鐵路貨車下側(cè)門折頁的工藝模擬及生產(chǎn)

文/唐林，唐振英，劉金海，朱巖·中車齊齊哈爾車輛有限公司

鐵路貨車下側(cè)門折頁是較為關鍵的鍛鋼件，應用在80t級通用敞棚車下側(cè)門上，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖1所示，為長條類產(chǎn)品，鍛造后對頭部進行鉆孔，鍛件圖如圖2所示。該鍛件長度較長，寬度較小，在厚度方向比較薄。該鍛件平板部位存在凸起薄筋，頭部需鍛成實心圓頭，過渡處截面變化較大，給鍛造制坯帶來了一定的困難；由于該鍛件投影面積較大，需較大的變形力成形，采用較大噸位的鍛造設備。

模擬工藝方案

圖1 三維產(chǎn)品圖

對于該鍛件需在模鍛成形前進行制坯，制坯采用輥鍛的方式，進行三道次的輥鍛合理的分配坯料。輥鍛后毛坯如圖3所示。

軟件模擬

基于以上分析，采用鍛造仿真模擬軟件DEFORM對該產(chǎn)品進行模擬，分析該產(chǎn)品的工藝性及過程模擬分析，模擬過程如下：

采用PRO/E軟件對該產(chǎn)品進行實體建模，繪制出鍛件模具三維圖，如圖4、圖5所示。

模擬參數(shù)的設置

為了保證計算精度和提高計算效率，劃分網(wǎng)格為18萬個。工件溫度設置為1100℃，上下模具溫度設置為250℃，上模速度設置為200mm/s，材質(zhì)為Q345D鋼。

圖2 三維鍛件圖

圖3 下料及三道次輥鍛件圖

圖4 模鍛上模

圖5 模鍛下模

模擬變形及計算結(jié)果

⑴初始模擬位置如圖6所示。

圖6 初始模擬位置

圖7 第58步變形抗力曲線

⑵模擬到第58步時，桿部凸起部分已基本成形，桿部飛邊開始產(chǎn)生如圖7所示，此時的變形抗力為2800t。

⑶模擬到第70步時，該鍛件已經(jīng)完全成形如圖8所示，此時的變形抗力為6020t。

圖8 第70步變形抗力曲線

模擬結(jié)論

由于該鍛件為薄板類鍛件，且投影面積較大，經(jīng)過模擬分析最終成形力要達到6020t。需采用較大噸位的鍛造設備進行鍛造生產(chǎn)。

工藝試制

根據(jù)模擬結(jié)果采用我公司6300t熱模鍛壓力機生產(chǎn)線進行生產(chǎn)，具體工藝流程如下：下料（帶鋸床）→加熱（感應爐）→輥鍛制坯（輥鍛機）→模鍛成形（6300t熱模鍛）→切邊（切邊壓力機）→整形（液壓機）→冷卻（冷床）→校直→打磨（砂輪機）→拋丸（拋丸機）。

輥鍛制坯

通過滑道將加熱后的坯料傳送到輥鍛機械手位置，采用三道次輥鍛完成輥鍛制坯后通過傳送機構(gòu)傳送到機械手抓取位置。

輥鍛過程將坯料合理分配如圖9所示，頭部坯料不參與輥鍛變形，對桿部進行輥鍛成形。

圖9 輥鍛件

模鍛切邊成形

采用機器人將輥鍛出料臺上的輥鍛件夾取到6300t熱模鍛壓力機上進行模鍛如圖10所示，鍛件擺放位置準確平整。始鍛溫度不得低于1150℃，鍛模設計裝卸便捷、定位精準、并兼顧多種產(chǎn)品通用，鍛模設計后可采用下落法進行修復；鍛件頂出可靠下頂出采用8～10個頂桿頂飛邊，上頂出采用4～6個頂桿頂飛邊。頂桿處飛邊局部加強，在輥鍛處預留料。經(jīng)過切邊成形及后續(xù)工序處理鍛件如圖11所示。

圖10 6300t熱模鍛壓力機

圖11 下側(cè)門折頁鍛件

結(jié)論

利用DEFORM數(shù)值模擬技術(shù)對下側(cè)門折頁成形力和變形情況進行了模擬分析。金屬流動平穩(wěn)，未出現(xiàn)折疊缺陷；通過模擬成形過程中的最大成形力為6020t，確定可以在6300t熱模鍛壓力機上進行鍛造生產(chǎn)。

通過對下側(cè)門折頁的成形模擬，指導了下側(cè)門折頁鍛造工藝方案的制定、模具設計和鍛造設備的選擇，優(yōu)化了工藝參數(shù)，縮短了產(chǎn)品的試制周期并降低了試制成本；通過實際生產(chǎn)和工藝調(diào)試，完成了該產(chǎn)品的批量生產(chǎn)，并成功地應用于80t級通用敞棚車。