CN100486760C - 铁路车辆用组合式锻钢钩尾框的锻造方法 - Google Patents
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Abstract
一种铁路车辆用组合式锻钢钩尾框的锻造方法，由下料、制坯、模锻成形、切边、初步机加工、弯曲成形、焊接、热处理及机加工步骤组成，制坯是将下料得到的坯件在自由锻型砧上锻压初步变形，得到形状和尺寸接近钩尾框的展开坯料；模锻成形是将制坯后的坯料放入终锻模膛内，整体终锻出形状和尺寸合乎要求的钩尾框展开毛坯；弯曲成形是将切边后的展开毛坯在弯曲模中弯曲成型为U形；焊接是组合焊接形成钩尾框头部的上下连接板。本发明制坯方便，金属纤维流向好，锻造成形容易，模膛浅，模具寿命长，锻造及机加工难度大大降低，机加工的工作量减小，材料利用率高，制造成本低，制造出的钩尾框强度好，使用寿命长，安全可靠，适用于各种型号车钩尾框的大批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及铁路车辆用组合式锻钢钩尾框的锻造方法。
背景技术
钩尾框是铁路车辆上车钩缓冲装置的重要组成部分，在车辆牵引、连挂和发生缓冲作用时，直接完成车辆间纵向力的传递。随着我国铁路建设向重载提速方向发展，传统铸钢钩尾框因铸造工艺固有的因素，无法避免地存在气孔、缩松、夹杂及裂纹等缺陷，而这些缺陷的存在对铁路重载车辆高速运行构成潜在的安全隐患，从目前运行的铁路货车检修情况看，约40％的问题均出在钩尾框上，因此对钩尾框的制造工艺进行改进已非常迫切。锻造产品因组织细密，通过锻击能消除铸态缺陷，改善金属内部组织结构，从而显著提高金属的强韧性及疲劳性能，因而近年来有的厂家开始尝试对钩尾框进行铸改锻，以避免钩尾框出现早期疲劳裂纹，但采用的是整体锻造工艺，整体锻造虽然具有可靠性高等优点，但由于钩尾框为框架式薄壁结构，存在锻造难度大、锻造时不容易充满、不易分料、机加工的工作量大、机加工困难及材料利用率低等缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种铁路车辆用组合式锻钢钩尾框的锻造方法，解决现有铸钢钩尾框存在气孔、缩松、夹杂及裂纹等缺陷，使用寿命短，而整体锻钢钩尾框又存在工艺难度大、机加工的工作量大及材料利用率低等问题。
本发明所述铁路车辆用钩尾框的锻造方法，其特征在于包括下列步骤：
(1)下料，得到一定长度的坯件；
(2)制坯，经下料得到的坯件加热后在自由锻型砧上进行自由锻，
使坯件进行初步变形，得到形状和尺寸接近钩尾框体从头部沿纵向展开后的条形坯料；
(3)模锻成形，制坯后的条形坯料放入终锻模膛内，在锻模的作用下整体终锻成形状和尺寸合乎要求的钩尾框体展开毛坯；
(4)切边，用切边机切除四周多余的边料；
(5)初步机加工，去除钩尾框体与上下连接板焊接处凸台的拔模斜度及钩尾框体上内凹处的拔模斜度；
(6)弯曲成形，经切边和初步机加工后的钩尾框体展开毛坯在弯曲模中弯曲成型为U形；
(7)焊接，组合焊接形成钩尾框体头部的上下连接板和/或挂耳；
(8)热处理；
(9)机加工，通过机加工工序加工出钩尾框上的孔及其它需要进行机加工的地方。
铁路车辆用钩尾框为高肋薄壁结构，可锻性差，在锻造过程中若是采用整体模锻方式，则头部必须锻成整体，锻后采用机加工方式挖出头部方形孔，机加工的工作量非常大且加工非常困难。同时，由于肋部过高还会带来一系列模锻出模及充满的问题。本发明展开锻后弯曲成U形，然后通过组焊工艺形成钩尾框头部的上下连接板和/或挂耳，锻造时以钩尾框孔的轴向为锻造打击力作用方向。与整体锻造工艺相比，头部与框身截面积相差比减小，因而制坯难度减小，头部的加工余量相应减小，只要确保组焊头部上下连接板工艺的可靠性，就能完全达到铁路车辆重载提速的使用要求。以制造铁路17号车钩钩尾框为例，本发明与整体锻方案的工艺性比较如下：
| 本发明工艺 | 整体锻造工艺 | |
| 投料重量 | 150Kg | 200Kg |
| 锻件(机加工前)重量 | 110Kg | 154Kg |
| 锻造工步 | 制坯→终锻→切边 | 制坯→预锻→终锻→切边 |
| 锻造工作量 | 小 | 大 |
| 机加工的工作量 | 小 | 大 |
从上表可看出：本发明在锻造时坯料完全展开，大大降低了锻造难度，投料重量和锻件重量均比整体锻工艺少，减少了机加工余量，材料利用率高，适合成批大量生产的要求。由于展开锻不需要机加工头部方形孔，机加工的工作量大大减少，机加工难度也大为降低，只增加了焊接工序，本发明与整体锻造工艺相比少用一台预锻压设备和预锻模，因而制造成本低。
本发明制坯方便，效率高，金属纤维流向好，锻造成形容易，模膛浅，模具寿命长，锻造及机加工难度大大降低，机加工的工作量减小，材料利用率高，制造成本低，制造出的钩尾框强度好，使用寿命长，安全可靠，适用于各种型号车钩尾框的大批量生产。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图；
图2是本发明步骤(2)制坯后得到的条形坯料结构示意图；
图3是本发明步骤(4)得到的钩尾框体e结构示意图；
图4是本发明步骤(6)弯曲成形的钩尾框体e结构示意图；
图5是本发明锻造方法最终所得钩尾框的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式详述本发明方法的工艺步骤。
如图1至图5所示，以制造铁路17号车钩钩尾框为例，该钩尾框为框架式薄壁结构，最小壁厚28mm，最小高度140mm，头部方形孔不能锻造成型，拔模斜度需机加工，机加工的工作量大，材料利用率低，钩尾框重量为97.5Kg，必须在16t锤上或其它大型模锻设备上锻造，其制造步骤是：
(1)下料，得到一定长度的坯件。
(2)制坯，经下料得到的坯件加热后在自由锻型砧上进行拔长制坯，使坯件进行初步变形，得到形状和尺寸接近钩尾框体从头部展开后的条形坯料(图2所示)。
由锻造工艺学的知识及钩尾框结构可知，坯料在进行锻造之前要进行初步变形，合理地分配坯料，以适应锻件截面积和形状的要求，使金属能较好的充满模膛。由于钩尾框结构的特殊性，采用展开后锻造的方法，其展开长度达2米以上，坯料重量约150Kg，采用自由锻制坯后实现了坯料形状的改变，减小了一部分截面积，增大了另一部分的截面积，获得了接近计算毛坯形状和尺寸的条形坯料。
(3)模锻成形，制坯后的条形坯料放入终锻模膛内，在16吨锤锻模或其它大型锻压设备的作用下整体终锻成形状和尺寸合乎要求的钩尾框体展开毛坯。
在此阶段，自由锻毛坯主要是在终锻模膛内发生塑性流动，变形过程的变形阻力主要是坯料自身的变形抗力和模壁的摩擦力，而摩擦力与金属的变形抗力相比又比较小，因而这个阶段的坯料能否充满型腔，从而锻造出合格的展开件，模具的设计及设备打击力和精度的选择都很关键。
(4)切边，用1250吨切边机或其它大型切边机切除掉四周多余的边料(图3所示)。锻件拿出模膛后可能会出现较大的弯曲变形，导致无法切边，此时只需在切边模旁加几个校平块，先校平后切边即可解决问题。
(5)初步机加工，去除钩尾框体与上下连接板焊接处凸台的拔模斜度及钩尾框体上内凹处的拔模斜度。
(6)弯曲成形，经切边和初步机加工后的展开毛坯在弯曲模中弯曲成型为U形(图4所示)。弯曲方式可用压弯或折弯，以折弯为好，弯曲时可能会出现水平
及高度方向错位的情况，可在弯曲工装上使用多个油缸，使弯曲校正一体化，或弯曲后采用其它设备进行冷校正。
(7)焊接，组合焊接形成钩尾框头部的上、下连接板，有的钩尾框还需在此步骤焊接挂耳。为减小焊缝对本体的影响，使焊缝远离本体，需在钩尾框本体头部锻出连接板凸台，上、下连接板组合焊接在连接板凸台上。为保证焊接质量，宜采用自动焊接工艺和超声波探伤。
(8)热处理；
(9)机加工，通过机加工工序加工出钩尾框上的孔及其它需要进行机加工的地方，得到完整的钩尾框(图5所示)。
通过该方法制造出的17号车钩钩尾框如图5所示，图中标号a、b分别是上、下连接板，c为连接板凸台，d为焊缝，e为钩尾框体，其各项性能指标完全能满足铁路车辆重载提速的使用要求，与铸钢钩尾框相比，不会存在气孔、缩松、夹杂及裂纹等铸造工艺固有的质量缺陷，因而使用寿命长，安全可靠；与整体锻钩尾框相比，锻造及机加工难度大大降低，机加工的工作量减小，材料利用率高，制造成本低。
Claims (1)
1、一种铁路车辆用组合式锻钢钩尾框的锻造方法，其特征在于包括下列步骤：
(1)下料，得到一定长度的坯件；
(2)制坯，经下料得到的坯件加热后在自由锻型砧上进行自由锻，使坯件进行初步变形，得到形状和尺寸接近钩尾框体从头部沿纵向展开后的条形坯料；
(3)模锻成形，制坯后的条形坯料放入终锻模膛内，在锻模的作用下整体终锻成形状和尺寸合乎要求的钩尾框体展开毛坯；
(4)切边，用切边机切除四周多余的边料；
(5)初步机加工，去除钩尾框体与上下连接板焊接处凸台的拔模斜度及钩尾框体上内凹处的拔模斜度；
(6)弯曲成形，经切边和初步机加工后的钩尾框体展开毛坯在弯曲模中弯曲成型为U形；
(7)焊接，组合焊接形成钩尾框体头部的上下连接板和/或挂耳；
(8)热处理；
(9)机加工，通过机加工工序加工出钩尾框上的孔及其它需要进行机加工的地方。
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