內(nèi)燃機(jī)車牽引桿叉頭鍛造工藝研究

0 引 言

牽引桿叉頭是軌道交通內(nèi)燃機(jī)車轉(zhuǎn)向架上的關(guān)鍵受力零件，有較高的力學(xué)性能要求，工藝為模鍛成型。每臺(tái)機(jī)車需要裝配4 個(gè)該零件，生產(chǎn)規(guī)模屬中小批量生產(chǎn)。原工藝采用20 kN 自由鍛錘拔長(zhǎng)制坯，再將制坯體放置在螺旋壓力機(jī)上模鍛成型。自由鍛過(guò)程中可控性不佳，制坯精度差，生產(chǎn)效率低，資源消耗高。終鍛后，鍛件表面質(zhì)量不佳，后期需要進(jìn)行大面積的打磨處理。以現(xiàn)有設(shè)備對(duì)原工藝進(jìn)行改進(jìn)，解決上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)預(yù)變形工裝，采用25 000 kN 高能螺旋壓力機(jī)對(duì)鋼坯預(yù)變形，縮減變形時(shí)間，提高變形精度。鋼坯預(yù)成型后放入終鍛工裝成型，使預(yù)成型與終鍛之間無(wú)縫銜接，精簡(jiǎn)鍛造工序，并對(duì)預(yù)成型及終鍛進(jìn)行有限元模擬，分析成型過(guò)程中金屬流動(dòng)規(guī)律和填充程度

。確保金屬充滿終鍛模膛，驗(yàn)證預(yù)變工裝設(shè)計(jì)的合理性，并通過(guò)試制生產(chǎn)驗(yàn)證改進(jìn)后的工藝方案可行性。

1 原鍛造工藝及存在的問(wèn)題

1.1 原鍛造工藝

牽引桿叉頭鍛件結(jié)構(gòu)如圖1 所示，材質(zhì)為35鋼，鍛件下料質(zhì)量為49.5 kg。鍛件外形屬于長(zhǎng)軸叉類，一端為叉口，另一端為圓錐臺(tái)，總長(zhǎng)為410 mm，最大寬度為155 mm，最小寬度為64 mm，最厚厚度為160 mm，最薄厚度為20 mm，叉口寬度為75 mm。鍛件尺寸分布變化較大，原鍛造工藝為：下料→加熱→20 kN自由鍛錘預(yù)制坯→加熱→25 000 kN高能螺旋壓力機(jī)終鍛→切邊→打磨→熱處理。

8例患者治療過(guò)程順利，隨訪2 ～ 24個(gè)月，平均11個(gè)月；身高由術(shù)前（145.8±8.5）cm增加至術(shù)后（156.3±5.3）cm，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P ＜ 0.05）。7例特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者手術(shù)時(shí)間為241 ～ 332 min，平均286 min；出血量400 ～ 1 600 mL，平均850 mL。1例結(jié)核性脊柱后凸患者手術(shù)時(shí)間為330 min，出血量為3 000 mL。所有患者術(shù)后畸形明顯改善，末次隨訪時(shí)無(wú)假關(guān)節(jié)形成、內(nèi)固定失敗等并發(fā)癥，矯形未見(jiàn)明顯丟失。

1.2 原工藝存在的問(wèn)題

（1）成型零件質(zhì)量不穩(wěn)定。20 kN 自由鍛預(yù)制坯是通過(guò)錘砧逐次錘擊拔長(zhǎng)方坯的過(guò)程。自由鍛錘可控性不佳，作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，鋼坯溫度無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間維持在鍛造溫度范圍。制坯體變形質(zhì)量無(wú)法保證，變形表面存在深淺不一的壓痕，如圖2 所示。鋼坯的變形量較小，表面氧化皮不易脫落，二次加熱后會(huì)形成更厚氧化皮，不易清除，因此終鍛后鍛件會(huì)出現(xiàn)錐面填充不滿和氧化皮墊傷表面的缺陷，后期需要進(jìn)行表面大面積打磨處理。

（2）鍛件制造成本高、生產(chǎn)效率低。原工藝成型過(guò)程中需要兩班組進(jìn)行作業(yè)，工序繁瑣，工時(shí)較長(zhǎng)。坯料在兩班組之間傳遞，造成時(shí)間和資源浪費(fèi)，并需要兩火次加熱，燃油的消耗和坯料的燒損較大，后期表面打磨處理，也占用較長(zhǎng)的工時(shí)。

（3）縮短模具使用壽命。終鍛前，制坯體表面較硬的氧化皮不易清除，會(huì)加劇模膛的磨損。制坯體對(duì)應(yīng)鍛件圓錐尾部的位置金屬分布過(guò)多，終鍛時(shí)會(huì)有大量的金屬?gòu)哪Ｌ畔鄳?yīng)位置流出，加速此處模膛的磨損。

2 工藝改進(jìn)

2.1 工藝分析

牽引桿叉頭為長(zhǎng)軸類鍛件，其毛坯尺寸計(jì)算如圖3所示。由圖3可知，鍛件最大截面積為193 cm

，位于叉口部位，最小截面積為34 cm

，位于另一端頭。鍛件兩端材料分布差距較大，從左到右呈遞增趨勢(shì)，需要對(duì)鋼坯進(jìn)行滾擠拔長(zhǎng)變形，使材料在軸線上的分配更接近毛坯計(jì)算圖

。

針對(duì)原工藝存在的問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)，為提高生產(chǎn)效率，縮短成形工時(shí)，取消20 kN 自由鍛錘制坯工序，設(shè)計(jì)預(yù)變形工裝，在25 000 kN 高能螺旋壓力機(jī)對(duì)鋼坯進(jìn)行預(yù)變形，之后將預(yù)變形體置于模膛內(nèi)終鍛。預(yù)變形的目的是改變?cè)鞯男螤?，合理分配材料，以適應(yīng)鍛件橫截面積要求，使金屬更好地充滿模膛

。預(yù)變形體的形狀尺寸由預(yù)變形工裝決定，因此預(yù)變形工裝的設(shè)計(jì)是工藝改進(jìn)的關(guān)鍵。

預(yù)變形工裝結(jié)構(gòu)如圖4 所示，下工裝有夾角為168°凹槽，鋼坯放置在下工裝上，在重力作用下，能自然地固定在凹槽最深處，不會(huì)隨意滾動(dòng)。上、下工裝右側(cè)型腔面平行，閉合后間距為120 mm，用于變形鍛件叉口端形狀，能保證其尺寸小于鍛件最大寬度155 mm，大于叉口寬度75 mm，有利于變形體在終鍛時(shí)擺放及充滿模膛。上、下工裝左側(cè)型腔面夾角為25°，用于變形鍛件圓錐一側(cè)形狀，尺寸略小于鍛件錐面錐度，能使金屬更容易向左側(cè)流動(dòng)，利于拔長(zhǎng)。鋼坯如圖4 所示放置在下工裝上，經(jīng)2 次擠壓變形，沿長(zhǎng)度方向截面積為矩形，輪廓接近鍛件輪廓

。

2.2 預(yù)變形工藝及工裝設(shè)計(jì)

進(jìn)行第二次預(yù)變形模擬，將第一次預(yù)變形的鋼坯繞長(zhǎng)度方向旋轉(zhuǎn)90°放置。上工裝下壓100 mm，鋼坯壓至380 mm，最大寬度為145 mm，變形體可完全放置在模膛內(nèi)。第二次變形金屬仍主要沿長(zhǎng)度方向流動(dòng)，長(zhǎng)度方向兩側(cè)保持圓弧形狀，寬度僅發(fā)生微量變形，如圖6所示。

BIM采用三維建筑設(shè)計(jì)方式，可直觀展現(xiàn)建筑工程項(xiàng)目的全貌、各個(gè)構(gòu)件連接、細(xì)部做法以及管線排布等，使設(shè)計(jì)師可以更加清晰地掌控項(xiàng)目設(shè)計(jì)節(jié)奏，提升設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。數(shù)字化仿真模擬，信息化描述系統(tǒng)要素，實(shí)現(xiàn)信息化協(xié)同設(shè)計(jì)、可視化裝配，工程量信息交互和節(jié)點(diǎn)連接模擬及檢驗(yàn)等全新運(yùn)用，整合建筑全產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程、全方位信息化集成。同時(shí)，不同專業(yè)設(shè)計(jì)師可以在同一平臺(tái)上分工合作，按照一定的標(biāo)準(zhǔn)和原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以大大提高設(shè)計(jì)精度和效率。

對(duì)預(yù)變形和終鍛成型過(guò)程進(jìn)行分析，檢驗(yàn)預(yù)變形工裝、工藝設(shè)計(jì)及鋼坯規(guī)格選取的合理性，對(duì)具體變形參數(shù)進(jìn)行擬定，使用CREO 繪制預(yù)變形工裝、終鍛工裝及φ230 mm×145 mm 圓柱鋼三維實(shí)體，保存為stl格式，導(dǎo)入有限元分析軟件。定義工裝為剛性體，圓柱鋼毛坯為塑性體，忽略毛坯和工裝之間的熱交換，減少計(jì)算時(shí)間。定義設(shè)備為25 000 kN壓力機(jī)，定義摩擦系數(shù)為0.4，預(yù)變形體溫度為1 200 ℃，工裝預(yù)熱溫度為250 ℃，設(shè)定網(wǎng)格邊長(zhǎng)為2 mm，計(jì)算步長(zhǎng)為0.7 mm，建立預(yù)變形有限元模型及終鍛成型有限元模型

。

3 有限元分析

3.1 有限元模型建立

附屬綠地的建設(shè)新老城區(qū)差距較大。老城區(qū)空間小，綠地少；新城區(qū)附屬綠地?fù)碛辛枯^高，但是內(nèi)部使用為主，外部觀賞效果較差，沒(méi)有發(fā)揮附屬綠地延續(xù)街景的作用。

3.2 有限元結(jié)果分析

進(jìn)行終鍛成型模擬，將變形體放置在終鍛模膛內(nèi)，變形體與模膛叉口處邊緣對(duì)齊，確保預(yù)變形體能平穩(wěn)放置在模膛內(nèi)。終鍛模擬效果如圖7 所示，金屬能完全充滿模膛，飛邊分布均勻

。

將下料鋼坯由原規(guī)格150 mm×150 mm×270 mm方鋼改為φ230 mm×145 mm 圓柱鋼。預(yù)變形時(shí)，將圓柱鋼坯底面與模座保持垂直，側(cè)面與工裝接觸放置，此時(shí)僅有側(cè)面較小一部分區(qū)域與工裝接觸。根據(jù)最小阻力定律，金屬更容易沿圓柱徑向流動(dòng)，且兩端呈自然圓弧狀，一次打擊變形后，將預(yù)變形體繞軸線方向翻轉(zhuǎn)90°，進(jìn)行二次打擊變形，即可完成預(yù)變形過(guò)程。整個(gè)預(yù)變形過(guò)程可在15 s 內(nèi)完成，比自由鍛變形節(jié)約40 s，縮短鋼坯的冷卻時(shí)間，保證終鍛前變形體溫度在鍛造溫度范圍內(nèi)。鋼坯無(wú)需經(jīng)歷二火次加熱，減少了燃油及鋼坯燒損消耗。預(yù)變形過(guò)程中，毛坯變形量較大，表面氧化皮能完全剝落，不會(huì)影響鍛件表面質(zhì)量。

進(jìn)行第一次預(yù)變形成型模擬，上工裝下壓120 mm，鋼坯拔長(zhǎng)至315 mm，此時(shí)鋼坯金屬向四周流動(dòng)，徑向流動(dòng)明顯大于軸向流動(dòng)，如圖5所示。變形結(jié)束后，變形體兩側(cè)仍保持原有的圓弧形狀，與鍛件形狀接近。

為研究PRB利用率等網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)與用戶感知指標(biāo)的相關(guān)性,在項(xiàng)目實(shí)踐過(guò)程中,采用三個(gè)網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)作為樣本屬性(即自變量),由于丟包率對(duì)于用戶感知影響最大,采用丟包率作為樣本標(biāo)簽(即因變量),并采用多元線性回歸算法研究相關(guān)性。AAC采集數(shù)據(jù)與訓(xùn)練出算法模型之后,采用模型估算出丟包率,在4G移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)時(shí)應(yīng)用中,業(yè)務(wù)丟包率2%是門限值,大于等于2%被視為影響用戶感知,將拒絕本次調(diào)用。多元線性回歸的模型見(jiàn)公式(1)。

4 現(xiàn)場(chǎng)試制

按擬定預(yù)變形工藝進(jìn)行試制生產(chǎn)，鍛件和飛邊總質(zhì)量約47.5 kg。參照有限元分析過(guò)程，使用25 000 kN 高能螺旋壓力機(jī)預(yù)變形工裝進(jìn)行預(yù)變形。預(yù)變形時(shí)圓柱鋼坯能在預(yù)變形工裝上完全定位，如圖8所示，最后終鍛成型、切邊，經(jīng)檢查測(cè)量，尺寸滿足工藝要求，金屬能完全充滿模膛，飛邊均勻，無(wú)鍛造折疊缺陷。實(shí)際試制結(jié)果與有限元分析結(jié)果基本相符，如圖9所示。工藝改進(jìn)后，鍛件表面質(zhì)量有較大改善，如圖10所示。

5 原工藝與改進(jìn)后工藝對(duì)比

原工藝與改進(jìn)后工藝對(duì)比如表1 所示，改進(jìn)后工藝采用25 000 kN高能螺旋壓力機(jī)預(yù)變形工裝，替代自由鍛錘預(yù)制坯工序，節(jié)約50%人工成本，提升了生產(chǎn)效率；改進(jìn)后工藝比原工藝減少一火次加熱，節(jié)約50%燃油消耗，減少了3%毛坯燒損，可減輕氧化皮墊傷鍛件、提高鍛件表面質(zhì)量，并且省去了打磨工序。

漏洞是蠕蟲病毒頻繁爆發(fā)的主要原因，要使企業(yè)內(nèi)網(wǎng)免受病毒侵害，就必須將補(bǔ)丁分發(fā)管理工作做到位。內(nèi)網(wǎng)安全管理系統(tǒng)的掃描機(jī)制可分為網(wǎng)絡(luò)掃描與主機(jī)掃描，掃描完成后根據(jù)掃描結(jié)果自動(dòng)對(duì)系統(tǒng)漏洞下發(fā)補(bǔ)丁并警告。補(bǔ)丁分發(fā)管理主要完成客戶端的補(bǔ)丁檢測(cè)和安裝，健壯企業(yè)客戶端的安全性。同時(shí)還可以允許管理員自定義軟件分發(fā)，完成用戶自由系統(tǒng)的補(bǔ)丁管理。利用遠(yuǎn)程進(jìn)行軟件分發(fā)。結(jié)合對(duì)客戶端防病毒程序安裝和運(yùn)行情況的檢測(cè)，為安全接入管理系統(tǒng)提供授權(quán)認(rèn)證的依據(jù)［6］。

6 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合有限元模擬分析，對(duì)牽引桿叉頭鍛造工藝進(jìn)行改進(jìn)，分析原工藝的不足，設(shè)計(jì)新的成型工藝，對(duì)新的成型工藝進(jìn)行模擬分析和試制生產(chǎn)驗(yàn)證。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)后工藝能精簡(jiǎn)鍛造流程、提高生產(chǎn)效率、節(jié)省資源、降低鍛造成本，同時(shí)改善零件鍛后的表面質(zhì)量，減小氧化皮墊傷而造成零件報(bào)廢的風(fēng)險(xiǎn)，可為同類零件的工藝及工裝設(shè)計(jì)提供參考。

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