制動圓銷扁銷孔熱沖模具的設計與應用

■ 田建忠

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制動圓銷是鐵道貨車轉向架制動系統中用于制動杠桿的連接件，通過安裝制動圓銷和扁尾銷，可有效防止制動件的脫落和丟失，確保車輛的行車安全，是鐵路新制貨車和既有貨車改造時強制要求使用的制動系列配件。

1. 制動圓銷扁銷孔制造工藝分析

制動圓銷由頭部和桿身兩部分組成，材質為合金結構鋼4 0 C r，桿身表面粗糙度為Ra6.3μm。桿身與頭部采用一次溫鐓成形，加熱溫度不高于750℃，桿身與頭部過渡部位不得切削加工成形，成形后的表面不允許存在折疊、飛邊、毛刺、裂紋等缺陷，采用可控溫度、可控氣氛的熱處理爐進行熱處理，表面硬度為45～55HRC，淬硬層深度2～6mm，桿身表面脫碳層深度不大于0.15mm。成形后頭部標識要求鐓出凸字，字高4mm，字跡應清晰、完整。扁銷孔不限制成形手段，要求成形后長度尺寸為18+10mm，寬度尺寸為6+10m m，根部圓角R1～R1.5 mm，扁銷孔成形后需進行表面發黑處理，黑色氧化膜應達到GB/T15519中的優質膜。

制動圓銷扁銷孔加工部位的具體要求如圖1所示。

根據制動圓銷扁銷孔加工部位的要求分析，扁銷孔的成形方法大致有以下幾種方案：

方案1：預制電極，采用電火花機床加工成形。

方案2：預鉆底孔后采用線切割機床按照編好的程序切割成形。

方案3：預鉆底孔后利用立式銑床加工成兩端呈半圓狀的長孔，再利用插床清除根部多余金屬。

方案4：設計專用模具，一次將扁銷孔熱沖成形。

綜合分析，其中方案1和方案2成形后精度較高，但存在效率低、成本高的弊端，方案3工序繁多，如接刀不好，會嚴重影響成形后的表面精度，只有方案4效率最高。由于是一次熱沖成形，且孔深比較大，熱沖后勢必在扁銷孔出入口處造成金屬流向變化，影響產品外觀質量，為此需在桿身處預留單邊加工量1.5mm，成形后通過切削加工去除熱沖后造成的表面缺陷，同時在模具設計時采用小間隙熱沖工藝，以保證扁銷孔成形后的質量。

成形后制動圓銷三維效果如圖2所示。

2. 制動圓銷扁銷孔熱沖模具設計

圖1 制動圓銷扁銷孔加工部位要求

制動圓銷扁銷孔熱沖成形時的沖擊力非常大，扁銷孔出入口處會出現不同程度缺陷，因此熱沖成形時需加大制動圓銷桿身處的直徑，取單邊余量1.5mm，毛坯料放置到模具型腔時，以桿身端部距扁銷孔一側12mm處定位，成形后通過切削加工的方法去除熱沖造成的缺陷。車削加工時，應保證扁銷孔距桿身端部尺寸12mm及倒角C5，長度截取時應嚴格按照鐓頭需要預留的金屬重量來考慮，之后對圓銷頭部進行一次溫鐓成形，滿足了成形后桿身與頭部過渡部位不得切削加工成形的工藝要求。

圖3為制動圓銷扁銷孔熱沖模具結構。模座1與下模6通過內六角螺栓配合定位銷連接在一起，導向銷7與下模6為過盈配合，與上模8為間隙配合，上模8依靠導向銷7與下模準確合模，毛坯端面與定位螺釘4側面進行軸向定位。沖頭9受上模8中扁長孔的約束與精確導向，單邊間隙為0.10～0.15mm，通過沖頭與上模扁長孔的精確配合，可對沖頭起到有效的保護與導向作用，防止沖頭折斷后傷及模具。沖頭與下模扁長孔的單邊間隙采用小間隙配合，并應確保四周的間隙均勻一致，單邊間隙控制范圍為：0.30～0.35mm。上下模及沖頭材質均采用3Cr2W8V熱模具鋼制造，熱處理硬度58～65HRC。由于在制動圓銷扁銷孔熱沖成形過程中，沖頭承受了較大沖擊力，操作時稍有不慎就有可能使沖頭折斷、崩刃，因此需準備一定數量的備品，以免影響正常生產。

圖2 制動圓銷三維效果

制動圓銷扁銷孔熱沖成形選用設備為450kg空氣錘，模具與工作臺無需固定，可自由放置在設備的工作臺面上。工件桿部采用中頻感應局部加熱，加熱溫度680～730℃，加熱時間70～90s，并采用遠紅外測溫儀進行實時測控，為防止過熱現象，加熱到規定溫度后應迅速將工件毛坯放置于模腔內對扁銷孔進行熱沖成形。

具體操作時，當加熱后毛坯放入模具定位后，首先應輕點氣錘，使沖頭輕微進入毛坯表面進行預定位，第二錘應施加重力向下沖壓，一般情況下，第三錘即可將沖頭連同多余金屬沖出扁孔。使用過程中要注意對模具和沖頭及時進行冷卻，同時要及時清除模腔內的金屬氧化皮。

制動圓銷扁銷孔熱沖模具剖分結構如圖4所示。

制動圓銷扁銷孔熱沖模具三維效果如圖5所示。

圖5 制動圓銷扁銷孔熱沖模具三維效果

圖3 制動圓銷扁銷孔熱沖模結構1.模座 2.內六角螺栓M6×30 3.定位塊 4.定位螺釘 5.六角螺母M16 6.下模 7.導向銷 8.上模 9.沖頭

圖4 制動圓銷扁銷孔熱沖模具剖分結構

3. 結語

制動圓銷扁銷孔熱沖模具投入使用后，產品質量滿足了設計要求，生產效率也得到了極大提高。實踐證明，該模具具有結構簡單、制造容易、操作方便、效率效高的特點，為滿足低成本制造創造了有利條件，同時對類似產品的深孔熱沖成形也具有一定的借鑒和示范作用。