16型鉤尾框鍛造工藝的研究

文/姚惠幸·齊齊哈爾軌道交通裝備有限責任公司

16型鉤尾框鍛造工藝的研究

文/姚惠幸·齊齊哈爾軌道交通裝備有限責任公司

姚惠幸，總經理辦公室秘書，工程師，主要從事鐵路貨車模鍛產品的鍛造工藝研究，完成了以17型、16型鍛造鉤尾框為代表產品的工藝設計和產品試制工作。

隨著國內鐵路提速重載的不斷推進，鐵路通用貨車隨之進行了大規模的升級換代，同時對鉤緩配件的承載能力及各方面性能都提出了更高的要求，鑄造配件向鍛造方向發展的趨勢愈發明顯。

目前，17型鍛造鉤尾框的鍛造工藝普遍采用的是一種鐵路貨車鉤尾框精密輥鍛模鍛復合成形技術，其生產工藝包括下料（φ160mm圓棒料）→中頻感應加熱→φ1000mm加強型輥鍛機上4道次部分成形輥鍛→3150t以上摩擦壓力機或高能螺旋壓力機上鍛造→切邊→在通用設備上用專用工裝或用專用液壓折彎機折彎→整形。整個鍛造過程一火就可完成，使用該技術可以提高產品質量，降低原材料消耗，提高生產效率，改善工人勞動條件。

16型鉤尾框是鐵路貨車鉤緩裝置的關鍵配件，應用于80C型敞車。80C型敞車是主要應用在大秦線上的運煤火車，此火車是翻斗車廂，因此要求車緩裝置軸向可轉動，這樣對16型鉤尾框的強度要求大幅提高，因此將鑄造16型鉤尾框改為鍛造16型鉤尾框迫在眉睫。

工藝方案的確定

16型鍛造鉤尾框具有異形、薄壁、內圓深腔、鉤尾銷孔形狀復雜的特點，鍛件圖如圖1所示。16型鉤尾框的中段和兩個平板與17型鉤尾框幾乎相同，但是16型鉤尾框的兩個頭部與17型鉤尾框的兩個頭部完全不同，這也是鍛造16型鉤尾框的難點。經過計算，16型鉤尾框的大頭需要料徑為φ180mm的坯料，而小頭需要料徑為φ160mm的坯料，我廠現有輥鍛機只能輥料徑最大為φ160mm的坯料，所以確定坯料料徑為φ160mm。而要滿足大頭需要的料徑，必須應用某種工藝使坯料的一端從φ160mm變為φ180mm。根據17型鉤尾框鍛造工藝的經驗來確定16型鉤尾框鍛造工藝，工藝路線為輥鍛→鐓頭→整體模鍛→切邊→彎曲。綜合考慮產品加工工藝，在鍛造過程中應該重點解決以下難點：

圖1 16型鉤尾框鍛件示意圖

⑴頭部內腔轉動套內球面不進行機械加工，需要精鍛成形。

⑵控制好頭部框板的厚度，減少外側和內圓腔的加工量。

⑶鉤尾銷孔復雜。鍛造過程中在凸凹部相接處體積較小，容易產生折疊，并且依靠機械加工方法，效率十分低下。

⑷尾部承載面四角處的過渡球形，也需要控制鍛造精度，不經過機械加工，就可達到產品圖紙要求。

確定工藝方案后，采用輥鍛→鐓頭→整體模鍛，使各工步模具相互配合，提高材料利用率，控制成本，提高生產效率，生產出質量合格的產品。

圖2 500/630t鐓鍛機

表1 500/630t鐓鍛機技術參數

工藝試制過程

試制條件

坯料材質為50鋼，坯料規格為φ160mm× Lmm(L在調試過程中確定)，坯料加熱溫度為1250～1280℃；模具材料為5CrNiMo，輥鍛模具為室溫，模鍛模具溫度為250～300℃。

試驗設備

試驗采用的設備主要有中頻感應加熱爐、用于鍛件二次加熱的燃氣爐、500/630t鐓鍛機、φ1000mm加強型輥鍛機（帶防彎曲脫料裝置）、用于切邊的2 000t液壓機、用于鍛件彎曲的專用液壓折彎機、8000t雙盤摩擦壓力機。

8000t雙盤摩擦壓力機是青鍛生產的型號為J53-8000，在此設備上完成模鍛。四道次精密輥鍛在加強型φ1000mm輥鍛機（帶機械手）上進行，該設備是北京機電研究所在引進德國EUMUCO公司技術的基礎上設計完成的，該設備具有液壓慢速啟動、快速輥鍛成形的特點，并采用偏心調整中心距和消除大齒輪齒側間隙的機構，輥鍛機的扭矩抗軸向力的能力較強。

為了滿足工藝要求使用500/630t鐓鍛機如圖2所示，主要技術參數見表1。

工藝試驗過程

采用高速帶鋸床下料使坯料兩個端面平整，保證長度尺寸的精確。送料機構自動將坯料連續送入加熱爐，中頻感應加熱爐將坯料加熱到1150～1200℃后將坯料從爐口推出，快速提料裝置將坯料快速拉出爐膛，經紅外測溫儀檢測后，溫度達到始鍛溫度的坯料由翻轉裝置將坯料送入輥道，推料氣缸將坯料送入輥鍛機一工位機械手的鉗口中。

16型鉤尾框輥鍛過程與17型鉤尾框輥鍛過程完全相同。當第四道輥鍛結束后直接將輥鍛件送到鐓鍛機進行鐓頭，鐓頭過程為將第四道次輥鍛件需要鐓頭的一端送進鐓鍛機，并且水平放置，壓緊油缸向下滑動把鍛件壓緊，之后鐓壓油缸水平伸出進行鐓頭，達到要求后鐓壓油缸和壓緊油缸同時縮回，完成鐓頭。鐓鍛后鍛件頭部如圖3所示。

圖3 鐓鍛后鍛件頭部

由于鐓頭后鍛件的溫度低于始鍛溫度，大約850℃左右（由操作過程決定），不能直接進行模鍛，需要二次加熱，燃氣爐就是二次加熱的設備。將鐓頭后的鍛件直接放進燃氣爐里進行二次加熱，由于鐓頭后的鍛件本身有850℃左右，加熱到1100℃大概需要40min，加熱時間比較短，對鍛件表面質量影響很小。

裝出料機將二次加熱后的鍛件運到預鍛模膛中，用夾鉗將鍛件擺正，打擊1次，完成預鍛后迅速移至終鍛模膛，連續打擊3～4次，完成模鍛過程。模鍛完成后，裝出料機將終鍛件運到2000t液壓機上進行切邊。由于切邊后鍛件的溫度還有800℃左右，可以滿足鍛件的彎曲，所以裝出料機直接將切邊后的鍛件運到專用液壓折彎機上進行彎曲，彎曲后的鍛件如圖4所示。

試驗結果與分析

經計算和試驗后選用φ160mm×980mm規格坯料可以完成鍛造，輥鍛件可以直接進行鐓鍛，再二次加熱后進行整體鍛造。試驗過程見表2。

試驗過程中產生的問題及解決方法

⑴鑲塊不脫模。產生原因是拔模斜度小，解決辦法為將拔模斜度5°改為7°、R5mm改為R10mm，如圖5、6所示。

⑵S面與內腔球面處未充滿，鉤尾銷孔缺肉，凹凸過渡處產生折疊，如圖7所示。產生原因為一側的圓料端頭橫截面積小，金屬流動性差，解決辦法為增大截面面積。

圖4 16型鉤尾框彎曲后鍛件

圖5 修改前鑲塊模

圖6 修改后鑲塊模

圖7 鉤銷孔處缺陷

圖8 框板過渡處缺陷

表2 試驗過程

⑶承載尾部與框板過渡處存在缺肉（圖8）。產生原因是鍛造尾部的成形未能按理論走料，未將框板整體進行拉伸，拉伸處正處于承載面與框板過渡處，所以造成缺肉。解決方法為修改R300mm和R500mm。經現場優化模具消除了以上鍛件缺陷，優化模具后鉤銷孔如圖9所示，框板過渡處如圖10所示，模具優化后生產的合格零件如圖11所示。

圖9 優化模具后鉤銷孔

圖10 優化模具后框板過渡處

圖11 16型鉤尾框成品圖

結束語

本文介紹了16型鉤尾框鍛造試制的全過程，驗證了16型鉤尾框鍛造工藝的合理性，用該工藝生產出了合格產品，鍛件成形良好，能滿足后序加工的要求。在試制過程中將鑲塊模的拔模斜度由5°改為7°和R5mm改為R10mm后解決了鍛件脫模問題，并能提高鑲塊模的使用壽命。鍛件鐓頭后直接進行二次加熱，產生的氧化皮很薄，并不影響鍛件的表面質量。