CN109940122B - 标准动车组分体式轴箱体近净成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种标准动车组分体式轴箱体近净成形方法，克服了标准动车组转向架用分体式轴箱体的上箱体采用开式锻造工艺无法锻造的问题，其包括：1)下料：按计算的长度下料；2)加热：将圆柱形毛坯加热至480±10℃，保温时间4‑6小时；3)辊锻制坯：使坯料各特征段横截面积大致与轴箱体对应横截面积接近，4)多向模锻预成形：多向模锻预成形是为了成形中间杆部的筋板部分；5)多向模锻终成形：多向模锻终成形是为了成形内、外轮廓及外轮廓上的突出部分；6)冲连皮：把大、小孔的连皮冲掉；7)分割：把上箱体、下箱体、压盖的一体锻件分成三个单独锻件；8)下箱体整形：下箱体降低其高度增大外轮廓尺寸达到下箱体锻件尺寸要求。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金加工技术领域的一种成型方法，更确切地说，本发明涉及一种标准动车组分体式轴箱体近净成形方法。
背景技术
随着科学技术的不断发展，高铁在我国得到了广泛应用。轨道车辆的不断提速，对车辆的轻量化提出了越来越高的要求，其中，减轻标准动车组轴箱体的质量对车辆的减重节能具有重要作用。
现有技术中，用于标准动车组轴箱体的金属材料是黑色金属，采用铸造工艺成型，不能满足标准动车组在高速运行时的轻量化的要求。
因此，在满足标准动车组轴箱体对抗拉强度、屈服强度及延伸率的要求的条件下，采用轻便的铝合金材料，并利用锻造工艺制造标准动车组轴箱体成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。
材料为铝合金的标准动车组分体式轴箱体是由上箱体、下箱体、压盖三件通过螺栓连接组装构成，组合后的分体式轴箱体形状与大型连杆形状相似，右侧中间带孔的近似矩形的结构的右侧上下均带有突出的枝丫，由于分体式轴箱体下部可分离的结构设计，方便更换轮对，分体式轴箱体组合的主视图如图1所示，图2为分体式轴箱体组合的俯视图。压盖零件的形状是具有一定厚度和宽度的半圆形结构并且两边带有用于连接的光孔结构，如图3所示，分体式轴箱体的上箱体右侧中间带半圆形孔的近似矩形结构的右侧上下均带有突出的枝丫，中间工字形筋板连接大头部分和小头部分，如图4所示，分体式轴箱体的下箱体具有与上箱体构成大头孔的半圆型结构且两边带有用于连接的中间带光孔矩形板，如图5所示。压盖和下箱体的锻造工艺比较简单，工艺过程是下料、加热、弯曲、终锻、切边。而上箱体由于中间杆部筋板的存在，又由于大头部分右侧上下枝芽结构的特殊性。用普通开式模锻方法根本没办法锻造出来。对于这种标准动车组分体式轴箱体除了铸造成形方法外，还没有查阅到关于锻造成型方法的文献记载。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服了标准动车组转向架用分体式轴箱体的上箱体采用开式锻造工艺无法锻造的问题，提供了一种标准动车组分体式轴箱体近净成形方法。
为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法包括步骤如下：
1)下料
将圆柱形挤压铝合金棒料按计算的长度用高速圆盘锯床锯断；
2)加热
将圆柱形毛坯加热至480±10℃，并进行保温，保温时间4～6小时；加热采用带循环风机均温的箱式电加热炉；
3)辊锻制坯
辊锻制坯是为了使坯料各特征段横截面积满足成形时轴箱体整体锻件各特征段对材料的需求，坯料中间杆部的横截面积大于轴箱体整体锻件杆部对应横截面积，使坯料中间杆部体积大于轴箱体整体锻件杆部的体积15％～20％，多余的材料成形时除足够补充坯料轴箱体小头体积的不足外，剩余的材料挤压到大头，这样更有利于充满锻件中间杆部筋板，并保证坯料能放入多向模锻预成形的模膛；
4)多向模锻预成形
多向模锻预成形是为了成形中间杆部的筋板部分，以便预成形后的坯料能放入多向模锻终成形的模膛，多向模锻预成形模设计为水平分模；
5)多向模锻终成形
多向模锻终成形是为了成形内、外轮廓及外轮廓上的突出部分，锻件结构中影响多向模锻终成形模拔模的部分通过添加敷料解决，然后由机加工去除，多向模锻终成形模为水平分模；
6)冲连皮
利用液压机或机械压力机与冲孔模具把大、小孔的连皮冲掉；
7)分割
采用线切割机床把上箱体(1)、压盖(2)、下箱体(3)形成一体的锻件再分成三个单独的锻件，分割采用线切割机完成；
8)下箱体整形
采用专用整形模具在液压机或机械压力机上使下箱体(3)降低其高度增大外轮廓尺寸来补偿切割锯口的材料损失和锯口两侧所保留的机加工余量的材料，以达到下箱体锻件尺寸要求。
技术方案中所述的将圆柱形挤压铝合金棒料按计算的长度是指：由于采用多向模锻工艺整体锻造是一种近净成型方法，坯料体积等于锻件体积、大小两个孔的连皮体积、影响多向模锻终成形模分模的部分所添加敷料的体积、分割所需锯口的体积及锯口两侧所保留的加工余量体积之和，即有以下公式：
VP＝VD+VL+VF+VJ+VY (1)
式中：VP-为坯料体积；
VD-锻件体积；
VL-为连皮体积；
VF-为敷料体积；
VJ-为锯口体积；
VY-为加工余量体积
取最大部位的截面面积折算成圆形面积的直径为圆棒料直径D；
根据体积相等的原则，求出圆柱形挤压铝合金棒料的长度L。
技术方案中所述的辊锻制坯的步骤如下：
1)计算辊锻道次n
利用公式(2)和(3)计算杆部和小头的辊锻道次n：
式中：
λp为平均延伸系数，铝合金取λp＝1.6进行计算；
式中：F0为下料后坯料截面积，Fn为辊锻后辊锻件杆部或小头的截面积；
经过计算杆部和小头的辊锻道次均为n＝5，注意杆部和小头每道次辊锻时的延伸系数是不同的，杆部和小头的型槽系均选用椭圆—方形—椭圆—方形—箱形槽五道次辊锻工艺成形，锻辊模半径为340mm；
2)辊锻成形
(1)第一道次辊锻成形
将在加热步骤中得到的加热后的坯料利用机械手夹住夹持端，送入第一道辊锻模具中，上、下辊锻模旋转一周完成坯料杆部和小头由圆形截面向椭圆形截面变形的第一道次的辊锻，即获得第一道次辊锻件，其中夹持端直径保持不变；
(2)第二道次辊锻成形
辊锻机械手将第一道次辊锻件平移至第二个工位，夹钳将第一道次辊锻件绕其轴线旋转90°，与第二道次辊锻模定位，上、下辊锻模旋转一周后完成第二道次辊锻成形，由第一道次辊锻件杆部和小头的椭圆形截面辊锻成方形截面，其中夹持端直径保持不变，获得第二道次辊锻件；
(3)第三道次辊锻成形
辊锻机械手将第二道次辊锻件平移至第三个工位，夹钳将第二道次辊锻件绕其轴线旋转90°，与第三道次辊锻模定位，上、下辊锻模旋转一周后完成第三道次辊锻成形，由第二道次辊锻件杆部和小头的方形截面辊锻成椭圆形截面，其中夹持端直径保持不变，获得第三道次辊锻件；
(4)第四道次辊锻成形
辊锻机械手将第三道次辊锻件平移至第四个工位，夹钳将第三道次辊锻件绕其轴线旋转90°，与第四道次辊锻模定位，上、下辊锻模旋转一周后完成第四道次辊锻成形，第三道次辊锻件杆部和小头的椭圆形截面辊锻成方形截面，其中夹持端直径保持不变，获得第四道次辊锻件；
(5)第五道次辊锻成形
辊锻机械手将第四道次辊锻件平移至第五个工位，夹钳将第四道次辊锻件绕其轴线旋转45°，与第五道次辊锻模定位，上、下辊锻模旋转一周后完成第五道次辊锻成形，第四道次辊锻件杆部和小头的方形截面辊锻成矩形截面，其中夹持端直径保持不变，获得第五道次辊锻件。
技术方案中所述的多向模锻预成形是指：所述的多向模锻预成形是为了成形中间杆部的筋板部分，以便预成形后的坯料能放入多向模锻终成形的模膛，多向模锻预成形模具设计为水平分模；
所述的多向模锻预成形模具由预成形上模、预成形下模两部分组成，预成形上模固定在多向模锻液压机的垂直活动横梁上，预成形下模固定在多向模锻液压机的下工作台上，多向模锻液压机的垂直活动横梁上和下工作台的下面安装有锻件顶出液压缸和顶杆，为了防止错模，预成形上模与预成形下模的分模面处分别设有预成形上模凸止口和预成形下模凹止口；
两个成形筋板的冲头分别固定在多向模锻液压机的左右两个水平活动横梁上，水平活动横梁由两侧成形液压缸分别驱动，成形液压缸安装在多向模锻液压机的独立水平框架上，锁模液压缸和锁模环布置在模具前后两侧，锁模液压缸固定在多向模锻液压机垂直独立框架上，垂直活动横梁下行，预成形上模、预成形下模合模后，预成形上模、预成形下模两端突出部分合模后形成的完整的预成形模锁模圆台，前后两侧的锁模液压缸工进，通过锁模环顶杆驱动前、后的锁模环完成锁模，锁模环内侧的斜度与预成形上模、预成形下模组合成的预成形锁模圆台相互匹配，并保证坯料成形时能自锁，完成锁模后，成形筋板的左筋板成形冲头与右筋板成形冲头在两侧的成形液压缸分别驱动下完成筋板成形，成形完成后，顶出液压缸驱动顶杆顶出预成形锻件。
技术方案中所述的多向模锻终成形是指：多向模锻终成形是为了成形内、外轮廓及外轮廓上的突出部分，锻件结构中影响多向模锻终成形模拔模的部分通过添加敷料解决，然后由机加工去除，多向模锻终成形模为水平分模；
所述的多向模锻终成形模具由终成形上模、终成形下模两部分组成，终成形上模固定在多向模锻液压机的垂直活动横梁上，终成形下模固定在多向模锻液压机的下工作台上，多向模锻液压机的垂直活动横梁上和下工作台的下面安装有锻件顶出液压缸和顶杆，为了防止错模，终成形上模、终成形下模的分模面处设置有终成形上模凸止口与终成形下模凹止口；
小头孔成形采用两个尺寸、形状一样的成形园柱形冲头，大头孔成形采用左侧成形园柱形冲头与右侧成形园柱形冲头，一个小头孔成形园柱形冲头和大头孔左侧成形园柱形冲头安装在左侧的水平活动横梁上，另一个小头孔成形园柱形冲头和大头孔右侧成形园柱形冲头安装在右侧的水平活动横梁上，两侧的水平活动横梁由两侧的成形液压缸分别驱动，两个成形液压缸安装在多向模锻液压机的独立水平框架上；两个锁模液压缸和两个锁模环布置在模具前后两侧，两个锁模液压缸固定在多向模锻液压机垂直独立框架上；垂直活动横梁下行，终成形上模、终成形下模合模后，终成形上模、终成形下模两端突出部分组合成完整的终成形模锁模圆台，前后两侧的锁模液压缸工进，通过锁模环顶杆驱动前、后两侧的锁模环完成锁模，锁模环内侧的斜度与终成形上模、终成形下模组合成的终成形模锁模圆台相互匹配，并保证坯料成形时能自锁，完成锁模后，左右两侧每边两个终成形冲头分别在两侧成形液压缸分别驱动下工进，完成内、外轮廓及外轮廓上的突出部分的成形；成形完成后，顶出液压缸驱动顶杆顶出终成形锻件。
技术方案中所述的分割是指：所述的分割是把上箱体、压盖、下箱体整体多向锻造成形后的锻件再分成三个单独的锻件，分割用线切割机完成；为了补偿分割时锯口的材料损失和锯口两侧所保留的机加工余量的材料，按照下列方法设计整体锻件：
1)上箱体与压盖的连接处在组成整体锻件时两个半圆中间加5mm的直段作为锯口损失的补偿和锯口两侧所保留的机加工余量的材料需要；
2)上箱体与下箱体切割时保证上箱体的尺寸并保留2mm的机加工余量，分割线在下箱体一侧，为了补偿下箱体锯口的材料损失和保留2mm的机加工余量，下箱体的厚度在锻件设计时使其加厚12.5mm来补偿锯口的材料损失和锯口两侧所保留的机加工余量的材料；
3)下道工序即下箱体整形降低其高度增大外轮廓尺寸来达到下箱体锻件尺寸要求。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
1.标准动车组铝合金分体式轴箱体是由上箱体、下箱体、压盖三件通过螺栓连接组装构成，由于上箱体中间杆部筋板的存在，又由于上箱体大头部分右侧上下全部有枝芽结构的特殊性,用普通模锻方法根本没办法锻造出来,多向模锻工艺是标准动车组分体式轴箱体唯一的锻造成型方法。
2.多向模锻是普通模锻与挤压相结合的工艺，具有挤压和模锻工艺的优点，既具有挤压工艺在巨大三向压应力下塑性变形的优点，如材料塑性提高、变形均匀、晶粒细小、组织致密、流线完整、易于消除缺陷、锻件力学性能和耐腐蚀性能好等，所以力学性能比普通模锻提高20％；又具有闭式模锻的优点，如制件形状复杂、成形精度高等；同时还具有坯料形状简单、制坯成本低、工序少等优点。
3.由于多向模锻可以锻造出零件的内孔和侧向复杂结构，并且没有飞边、甚至没有锻造斜度，所以可提高材料利用率近1倍，并减少后续切削加工约70％的工作量。
4.铝合金标准动车组轴箱体重量仅仅是黑色金属铸造的标准动车组轴箱体重量的三分之一。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
图1为本发明所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法中所加工的分体式轴箱体结构组成的主视图；
图1-a为图1中A-A处的剖面图；
图1-b为图1中B-B处的剖面图；
图2为本发明所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法中所加工的分体式轴箱体结构组成的俯视图；
图3为本发明所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法中所加工的分体式轴箱体中压盖零件结构组成的主视图；
图4为本发明所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法中所加工的分体式轴箱体中上箱体零件结构组成的主视图；
图4-a为图4中C-C处的剖面图；
图4-b为图4中D-D处的剖面图；
图5为本发明所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法中所加工的分体式轴箱体中下箱体锻件结构组成的主视图；
图6为本发明所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法中辊锻制坯后最终辊锻件的主视图；
图6-a为图6中E-E处的矩形的剖面图；
图6-b为图6中F-F处的正方形的剖面图；
图7为本发明所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法中辊锻制坯后最终辊锻件的俯视图；
图8为本发明所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法中多向模锻预成形后预成形锻件的主视图；
图8-a为图8中G-G处的剖面图；
图9为本发明所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法中多向模锻预成形后预成形锻件的俯视图；
图10为本发明所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法中多向模锻预成形左侧筋板成形所采用的成形冲头的主视图；
图11为本发明所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法中多向模锻预成形左侧筋板成形所采用的成形冲头的俯视图；
图12为本发明所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法中多向模锻预成形右侧筋板成形所采用的成形冲头的主视图；
图13为本发明所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法中多向模锻预成形右侧筋板成形所采用的成形冲头的俯视图；
图14为本发明所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法中多向模锻预成形的上模结构组成的主视图；
图15为本发明所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法中多向模锻预成形的上模结构组成的仰视图；
图16为本发明所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法中多向模锻预成形的下模结构组成的主视图；
图17为本发明所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法中多向模锻预成形的下模结构组成的俯视图；
图18为本发明所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法中所使用的独立水平框架的多向模锻液压机结构组成示意图；
图19为本发明所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法中多向模锻预成形的设备布置的平面示意图；
图20为本发明所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法中多向模锻终成形时小头孔成形所采用的园冲头的主视图；
图21为本发明所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法中多向模锻终成形时大头孔左侧成形所采用的园冲头的主视图；
图22为本发明所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法中多向模锻终成形时大头孔右侧成形所采用的园冲头的主视图；
图23为本发明所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法中多向模锻终成形模具中上模结构组成的主视图；
图24为本发明所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法中多向模锻终成形模具中上模结构组成的仰视图；
图25为本发明所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法中多向模锻终成形模具中下模结构组成的主视图；
图26为本发明所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法中多向模锻终成形模具中下模结构组成的俯视图；
图27为本发明所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法中多向模锻终成形的设备布置的平面示意图；
图28为本发明所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法中辊锻制坯所获得的第一道次辊锻件结构组成的主视图；
图28-a为图28中H-H处的剖面图；
图28-b为图28中I-I处的剖面图；
图28-c为图28中J-J处的剖面图；
图28-d为图28中K-K处的剖面图；
图29为本发明所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法中辊锻制坯所获得的第二道次辊锻件结构组成的主视图；
图29-a为图29中L-L处的剖面图；
图29-b为图29中M-M处的剖面图；
图29-c为图29中N-N处的剖面图；
图29-d为图29中O-O处的剖面图；
图30为本发明所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法中辊锻制坯所获得的第三道次辊锻件结构组成的主视图；
图30-a为图30中P-P处的剖面图；
图30-b为图30中Q-Q处的剖面图；
图30-c为图30中R-R处的剖面图；
图30-d为图30中S-S处的剖面图；
图31为本发明所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法中辊锻制坯所获得的第四道次辊锻件结构组成的主视图；
图31-a为图31中T-T处的剖面图；
图31-b为图31中U-U处的剖面图；
图31-c为图31中V-V处的剖面图；
图31-d为图31中W-W处的剖面图；
图32为本发明所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法中多向模锻终成形后终成形锻件结构组成的主视图；
图32-a为图32中X-X处的剖面图；
图32-b为图32中Y-Y处的剖面图；
图33为本发明所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法的流程框图；
图中：1.上箱体，2.压盖，3.下箱体，4.预成形上模，5.预成形上模锁模半圆台，6.预成形上模凸止口，7.右筋板成形冲头的移动通道，8.左筋板成形冲头移动通道，9.预成形下模，10.预成形下模凹止口,11.独立垂直框架，12.垂直活动横梁，13.水平活动横梁，14.独立水平框架，15.下工作台,16.预成形模具，17.预成形模型腔，18.成形液压缸，19.右筋板成形冲头，20.锁模环，21.锁模环顶杆，22.锁模液压缸，23.预成形模锁模圆台，24.左筋板成形冲头，25.终成形上模,26.终成形上模锁模半圆台，27.终成形上模凸止口，28.小头孔成形园冲头移动通道，29.大头孔右园冲头移动通道，30.大头孔左园冲头移动通道，31.终成形下模,32.终成形下模凹止口,33.终成形模具，34.终成形模型腔，35.大头孔右园冲头，36.小头孔成形园柱形冲头，37.终成形模锁模圆台，38.大头孔左园冲头，39.左侧上部枝丫，40.左侧下部枝丫。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的描述：
下面结合DOC-0000074521_02_技SFEZ20转开(2014)技字第657号时速350公里中国标准动车组转向架轴箱体及附图对本发明作详细的描述：
本发明提供了一种标准动车组铝合金分体轴箱体应用多向模锻工艺锻造的近净成型方法，通过该方法得到的轴箱体的抗拉强度、屈服强度及延伸率达到黑色金属铸造轴箱体的水平，重量仅仅是黑色金属铸造轴箱体的三分之一。
所述的多向模锻工艺的多向模锻预成形：
参阅图8与图9，多向模锻预成形是为了成形中间杆部的筋板部分，以便预成形后的坯料能放入多向模锻终成形的模膛，多向模锻预成形模具设计为水平分模。
参阅图14至图19，多向模锻预成形模具由预成形上模4、预成形下模9两部分组成，预成形上模4如图14与图15所示，预成形下模9如图16与图17所示，预成形上模4固定在多向模锻液压机的垂直活动横梁12上，预成形下模9固定在多向模锻液压机的下工作台15上；多向模锻液压机的垂直活动横梁12上和下工作台15的下面均安装有锻件顶出液压缸和顶杆；为了防止错模，预成形上模4、预成形下模9的分模面处分别设置有预成形上模凸止口6和预成形下模凹止口10。
参阅图10至图13与图19，两个成形筋板的冲头分别固定在多向模锻液压机的左右两个水平活动横梁13上，水平活动横梁13由两侧成形液压缸18分别驱动，成形液压缸18安装在多向模锻液压机的独立水平框架14上；锁模液压缸22和锁模环20布置在预成形模具16的前后两侧，锁模液压缸22固定在多向模锻液压机独立垂直框架11上，垂直活动横梁12下行，预成形上模4、预成形下模9合模后，预成形上模4、预成形下模9两端突出部分合模后形成的完整的预成形模锁模圆台23，前后两侧的锁模液压缸22工进，通过锁模环顶杆21驱动前、后的锁模环20完成锁模，锁模环20内侧的斜度与预成形上模4、预成形下模9组合成的预成形锁模圆台23相互匹配，并保证坯料成形时能自锁；完成锁模后，成形筋板的左筋板成形冲头24与右筋板成形冲头19在两侧的成形液压缸18分别驱动下完成筋板成形；成形完成后，顶出液压缸驱动顶杆顶出预成形锻件。
所述的多向模锻工艺的多向模锻终成形：
多向模锻终成形是为了成形内、外轮廓及外轮廓上的突出部分，锻件结构中影响多向模锻终成形模拔模的部分通过添加敷料解决，然后由机加工去除。多向模锻终成形模为水平分模。
参阅图23至图27，多向模锻终成形模具由终成形上模25、终成形下模31两部分组成，终成形上模25如图23和图24所示，终成形下模31如图25和图26所示，终成形上模25固定在多向模锻液压机的垂直活动横梁12上，终成形下模31固定在多向模锻液压机的下工作台15上。多向模锻液压机的垂直活动横梁12上和下工作台15的下面安装有锻件顶出液压缸和顶杆。为了防止错模，终成形上模25、终成形下模31的分模面处设有终成形上模凸止口27与终成形下模凹止口32。四个终成形的冲头中，小头孔两个成形园柱形冲头尺寸、形状一样，如图20所示，大头孔左侧成形园柱形冲头如图21所示，大头孔右侧成形园柱形冲头如图22所示，四个冲头如图27所示分别两两固定在多向模锻液压机的水平活动横梁13上，水平活动横梁13由两侧两个成形液压缸18分别驱动，成形液压缸18安装在多向模锻液压机的独立水平框架14上；锁模液压缸22和锁模环20布置在模具前后两侧，锁模液压缸固定在多向模锻液压机垂直独立框架11上；垂直活动横梁12下行，终成形上模25、终成形下模31合模后，终成形上模25、终成形下模31两端突出部分组合成完整的终成形模锁模圆台37，前后两侧的锁模液压缸22工进，通过锁模环顶杆21驱动前、后两侧锁模环20完成锁模，锁模环20内侧的斜度与终成形上模25、终成形下模31组合成的终成形模锁模圆台37相互匹配，并保证坯料成形时能自锁。完成锁模后，左右两侧每边两个终成形冲头分别在两侧成形液压缸18分别驱动下工进，完成内、外轮廓及外轮廓上的突出部分的成形。成形完成后，顶出液压缸驱动顶杆顶出终成形锻件。
所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法的步骤包括:
1.下料
将圆柱形挤压铝合金棒料按计算的长度用高速圆盘锯床锯断，坯料尺寸计算如下：
由于采用多向模锻工艺整体锻造是一种近净成型方法，坯料体积等于锻件体积、大小两个孔的连皮体积、影响多向模锻终成形模分模的部分所添加敷料的体积、分割所需锯口的体积与锯口两侧所保留的加工余量体积之和，即有以下公式(1)所示：
VP＝VD+VL+VF+VJ+VY (1)
式中：VP-为坯料体积；
VD-锻件体积；
VL-为连皮体积；
VF-为敷料体积；
VJ-为锯口体积；
VY-为加工余量体积；
取最大部位的截面面积折算成圆形面积的直径为圆棒料直径D＝200mm；
根据体积相等的原则，求出圆柱形挤压铝合金棒料的长度L＝390mm；
2.加热
将圆柱形毛坯加热至480±10℃，并进行保温，保温时间4～6小时；加热采用带循环风机均温的箱式电加热炉；
3.辊锻制坯
由于本发明的工艺路线是先采用多向模锻工艺成形轴箱体整体锻件，然后再分割为上箱体、下箱体、压盖三件的方法，所以辊锻制坯是为了成形轴箱体整体锻件而制定的，辊锻制坯是为了使坯料各特征段横截面积满足成形时轴箱体整体锻件各特征段对材料的需求，坯料中间杆部的横截面积大于轴箱体整体锻件杆部对应横截面积，使坯料中间杆部体积大于轴箱体整体锻件杆部的体积15％～20％，多余的材料成形时除足够补充坯料轴箱体小头体积的不足外，剩余的材料挤压到大头，这样更有利于充满锻件中间杆部筋板，并保证坯料能放入多向模锻预成形的模膛；步骤如下：
1)计算辊锻道次n
利用公式(2)和(3)计算杆部和小头的辊锻道次n：
式中：
λp为平均延伸系数，铝合金取λp＝1.6进行计算；
式中：F0为下料后坯料截面积31416mm2，Fn为辊锻后辊锻件杆部的截面积7357mm2或小头的截面积15240mm2；
经过计算杆部和小头的辊锻道次均为n＝5，注意杆部和小头每道次辊锻时的延伸系数是不同的，杆部和小头的型槽系均选用椭圆—方形—椭圆—方形—箱形槽五道次辊锻工艺成形，锻辊模半径为340mm；
2)辊锻成形
(1)第一道次辊锻成形
参阅图28,将在加热步骤中得到的加热后的坯料利用机械手夹住夹持端，送入第一道辊锻模具中，上、下辊锻模旋转一周完成坯料杆部和小头由圆形截面向椭圆形截面变形的第一道次的辊锻，即获得第一道次辊锻件，其中夹持端直径保持不变；
(2)第二道次辊锻成形
参阅图29,辊锻机械手将第一道次辊锻件平移至第二个工位，夹钳将第一道次辊锻件绕其轴线旋转90°，与第二道次辊锻模定位，上、下辊锻模旋转一周后完成第二道次辊锻成形，由第一道次辊锻件杆部和小头的椭圆形截面辊锻成方形截面，其中夹持端直径保持不变，获得第二道次辊锻件；
(3)第三道次辊锻成形
参阅图30，辊锻机械手将第二道次辊锻件平移至第三个工位，夹钳将第二道次辊锻件绕其轴线旋转90°，与第三道次辊锻模定位，上、下辊锻模旋转一周后完成第三道次辊锻成形，由第二道次辊锻件杆部和小头的方形截面辊锻成椭圆形截面，其中夹持端直径保持不变，获得第三道次辊锻件；
(4)第四道次辊锻成形
参阅图31，辊锻机械手将第三道次辊锻件平移至第四个工位，夹钳将第三道次辊锻件绕其轴线旋转90°，与第四道次辊锻模定位，上、下辊锻模旋转一周后完成第四道次辊锻成形，第三道次辊锻件杆部和小头的椭圆形截面辊锻成方形截面，其中夹持端直径保持不变，获得第四道次辊锻件；
(5)第五道次辊锻成形
参阅图6与图7，辊锻机械手将第四道次辊锻件平移至第五个工位，夹钳将第四道次辊锻件绕其轴线旋转45°，与第五道次辊锻模定位，上、下辊锻模旋转一周后完成第五道次辊锻成形，第四道次辊锻件杆部和小头的方形截面辊锻成矩形截面，其中夹持端直径保持不变，获得第五道次辊锻件。最后经过五道次辊锻制坯得到的辊锻件；
4.多向模锻预成形
参阅图8与图9，多向模锻预成形是为了成形中间杆部的筋板部分，以便预成形后的坯料能放入多向模锻终成形的模膛，多向模锻预成形模具设计为水平分模；
参阅图14至图19，多向模锻预成形模具由预成形上模4、预成形下模9两部分组成，预成形上模4如图14与图15所示，预成形下模9如图16与图17所示。预成形上模4固定在多向模锻液压机的垂直活动横梁12上，预成形下模9固定在多向模锻液压机的下工作台15上。为了防止错模，预成形上模4、预成形下模9的分模面处设有预成形上模凸止口6和预成形下模凹止口10。
参阅图10至图13与图19，两个成形筋板的冲头分别固定在多向模锻液压机的左右两个水平活动横梁13上，水平活动横梁13由两侧成形液压缸18分别驱动，成形液压缸18安装在多向模锻液压机的独立水平框架14上；锁模液压缸22和锁模环20布置在预成形模具16的前后两侧，锁模液压缸22固定在多向模锻液压机独立垂直框架11上，垂直活动横梁12下行，预成形上模4与预成形下模9合模后预成形上模4与预成形下模9两端突出部分合模后形成的完整的预成形模锁模圆台23，前后两侧的锁模液压缸22工进，通过锁模环顶杆21驱动前、后的锁模环20完成锁模，锁模环20内侧的斜度与预成形上模4、预成形下模9组合成的预成形锁模圆台23相互匹配，并保证坯料成形时能自锁；完成锁模后，左筋板成形冲头24与右筋板成形冲头19在两侧成形液压缸18分别驱动下完成筋板成形。
5.多向模锻终成形
多向模锻终成形是为了成形内、外轮廓及外轮廓上的突出部分，锻件结构中影响多向模锻终成形模拔模的部分通过添加敷料解决，然后由机加工去除。多向模锻终成形模为水平分模。
参阅图23至图28，多向模锻终成形模具由终成形上模25、终成形下模31两部分组成，终成形上模25如图23和图24所示，终成形下模31如图25和图26所示，终成形上模25固定在多向模锻液压机的垂直活动横梁12上，终成形下模31固定在多向模锻液压机的下工作台15上；为了防止错模，终成形上模25、终成形下模31的分模面处设有终成形上模凸止口27与终成形下模凹止口32。四个终成形的冲头中，小头孔两个成形园柱形冲头尺寸、形状一样，如图20所示，大头孔左侧成形园柱形冲头如图21所示，大头孔右侧成形园柱形冲头如图22所示，四个冲头如图27所示分别两两固定在多向模锻液压机的水平活动横梁13上，水平活动横梁13由两侧两个成形液压缸18分别驱动，成形液压缸18安装在多向模锻液压机的独立水平框架14上；锁模液压缸22和锁模环20布置在模具前后两侧，锁模液压缸固定在多向模锻液压机垂直独立框架11上；垂直活动横梁12下行，终成形上模25、终成形下模31合模后，终成形上模25、终成形下模31两端突出部分组合成完整的终成形模锁模圆台37，前后两侧的锁模液压缸22工进，通过锁模环顶杆21驱动前、后两侧锁模环20完成锁模，锁模环20内侧的斜度与终成形上模25、终成形下模31组合成的终成形模锁模圆台37相互匹配，并保证坯料成形时能自锁；完成锁模后，左右两侧每边两个终成形冲头分别在两侧成形液压缸18分别驱动下工进，完成内、外轮廓及外轮廓上的突出部分的成形；多向模锻终成形后的锻件参阅图32。
6.冲连皮
利用冲孔模具把大、小孔的连皮冲掉，冲连皮工序在液压机或机械压力机上均可进行。
7.分割
分割是把上箱体1、压盖2、下箱体3整体多向锻造成形后的锻件再分成三个单独的锻件，分割用线切割机完成；为了补偿分割时锯口的材料损失和锯口两侧所保留的机加工余量的材料需要，按照下列方法设计整体锻件：
1)为了补偿锯口的材料损失，上箱体1与压盖2的连接处在组成整体锻件时两个半圆中间加5mm的直段作为锯口损失的补偿和机加工余量；
2)上箱体1和下箱体3切割时保证上箱体1的尺寸并保留2mm的机加工余量，分割线在下箱体3一侧，为了补偿下箱体3锯口的材料损失和保留2mm的机加工余量，下箱体3的厚度在整体锻件设计时使其加厚12.5mm来补偿锯口的材料损失和我锯口两侧所保留的机加工余量的材料；
3)下道工序即下箱体3整形降低其高度增大外轮廓尺寸来达到下箱体锻件尺寸要求。
8.下箱体整形
下箱体整形是降低其高度增大外轮廓尺寸来补偿切割锯口的材料损失和保留的机加工余量，以达到下箱体锻件尺寸要求，整形工序用专用整形模具在液压机或机械压力机上均可进行。
Claims (6)
1.一种标准动车组分体式轴箱体近净成形方法,其特征在于，所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法包括步骤如下：
1)下料
将圆柱形挤压铝合金棒料按计算的长度用高速圆盘锯床锯断；
2)加热
将圆柱形毛坯加热至480±10℃，并进行保温，保温时间4～6小时；加热采用带循环风机均温的箱式电加热炉；
3)辊锻制坯
辊锻制坯是为了使坯料各特征段横截面积满足成形时轴箱体整体锻件各特征段对材料的需求，坯料中间杆部的横截面积大于轴箱体整体锻件杆部对应横截面积，使坯料中间杆部体积大于轴箱体整体锻件杆部的体积15％～20％，多余的材料成形时除足够补充坯料轴箱体小头体积的不足外，剩余的材料挤压到大头，这样更有利于充满锻件中间杆部筋板，并保证坯料能放入多向模锻预成形的模膛；
4)多向模锻预成形
多向模锻预成形是为了成形中间杆部的筋板部分，以便预成形后的坯料能放入多向模锻终成形的模膛，多向模锻预成形模设计为水平分模；
5)多向模锻终成形
多向模锻终成形是为了成形内、外轮廓及外轮廓上的突出部分，锻件结构中影响多向模锻终成形模拔模的部分通过添加敷料解决，然后由机加工去除，多向模锻终成形模为水平分模；
6)冲连皮
利用液压机或机械压力机与冲孔模具把大、小孔的连皮冲掉；
7)分割
采用线切割机床把上箱体(1)、压盖(2)、下箱体(3)形成一体的锻件再分成三个单独的锻件，分割采用线切割机完成；
8)下箱体整形
采用专用整形模具在液压机或机械压力机上使下箱体(3)降低其高度增大外轮廓尺寸来补偿切割锯口的材料损失和锯口两侧所保留的机加工余量的材料，以达到下箱体锻件尺寸要求。
2.按照权利要求1所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法,其特征在于，所述的将圆柱形挤压铝合金棒料按计算的长度是指：
由于采用多向模锻工艺整体锻造是一种近净成型方法，坯料体积等于锻件体积、大小两个孔的连皮体积、影响多向模锻终成形模分模的部分所添加敷料的体积、分割所需锯口的体积及锯口两侧所保留的加工余量体积之和，即有以下公式：
VP＝VD+VL+VF+VJ+VY (1)
式中：VP-为坯料体积；
VD-锻件体积；
VL-为连皮体积；
VF-为敷料体积；
VJ-为锯口体积；
VY-为加工余量体积
取最大部位的截面面积折算成圆形面积的直径为圆棒料直径D；
根据体积相等的原则，求出圆柱形挤压铝合金棒料的长度L。
3.按照权利要求1所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法,其特征在于，所述的辊锻制坯的步骤如下：
1)计算辊锻道次n
利用公式(2)和(3)计算杆部和小头的辊锻道次n：
式中：
λp为平均延伸系数，铝合金取λp＝1.6进行计算；
式中：F0为下料后坯料截面积，Fn为辊锻后辊锻件杆部或小头的截面积；
经过计算杆部和小头的辊锻道次均为n＝5，注意杆部和小头每道次辊锻时的延伸系数是不同的，杆部和小头的型槽系均选用椭圆—方形—椭圆—方形—箱形槽五道次辊锻工艺成形，锻辊模半径为340mm；
2)辊锻成形
(1)第一道次辊锻成形
将在加热步骤中得到的加热后的坯料利用机械手夹住夹持端，送入第一道辊锻模具中，上、下辊锻模旋转一周完成坯料杆部和小头由圆形截面向椭圆形截面变形的第一道次的辊锻，即获得第一道次辊锻件，其中夹持端直径保持不变；
(2)第二道次辊锻成形
辊锻机械手将第一道次辊锻件平移至第二个工位，夹钳将第一道次辊锻件绕其轴线旋转90°，与第二道次辊锻模定位，上、下辊锻模旋转一周后完成第二道次辊锻成形，由第一道次辊锻件杆部和小头的椭圆形截面辊锻成方形截面，其中夹持端直径保持不变，获得第二道次辊锻件；
(3)第三道次辊锻成形
辊锻机械手将第二道次辊锻件平移至第三个工位，夹钳将第二道次辊锻件绕其轴线旋转90°，与第三道次辊锻模定位，上、下辊锻模旋转一周后完成第三道次辊锻成形，由第二道次辊锻件杆部和小头的方形截面辊锻成椭圆形截面，其中夹持端直径保持不变，获得第三道次辊锻件；
(4)第四道次辊锻成形
辊锻机械手将第三道次辊锻件平移至第四个工位，夹钳将第三道次辊锻件绕其轴线旋转90°，与第四道次辊锻模定位，上、下辊锻模旋转一周后完成第四道次辊锻成形，第三道次辊锻件杆部和小头的椭圆形截面辊锻成方形截面，其中夹持端直径保持不变，获得第四道次辊锻件；
(5)第五道次辊锻成形
辊锻机械手将第四道次辊锻件平移至第五个工位，夹钳将第四道次辊锻件绕其轴线旋转45°，与第五道次辊锻模定位，上、下辊锻模旋转一周后完成第五道次辊锻成形，第四道次辊锻件杆部和小头的方形截面辊锻成矩形截面，其中夹持端直径保持不变，获得第五道次辊锻件。
4.按照权利要求1所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法,其特征在于，所述的多向模锻预成形是指：
所述的多向模锻预成形是为了成形中间杆部的筋板部分，以便预成形后的坯料能放入多向模锻终成形的模膛，多向模锻预成形模具设计为水平分模；
所述的多向模锻预成形模具由预成形上模(4)、预成形下模(9)两部分组成，预成形上模(4)固定在多向模锻液压机的垂直活动横梁(12)上，预成形下模(9)固定在多向模锻液压机的下工作台(15)上，多向模锻液压机的垂直活动横梁(12)上和下工作台(15)的下面安装有锻件顶出液压缸和顶杆，为了防止错模，预成形上模(4)与预成形下模(9)的分模面处分别设有预成形上模凸止口(6)和预成形下模凹止口(10)；
两个成形筋板的冲头分别固定在多向模锻液压机的左右两个水平活动横梁(13)上，水平活动横梁(13)由两侧成形液压缸(18)分别驱动，成形液压缸(18)安装在多向模锻液压机的独立水平框架(14)上，锁模液压缸(22)和锁模环(20)布置在模具前后两侧，锁模液压缸(22)固定在多向模锻液压机垂直独立框架(11)上，垂直活动横梁(12)下行，预成形上模(4)、预成形下模(9)合模后，预成形上模(4)、预成形下模(9)两端突出部分合模后形成的完整的预成形模锁模圆台(23)，前后两侧的锁模液压缸(22)工进，通过锁模环顶杆(21)驱动前、后的锁模环(20)完成锁模，锁模环(20)内侧的斜度与预成形上模(4)、预成形下模(9)组合成的预成形锁模圆台(23)相互匹配，并保证坯料成形时能自锁，完成锁模后，成形筋板的左筋板成形冲头(24)与右筋板成形冲头(19)在两侧的成形液压缸(18)分别驱动下完成筋板成形，成形完成后，顶出液压缸驱动顶杆顶出预成形锻件。
5.按照权利要求1所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法,其特征在于，所述的多向模锻终成形是指：
多向模锻终成形是为了成形内、外轮廓及外轮廓上的突出部分，锻件结构中影响多向模锻终成形模拔模的部分通过添加敷料解决，然后由机加工去除，多向模锻终成形模为水平分模；
所述的多向模锻终成形模具由终成形上模(25)、终成形下模(31)两部分组成，终成形上模(25)固定在多向模锻液压机的垂直活动横梁(12)上，终成形下模(31)固定在多向模锻液压机的下工作台(15)上，多向模锻液压机的垂直活动横梁(12)上和下工作台(15)的下面安装有锻件顶出液压缸和顶杆，为了防止错模，终成形上模(25)、终成形下模(31)的分模面处设置有终成形上模凸止口(27)与终成形下模凹止口(32)；
小头孔成形采用两个尺寸、形状一样的成形园柱形冲头，大头孔成形采用左侧成形园柱形冲头与右侧成形园柱形冲头，一个小头孔成形园柱形冲头和大头孔左侧成形园柱形冲头安装在左侧的水平活动横梁(13)上，另一个小头孔成形园柱形冲头和大头孔右侧成形园柱形冲头安装在右侧的水平活动横梁(13)上，两侧的水平活动横梁(13)由两侧的成形液压缸(18)分别驱动，两个成形液压缸(18)安装在多向模锻液压机的独立水平框架(14)上；两个锁模液压缸(22)和两个锁模环(20)布置在模具前后两侧，两个锁模液压缸固定在多向模锻液压机垂直独立框架(11)上；垂直活动横梁(12)下行，终成形上模(25)、终成形下模(31)合模后，终成形上模(25)、终成形下模(31)两端突出部分组合成完整的终成形模锁模圆台(37)，前后两侧的锁模液压缸(22)工进，通过锁模环顶杆(21)驱动前、后两侧的锁模环(20)完成锁模，锁模环内侧的斜度与终成形上模(25)、终成形下模(31)组合成的终成形模锁模圆台(37)相互匹配，并保证坯料成形时能自锁，完成锁模后，左右两侧每边两个终成形冲头分别在两侧成形液压缸(18)分别驱动下工进，完成内、外轮廓及外轮廓上的突出部分的成形；成形完成后，顶出液压缸驱动顶杆顶出终成形锻件。
6.按照权利要求1所述的标准动车组分体式轴箱体近净成形方法,其特征在于，所述的分割是指：
所述的分割是把上箱体(1)、压盖(2)、下箱体(3)整体多向锻造成形后的锻件再分成三个单独的锻件，分割用线切割机完成；为了补偿分割时锯口的材料损失和锯口两侧所保留的机加工余量的材料，按照下列方法设计整体锻件：
1)上箱体(1)与压盖(2)的连接处在组成整体锻件时两个半圆中间加5mm的直段作为锯口损失的补偿和锯口两侧所保留的机加工余量的材料需要；
2)上箱体(1)与下箱体(3)切割时保证上箱体(1)的尺寸并保留2mm的机加工余量，分割线在下箱体(3)一侧，为了补偿下箱体(3)锯口的材料损失和保留2mm的机加工余量，下箱体(3)的厚度在锻件设计时使其加厚12.5mm来补偿锯口的材料损失和锯口两侧所保留的机加工余量的材料；
3)下道工序即下箱体整形降低其高度增大外轮廓尺寸来达到下箱体锻件尺寸要求。
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