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        軌道交通道岔滑床臺鍛件開發(fā)

        2018-07-03 07:27:12羅天園中車資陽機車有限公司王飛四川中車玉柴發(fā)動機股份有限公司
        鍛造與沖壓 2018年13期
        關(guān)鍵詞:鍛錘批量生產(chǎn)圓角

        文/羅天園·中車資陽機車有限公司王飛·四川中車玉柴發(fā)動機股份有限公司

        中車資陽機車有限公司鍛造事業(yè)部擁有40多年的鍛造歷史,主要生產(chǎn)及開發(fā)機車用鍛件、中低速柴油機連桿、風(fēng)機用葉片等鍛件,具備生產(chǎn)多類型鍛件的能力。隨著鐵路大提速及貨運重載的需求變化,有用戶提出采用鍛件替代精鑄生產(chǎn)的道岔用滑床臺。我公司為壯大軌道市場鍛件產(chǎn)品,承接了該類產(chǎn)品的開發(fā)任務(wù)。

        產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析

        本產(chǎn)品用于軌道交通道岔支撐,為道岔使用的易損件,具有較高的更換頻率。本鍛件開發(fā)之前,主要采用鑄造方式生產(chǎn),隨著鐵路提速及鑄件質(zhì)量的不穩(wěn)定以及在用戶的要求下進行了鍛造開發(fā)。本鍛件重量為12.5kg,適合我公司5t模鍛錘生產(chǎn)。產(chǎn)品多處尺寸為非加工且要求公差達到0.5mm,為國標精密級鍛件,圖1所示為滑床臺鍛件三維模型。

        從上述模型可以看出,鍛件形狀相對簡單,但是在結(jié)構(gòu)及鍛造工藝性方面存在以下的技術(shù)難點:

        ⑴在圖1鍛件右端缺口處存在很薄的凸起,技術(shù)要求中對該部位有很高的尺寸要求,波動范圍要求控制在0.5mm以內(nèi)。

        ⑵鍛件在厚度方向及周邊的加工余量極小,鍛件一旦錯模有可能造成加工黑皮而報廢。同時出模斜度要求小于3°,給鍛件出模造成了困難。

        ⑶鍛件所有棱角R均為2mm,非常不利于金屬的流動及工裝壽命的提高。

        ⑷由于鍛件局部很薄,鍛件切邊后將存在局部的翹曲,難以保證鍛件的尺寸要求。

        圖1 滑床臺三維建模

        工藝方案及工裝設(shè)計

        ⑴工藝流程確定。

        本系列產(chǎn)品為我公司首次開發(fā)如此高精密級鍛件,針對上述提及的產(chǎn)品特點制定了如下的工藝流程:下料→加熱→模鍛(拍扁、預(yù)鍛、終鍛)→切邊→正火→拋丸、探傷、打磨→檢查→包裝。

        ⑵工藝參數(shù)選取及設(shè)備選取。

        本鍛件重量12.5kg,通過三維建模測算鍛件最大截面積后,選取φ85mm的棒料進行鍛造,同時為保證鍛件充型良好要求坯料與鍛件長度接近一致,選用5t模鍛錘進行鍛造。

        ⑶工裝布局。

        鍛模設(shè)計采用3型腔布局方式,分別為拍扁平臺、預(yù)鍛型腔、終鍛型腔。鎖扣設(shè)計選取品字形角鎖扣,利于三個型腔布局同時有效提高工裝導(dǎo)向精度。分型面采用曲面設(shè)計,能有效避免鍛件型腔過深,有效提升鍛件充型能力。

        ⑷型腔設(shè)計。

        拍扁平臺主要用于將坯料進行拍扁,同時去除大部分氧化皮。預(yù)鍛型腔主要起到劈料及預(yù)成形目的,且過渡圓角采用大圓角過渡。終鍛型腔與預(yù)鍛型腔采用翻面設(shè)計,便于操作且有效避免因工裝精度不良導(dǎo)致的鍛造缺陷。

        ⑸熱鍛件尺寸設(shè)計。

        鍛件尺寸在零件基礎(chǔ)上放加工量的同時,除了對圖3圈內(nèi)所示的尺寸進行了修正外,其余尺寸均按熱脹量1.3%進行設(shè)計。該尺寸進行修正的原因是用戶要求該鍛件厚度公差在1mm之內(nèi),而模鍛錘在鍛打過程中要控制1mm的尺寸波動很有難度,因此在進行熱鍛件設(shè)計時將本來是19.6mm的尺寸修正為18.6mm,以此來抵消因鍛件尺寸超厚而導(dǎo)致的該尺寸偏大。

        圖2 鍛模三維圖

        圖3 熱鍛件修正部位

        生產(chǎn)試制

        本產(chǎn)品共進行2次小批量生產(chǎn),其中發(fā)生了一些問題,通過后續(xù)的改進措施即得到改善,在生產(chǎn)中出現(xiàn)的具體問題及整改措施如下。

        ⑴主要缺陷及原因分析。

        1)由于鍛件部分過渡圓角僅為R2,鍛件在進行探傷檢查時發(fā)現(xiàn)存在一定頻次的鍛件夾層缺陷,經(jīng)打磨后可以消除。經(jīng)分析認為是由于鍛造設(shè)備精度不良導(dǎo)致的錘頭晃動,在型腔閉合時啃傷鍛件,從而在根部形成夾層。

        2)部分鍛件在缺口處存在較深的折疊,打磨深度較大,通過鍛造過程的監(jiān)控及分析,認為主要原因是預(yù)鍛型腔局部過渡圓角較小,金屬在開始鍛打時產(chǎn)生拉鎖凹陷,在最終成形充滿時金屬收攏、回填導(dǎo)致折疊缺陷產(chǎn)生。

        3)最終檢查時鍛件厚度尺寸超上差1mm以上,在隨后進行機加工驗證時,存在2個重點尺寸因鍛件厚度超差而相互沖突。

        ⑵整改措施。

        1)針對鍛件根部形成折疊的現(xiàn)象,在圖紙允許的公差內(nèi),人工修整棱角R2到R4、同時調(diào)整設(shè)備精度及工裝導(dǎo)向精度,使設(shè)備及工裝處于良好狀態(tài)后,該現(xiàn)象得以消除。

        2)缺口處折疊現(xiàn)象主要由于預(yù)鍛圓角過小導(dǎo)致,因此預(yù)鍛圓角由R8調(diào)整到R15,且要求操作者在預(yù)鍛前2~3錘時進行輕擊,避免因重錘導(dǎo)致的金屬拉鎖形成褶皺,在終鍛時,褶皺收攏及填充后形成折疊。

        3)通過幾個批次的生產(chǎn),鍛件尺寸控制在1mm之內(nèi)是可行的,但是有近1/3的鍛件難以達到圖紙要求。而該部分鍛件由于切邊后難以進行復(fù)錘修復(fù),為保證合格產(chǎn)品,需要在終檢時進行樣板卡控挑選。對難以通過樣板的鍛件采用了如下的校正方案,并設(shè)計一套簡易校正工裝,保證校正后的鍛件合格。具體方案如下:打磨鍛件切邊毛刺→加熱(700℃)→校正→正火→拋丸、探傷→檢查→發(fā)送。校正時將鍛件倒扣在校正工裝上,將沖頭插入校正部位用油壓機或模鍛錘輕擊校正,并由工裝上的圓形凸臺進行限位,保證不會校正過度,校正工裝模型見圖4,通過校正后的鍛件均滿足了加工要求。

        圖4 校正工裝三維模型

        批量生產(chǎn)

        通過兩次的小批次試制后,對鍛造工藝過程及工裝進行了一定的調(diào)整及上述措施的實施,進行了批量生產(chǎn)。過程中嚴格監(jiān)控生產(chǎn)狀況,其中未發(fā)現(xiàn)異常,經(jīng)后續(xù)磁粉探傷及尺寸檢查鍛件完全符合技術(shù)要求,圖5為鍛件批量生產(chǎn)后待發(fā)貨狀態(tài)。

        圖5 鍛件批量生產(chǎn)

        總結(jié)

        通過本產(chǎn)品的試制及批量生產(chǎn),對此類精鑄件改鍛工藝有了一定的研究。鑄件產(chǎn)品普遍存在薄壁、拔模斜度小、過渡圓角小等特點,給鍛造工藝及工裝設(shè)計帶來了一定的難度。同時由于鑄件尺寸精度較高,而模鍛錘在生產(chǎn)過程中波動性較大,難免會出現(xiàn)超差鍛件,因此,在生產(chǎn)過程中要加強尺寸檢查及控制。

        通過本產(chǎn)品整個開發(fā)過程,不斷優(yōu)化工藝及工裝,實現(xiàn)了該類鑄件的鍛造生產(chǎn),在有效降低成本的同時提升產(chǎn)品自身性能及質(zhì)量。本鍛件的成功開發(fā),為我公司開發(fā)類似的鍛件做了有效的探索,也摸索出了一條鍛造較為精密鍛件的思路。

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