文／李潔，唐振英，鄭官興·齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司

李潔，工程師，主要從事自由鍛件、模鍛件工藝分析及工裝工具設(shè)計(jì)方面的工作，現(xiàn)參與公司的6300t熱模鍛壓力機(jī)和500kJ對(duì)擊錘生產(chǎn)線的改造工作。

集成式制動(dòng)梁架成形工藝研究

文／李潔，唐振英，鄭官興·齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司

李潔，工程師，主要從事自由鍛件、模鍛件工藝分析及工裝工具設(shè)計(jì)方面的工作，現(xiàn)參與公司的6300t熱模鍛壓力機(jī)和500kJ對(duì)擊錘生產(chǎn)線的改造工作。

集成式制動(dòng)梁架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，裝配方便容易，可有效降低車輛的自重，提高車輛的載重能力，通過(guò)對(duì)該產(chǎn)品的工藝研究解決了整體壓彎的變形回彈問(wèn)題，極大地提高了一次壓彎合格率，創(chuàng)造了較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

圖1 中拉桿制動(dòng)裝置

圖3 L-B型制動(dòng)梁架

圖4 集成式制動(dòng)梁架

圖2 集成制動(dòng)裝置

圖5 L-B型制動(dòng)梁架截面形狀

圖6 集成式制動(dòng)梁架截面形狀

為了適應(yīng)我國(guó)鐵路貨物運(yùn)輸提速、重載的進(jìn)一步發(fā)展需要，提高鐵路貨車運(yùn)行的安全穩(wěn)定性，我公司在中拉桿制動(dòng)裝置(圖1）的基礎(chǔ)上結(jié)合國(guó)外的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了集成制動(dòng)裝置(圖2），將原有的L-B型制動(dòng)梁架(圖3）改為集成式制動(dòng)梁架(圖4），其截面形狀也有較大的變化(圖5、6）。集成式制動(dòng)梁架的截面形狀和尺寸為我公司首創(chuàng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，裝配方便容易，有效降低了車輛的自重，提高了車輛的載重能力，目前只有我公司在進(jìn)行該種結(jié)構(gòu)的制動(dòng)梁架的生產(chǎn)試制及工藝研究。通過(guò)對(duì)該產(chǎn)品的工藝研究解決了整體壓彎的變形回彈問(wèn)題，極大地提高了一次壓彎合格率，同時(shí)完成了該制動(dòng)梁架的批量生產(chǎn)，產(chǎn)生了較大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

工藝方案的制定

工藝分析

集成式制動(dòng)梁架在截面形狀和尺寸方面與現(xiàn)有的組合式制動(dòng)梁架有較大差別，存在一個(gè)大平面的整體壓彎，該整體壓彎部位尺寸公差較小，同時(shí)壓彎后需要保證各部位尺寸。

試制準(zhǔn)備

⑴對(duì)切分、整形工裝進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和制造，并設(shè)計(jì)制造彎曲、整形工裝以進(jìn)行整體壓彎成形。

⑵現(xiàn)有的工藝條件無(wú)法進(jìn)行一次加熱后整形和彎曲的工藝試驗(yàn)，我們將原有閑置的制動(dòng)梁架整形設(shè)備改造成彎曲設(shè)備。

⑶由于工件本身形狀及尺寸較為復(fù)雜(圖7），同時(shí)冷卻后工件尺寸發(fā)生較大變化，因此工件壓彎后無(wú)法進(jìn)行熱處理回火，故而要求壓彎成形后在保證工件尺寸的基礎(chǔ)上還要達(dá)到力學(xué)性能要求，對(duì)此我們制定了不同的工藝方案進(jìn)行生產(chǎn)試制。

工藝流程的確定

該產(chǎn)品的原材料為軋制的長(zhǎng)條型材，主要工藝流程為：外購(gòu)型材→切割下料→加熱→切分→拉伸→整形→壓彎→拋丸→檢查→修磨→整體探傷→交驗(yàn)。

圖7 集成式制動(dòng)梁架尺寸圖

試制過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決措施

⑴制動(dòng)梁架壓彎深度(92.5±2）mm尺寸處的弓形桿及十字鋼部位因冷卻過(guò)程中應(yīng)力釋放而導(dǎo)致回彈量難以控制。

解決措施：嚴(yán)格控制出爐溫度，從出爐開(kāi)始到整形壓彎，對(duì)整個(gè)工序的作業(yè)時(shí)間節(jié)拍進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，保證壓彎過(guò)程中制動(dòng)梁的溫度在固定的小范圍內(nèi)浮動(dòng)。同時(shí)，對(duì)工裝回彈量進(jìn)行試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，后期根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)(表1）繼續(xù)按相關(guān)尺寸進(jìn)行實(shí)際小批量試制，最終確認(rèn)可將工裝壓彎深度調(diào)整為97.5mm。

⑵制動(dòng)梁架冷卻過(guò)程中，兩側(cè)不發(fā)生壓彎部位(130mm尺寸處）發(fā)生回彈。

解決措施：根據(jù)相應(yīng)的變形，試制時(shí)在兩端增加反變形量，同時(shí)兩端增加余量，通過(guò)銑床保證梁架兩端面與圖7中130mm尺寸界線的斜度為1∶20。

⑶壓制(92.5±2）mm尺寸處的過(guò)程中，彎曲變形及拉伸變形同時(shí)存在，梁架兩端向中部收縮，兩頂角距離尺寸(1340±5）mm較小，為保證兩頂角距離尺寸，R6～R8凸起普遍較小或沒(méi)有。

解決措施：將兩頂角距離尺寸(1340±5）mm在整形工序中增加至，通過(guò)試制調(diào)整到該尺寸兩端收縮后仍能較好地控制在公差范圍以內(nèi)，對(duì)個(gè)別超差件通過(guò)校正后銑角保證產(chǎn)品要求。

■ 表1 (92.5±2）mm尺寸處回彈試驗(yàn)數(shù)據(jù)

■ 表2 6種工藝方案的相關(guān)數(shù)據(jù)

各試制方案對(duì)金相組織及力學(xué)性能的影響

金相組織及力學(xué)性能的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

屈服強(qiáng)度≥420MPa，抗拉強(qiáng)度≥550MPa，斷后伸長(zhǎng)率≥17%，－40℃的沖擊功≥27J，脫碳層厚度≤0.3mm，金相組織檢查無(wú)魏氏組織。

6種工藝方案

6種工藝方案的相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2，其中加熱溫度為拖偶實(shí)測(cè)溫度。方案1、3、5為一次加熱彎曲成形，方案2、4、6為二次加熱彎曲成形。方案2為一次加熱完成切分、拉伸、整形后直接入爐進(jìn)行二次加熱，二次加熱后進(jìn)行彎曲成形；方案4、6為一次加熱完成切分、拉伸、整形后冷卻到室溫再入爐進(jìn)行二次加熱，二次加熱后進(jìn)行彎曲成形。

方案2、5、6的金相組織及力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)三種方案的實(shí)物解剖試樣進(jìn)行金相組織及力學(xué)性能檢測(cè)我們發(fā)現(xiàn)，無(wú)論采用哪一種工藝方案，晶粒度都比較好，但是加熱溫度在1020℃時(shí)，方案5脫碳層厚度較大(圖8），方案6沖擊功較低(圖9），并且兩根梁架中的6-1-1、6-2-3、6-2-4號(hào)試樣中均有1～2級(jí)魏氏組織，因此將方案5、方案6排除。

方案2在試驗(yàn)過(guò)程中一次加熱保溫時(shí)間較長(zhǎng)，且在進(jìn)行二次加熱前未冷卻到室溫(約在600℃時(shí)直接入爐進(jìn)行二次加熱）。兩根梁架試樣檢測(cè)后，2-1-1、2-1-3、2-2-1號(hào)試樣屈服強(qiáng)度不合格(圖10），沖擊功也相對(duì)較低(圖11），因此方案2也不能滿足要求。

圖8 方案2、5、6脫碳層厚度

圖9 方案6沖擊功

圖10 方案2、5、6屈服強(qiáng)度

圖11 方案2、5、6平均沖擊功

方案1、3、4的金相組織及力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果分析

為了優(yōu)化工藝方案，在方案1、方案3、方案4這三種方案脫碳層厚度、晶粒度和組織比較接近的情況下，我們對(duì)力學(xué)性能進(jìn)一步進(jìn)行了比對(duì)分析，通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比得出以下結(jié)論：

⑴溫度由方案1的950℃升高至方案3的980℃后，制動(dòng)梁的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度都略有升高(圖12、13），斷后伸長(zhǎng)率略有下降但不明顯(圖14），且未低于技術(shù)條件要求，沖擊性能略有提高，分散性加大(圖15），因此方案3較方案1更好。

⑵方案3在980℃時(shí)一次加熱成形，方案4一次加熱到980℃完成整形后冷卻到室溫再入爐二次加熱至950℃，之后壓彎成形。相較之下，方案3屈服強(qiáng)度略高(圖12），抗拉強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率方案3與方案4比較接近(圖13、14），沖擊性能兩者也都呈分散性(圖 15），但是總的平均值方案3為58.8J，略高于方案4的52.8J。

圖12 方案1、3、4屈服強(qiáng)度

圖13 方案1、3、4抗拉強(qiáng)度

圖14 方案1、3、4斷后伸長(zhǎng)率

圖15 方案1、3、4平均沖擊功

工藝方案的選定

通過(guò)對(duì)6種工藝方案進(jìn)行試樣和實(shí)物解剖取樣的數(shù)據(jù)對(duì)比分析，可以得出以下結(jié)論：

⑴方案1、方案3、方案4都能夠符合標(biāo)準(zhǔn)要求，檢測(cè)結(jié)果較好，均可采用。

⑵從生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本方面考慮，采用一次加熱的工藝方案比較合理，同時(shí)可以有效防止二次加熱造成的變形等相關(guān)尺寸問(wèn)題，因此方案1、方案3可采用。

⑶從有效保證集成式制動(dòng)梁架的內(nèi)在質(zhì)量方面衡量，方案3、方案4可采用。

綜合以上多種因素得出最優(yōu)的工藝方案為方案3，即加熱溫度控制在950～980℃之間，一次加熱彎曲成形，保溫時(shí)間為30～50min。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)此次集成式制動(dòng)梁架多種成形工藝方案的試驗(yàn)研究，我們合理地確定了集成式制動(dòng)梁架的生產(chǎn)工藝方法，優(yōu)化了集成式制動(dòng)梁架的生產(chǎn)工藝，降低了生產(chǎn)成本，目前我公司按照此工藝方法生產(chǎn)的集成式制動(dòng)梁架已經(jīng)在進(jìn)行整車驗(yàn)證。