CN102974743A

CN102974743A - 钩舌制造方法

Info

Publication number: CN102974743A
Application number: CN2012105197873A
Authority: CN
Inventors: 唐振英; 孙天罡; 唐林; 赵增华; 陈明达
Original assignee: Qiqihar Railway Rolling Stock Co Ltd
Current assignee: CRRC Qiqihar Rolling Stock Co Ltd
Priority date: 2012-12-06
Filing date: 2012-12-06
Publication date: 2013-03-20

Abstract

本发明提供一种钩舌制造方法，该方法包括：1）下料；2）一次加热；3）自由锻；4）二次加热；5）一次模锻；6）一次切边；7）三次加热；8）二次模锻；9）二次切边；10）加工，对制坯件的拔模斜度进行加工；11）热处理，对制坯件进行调质处理；12）探伤，对制坯件进行表面探伤；探伤合格即完成产品的制造，探伤不合格的产品移至废品区。本发明提供的钩舌制造方法，根据锻造钩舌的结构特点，确定了锻造钩舌工艺为自由锻制坯、两次模锻和两次切边的生产工艺，采用上述锻造工艺生产的钩舌则完全可以避免铸造钩舌的气孔、夹渣、缩孔疏松等铸造缺陷的存在，保证了钩舌内部质量，提高了钩舌的使用寿命。

Description

钩舌制造方法

技术领域

本发明涉及锻造技术，尤其涉及一种钩舌制造方法，属于轨道车辆技术领域。

背景技术

钩舌是用来实现机车和车辆或车辆和车辆之间的连挂和传递牵引力及冲击力，并使车辆之间保持一定的距离。钩舌在列车运行中除了要承受随机的、交变的牵引力、压缩力和冲击力等作用外，还承受弯矩的作用。特别是在调车作业中，钩舌经常会受到很大的冲击力作用，因此，使用条件非常恶劣，致使各部分时常产生裂纹、变形、磨耗及三态作用不良等故障。自我国重载货车普遍使用十六号车钩以来，钩舌S形面出现裂纹的情况时有发生。从钩舌的运用统计调查资料可知，钩舌因裂纹超限而报废占其报废总率的90%以上，疲劳破坏是钩舌失效的主要形式。

原有的钩舌工艺是采用铸造的工艺方法。其工艺流程为造型→下芯合箱→浇注→落砂→一次清理→热处理→二次清理→抛丸→探伤→抛丸→探伤→喷漆→交验。

铸造钩舌的主要失效形式表现为断裂和磨耗，使用过程中铸造钩舌产生的摩擦和磨粒磨损是钩舌磨损的主要原因;钩舌在铸造成形过程中形成的组织缺陷和在使用过程中由冲击和摩擦磨损产生的应力集中是产生裂纹的主要原因，两者的根本原因都在于钩舌气孔、夹渣、缩孔疏松等铸造缺陷的存在,这些缺陷在交变应力作用下,形成裂纹,造成直接断裂或形成细屑,进而在车体运行过程中加速钩舌磨耗，质量得不到有效保证，给行车安全带来较大隐患。

发明内容

本发明提供一种钩舌制造方法，用于克服现有技术中的缺陷，减少钩舌裂纹的产生，降低磨损，提高钩舌质量，提高行车的安全性。

本发明提供的钩舌制造方法，该方法包括以下步骤：

1）下料，在原材料上割取制坯件；

2）一次加热，将制坯件进行一次加热；

3）自由锻，对制坯件进行自由锻；

4）二次加热，对自由锻后的制坯件进行二次加热；

5）一次模锻，将二次加热后的制坯件放置在一次模锻模具中进行一次模锻；

6）一次切边，对一次模锻后的制坯件进行一次切边；

7）三次加热，将制坯件进行三次加热；

8）二次模锻，将三次加热后的制坯件放置在二次模锻模具中进行二次模锻；

9）二次切边，对二次模锻后的制坯件进行二次切边；

10）加工，对制坯件的拔模斜度进行加工；

11）热处理，对制坯件进行调质处理；

12）探伤，对制坯件进行表面探伤；探伤合格即完成产品的制造，探伤不合格的产品移至废品区。

本发明提供的钩舌制造方法，根据锻造钩舌的结构特点，确定了锻造钩舌工艺为自由锻制坯、两次模锻和两次切边的生产工艺，采用上述锻造工艺生产的钩舌则完全可以避免铸造钩舌的气孔、夹渣、缩孔疏松等铸造缺陷的存在，保证了钩舌内部质量，提高了钩舌的使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例提供的自由锻完成的制坯件的立体图；

图2为一次模锻完成的制坯件的立体图一；

图3为一次模锻完成的制坯件的立体图二；

图4为二次模锻完成的制坯件的立体图一；

图5为二次模锻完成的制坯件的立体图二。

具体实施方式

本发明实施例提供一种钩舌制造方法，该方法包括以下步骤：

1）下料，在原材料上割取制坯件；原材料可采用圆钢或钢板；原材料制坯件的形状具体为方形或圆柱形；

2）一次加热，将制坯件进行一次加热；为下一步自由锻做准备；

3）自由锻，对制坯件进行自由锻；自由锻制坯件1的形状如图1所示；需要将原材料制坯件的基础上锻造出自由锻制坯件1的形状，自由锻制坯件1的头部11和尾部12的截面积变化较大，因此在该过程中容易发生裂纹和折叠；

4）二次加热，对自由锻后的制坯件进行二次加热；为一次模锻做准备；

一次模锻形成的制坯件的形状如图2、图3所示；模具通常由上半模和下半模扣合而成，将自由锻后的制坯件放置在一次模锻模具的下半模中，再将一次模锻模具的上半模扣合在其上，这时，一次模锻模具的上半模和下半模之间有一间距d1，将容置有制坯件的一次模锻模具放置在模锻机上进行一次模锻，该步骤主要是为了形成钩舌的S形面3，一次锻造完成后，一次模锻模具的上半模和下半模之间的间距由d1变为d2，其中d1>d2；在下料和自由锻均满足要求的情况下，该步骤中d1和d2的控制根据S形面3的完整和是否符合要求为准；

由于自由锻制坯件1的头部11和尾部12截面变化较大，在一次模锻过程中由于坯料来不及向两侧扩散因此在过渡处容易产生折叠缺陷；在实际生产中通过对锻造钩舌自由锻制坯件进行改进，将自由锻制坯件头部11与尾部12过度处修改为斜面4过度，如图4、图5所示，使坯料在一次模锻形腔中能充分流动。经过对该工艺的改进完全避免了一次模锻过程中折叠缺陷的产生。

6）一次切边，对一次模锻后的制坯件进行一次切边；

由于上半模和下半模之间具有间隙，因此，一次模锻后的制坯件除了在形成钩舌的S形面3外，制坯件还会在模锻机压力下产生变形，变形后由一部分边缘在该间隙内形成，称为飞边，为了保证下一步的二次模锻质量，需要将制坯件从一次模锻模具中取出进行一次切边；

7）三次加热，将制坯件进行三次加热；

将经过三次加热后的制坯件再次放置在二次模锻模具上半模与下半模内，进行二次模锻，经过该次模锻后的制坯件外形已接近成品；二次模锻后二次模锻模具上半模与下半模之间的间距由d3变成了d4，这个过程中，d4控制在0.5~1.5mm之间，最好为1mm；

9）二次切边，对二次模锻后的制坯件进行二次切边；将二次模锻后形成的飞边进行切除；

10）加工，对制坯件的拔模斜度进行加工；这里需要加工的拔模斜度即为依次模锻中后产生的斜面4；

11）热处理，对制坯件进行调质处理；调制处理主要是为了对成型的钩舌具有良好的综合机械性能；

探伤用于检查成型钩舌表面是否有裂纹及重叠部分，如果有的话会影响使用，就不能作为合格的钩舌产品，需要堆置在废品区，只有没有任何裂纹和重叠部分的钩舌才能作为合格产品。

铸造钩舌与锻造钩舌的力学性能比较：

从表中我们可以明显的看出，锻造钩舌产品要比铸造钩舌强度和冲击要高出很多；并且锻造钩舌的质量保证期为六年，比铸造钩舌质量保证期多一年，因此可以看出，锻造钩舌要比铸造钩舌具有很强的优越性。

下面对锻造钩舌产品两次模锻过程进行了模拟和分析。分析的边界条件设定、过程模拟及受力分析如下：

本次模拟利用SOLIDWORKS软件对锻造钩舌参数化建模，用DEFORM-3D软件平台对建立的三维模形进行有限元模拟，对锻造钩舌模锻成形过程和受力进行了分析，揭示出产品产生缺陷过程并优化了模锻工艺。

1、模拟参数设定如下：为使模拟结果能真实的反映实际生产情况，设定的模拟条件与实际生产条件基本一致。

1）锻件材料的材料模形建立，锻件材料为25MnCrNiMoA钢，鉴于DEFORM-3D材料库中没有该材料，因此没有该种材质在不同温度和不同变形速率下的变形抗力数据，基于CrNiMo合金钢的化学成分和性能基本与25MnCrNiMoA一致，借鉴CrNiMo合金钢的变形抗力曲线建立了材料模形。

2）其它模拟参数的设定，两次模锻均在8000吨摩擦压力机上进行生产，对两次模锻模拟参数设置均相同：模具材料设定为刚体，坯料加热温度为1200℃，库伦摩擦系数为0.3，模具温度设定为250℃，上模移动速度设定为200mm/s，单元格数为185641个。

2、一次模锻坯料变形过程数值模拟和缺陷分析

1）一次模锻锻变形过程数值模拟，该成形过程主要是对锻造钩舌产品S形面3进行成形，由于需要精确的毛坯才能满足最终锻造成形的要求，因此需采用开式模锻的方式进行锻造，在模锻后进行切边，通过该次锻造良好的分配坯料，为最终锻造成形打下基础。一次模锻模具的上半模与下半模之间的间隙为0.3mm时坯料已经完全成形；在该节点位置变形抗力为54500kN，由此可以判定8000吨摩擦压力机能满足该产品一次模锻对打击力的要求。

2）对一次模锻过程中产生缺陷情况进行分析，一次模锻时易产生折叠缺陷，该缺陷的产生是由于自由锻制坯件1头部11和尾部12截面变化较大，在一次模锻过程中由于坯料来不及向两侧扩散因此在过渡处容易产生折叠缺陷。

3）改进方案和实际效果，在实际生产中通过对锻造钩舌自由锻制坯件进行改进，将自由锻制坯件1的头部11与尾部12过度处修改为斜面4过度，使坯料在一次模锻形腔中能充分流动。经过对该工艺的改进完全避免了一次模锻过程中折叠缺陷的产生。

3、二次模锻坯料变形过程模拟和缺陷分析

1）二次模锻变形过程数值模拟，该产品在经过一次模锻和切边修磨后需要将该坯料翻转90度进行二次模锻以进行最终成形。二次模锻模具的上半模与下模之间间隙为1mm，时坯料已经完全成形。在该节点位置变形抗力为49700kN，由此可以判定8000吨摩擦压力机能满足该产品二次模锻对打击力的要求。

2）对二次模锻成形过程和产生缺陷情况分析，二次模锻件成形时飞边已越过飞边槽仓部，造成材料浪费并增加了对锻造力的要求。产生原因主要是由于一次模锻件坯料局部分配不合理。二次模锻时在上牵引台部位产生折叠缺陷的形成过程中，由于一次模锻件在上牵引台过度处坯料截面变化较大，上牵引台处根部坯料在锻造过程中金属坯料无法横向流动，因此在该部位产生折叠缺陷。

3）改进方案，针对以上存在的主要问题，进行了以下改进：将一次模锻截面突变处的圆角尽量放大，让此处坯料能横向流动，以避免折叠缺陷的产生。通过修改一次模锻模具将一次模锻坯料局部形状进行优化，使充形过程合理。同时将现有模具飞边槽仓部尺寸加大，以便充分容纳多余的金属。

一次加热、二次加热和三次加热的温度均控制在900℃~1200℃之间。

本发明提供的钩舌制造方法根据锻造钩舌的结构特点，确定了锻造钩舌工艺为自由锻制坯，两次模锻和两次切边的生产工艺，采用数值模拟的分析方法对该种工艺进行了模拟和验证，分析了在两次模锻过程中坯料的变形过程和受力分析，同时模拟了工艺过程中产生缺陷的过程，为避免锻造缺陷和优化锻造工艺提供了有力的依据；通过在实践中对该工艺进行优化提高了产品的成品率，使其锻造钩舌的成品率从最初的30.3%达到了90%以上，目前该工艺稳定用于生产；采用锻造工艺生产的钩舌则完全可以避免铸造钩舌的气孔、夹渣、缩孔疏松等铸造缺陷的存在,保证了钩舌内部质量，提高了钩舌的使用寿命。

作为上述实施例的优选实施方式，在步骤6）至步骤7）之间还包括：6S）一次修磨，待一次切边后的制坯件自然冷却至环境温度时对其进行一次修磨；在步骤9）至步骤10）之间还包括：9S1）二次修磨，待二次切边后的制坯件自然冷却至环境温度时对其进行二次修磨。一次修磨和二次修磨能够进一步提升锻造质量，并有利于其下一步的指标控制；在步骤9S1）至步骤10）之间还包括：9S2）一次抛丸，对二次修磨后的制坯件表面进行一次抛丸处理；在步骤9S2）至步骤10）之间还包括：9S3）二次抛丸，对热处理后的制坯件表面进行二次抛丸处理。一次抛丸和二次抛丸为了将制坯件表面的氧化层去除掉，露出制坯件本身的材质，减少在使用过程中的腐蚀。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种钩舌制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1）下料，在原材料上割取制坯件；

2）一次加热，将制坯件进行一次加热；

3）自由锻，对制坯件进行自由锻；

4）二次加热，对自由锻后的制坯件进行二次加热；

6）一次切边，对一次模锻后的制坯件进行一次切边；

7）三次加热，对制坯件进行三次加热；

9）二次切边，对二次模锻后的制坯件进行二次切边；

10）加工，对制坯件的拔模斜度进行加工；

11）热处理，对制坯件进行调质处理；

2.根据权利要求1所述的钩舌制造方法，其特征在于，在步骤6）至步骤7）之间还包括以下步骤：

6S）一次修磨，待一次切边后的制坯件自然冷却至环境温度时对其进行一次修磨。

3.根据权利要求2所述的钩舌制造方法，其特征在于，在步骤9）至步骤10）之间还包括以下步骤：

9S1）二次修磨，待二次切边后的制坯件自然冷却至环境温度时对其进行二次修磨。

4.根据权利要求3所述的钩舌制造方法，其特征在于，在步骤9S1）至步骤10）之间还包括以下步骤：

9S2）一次抛丸，对二次修磨后的制坯件表面进行一次抛丸处理。

5.根据权利要求4所述的钩舌制造方法，其特征在于，在步骤9S2）至步骤10）之间还包括以下步骤：

9S3）二次抛丸，对热处理后的制坯件表面进行二次抛丸处理。

6.根据权利要求1-5任一所述的钩舌制造方法，其特征在于，所述一次加热、二次加热和三次加热的温度均控制在900℃~1200℃之间。

7.根据权利要求1-5任一所述的钩舌制造方法，其特征在于，二次模锻后二次模锻的上模具与下模具之间的间距控制在0.5~1.5毫米之间。