貨運(yùn)列車支撐座鍛造成形過程分析

文/郝新，張瑞·內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)黨麗·陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

貨運(yùn)列車支撐座鍛造成形過程分析

文/郝新，張瑞·內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)黨麗·陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

郝新，教授，主要從事金屬塑性成形技術(shù)與理論的研究，負(fù)責(zé)主持過國家重大軍品項(xiàng)目和大型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的研制，曾獲得中國航天科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)一次，國防科工委科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)一次。

鐵路貨運(yùn)列車支撐座形狀復(fù)雜，具有高筋、型薄等特點(diǎn)，多采用精密鑄造工藝成形。但支撐座是鐵路貨車轉(zhuǎn)向架上關(guān)鍵受力部件，其產(chǎn)品性能直接影響鐵路貨車速度及載重。由于鑄造件內(nèi)部組織常存在氣孔、縮松、裂紋等缺陷，使得其制品的機(jī)械性能、疲勞韌性偏低，并且承受動(dòng)載能力及抗沖擊性能也較差。很難滿足當(dāng)前鐵路運(yùn)輸高速、重載、安全的需求。由于鍛造成形過程可有效消除鑄造過程的氣孔、縮松等缺陷，提高制品的綜合性能，為此探討支撐座的鍛造成形過程金屬流變行為，為合理設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)提供理論依據(jù)具有重要意義。

有限元模型構(gòu)建

根據(jù)支撐座結(jié)構(gòu)，當(dāng)進(jìn)行單件鍛造成形時(shí)，在鍛造成形過程中將造成錯(cuò)模力大、鍛件錯(cuò)差嚴(yán)重的現(xiàn)象。針對(duì)此現(xiàn)象，將左支撐座與右支撐座合二為一進(jìn)行整體鍛造，如圖1所示。然后通過機(jī)械加工進(jìn)行分離，毛坯材料為Q235-D，尺寸為φ170mm×265mm，始鍛溫度為1280℃，模具材料為H13，溫度為300℃，有限元模型如圖2所示。

模擬結(jié)果分析

鍛造過程金屬的流動(dòng)行為如圖3所示。隨著行程的增加，坯料均勻的向四周延展，逐漸充滿模膛，當(dāng)行程為252mm時(shí)完成終鍛。終鍛后形成的飛邊體積也比較均勻，鍛件沒有出現(xiàn)折疊、充不滿等鍛造缺陷。

圖1 鍛件實(shí)體模型

圖2 有限元模型

圖3 鍛造成形過程

鍛造成形過程的金屬流線如圖4所示。根據(jù)圖4可知，金屬在鍛造初始鐓粗階段，坯料均勻向四周流動(dòng)，當(dāng)行程接近146mm時(shí)，坯料開始主要向左右兩側(cè)流動(dòng)，產(chǎn)生飛邊。上面的飛邊主要由左右兩側(cè)金屬流動(dòng)而形成。終鍛后鍛件流線較均勻，說明成形性能較好。

圖4 鍛造成形過程金屬流線變化

終鍛后模具所受的等效應(yīng)力如圖5所示。由圖5可知，隨著鍛造過程的增加，模具所受等效應(yīng)力逐漸增加。當(dāng)終鍛完成后，上模的等效應(yīng)力主要分布在支撐座頂部，且分布較均勻。下模等效應(yīng)力主要集中在下兩條棱邊的中間部位。

圖5 模具等效應(yīng)力分布

根據(jù)模擬結(jié)果加工制造了鍛造模具，在80MN熱模鍛壓力機(jī)上進(jìn)行首次試鍛。采用一火鍛造成形，鍛件成形過程中存在邊緣圓角處未充滿、底板厚度超厚的現(xiàn)象。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是坯料在鍛模中的初始位置有偏移。調(diào)整后再次試鍛，鍛件成形情況良好，消除了未充滿缺陷。成形后進(jìn)行拋丸處理的支撐座如圖6所示。

圖6 進(jìn)行拋丸處理的支撐座

支撐座采用左、右連體鍛造，模鍛件為一模兩件，鍛造成形后需“一剖二“進(jìn)入后續(xù)工序。鍛件采用天然氣爐加熱，鍛后進(jìn)行正火熱處理，然后風(fēng)冷，對(duì)熱處理后的鍛件進(jìn)行拋丸處理，對(duì)熱處理后的支撐座鍛件進(jìn)行拉伸試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)，其機(jī)械性能如表1所示，符合要求，沖擊試驗(yàn)在-20℃的條件下進(jìn)行。

表1 支撐座機(jī)械性能

結(jié)束語

采用有限元數(shù)值模擬技術(shù)結(jié)合鍛造實(shí)驗(yàn)，獲得了支撐座的合理鍛造工藝及模具結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了支撐座的鍛造生產(chǎn)。