內(nèi)燃機(jī)車滑動叉模鍛工藝研究

0 引 言

滑動叉是軌道交通內(nèi)燃機(jī)車上用于傳遞扭矩的零件，采用模鍛工藝成型?；瑒硬嫘螤顝?fù)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(jìn)行預(yù)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(chǎn)效率低，勞動強(qiáng)度大。預(yù)制坯在模膛內(nèi)擺放時，無法保證其有效定位，上述不穩(wěn)定因素易使鍛件出現(xiàn)廢品。

現(xiàn)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(huán)，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(jī)上制坯，解決了原工藝易出現(xiàn)折疊等質(zhì)量問題，操作簡便可靠，效率高，可節(jié)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(fā)病率和死亡率極高，不僅在很大程度上影響牧區(qū)羊群的健康成長，還會給養(yǎng)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(zhì)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(guī)格150 mm×150 mm）、加熱、10 kN自由鍛錘預(yù)制坯、加熱、25 000 kN壓力機(jī)模鍛、切邊、熱處理，其中10 kN自由鍛錘預(yù)制坯和25 000 kN壓力機(jī)模鍛工序均需要6名操作工。

預(yù)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(yù)制坯形狀接近鍛件形狀，其過程復(fù)雜，生產(chǎn)效率低，勞動強(qiáng)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(nèi)（見圖3），叉頭部位翹起，桿部下沉，導(dǎo)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(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，螺旋壓力機(jī)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(shè)定鍛件外拔模斜度為5°，內(nèi)拔模斜度為7°，內(nèi)孔拔模斜度為10°。考慮鍛件的復(fù)雜程度、后續(xù)鋸切工序及現(xiàn)場鍛制能力等因素，設(shè)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(nèi)切直徑

=

118 mm，孔深

=66.5 mm。

/

＜2.5，采用平底連皮，如圖6所示，結(jié)合車間以往生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，選取

=20 mm，

=15 mm

。

計(jì)算鍛件體積

=6 381 cm

，鍛件相應(yīng)外輪廓包容體體積

=13 374 cm

，鍛件復(fù)雜系數(shù)

=

/

=0.48，復(fù)雜系數(shù)為

級，鍛件材質(zhì)系數(shù)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(jì)算及設(shè)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(cè)桿部呈長軸類回轉(zhuǎn)體，中間為不完全球體，避免了原工藝鍛件的叉口形狀設(shè)計(jì)，預(yù)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(wěn)放置于模膛內(nèi)，不發(fā)生偏斜，終鍛時不易出現(xiàn)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(jié)約了加工工時，提升了加工效率。

式中：

——螺旋壓力機(jī)公稱壓力，kN；

——系數(shù)，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(shù)，變形程度不大的鍛件取1.3。

根據(jù)預(yù)變形圖設(shè)計(jì)25 000 kN壓力機(jī)預(yù)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(shè)計(jì)為

30 mm，過渡斜面為40°。將

150 mm圓鋼毛坯放置在預(yù)變形工裝下模上，完成第1次打擊變形后，毛坯翻轉(zhuǎn)90°完成第2次打擊變形。圓鋼毛坯經(jīng)過2次打擊達(dá)到預(yù)變形圖規(guī)定形狀尺寸后，放置在終鍛模膛內(nèi)，完成終鍛成型。

2.4 計(jì)算毛坯及預(yù)變形體

工裝設(shè)計(jì)時要注意模塊承擊面所受應(yīng)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(qiáng)度進(jìn)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(fù)雜的預(yù)制坯過程，可直接使用25 000 kN壓力機(jī)對規(guī)格為

150 mm圓鋼進(jìn)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(jié)合計(jì)算毛坯圖截面積沿鍛件軸線分布情況，繪制預(yù)變形圖如圖9所示。根據(jù)預(yù)變形圖尺寸計(jì)算預(yù)變形體質(zhì)量

=56 kg，

與

相差不大，預(yù)變形工藝設(shè)計(jì)合理

。

2.5 工裝制備

2.5.1 工裝設(shè)計(jì)

終鍛工裝模膛根據(jù)熱鍛件進(jìn)行設(shè)計(jì)，熱鍛件的尺寸即為模膛尺寸，終鍛工裝結(jié)構(gòu)如圖10所示

。

實(shí)現(xiàn)對圖書館紙質(zhì)館藏、通過渠道獲得的數(shù)字資源（具有較好的元數(shù)據(jù)描述）和來自互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)資源（數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一、缺少結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)描述）這三種不同的數(shù)據(jù)資源的統(tǒng)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(shè)計(jì)寬度為30 mm，充滿系數(shù)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(jì)算值減小一半，車間有25 000 kN高能螺旋壓力機(jī)，打擊能力滿足成型要求

。

主要分析預(yù)變形和終鍛成型過程。對預(yù)變形工裝、終鍛工裝及規(guī)格為

150 mm圓鋼三維實(shí)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(jì)算時間，定義設(shè)備為25 000 kN壓力機(jī)，摩擦系數(shù)為0.4，預(yù)變形體溫度為1 150℃，工裝預(yù)熱溫度為250℃，設(shè)定網(wǎng)格邊長為2 mm，計(jì)算步長為0.7 mm。建立拔長預(yù)變形及終鍛成型有限元模型如圖11所示

。

根據(jù)平面變形假設(shè)，繪制計(jì)算毛坯圖如圖8所示，根據(jù)毛坯截面積變化曲線，使用微積分計(jì)算毛坯的體積。分段計(jì)算結(jié)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(zhì)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(fā)，且死亡率較高，仔豬吮乳后常出現(xiàn)嘔吐，不久出現(xiàn)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(yīng)力，MPa；

——設(shè)備公稱壓力，N；

——工裝底面實(shí)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(qiáng)度計(jì)算及校核

由于在實(shí)際處理時，雜波及噪聲的統(tǒng)計(jì)特性未知，某一距離門的雜噪?yún)f(xié)方差矩陣往往由其極大似然估計(jì)(MLE)形式代替，即

3.2 結(jié)果分析

進(jìn)行第1次打擊變形，當(dāng)變形工裝上胎模與圓鋼毛坯接觸后，繼續(xù)下壓51 mm，毛坯拔長至453 mm，再將毛坯翻轉(zhuǎn)90°進(jìn)行第2次打擊變形，下壓95 mm，毛坯拔長至484 mm。毛坯經(jīng)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(nèi)，進(jìn)行終鍛成型，經(jīng)2次打擊后金屬能充滿模膛，如圖13所示。

其中點(diǎn)狀空間主要指以散點(diǎn)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(guān)等；線狀空間主要指連接點(diǎn)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(xiàn)場試制

按擬定工藝進(jìn)行試制生產(chǎn)，鍛件和飛邊總質(zhì)量約54 kg。需進(jìn)行1次加熱，按經(jīng)驗(yàn)取3%燒損量，計(jì)算下料質(zhì)量為55.6 kg。參照有限元分析過程，使用25 000 kN壓力機(jī)預(yù)變形工裝進(jìn)行預(yù)變形，預(yù)變形體能平穩(wěn)放置在終鍛模膛內(nèi)，如圖14所示。最后終鍛成型、切邊，經(jīng)檢查測量，尺寸滿足工藝要求，無鍛造折疊缺陷，實(shí)際試制結(jié)果與有限元分析結(jié)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(jié)約50%燃油消耗。新工藝省去了自由鍛錘預(yù)制坯工序，節(jié)約50%人工成本，提升了生產(chǎn)效率。新工藝增加了25 000 kN壓力機(jī)預(yù)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(fā)生較大程度的變形，可有效清除加熱產(chǎn)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(chuàng)新也就是對當(dāng)前金融體制進(jìn)行改革，同時增加全新的金融工具，屬于緩慢推進(jìn)、持續(xù)性的發(fā)展過程。關(guān)于金融創(chuàng)新可從三個層面進(jìn)行分析：首先，宏觀層面。在宏觀層面上的金融創(chuàng)新也可以理解為是金融發(fā)展的重大變革，將金融業(yè)的發(fā)展史視為不斷創(chuàng)新的歷史，其中的任何一項(xiàng)重大發(fā)展均需要建立在金融創(chuàng)新的基礎(chǔ)上。其次，宏觀層面。在此層面上的金融創(chuàng)新所指向的是金融既有尤其是銀行中介方面功能性的轉(zhuǎn)變，可進(jìn)一步細(xì)分為技術(shù)創(chuàng)新與金融產(chǎn)品創(chuàng)新等。最后，微觀層面。在此層面上的金融創(chuàng)新實(shí)際上也就是金融工具的創(chuàng)新發(fā)展。

6 結(jié)束語

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

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