锻模具为室温 模锻模具为
6、 250300 试验设备： (1) 中频感应加热炉， (2) 1000mm 辊锻机，(3) 8000T 摩擦压力机， 图 1 1000mm 辊锻机 所用中频感应加热炉是由西安博大电炉有限公司生产，型号为 KGPS1250/0.4，可将坯料加热至精密辊锻工艺所要求的温度（11501200） 。精密辊锻在加强型1000mm 辊锻机及机械手上进行，该设备是北京机电研究所在引进德国 EUMUCO 公司技术的基础上设计的，具有液压慢速启动、快速辊锻成形的特点，并采用偏心调整中5心距和消除大齿轮齿侧间隙的机构。经改进后，辊锻机的扭矩、抗轴向力的能力明显加强。模锻设备是青锻生产的型号为 J538000 双盘
7、摩擦压力机，公称力为 80000KN。 2.2 试验过程 （1）加热 送料器将放在料斗中的坯料连续送入加热炉，同时将加热至始锻温度的坯料从炉口推出，快速提料装置将坯料快速拉出炉膛，经红外测温仪检测后，温度达到始锻温度的坯料由翻转装置将坯料送入辊道，由推料汽缸将坯料送入辊锻机一工位的机械手的钳口中。 （2）辊锻 机械手钳口夹持坯料端部（钳口深约 50mm） ，锻辊旋转一周后停转，完成第一道辊锻。然后机械手大车横移至二工位，同时夹钳逆时针旋转 900 （夹钳的 90 度） ，机械手伸进至二工位的纵向始位，辊锻机的离合器第二次结合，锻辊旋转一周后停转，完成第二道辊锻。机械手的大车横移至三工位，同时钳
8、口顺时针旋转 900 （即回到夹钳的 0 度） ，机械手伸进至三工位的纵向始位，辊锻机的离合器第三次结合，锻辊旋转一周后停转，完成第三道辊锻。机械手大车横移至四工位，此工位夹钳不旋转（处在夹钳的 0 度） ，机械手伸进至四工位的纵向始位，辊锻机离合器第四次结合，锻辊旋转一周后停转，完成第四道辊锻。在第四道辊锻将要完成之前，安在辊锻机右力柱上的托料架6伸出，托住第四道辊锻件的尾部，此时传送带上的接料架升起接住锻件，托料架缩进同时夹钳张开，接料架下落，锻件落放到传送带上的小车上，完成精密辊锻过程。图 2所示为托料架缩进和接料架下降过程。 （3）模锻 传送带上的小车在钢丝绳的带动下，将辊锻件运到传送
9、带远离辊锻机的一端，四个工人将辊锻件迅速架放到锻模（锻模已预热）终锻模膛中，用夹钳将锻件摆正，连续打击四次，完成模锻过程。 205 第 3 届全国精密锻造学术研讨会论文集（2008 年 12 月 3-5 日江苏盐城） 图 2 托料架缩进和接料架下降 3 试验结果与分析 3.1 框板辊锻中出现的问题及解决方法 （1）框板处折叠 原因是第二道辊锻过程中在图 3a 所示阴影部位（上下对称）产生飞边，导致四道辊完后在框板部位产生折叠。将第二道辊锻模相应部位的圆角倒大，截面圆滑过渡后，此现象得以解决。 a） 7b ） 图 3 第 2 道辊锻件及其影响而产生的框板折叠 a）第二道辊锻件 b）框板处的折叠
10、（2）框板边缘局部未充满 框板边缘局部未充满的原因主要在于第三道相应部位来料不够，经分析确定是第三道辊锻件图 4 所示 B-B 截面圆角 R27.5 过大。将 R27.5 在数控机床上加工为 R5 后，第四道辊出来的锻件框板处充满情况较理想。 B-B 7.5R2BBBB 图 4 第三道辊锻件图 （3）框板较宽 四道辊完后，框板较宽（辊完后框板宽148mm，相应锻模型腔宽 146.9mm） ，导致在放入终锻模膛中时，框板处骑在型腔上，在框板处产生二次飞边。辊锻中产生的飞边到模锻上时，温度已经降低，如果在这些飞边的部位再产生二次飞边，金属将很难流动，大206 蒋鹏 付殿宇 杨勇等：铁路货车 17
11、型钩尾框精密辊锻模锻复合成形技术工艺试验与结果分析 大增加了打击力，最终导致模锻打不靠，锻件超厚，两头的耳朵充不满。因此将第四道辊锻模框板处相应型槽宽8度由原来的宽 148 高 38.2 修改为宽 146 高 38.2，修后锻打情况明显改观，消除了框板处的二次飞边，而且锻件超后情况以及耳朵的充满情况都得到大大的改善。 3.2 中间屁股部位和过渡部位在辊锻中出现的问题及解决方法 （1）过渡部位飞边较大、过渡段较小 所谓过渡区是指两头圆棒料与框板之间的连接部位以及框板与中间屁股的连接部位，过渡部位经辊锻后飞边较大，在模锻时也产生了二次飞边，同样增加了打击力，影响模锻锻件厚度尺寸。 图 5 辊锻过渡
12、部位产生的飞边 图 6 模锻产生的二次飞边 图 5 所示是辊锻过渡区（图中圈所表示部位）产生的飞边，图 6 所示为模锻在相应部位产生的二次飞边。过渡段较小，在辊锻完后两头的圆棒料（130mm）较长，在模锻上反映两头的料多，尤其是头部飞边（图 6 圆圈中所示）超厚 10 个左右。解决的方法是将两头的过渡区段相应辊锻模第四道次的型腔变窄加深，即将 A-A 截面对应的辊锻模型腔由原来的 19050 修改到 162.662（体积不变原则） ，同时把过渡段加长（大约 30mm） ，修改后在过渡区产生二9次飞边的现象得到很好的解决，而且模锻两头料多的问题也得到了明显改观。图 7 所示为第四道辊锻件图。 C
13、-C19050A-AACAACAl16816868l2 图 7 第四道辊锻件图 （2）中间屁股出现的问题 a）第四道辊锻模屁股处的飞边设计超厚。b）四道辊锻完后，框板的长度不同，l1 l2两者相差 10mm（图 7 所示） 。c)由于框板的长度不同，辊锻后中间的屁股不能很好的落入模锻的型腔中，屁股的一端骑在型腔上，模锻时屁股的一端参与变形，导致模锻时料向一头串。解决的方法首先将辊锻模第四道屁股处的飞边由原来的 15mm 改为 5mm（先在相应处堆焊，然后在数控机床上加工） 。把屁股靠近 l1 一端的 68mm(图 7 所示)尺寸修模后到 78mm，这样不仅很好的解决了屁股处在终锻后飞边超厚的问
14、题，同时也解决了框板前后长度不同的问题。由于中间屁股的加长，最终使得屁股整个落在终锻模的型腔上，使得屁股的两端在模锻时都参与变形，也很好的解决了模锻时料串的问题。 207 第 3 届全国精密锻造学术研讨会论文集（2008 年 12 月3-5 日江苏盐城） 3.3 模锻中出现的问题 模锻中主要出现以下几个问题：1)框板和过渡的部位产生二次飞边。2）不能很好定位。3）耳朵充不满。4)整体超厚。10上诉几个问题，通过修改辊锻模，前两个问题都得到很好的解决，耳朵充满情况也有明显改善。通过以上辊锻模的修改，整体超厚由原来的 10mm 减小到 3.5mm。最后把终锻没的整个下模的承击面落了 4mm，最终打出的锻件超厚1mm 多点，耳朵几乎完全充满。图 10 为最终打出的锻件图。图 10 最终打出的锻件 4 结束语 采用精密辊锻模锻的工艺生产钩尾框，在技术上和经济上都有了明显的提高，即降低了产品的成本，同时又提高了产品的质量和工人的劳动条件。有利于资源的节约和环境的保护。 参考文献 1 蒋鹏，胡福荣.制坏辊锻在铁路车辆组合式制动梁中间支柱生产中的应用.机械工人，2005，(12)：22-23. 2 蒋鹏，付殿禹，杨勇.锻造工艺与装备在机车车辆生产中的若干应用.金属加工（热加工） ，2008， （9）：22-25，28 3 蒋鹏，付殿禹，曹飞，余光中,胡福荣.铁路货车钩尾
