J形杠桿的鍛造工藝研究

■ 李立峰，劉兆嶺，藺 昊

集成制動(dòng)裝置是我公司研制的一種新型制動(dòng)裝置（見(jiàn)圖1），其將原車(chē)體下主要的制動(dòng)配件集成到轉(zhuǎn)向架當(dāng)中，從而使車(chē)體下部節(jié)省大量空間，進(jìn)而增加了車(chē)體的載貨能力，集成制動(dòng)是未來(lái)鐵路貨車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展的方向。目前，我公司研發(fā)的集成制動(dòng)裝置已經(jīng)大批量應(yīng)用于KM89煤炭漏斗車(chē)與SQ6型小汽車(chē)運(yùn)輸專(zhuān)用車(chē)。J形杠桿（見(jiàn)圖2）是集成制動(dòng)裝置中的關(guān)鍵零部件，外形為U形彎曲鍛件，圖樣要求J形杠桿均為模鍛件。

1. J形杠桿的結(jié)構(gòu)分析

J形杠桿為U形彎曲鍛件，組裝精度（主要是孔距和內(nèi)襠尺寸）要求嚴(yán)格，特別是鍛件在長(zhǎng)度方向尺寸和內(nèi)襠尺寸要求均超出黑皮鍛件能達(dá)到的精度，同時(shí)由于滿足杠桿強(qiáng)度的需要，孔距邊緣的厚度也有嚴(yán)格要求，這就對(duì)鍛件彎曲后的軸線對(duì)齊有了嚴(yán)格的要求。

2. J形杠桿的鍛造工藝過(guò)程

J形杠桿為彎曲鍛件，形狀復(fù)雜，不能通過(guò)模鍛工藝直接成形，需要在模鍛工序后增加彎曲工序。根據(jù)車(chē)間現(xiàn)有設(shè)備配備狀態(tài)，制訂工藝過(guò)程為：加熱→制坯→加熱→模鍛→切邊→加熱→彎曲→修磨→檢查→交付。為保證彎曲后鍛件的尺寸和精度要求，我們?cè)O(shè)計(jì)制造了J形杠桿鍛造模具、彎曲及整形模具，冷熱狀態(tài)檢測(cè)量具等工裝。

（1）制坯 根據(jù)制訂的工藝過(guò)程，需要先模鍛出直板形狀杠桿（見(jiàn)圖3）。計(jì)算鍛件截面尺寸，頭部截面積是桿部截面積的3.2倍，因此模鍛前需要進(jìn)行制坯。 根據(jù)車(chē)間現(xiàn)有設(shè)備情況，決定采取天然氣爐加熱、T/2進(jìn)行自由鍛制坯的工藝方法，鍛制如圖4所示的坯料。通過(guò)計(jì)算鍛件最大截面尺寸，確定采用φ90mm圓料。由于采用燃?xì)鉅t加熱杠桿，為減少加熱時(shí)產(chǎn)生的氧化皮，采用少裝料、快速升溫的加熱方法進(jìn)行加熱。

圖1 集成制動(dòng)裝置

圖2 J形杠桿

圖3 制版形狀的杠桿

（2）模鍛 根據(jù)車(chē)間設(shè)備情況，選擇使用80MN摩擦壓力機(jī)為模鍛設(shè)備，配套切邊設(shè)備為20MN液壓機(jī)。鍛件投影面積為38622mm2，通過(guò)查閱手冊(cè)資料及和80MN摩擦壓力機(jī)設(shè)備能力對(duì)比，認(rèn)為80MN摩擦壓力機(jī)可以滿足鍛造兩件杠桿所需要的打擊力，因此，我們?cè)O(shè)計(jì)的模具同時(shí)具備兩個(gè)模膛，鍛造時(shí)兩件杠桿同時(shí)鍛造，提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，也保證了設(shè)備的安全可控。

（3）彎曲 彎曲工藝制訂。杠桿彎曲采用熱彎方案，工藝流程為：加熱→彎曲→長(zhǎng)度整形→襠距整形→軸線對(duì)齊整形→長(zhǎng)度測(cè)量→冷卻。分別設(shè)計(jì)了彎曲模具（見(jiàn)圖5、圖6）、整形模具（見(jiàn)圖7）及熱態(tài)檢測(cè)工裝（見(jiàn)圖8）。

其中，彎曲模下模和上模共有兩個(gè)方向的定位擋，即長(zhǎng)度方向定位擋和軸向方向定位擋，其中，長(zhǎng)度方向定位擋可以控制杠桿彎曲后的總長(zhǎng)尺寸和小端彎曲后的長(zhǎng)度，軸向方向定位擋可以控制鍛件彎曲后的軸線對(duì)齊情況。

杠桿加熱設(shè)備為天然氣室式爐，為保證杠桿表面質(zhì)量，必須減少杠桿加熱時(shí)氧化皮的產(chǎn)生。彎曲時(shí)加熱溫度控制在（900±10）℃，此溫度下氧化皮產(chǎn)生較少。

彎曲質(zhì)量控制。為保障杠桿強(qiáng)度和滿足組裝精度需要，J形杠桿的襠距尺寸和孔邊緣最小壁厚尺寸要求嚴(yán)格，在試制生產(chǎn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)鍛件存在以下質(zhì)量問(wèn)題：①鍛件長(zhǎng)度尺寸存在較大波動(dòng)。②鍛件存在不同程度的軸線對(duì)齊。③鍛件襠距尺寸存在較大波動(dòng)，大部分超差。④部分鍛件平面度超差。

由于存在質(zhì)量問(wèn)題，不合格J形杠桿需要返工修理，但返修后部分杠桿還存在以上質(zhì)量問(wèn)題，需要重復(fù)返修，這些問(wèn)題嚴(yán)重影響了生產(chǎn)進(jìn)度，同時(shí)導(dǎo)致杠桿的成本居高不下。

經(jīng)過(guò)分析與試驗(yàn)，認(rèn)為問(wèn)題的主要原因是：車(chē)間采用燃?xì)鉅t加熱杠桿，為降低加熱后氧化皮厚度，一直采用快速加熱的方式，杠桿會(huì)存在加熱溫度不均的情況，由于不同溫度下鋼的變形抗力不同，因此，杠桿彎曲變形時(shí)變形量也不相同，導(dǎo)致杠桿彎曲后存在上述質(zhì)量問(wèn)題。

由于設(shè)備條件限制，只能使用燃?xì)鉅t加熱杠桿，且必須降低杠桿加熱時(shí)氧化皮的厚度，也就是杠桿加熱溫度不均勻的情況仍然存在，為保證質(zhì)量，設(shè)計(jì)了杠桿長(zhǎng)度熱整形工裝，杠桿襠距和軸線對(duì)齊整形二合一工裝，和杠桿長(zhǎng)度熱測(cè)量工裝，并對(duì)杠桿的彎曲流程進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化后的彎曲工藝流程為：彎曲→長(zhǎng)度整形→襠距整形→軸線對(duì)齊整形→長(zhǎng)度測(cè)量（若長(zhǎng)度不合格，返回第二步長(zhǎng)度整形）→冷卻。

通過(guò)以上措施，J形杠桿的彎曲一次合格率達(dá)95%以上，極大地提高了生產(chǎn)效率。

圖4 坯料

圖5 彎曲模具下模

圖6 彎曲模具上模

圖7 整形模具

圖8 長(zhǎng)度檢測(cè)工裝

3. 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)J形杠桿鍛件結(jié)構(gòu)的分析，根據(jù)本單位設(shè)備配備情況，制訂了一套鍛件的成形工藝過(guò)程和質(zhì)量控制方法。小批量生產(chǎn)時(shí)，上述工藝過(guò)程可滿足生產(chǎn)要求，但因采用三火次加熱及鍛件反復(fù)倒運(yùn)，鍛件成本較高。在大批量生產(chǎn)時(shí)，可將加熱設(shè)備、制坯設(shè)備、模鍛設(shè)備和彎曲設(shè)備集中到一條生產(chǎn)線中，在一次加熱時(shí)完成全過(guò)程，有效提高生產(chǎn)效率和鍛件質(zhì)量，降低成本。