文/ 喬義栓，趙增華，李潔?中車齊齊哈爾車輛有限公司

鉤尾框鍛造過(guò)程中產(chǎn)生的質(zhì)量問(wèn)題及解決措施

文/ 喬義栓，趙增華，李潔?中車齊齊哈爾車輛有限公司

鍛造鉤尾框（圖1）是一種由鑄造改為鍛造的大型鐵路貨車部件，鍛造鉤尾框整體為長(zhǎng)回字形框體結(jié)構(gòu)，由連接板和鉤尾框框體兩部分經(jīng)模鍛后焊接而成，框板內(nèi)外表面、尾部承載面及鉤尾銷孔進(jìn)行加工制造。鉤尾框框體為模鍛U形結(jié)構(gòu)，要求在鍛造過(guò)程中保證框板和尾部的金屬纖維流向與鉤尾框的受力方向一致。

圖1 17型鍛造鉤尾框

鉤尾框的鍛造工藝過(guò)程

目前國(guó)內(nèi)鍛造鉤尾框的鍛造工藝過(guò)程，都采用展開(kāi)模鍛然后彎曲成形的工藝方法，主要的區(qū)別是模鍛前的制坯工藝不同，主要有自由鍛制坯和輥鍛制坯兩種方法。

圖2 直板式

圖3 幾字形式

模鍛件的展開(kāi)形式也有區(qū)別，主要有直板式（圖2）和幾字形式（圖3）兩種，這兩種形式各有優(yōu)缺點(diǎn)。直板式鍛造時(shí)端部和中間位置同時(shí)變形，中間承載面容易充型，但彎曲時(shí)后彎角位置變形量大，產(chǎn)生裂紋缺陷的傾向性較大。幾字形展開(kāi)方式，后彎角位置彎曲時(shí)變形量小，不易產(chǎn)生裂紋，但是鍛造時(shí)中間承載面位置兩邊框板與鍛造方向夾角過(guò)大，因此此位置變形需要的變形力較大。

我公司的鍛造鉤尾框生產(chǎn)線采用輥鍛制坯，幾字形展開(kāi)方式模鍛，在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先水平。采用的工藝方案為：切料→加熱→輥鍛→模鍛→切邊、整形→彎曲→打標(biāo)記→修磨→檢查。主要的鍛造設(shè)備：輥鍛設(shè)備為北京機(jī)電所的φ1000mm輥鍛機(jī)，模鍛設(shè)備為青鍛的8000t摩擦壓力機(jī)，切邊整形設(shè)備為2000t液壓機(jī)，彎曲設(shè)備為自制315t液壓機(jī)。

鉤尾框鍛造過(guò)程中產(chǎn)生的質(zhì)量問(wèn)題

鉤尾框在鍛造過(guò)程中產(chǎn)生的質(zhì)量問(wèn)題主要有以下兩種：

⑴內(nèi)檔尺寸超差。鉤尾框彎曲后，毛坯的內(nèi)檔尺寸230mm波動(dòng)較大（圖4），嚴(yán)重影響下工序的連接板焊接和鉤尾框加工質(zhì)量。

圖4 鉤尾框毛坯的內(nèi)檔

⑵毛坯邁步。鉤尾框彎曲后，鉤尾框毛坯頭部邁步的比例較大，邁步量A超差（圖5），導(dǎo)致鉤尾框連接板焊接后無(wú)法加工出合格產(chǎn)品。

圖5 鉤尾框毛坯頭部

內(nèi)檔尺寸超差原因分析及控制措施

鉤尾框鍛造完成后，鉤尾框毛坯的檔部尺寸230mm波動(dòng)較大。我們經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)跟蹤和分析，發(fā)現(xiàn)鉤尾框彎曲模中銅套磨損嚴(yán)重，造成銅套厚度不均勻，進(jìn)而改變了銅套與轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間的間隙量，最后在鉤尾框彎曲成形時(shí)由于尺寸L的無(wú)規(guī)律的變化（圖6），導(dǎo)致鉤尾框檔部尺寸波動(dòng)較大。

圖6 彎曲模具圖

發(fā)現(xiàn)問(wèn)題之后，我們將銅套進(jìn)行了更換，調(diào)整了彎曲輥間的尺寸，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量不同鉤尾框毛坯的檔部尺寸一致性有了較大的提高,但是同一鉤尾框毛坯的內(nèi)檔尺寸波動(dòng)仍然較大，圖7中A、B和C尺寸各不相同。

尺寸A、B和C主要由彎曲芯模（圖8）和彎曲輥控制，當(dāng)彎曲芯軸C面和D面由于磨損變形，或圖6中，彎曲模具之間的距離L波動(dòng)，都會(huì)導(dǎo)致尺寸A、B、C的波動(dòng)。但是經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，芯模C、D面的平面度和彎曲輥間距離L都在公差范圍之內(nèi)。

圖7 內(nèi)檔尺寸示意圖

圖8 彎曲芯模

我們又對(duì)鉤尾框框板的厚度進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，凡是鉤尾框內(nèi)檔尺寸較大的部位，框板的厚度尺寸都超下差，而內(nèi)檔尺寸合格的部位，框板的厚度尺寸也合格。于是我們對(duì)工序進(jìn)行了排查，找到了問(wèn)題產(chǎn)生的原因。由于輥鍛設(shè)備和輥鍛模具老化，造成輥鍛后毛坯框板部位薄厚不均，并且8000t摩擦壓力機(jī)打擊力不足，毛坯在模鍛時(shí)不能打靠（模具閉合），因此鍛造后鉤尾框毛坯框板厚度不均勻，彎曲后內(nèi)檔尺寸也不一致。

因?yàn)樯a(chǎn)任務(wù)緊，我們對(duì)輥鍛模具變形部位進(jìn)行了手工修復(fù)，并調(diào)整了輥鍛參數(shù)，以保證輥鍛后，毛坯框板部位最小厚度滿足鍛造和彎曲的要求，控制了內(nèi)檔尺寸的波動(dòng)范圍。但是也帶來(lái)了鉤尾框毛坯框板局部厚度大及加工量大的問(wèn)題,后續(xù)我們將對(duì)輥鍛設(shè)備和8000t摩擦壓力機(jī)進(jìn)行一次全面維修，以恢復(fù)設(shè)備精度。

鉤尾框邁步缺陷產(chǎn)生的原因及解決措施

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量分析，鍛造鉤尾框彎曲后邁步缺陷分為兩種：一是毛坯頭部和框板部位整體邁步，圖9中虛線和實(shí)線分別為鉤尾框的兩端，兩端的邁步量為H。二是毛坯頭部邁步，框板不邁步，圖10 中邁步量G。這種邁步缺陷無(wú)法修復(fù)，存在這種問(wèn)題的鉤尾框只能報(bào)廢處理，造成了極大的浪費(fèi)。

圖9 毛坯頭部和框板部位整體邁步

圖10 毛坯頭部邁步，框板不邁步

⑴整體邁步。

經(jīng)過(guò)工序跟蹤和測(cè)量，我們發(fā)現(xiàn)這種邁步問(wèn)題產(chǎn)生的原因是：彎曲前毛坯定位時(shí)，毛坯定位部位存在不同程度的殘余飛邊或毛刺，導(dǎo)致定位不準(zhǔn)確，彎曲時(shí)形成邁步缺陷。飛邊和毛刺的形成在切邊工序，2000t切邊液壓機(jī)滑塊速度慢，在切邊時(shí)毛坯和切邊刃口接觸時(shí)間長(zhǎng)，造成刃口溫度升高，然后空冷回火，降低了刃口的硬度，并且操作人員監(jiān)控不到位，在刃口老化時(shí)未及時(shí)修復(fù)模具，從而造成因毛坯切邊不完全而產(chǎn)生的殘余飛邊和毛刺。

由于2000t液壓機(jī)暫時(shí)無(wú)法修復(fù)，解決問(wèn)題的方法只能是提高切邊刃口的壽命。為此我們?cè)黾恿饲羞吥＞叩睦鋮s工序，在模具切邊完成后，使用水快速將刃口降溫，以保證刃口的硬度。另一方面，要求操作者對(duì)模具刃口狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)修復(fù)模具。這些措施實(shí)施后，殘余飛邊和毛刺得到了有效的控制，從而解決了鉤尾框毛坯的整體邁步問(wèn)題。

⑵頭部邁步。

經(jīng)過(guò)工序跟蹤和分析，我們發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的源頭是在輥鍛和模鍛工序。輥鍛時(shí)，輥鍛模模膛表面由于老化出現(xiàn)塌陷，輥鍛后毛坯表面尤其是靠近鉤尾框頭部部位不平整，模鍛時(shí)8000t摩擦壓力機(jī)打擊力不夠，使毛坯尤其是框板部位在模具里不能完全打靠（模具閉合），因此鍛造后毛坯框板部位存在不同程度的不平整。彎曲過(guò)程中（圖11、圖12），凸包位置變形量大，附近部位變形量小，根據(jù)最小阻力定律，變形方向?yàn)殚L(zhǎng)度方向，因此鉤尾框凸包位置產(chǎn)生彎曲，造成鉤尾框頭部和框板不同軸，從而產(chǎn)生邁步。

圖11 凸包位置

圖12 凸包位置變形量大，附近部位變形量小

于是我們重新設(shè)計(jì)了輥鍛模具，并在設(shè)計(jì)中考慮了輥鍛機(jī)磨損和8000t摩擦壓力機(jī)打擊力不足的問(wèn)題。新輥鍛模具投入生產(chǎn)使用后，經(jīng)過(guò)實(shí)際生產(chǎn)和測(cè)量，鉤尾框頭部邁步問(wèn)題已經(jīng)得到解決。

結(jié)束語(yǔ)

⑴鍛造鉤尾框雖然是模鍛件，但同時(shí)又是彎曲鍛件，模具和設(shè)備的狀態(tài)直接決定了鍛件的質(zhì)量。

⑵鍛造鉤尾框鍛造過(guò)程工序較多，如果一個(gè)工序出現(xiàn)小的質(zhì)量問(wèn)題，可能會(huì)導(dǎo)致在下工序出現(xiàn)大的質(zhì)量故障。所以在生產(chǎn)過(guò)程中，過(guò)程質(zhì)量控制尤為重要，將問(wèn)題解決在萌芽狀態(tài)，才能降低鍛件的廢品率。