CN101020233A - 接触网双耳连接件的制造方法 - Google Patents

Abstract

接触网双耳连接件的制造方法，其包括如下步骤：将上下模分开；启动侧抽油缸，将侧抽型芯插入到位；下挤压缸带动上冲头上行至设定位置；对模具及型芯喷涂涂料，预热；将熔炼合格的钢液在高于液相线温度10－30℃的温度下，浇入下模的压室模内；启动液压机的锁模缸，实现上下模合模并保压；启动下挤压缸，挤压液态金属，流入型腔，保压，使金属液在压力作用下冷却凝固和补缩；下挤缸、锁模缸和侧压缸同时泄压；侧压缸带动型芯退至初始位置完成抽芯；锁模缸重新带动上模上升，下挤缸带动下冲头推动余料上行相同距离，使双耳连接件和余料离开下模；下冲头退回至下止点，上模上升至上止点，上挤压缸带动上压头下行，推动打料板，将工件顶出进行处理。

Description

接触网双耳连接件的制造方法

技术领域

本发明涉及一种电气化铁路接触网用双耳连接件的制造方法，适用于钢质双耳连接件的制造。

技术背景

随着列车速度的提高，接触网零件的质量和可靠性要求越来越高。双耳连接件是电气化铁路中一种常用的接触网零件，其作用是将两个单环零件分别通过一个螺栓和销轴与其一端的两个平双耳和另一端的两个圆双耳连接在一起，平双耳与圆双耳成90度，双耳间距与要连接的两个单环零件的环厚相适应。中国铁道部行业标准TB/T2075.54-2002对双耳连接件的型号、结构、制造工艺、检验规则和性能要求进行了规定。双耳连接件单重不足1kg，主体壁厚只有8mm，尺寸允差0.5mm，制造难度大。

现有技术中，制造双耳连接件的工艺方法是精密铸造。虽然精密铸造可以保证尺寸精度和表面质量，但这种方法难以保证内部质量，且工艺出品率低，检验中经常发现存在三级以上的缩松，影响使用的可靠性，甚至报废。

发明内容

为了解决双耳连接件的内部质量问题，提出了本发明接触网双耳连接件的制造方法。本发明根据金属凝固原理和材料体积成型的原理，对浇入模具型腔的液态金属施加机械静压力，利用金属熔体在高温下的流变特性，在压力下使金属凝固并强制补缩，来消除因冷却和凝固收缩形成的缩孔或缩松，提供一种接触网双耳连接件的制造方法。

首先介绍实现该方法使用的制造模具。

接触网用双耳连接件的制造模具，该模具包括上模、下模、冲头、打料装置、侧抽装置和模具温度调节装置六部分。

上模包括上模本体和上模固定板两部分。上模本体上开有形成4个双耳连接件上半部的型腔，其形状与双耳连接件上半部相同，但各方向的尺寸比双耳连接件上半部的相应部位的尺寸大1.0-2.0％，以补偿冷却收缩带来的尺寸减小。在型腔的平耳孔处留有一个直径比双耳连接件耳孔小1-4mm的圆柱凸台，其下平面与矩形型芯的上平面平齐，以形成平双耳上的螺栓孔。在形成两个圆耳的型腔对应位置，留有一个异形凸块，其形状和尺寸与双耳连接件的两个圆耳间距相一致。合模后，上模本体的下平面与下模本体的上平面重合，形成4个完整的双耳连接件型腔；上模本体可以是一个整体，也可以是用两种材料制作的组合体。上模本体上部与上模固定板通过台肩和螺钉或其中一种措施牢固连接在一起，并通过上模固定板与压机的活动横梁(也叫滑块)连接在一起，随着压机活动横梁上下运动，实现开模和合模动作。

下模包括下模本体、压室模和下模固定板三部分。下模本体上开有4个形成双耳连接件下半部的型腔，其形状与双耳连接件下半部相同，但各方向的尺寸比双耳连接件上半部的相应部位的尺寸大1.0-2.0％，以补偿冷却收缩带来的尺寸减小。在型腔的下平耳孔处留有一个直径比双耳连接件耳孔小1-4mm的圆柱凸台，其上平面与矩形型芯的下平面平齐，以形成平双耳上的螺栓孔。在形成两个圆耳的型腔对应位置，有一个异形凸块，其形状和尺寸与双耳连接件的两个圆耳间隙相一致。下模本体可以是一个整体，也可以是用两种材料制作的组合体。下模本体下部与下模固定板通过台肩和螺钉或其中一种措施牢固连接在一起，并通过下模固定板与压机的工作台连接在一起，随着压机活动横梁上下运动，实现开模和合模动作。压室模位于下模本体的中央，是一个无底圆柱筒，与下模本体压装在一起。压室模腔的内直径与冲头直径相适应，其间留有0.15-0.35mm间隙，以防受热后冲头直径胀大或压室模内直径减小导致抱死。压室模的上口开有8个与下模型腔连接的流道，每个流道的截面积不小于100mm²，以便金属液在压力作用下流入型腔并补充收缩。压室模的下口直径比下模固定板中央的圆形孔直径小2mm，并在压室模的下口留有半径为2-5mm的圆角，以便冲头顺利进入。4个型腔对称布置，每侧两个。

下冲头是一个圆柱体，用现有技术中的热作模具钢制成，与压机下挤缸活塞的上端牢固连接，在下挤压缸带动下做上下运动，对金属液施加机械压力，其直径比压室模内直径小0.2-0.9mm。

侧抽装置用来形成平耳间距和圆耳销孔，并在成形后将型芯抽出。它包括侧抽芯油缸活塞杆、连接固定装置以及矩形型芯和圆柱型芯。侧抽油缸活塞杆由一个可以提供不小于50吨拉力的双作用油缸带动，其活塞杆前端通过一个连接固定装置与矩形型芯和圆柱型芯连接牢固。侧抽装置通过螺栓或其他连接方法牢固安装在下模的两侧。圆柱形型芯，用来形成圆耳销孔；矩形型芯，用来形成平双耳的间隙，其厚度比平双耳间距大0.5-1.0mm，以抵消脱模后的收缩。每个双耳连接件各有一个圆柱形型芯和一个矩形型芯，并由一个连接装置连接，实现同时置入或抽芯动作。

打料装置，用来将成形后的双耳连接件顶出型腔。它包括上冲头、打料杆、复位杆和打料板。打料板为长方体，用45钢制成，其上开有布置打料杆与复位杆的通孔。打料杆和复位杆均为钉字杆，即上端为一圆柱头，下部为直杆；打料杆与复位杆均安装在打料板的通孔内，打料杆用于顶出工件，复位杆在合模时推动打料板上行，从而带动打料杆上行，恢复到初始位置。上冲头为圆柱体，用现有技术中的热作模具钢制成，其上端安装在压机的中央挤压缸活塞下端，在中央挤压缸带动下上下运动。

模具调温装置用来调节模具的工作温度。由调温管路、阀门和泵以及控制系统组成。其中调温管路镶在上模本体、下模本体、型芯和冲头的外侧或内部，通以水、油或其他液态介质，实现对模具的加热或冷却。其控制系统通过调节调温介质的流量和压力达到调节冷却或加热能力。

本发明的技术方案：

接触网双耳连接件的制造方法，其步骤：

步骤1，启动液压机的锁模缸，活动横梁上行带动上模向上运动，将上下模分开；

步骤2，启动侧抽油缸，使矩形型芯和圆柱型芯插入到位；

步骤3，启动下挤压缸，带动下冲头上升，使下冲头的上顶面距压室模的上平面的高度H达到100-120mm；

步骤4，喷涂料和模具预热：首先对上下模的模腔、矩形型芯、圆柱型芯以及压室模喷涂隔热型耐火涂料，喷涂厚度0.2-1mm，然后再喷涂润滑型涂料0.1-0.3mm；其后，使用火焰加热、感应加热或预热块加热，把模具整体预热到200～400℃；

步骤5，浇注钢液：将熔炼合格的钢液在高于液相线温度10-30℃的温度下，连续平稳地浇入下模的压室模内，浇注到距压室模上平面h＝3-10mm处；

步骤6，合模保压：启动液压机的锁模缸，活动横梁下行，带动上模向下运动实现上下模合模；合模后锁模缸增压至4500KN以上并保压；

步骤7，下挤充型和持压凝固与补缩：启动下挤压缸，带动下冲头以5-100mm/s的速度上行，挤压液态金属，通过压室模上方的流道流入型腔；当压力增加到800～1500KN后，持压3-10s，使进入型腔的金属液在压力作用下冷却凝固和补缩；

步骤8，泄压抽芯：步骤7完成后，下挤缸、锁模缸和侧压缸同时泄压；侧抽装置启动，安装在下模相对两侧的一对侧压缸以20-150mm/s的速度后退至初始位置，带动矩形型芯和圆柱型芯向两个相反方向运动，抽芯完成；

步骤9，开模顶件：锁模缸重新建压，带动上模以大于1500KN的回程力，10-80mm/s的速度上升10-50mm，同时下挤缸带动下冲头以相同的速度推动压室模内的余料上行相同的距离，使双耳连接件、流道和压室模内的余料一起离开下模；

步骤10，打料与复位：首先下挤压缸带动下冲头以50-350mm/s的速度快速退回至下止点，然后，锁模缸带动上模以50-400mm/s的回程速度继续上升至上止点，接着，上挤压缸带动上压头下行，接触打料板后，以1000KN的力推动打料板，通过打料杆将工件从上模腔中顶出；

步骤11，对工件进行清理、热处理和表面处理。

本发明和已有技术相比所具有的有益效果：

(1)生产率高。本发明每模4件，每模生产周期小于60秒，可以连续作业，小时产量可达240个，年产量可达150万件。

(2)便于自动控制。本发明的实施步骤可通过程序控制，实现半自动和全自动作业。

(3)材料利用率高。由于本发明可以直接成形销孔、螺栓孔以及双耳间距，实现了近净形制造，减少了机械加工工时和材料消耗，材料利用率可达到80％以上，比现有技术的精密铸造提高20％左右。

(4)产品的性能优越。本发明生产的双耳连接件显微组织细密，没有内部缩松和缩孔缺陷，表面光洁。

(5)清洁生产。本发明不用型砂，大幅度减小了粉尘污染和矽肺病的危险。

附图说明

图1双耳连接件零件主视图。

图2双耳连接件零件俯视图。

图3双耳连接件模具主视图。

图中：上冲头1，活动横梁2，上模固定板3，第一打料板4，上模本体5，复位杆6，打料杆7，下模本体8，下模固定板9，工作台10，下冲头11，压室模12，调温管路13，矩形型芯15，圆柱型芯16，流道19，螺钉22，压室23，阀门24，金属液25，第二打料板26。

图4双耳连接件模具俯视图。

图中：压室模12，圆柱凸台14，矩形型芯15，圆柱型芯16，连接固定装置17，矩形槽18，流道19，异形凸块20，侧抽芯油缸活塞杆21，压室23。

图5A-A视图。

图中：圆柱凸台14，矩形型芯15，圆柱型芯16，连接固定装置17，流道19，异形凸块20，侧抽芯油缸活塞杆21。

图6B-B视图。

图中：压室模12，圆柱凸台14，矩形型芯15，圆柱型芯16，连接固定装置17，矩形槽18，流道19，异形凸块20，侧抽芯油缸活塞杆21，压室23。

具体实施式

首先介绍实现该方法使用的制造模具。

该发明中的模具包括上模、下模、冲头、打料装置、侧抽装置和模具温度调节装置六部分，参见附图3-6。其中图1为双耳连接件的零件图；图3，图4，图5，图6为模具的几个视图，用来更好的表述接触网双耳连接件的制造方法。

上模包括上模本体5和上模固定板3两部分。上模本体5上开有4个形状尺寸相同、形成双耳连接件上半部的型腔，其形状与双耳连接件上半部相同，各方向的尺寸比双耳连接件上半部相应部位的尺寸大1.3％，以补偿冷却收缩带来的尺寸减小。在型腔的上平耳孔处留有一个直径比双耳连接件耳孔小2mm的圆柱凸台14，其下平面与矩形型芯15的上平面平齐，以形成平双耳上的螺栓孔。在形成两个圆耳的型腔对应位置，有一个异形凸块20，其形状和尺寸与双耳连接件的两个圆耳间距相一致。合模后，上模本体的下平面与下模本体的上平面重合，上下模的型腔闭合，形成一个完整的双耳连接件型腔；上模本体5是用H13钢制成。上模本体上部与上模固定板3通过螺钉22牢固连接在一起，并通过上模固定板与压机的活动横梁2(也叫滑块)用T型螺栓连接在一起，随着压机活动横梁上下运动，实现开模和合模动作。

下模包括下模本体8、压室模12和下模固定板9三部分。下模本体8上开有4个形状尺寸相同、形成双耳连接件下半部的型腔，其形状与双耳连接件下半部相同，型腔各方向的尺寸比双耳连接件上半部的相应部位的尺寸大1.3％，以补偿冷却收缩带来的尺寸减小。在型腔的下平耳孔处留有一个直径比双耳连接件耳孔小2mm的圆柱凸台14，其上平面与矩形型芯15的下平面平齐，以形成平双耳上的螺栓孔。在形成圆双耳间距的型腔对应位置，有一个异形凸块20，其形状和尺寸与双耳连接件的两个圆耳间隙相一致。下模本体8是用H13钢制造。下模本体8下部与下模固定板9通过螺钉22牢固连接在一起，并通过下模固定板9与压机的工作台10用T型螺栓连接在一起，随着压机活动横梁上下运动，实现开模和合模动作。压室模12位于下模本体8的中央，是一个无底圆柱筒，与下模本体压装在一起。压室模腔的内直径为80mm，高度185mm，压室模12与冲头11间留有0.25mm间隙，以防受热后冲头直径胀大或压室模内直径减小导致抱死。压室模12的上口开有8个与下模型腔连接的流道，流道为梯形截面，高度10mm，长边14mm，短边12mm。压室模的下口直径比下模固定板中央的圆形孔直径小2mm，并留有半径为2mm的圆角，以便冲头顺利进入。4个型腔对称布置，每侧两个，见附图4。

下冲头11是一个直径79.5mm的圆柱体，用现有技术中的H13钢制成，与压机下挤缸活塞的上端牢固连接，在下挤压缸带动下上下运动，实现对金属液施加机械压力。其直径比压室模内直径小0.5mm，其长度为420mm。

侧抽装置，见图4，用来形成平耳间隙和圆耳销孔并在成形后将矩形型芯15和圆柱型芯16抽出。它包括侧抽芯油缸活塞杆21、连接固定装置17以及矩形型芯15和圆柱型芯16。侧抽芯油缸活塞杆21由一个可以提供60吨拉力的双作用油缸带动，其活塞前端通过一个连接装置17与矩形型芯15和圆柱型芯16连接牢固。侧抽装置通过螺栓牢固安装在下模的两侧。圆柱形型芯16，用来形成圆耳销孔，矩形型芯15，用来形成平双耳的间隙，其厚度比平双耳间距大0.5mm，以抵消脱模后的收缩。每个双耳连接件均有一个圆柱型芯16和一个矩形型芯15。

打料装置，见图3，用来将成形后的双耳连接件顶出型腔。它包括上冲头1、打料杆7、复位杆6、第一打料板4和第二打料板26。第一打料板4和第二打料板26分别是厚度为40mm和20mm的正方体，用45钢制成，第二打料板26上开有布置打料杆与复位杆的通孔。打料杆和复位杆均为钉字杆，即上端为一圆柱头，下部为直杆；打料杆的直杆直径为8mm，复位杆的直杆直径为14mm；打料杆与复位杆均安装在第二打料板的通孔内，打料杆用于顶出工件，复位杆在合模时推动第一打料板上行，从而带动打料杆上行，恢复到初始位置。上冲头1是直径为90mm的圆柱体，用40Cr钢制成，其上端安装在压机的中央挤压缸活塞下端，在中央挤压缸带动下上下运动。

模具调温装置由调温管路13、阀门24和泵以及控制系统组成。其中调温管路13镶在上模本体、下模本体、型芯和冲头的外侧或内部，通以自来水，实现对模具的冷却。其控制系统通过调节水的流量和压力达到调节冷却能力的目的。

接触网双耳连接件的制造方法，其制造步骤是：

步骤1，启动液压机的锁模缸，活动横梁2上行带动上模向上运动，将上下模分开。

步骤2，启动侧抽油缸，使矩形型芯15和圆柱型芯16插入到位。

步骤3，启动下挤压缸，带动下冲头11上升，使下冲头11的上顶面距压室模12的上平面的高度H达到110mm，高度最小不得小于100mm，小于100mm，则金属液用量不够，使充型不完整，锻件产生内部缺陷；高度大于120mm，造成不必要的浪费，降低锻件的生产率。压室直径即为压室模内直径。

步骤4，喷涂料和模具预热：首先对上下模的模腔、矩形型芯、圆柱型芯以及压室模喷涂隔热耐火型KSD-JC铸造金属模保护涂料，喷涂厚度0.8mm，最小厚度不得小于0.2mm，厚度小于0.2mm，不能起到保护作用；最大厚度不得大于1mm，厚度大于1mm，堵塞模具间隙，造成通气不畅；然后，再喷涂润滑型胶体石墨涂料，喷涂厚度0.2mm，厚度最小0.1mm，最大0.3mm，原因同上；其后，使用现有技术中的火焰加热、感应加热或预热块加热等，把模具整体预热到300℃。模具温度低于200℃，起不到预热作用，温度高于400℃，则涂料不能发挥最大功效。采用预热块加热的方法预热模具，喷涂料的方法采用压缩气体喷涂方法。隔热耐火型涂料还包括：隔热耐火防锈陶瓷涂料，轻型无石棉耐高温绝热涂料，球盾牌SS-2钢结构防火隔热涂料等；润滑型涂料还包括：PF型高温防粘润滑涂料，HB-21石墨型干膜润滑涂料，二流化钼润滑型涂料等。

步骤5，浇注钢液：将熔炼合格的45钢熔液，在高于液相线温度15℃的温度下，连续平稳地浇入下模的压室模12内，浇注到至距压室模上平面h＝8mm处，考虑到工人操作的误差，将h控制在3-10mm。

步骤6，合模保压：启动液压机的锁模缸，活动横梁2下行带动上模向下运动实现上下模合模。合模后，锁模缸增压至4500KN，压力由加在金属液上的压强算得，压强需大于200MPa，并保压，以防挤压充型时金属液挤出分模面。

步骤7，下挤充型和持压凝固与补缩：启动下挤压缸，下挤压缸带动下冲头11以50mm/s的速度上行，速度控制在5-100mm/s范围内，速度小于5mm/s，则金属液未来得及进入型腔便已凝固；速度大于100mm/s，则容易造成金属液飞溅，或带来气孔缺陷；挤压45钢熔液，通过压室模12上方的流道19流入型腔；当压力增加到1300KN后，持压6s，使进入型腔的金属液在压力作用下冷却凝固；最小时间不得小于3s，时间过短金属液来不及冷却，时间过长则容易使锻件产生裂纹。保持压力以保证作用在金属熔液充满型腔，冷却凝固和补缩。

步骤8，泄压抽芯：步骤7完成后，下挤缸、锁模缸和侧压缸同时泄压；侧抽装置启动，安装在下模相对两侧的一对侧压缸以20-150mm/s的速度后退至初始位置，带动矩形型芯15和圆柱型芯16向两个相反方向运动，抽芯完成；速度控制在20-150mm/s范围内，速度大于150mm/s，容易将型芯拉断；速度小于20mm/s，抽芯时间过长，容易使锻件产生裂纹。

步骤9，开模顶件：锁模缸重新建压，带动上模以1800KN的回程力，以50mm/s的速度上升15mm，速度控制在10-80mm/s范围内；速度大于80mm/s，使模具产生过大的冲击，减少模具寿命；速度小于10mm/s，则金属液在未合模之前便已冷却，造成无法冲型；同时下挤缸带动下冲头11以相同的速度推动压室模12内的余料上行相同的距离，使双耳连接件、流道和压室模内的余料一起离开下模。

步骤10，打料与复位：首先下挤压缸带动下冲头11以350mm/s的速度快速退回至下止点，速度控制在50-400mm/s范围内；速度大于400mm/s，需更大吨位的油缸；速度小于50mm/s，则降低生产率；然后，锁模缸带动上模以350mm/s的回程速度继续上升至上止点，同样将速度控制在5-100mm/s范围内，原因同上；接着，上挤压缸带动上压头1下行，接触第一打料板4后，以1000KN的力推动第一打料板4，通过打料杆7将工件从上模腔中顶出。

步骤11，后处理：将工件取走，对工件进行清理、热处理和表面处理等工作。

本发明得到的双耳连接件经过检验，内部无缩松和缩孔，组织细密，表面光洁，符合技术要求，材料利用率87％。

Claims (1)

1.接触网双耳连接件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，启动液压机的锁模缸，活动横梁(2)上行带动上模向上运动，将上下模分开；

步骤2，启动侧抽油缸，使矩形型芯(15)和圆柱型芯(16)插入到位；

步骤3，启动下挤压缸，带动下冲头(11)上升，使下冲头(11)的上顶面距压室模(12)的上平面的高度H达到100-120mm；

步骤4，喷涂料和模具预热：首先对上下模的模腔、矩形型芯、圆柱型芯以及压室模喷涂隔热型耐火涂料，喷涂厚度0.2-1mm，然后再喷涂润滑型涂料0.1-0.3mm；其后，使用火焰加热、感应加热或预热块加热等，把模具整体预热到200～400℃；

步骤5，浇注钢液：将熔炼合格的钢液在高于液相线温度10-30℃的温度下，连续平稳地浇入下模的压室模(12)内，浇注到距压室模上平面h＝3-10mm处；

步骤6，合模保压：启动液压机的锁模缸，活动横梁(2)下行，带动上模向下运动实现上下模合模；合模后锁模缸增压至4500KN以上并保压；

步骤7，下挤充型和持压凝固与补缩：启动下挤压缸，带动下冲头(11)以5-100mm/s的速度上行，挤压液态金属，通过压室模(12)上方的流道(19)流入型腔；当压力增加到800～1500KN后，持压3-10s，使进入型腔的金属液在压力作用下冷却凝固和补缩；

步骤8，泄压抽芯：步骤7完成后，下挤缸、锁模缸和侧压缸同时泄压；侧抽装置启动，安装在下模相对两侧的一对侧压缸以20-150mm/s的速度后退至初始位置，带动矩形型芯(15)和圆柱型芯(16)向两个相反方向运动，抽芯完成

步骤9，开模顶件：锁模缸重新建压，带动上模以大于1500KN的回程力，10-80mm/s的速度上升10-50mm，同时下挤缸带动下冲头(11)以相同的速度推动压室模(12)内的余料上行相同的距离，使双耳连接件、流道和压室模内的余料一起离开下模；

步骤10，打料与复位：首先下挤压缸带动下冲头(11)以50-350mm/s的速度快速退回至下止点，然后，锁模缸带动上模以50-400mm/s的回程速度继续上升至上止点，接着，上挤压缸带动上压头(1)下行，接触打料板(4)后，以1000KN的力推动打料板(4)，通过打料杆(7)将工件从上模腔中顶出；

步骤11，对工件进行清理、热处理和表面处理。

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