貨運列車支撐座鍛造成形過程分析

文/郝新，張瑞·內蒙古工業大學黨麗·陜西國防工業職業技術學院

貨運列車支撐座鍛造成形過程分析

文/郝新，張瑞·內蒙古工業大學黨麗·陜西國防工業職業技術學院

郝新，教授，主要從事金屬塑性成形技術與理論的研究，負責主持過國家重大軍品項目和大型固體火箭發動機的研制，曾獲得中國航天科技進步二等獎一次，國防科工委科技進步三等獎一次。

鐵路貨運列車支撐座形狀復雜，具有高筋、型薄等特點，多采用精密鑄造工藝成形。但支撐座是鐵路貨車轉向架上關鍵受力部件，其產品性能直接影響鐵路貨車速度及載重。由于鑄造件內部組織常存在氣孔、縮松、裂紋等缺陷，使得其制品的機械性能、疲勞韌性偏低，并且承受動載能力及抗沖擊性能也較差。很難滿足當前鐵路運輸高速、重載、安全的需求。由于鍛造成形過程可有效消除鑄造過程的氣孔、縮松等缺陷，提高制品的綜合性能，為此探討支撐座的鍛造成形過程金屬流變行為，為合理設計模具結構提供理論依據具有重要意義。

有限元模型構建

根據支撐座結構，當進行單件鍛造成形時，在鍛造成形過程中將造成錯模力大、鍛件錯差嚴重的現象。針對此現象，將左支撐座與右支撐座合二為一進行整體鍛造，如圖1所示。然后通過機械加工進行分離，毛坯材料為Q235-D，尺寸為φ170mm×265mm，始鍛溫度為1280℃，模具材料為H13，溫度為300℃，有限元模型如圖2所示。

模擬結果分析

鍛造過程金屬的流動行為如圖3所示。隨著行程的增加，坯料均勻的向四周延展，逐漸充滿模膛，當行程為252mm時完成終鍛。終鍛后形成的飛邊體積也比較均勻，鍛件沒有出現折疊、充不滿等鍛造缺陷。

圖1 鍛件實體模型

圖2 有限元模型

圖3 鍛造成形過程

鍛造成形過程的金屬流線如圖4所示。根據圖4可知，金屬在鍛造初始鐓粗階段，坯料均勻向四周流動，當行程接近146mm時，坯料開始主要向左右兩側流動，產生飛邊。上面的飛邊主要由左右兩側金屬流動而形成。終鍛后鍛件流線較均勻，說明成形性能較好。

圖4 鍛造成形過程金屬流線變化

終鍛后模具所受的等效應力如圖5所示。由圖5可知，隨著鍛造過程的增加，模具所受等效應力逐漸增加。當終鍛完成后，上模的等效應力主要分布在支撐座頂部，且分布較均勻。下模等效應力主要集中在下兩條棱邊的中間部位。

圖5 模具等效應力分布

根據模擬結果加工制造了鍛造模具，在80MN熱模鍛壓力機上進行首次試鍛。采用一火鍛造成形，鍛件成形過程中存在邊緣圓角處未充滿、底板厚度超厚的現象。產生這種現象的主要原因是坯料在鍛模中的初始位置有偏移。調整后再次試鍛，鍛件成形情況良好，消除了未充滿缺陷。成形后進行拋丸處理的支撐座如圖6所示。

圖6 進行拋丸處理的支撐座

支撐座采用左、右連體鍛造，模鍛件為一模兩件，鍛造成形后需“一剖二“進入后續工序。鍛件采用天然氣爐加熱，鍛后進行正火熱處理，然后風冷，對熱處理后的鍛件進行拋丸處理，對熱處理后的支撐座鍛件進行拉伸試驗和沖擊試驗，其機械性能如表1所示，符合要求，沖擊試驗在-20℃的條件下進行。

表1 支撐座機械性能

結束語

采用有限元數值模擬技術結合鍛造實驗，獲得了支撐座的合理鍛造工藝及模具結構，實現了支撐座的鍛造生產。