鍛造鉤舌制造工藝研究與應用

費強

（遼寧鐵道職業技術學院，遼寧 錦州 121000）

鉤舌是貨車鉤緩裝置中的重要零件，鉤舌是兩貨車連掛的重要組成部分，在工作中連接車鉤和車體中梁來傳遞牽引力和制動力，其設計及制造質量直接影響使用壽命及行車安全[1]。隨著貨車向高速化、牽引重載化發展，鉤緩裝置在列車運行過程中受到的載荷愈加復雜，車鉤使用條件進一步惡化，鉤舌疲勞斷裂也日漸頻繁，疲勞失效是導致貨車分離事故發生的主要原因之一，直接關系到貨車運行的安全性。

1 鑄造鉤舌現狀

目前，中國鐵路貨車使用的車鉤裝用的鉤舌均為鑄造鉤舌，鑄造鉤舌是結構復雜的整體鑄造件，在鑄造過程中難免會出現鑄造缺陷，鑄造鉤舌在運用中的主要失效形式表現為斷裂和磨耗超限。在使用過程中產生疲勞裂紋是鑄造鉤舌斷裂的主要原因，而在使用過程中的摩擦和磨粒磨耗是鉤舌磨損超限的主要原因。

2 鍛造鉤舌簡介

為改善鑄造鉤舌的裂紋及磨耗超限等問題，提高鉤舌的疲勞壽命、延長運用檢修周期，中國先后完成了F 型、CQ 型、16D 型鍛造鉤舌的生產工作，如圖1所示。鍛造鉤舌材質采用高強度優質碳素合金鋼，鍛造工藝形成的纖維組織的力學性能和抗疲勞性能明顯優于鑄造組織，強度儲備高。鍛造鉤舌的使用壽命達6年，遠高于鑄造鉤舌3 年的使用壽命。鉤舌位置名稱如圖2 所示。

圖1 鍛造鉤舌三維示意圖

圖2 鉤舌位置名稱圖

3 鍛造鉤舌制造流程

根據鍛造鉤舌的結構和設計基準，可采用立鍛和橫鍛2 種方式進行鍛造，流程如下。

鍛造鉤舌（立鍛）的制造流程：下料→加熱→模鍛→切邊→修磨→加工（畫線→鏜孔→銑坐鎖面→銑內S 面→銑外S 面→銑牽引臺、沖擊臺→銑護銷凸緣）→打磨→樣板檢測→熱處理→拋丸→探傷→油漆。

鍛造鉤舌（橫鍛）的制造流程：下料→加熱→模鍛→切邊→修磨→加工（畫線→鏜孔→銑坐鎖面→銑內S 面→銑牽引臺、沖擊臺→銑護銷凸緣）→打磨→樣板檢測→熱處理→拋丸→探傷→油漆。

4 鍛造成型與加工流程對比分析

目前3 種鍛造鉤舌中，F 型和CQ 型鉤舌采用立式鍛造成型，16D 型鍛造鉤舌采用橫鍛成型，具體如圖3所示。

圖3 橫鍛與立鍛示意圖

采用立鍛成型時，除鉤舌銷孔、標旗孔外，所有位置均留加工量。畫線時，以牽引臺、沖擊臺毛坯面為基準，同時參考內外S 面確定鉤舌銷孔，再以鉤舌銷孔為基準，完成坐鎖面、內S 面、外S 面（F 型鉤舌增加減重槽加工工序）、沖擊和牽引臺等加工工序。

采用橫鍛成型時，除鉤舌銷孔、標旗孔外，外S面無加工量，內S 面加工量1～2 mm，牽引臺、坐鎖面加工量較大。

畫線時，以內外S 面為基準確定鉤舌銷孔，再以鉤舌銷孔為基準，完成座鎖面、內S 面、沖擊和牽引臺等位置的加工工序。

通過對3 種鍛造鉤舌加工時間節拍現場寫實，3種鍛造鉤舌總加工時間分別為25.9 h、26.8 h、25.5 h，各工序具體時間節拍如圖4 所示。

圖4 鍛造鉤舌加工工序時間對比圖

通過圖4 可以看出，橫鍛與立鍛的鍛造鉤舌總加工時間差別不大，立鍛鉤舌各位置均需要加工完成，而橫鍛鉤舌外S 面（含減重槽）鍛造成型，不需要加工，但沖擊臺、牽引臺、護銷凸緣加工量較大。橫鍛與立鍛鉤舌制造流程優缺點如表1 所示。

表1 鍛造成型與加工流程優缺點對比表

5 熱處理與內控加工尺寸的調整

鍛造鉤舌加工后，經樣板檢測后均合格，但經熱處理后，發現鉤舌牽引臺、沖擊臺尺寸變化較大。以F型鍛造鉤舌為例，牽引臺、沖擊臺尺寸熱處理前后變化具體如表2 所示。

表2 F 型鍛造鉤熱處理前后尺寸變化表（單位：mm）

由表2 可以看出，F 型鍛造鉤舌熱處理前后牽引臺最大變形量為1.1 mm，沖擊臺熱處理前后最大變形量為0.4 mm。經對F 型鍛造鉤舌結構及牽引臺沖擊臺（R92.50-1）尺寸公差帶分析，再結合鉤舌熱處理后變形量的變化，對F 型鉤舌牽引臺加工尺寸進行工藝內控，牽引臺加工尺寸按R149-0.5-1進行內控，確保熱處理后，牽引臺熱處理變形后尺寸在R149+1-0.6要求范圍內。為了確保F 型鍛造鉤舌熱處理后尺寸均符合圖紙要求，增加鍛造鉤舌二次檢測工序，保證送下工序的鍛造鉤舌尺寸均合格。經后期驗證，F 型鍛造鉤舌牽引臺內控后，F 型鍛造鉤舌牽引臺尺寸符合樣板檢測間隙要求。

依據F 型鍛造鉤舌熱處理前后變形量規律，在CQ型鉤舌生產時，提前做好牽引臺、沖擊臺的加工尺寸內控，確保熱處理后牽引臺、沖擊臺變形后尺寸在公差范圍內變化，具體如表3 所示。

表3 CQ 型鍛造鉤熱處理前后尺寸變化表（單位：mm）

由表3 可以看出，CQ 型鍛造鉤舌熱處理前后牽引臺最大變形量為0.6 mm，且熱處理后牽引臺、沖擊臺尺寸符合要求，沒有尺寸超差。經對F 型和CQ 型鍛造鉤舌結構分析發現，這2 個鍛造鉤舌上下牽引臺厚度不一樣，具體如圖5 所示。從圖中可以看出，CQ 型鍛造鉤舌上下牽引臺尺寸大于F 型鍛造鉤舌上下牽引臺尺寸，由此可見，鍛造鉤舌牽引臺熱處理前后變形量的大小與鉤舌結構有一定關系，鍛造鉤舌上下牽引臺尺寸越大，變形量越小。

圖5 F 型與CQ 型鍛造鉤舌對比圖（單位：mm）

6 結束語

通過對橫鍛與立鍛成形工藝的對比分析，發現不同型號鍛造鉤舌加工時間相差不大，橫鍛在鍛造效率、能源消耗、畫線基準、加工質量等方面更有優勢；通過對鍛造鉤舌牽引臺加工尺寸實施內控，可確保鍛造鉤舌熱處理后，牽引臺的變形尺寸在公差范圍內，確保鍛造鉤舌成品的合格率。

目前，F 型和CQ 型鍛造鉤舌分別裝用在出口的貨車上，經運用考驗，鍛造鉤舌在使用壽命上遠大于鑄造鉤舌，得到了用戶的高度認可。在此基礎上，研發了適合中國的16D 型鍛造鉤舌，現正在運用考驗中。