文/王延輝，唐林，唐振英·中車(chē)齊齊哈爾車(chē)輛有限公司

鐵路貨車(chē)承載鞍位于轉(zhuǎn)向架側(cè)架和車(chē)軸之間，通過(guò)承載鞍導(dǎo)框與轉(zhuǎn)向架兩側(cè)的側(cè)架進(jìn)行垂直向定位與導(dǎo)向，確定車(chē)輪對(duì)組件在轉(zhuǎn)向架中的正確位置，從而將車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為車(chē)體沿軌道前行的直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)將車(chē)體的載荷傳遞到車(chē)軸和車(chē)輪，并最終傳遞到導(dǎo)軌上。承載鞍同時(shí)受到壓應(yīng)力、拉應(yīng)力和滾動(dòng)摩擦力，受力情況比較復(fù)雜，品質(zhì)要求較高，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。采用鍛造工藝后可有效避免鑄造缺陷，顯著提高承載鞍的疲勞強(qiáng)度，提高其使用壽命。本文采用Deform 數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)承載鞍在6300t 熱模鍛壓力機(jī)上的成形方案進(jìn)行了模擬分析，制定較為可靠的鍛造工藝方案。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及鍛造工藝性

圖1 承載鞍鑄件三維圖

承載鞍作為鐵路貨車(chē)轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵部件，兩側(cè)設(shè)有對(duì)稱(chēng)的定位擋，頂部為加工平面，底部為軸承環(huán)帶。該產(chǎn)品的輪廓尺寸約為350mm×270mm×180mm，凈質(zhì)量約30kg，平均壁厚約為20mm，是典型的薄壁產(chǎn)品。

該產(chǎn)品定位擋和導(dǎo)框?yàn)橥钩霾糠郑捎缅懺旃に囘M(jìn)行坯料分配及鍛造成形比較困難，因此在鍛造工藝設(shè)計(jì)時(shí)需增加工藝余量。鞍面為半圓形，需在終鍛前采用彎曲制坯。同時(shí)產(chǎn)品壁厚較薄，最終成形時(shí)需較大的鍛造變形力，需合理選擇鍛造設(shè)備并優(yōu)化鍛造工藝降低鍛造變形抗力。

鍛造工藝方案的初步制定

經(jīng)對(duì)鍛件投影面積的初步計(jì)算，其最終鍛造成形力在4000 ～5000t，而且由于該產(chǎn)品形狀較為復(fù)雜需要進(jìn)行預(yù)鍛制坯，結(jié)合我公司現(xiàn)有鍛造設(shè)備準(zhǔn)備在6300t 熱模鍛壓力機(jī)上進(jìn)行該產(chǎn)品的鍛造成形。

基于6300t 熱模鍛壓力機(jī)的特點(diǎn)和該產(chǎn)品的鍛造工藝進(jìn)行了鍛件毛坯的設(shè)計(jì)，如圖2 所示，對(duì)承載鞍頂面、底面、導(dǎo)框內(nèi)側(cè)面、定位擋部位預(yù)留了加工余量。根據(jù)該產(chǎn)品的形狀和各部位截面分析，初步制定鍛造工藝方案為在6300t 熱模鍛壓力機(jī)上采用三工位鍛造成形方案：圓鋼拍扁→彎曲制坯→終鍛成形。

圖2 承載鞍鍛件三維圖

鍛造工藝方案模擬及優(yōu)化

工藝模擬參數(shù)設(shè)定

拍扁和彎曲坯料溫度設(shè)定為1150℃，終鍛成形溫度設(shè)定為1100℃，模具溫度設(shè)定為200℃，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)6300t 熱模鍛壓力機(jī)上模最終運(yùn)行速度在370mm/s，材料選用優(yōu)于鑄造材料的35#鋼，直接從Deform 材料庫(kù)中調(diào)用。

模擬變形過(guò)程

⑴拍扁制坯。

將φ130mm×330mm 圓鋼拍扁到71mm 厚，如圖3 所示，此時(shí)總長(zhǎng)約為380mm，中間最大寬度為180mm 左右，兩側(cè)最小寬度為140mm 左右；可以看出自然拍扁成形后的坯料尺寸利于最終鍛造成形且坯料分配合理。

圖3 拍扁到71mm 厚

⑵彎曲成形。

將拍扁后的毛坯導(dǎo)入彎曲上、下模中進(jìn)行彎曲過(guò)程的模擬，彎曲后毛坯形狀如圖4 所示。彎曲后導(dǎo)框處產(chǎn)生毛邊，頂面未全部與下模接觸。

⑶終鍛成形。

圖4 彎曲成形后毛坯形狀

將彎曲成形后的毛坯導(dǎo)入終鍛上、下模中進(jìn)行終鍛過(guò)程的模擬，終鍛初始位置如圖5 所示，最終當(dāng)上、下模合模到4.5mm 左右未完成鍛造過(guò)程，如圖6 所示，終鍛后毛坯形狀如圖7 所示。此時(shí)可見(jiàn)終鍛成形件導(dǎo)框處飛邊較大，但導(dǎo)框擋塊沒(méi)有成形完全，鍛造變形抗力急劇上升達(dá)到5880t。

工藝優(yōu)化方案

通過(guò)以上模擬分析可以看出采用拍扁、彎曲到終鍛的工藝方案可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的鍛造成形；但最終在導(dǎo)框部位飛邊延伸出很多，鍛件成形不完全且導(dǎo)框擋塊局部圓角缺肉，同時(shí)鍛造變形抗力較大。

圖5 終鍛成形初始位置

圖6 終鍛成形結(jié)束情況

圖7 終鍛成形件

基于以上鍛造變形情況可以判斷下料長(zhǎng)度較大且需要對(duì)鍛造工藝進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，具體優(yōu)化方案如下：

⑴調(diào)整下料尺寸，將下料尺寸調(diào)整為φ130mm× 315mm；拍扁后厚度尺寸在70mm 左右。

⑵改進(jìn)彎曲模結(jié)構(gòu)，將彎曲上模兩側(cè)圓臺(tái)取消；將彎曲下模開(kāi)適合毛坯放置的寬槽以便坯料放置，如圖8 所示。

⑶終鍛過(guò)程在導(dǎo)框擋邊部位優(yōu)化飛邊槽設(shè)計(jì)，以便金屬的充填成形；產(chǎn)品導(dǎo)框中間部位開(kāi)設(shè)較大飛邊槽倉(cāng)部，以容納多余金屬減少鍛造變形抗力，如圖9 所示。

魏晉時(shí)期是政治和經(jīng)濟(jì)動(dòng)蕩的時(shí)期，士大夫階層形成了消極的社會(huì)風(fēng)氣，追求“對(duì)酒當(dāng)歌，人生幾何”的享樂(lè)主義，沉淪于頹廢的生活方式，以老莊、佛道思想為時(shí)尚。

這種風(fēng)氣也直接反映在人們的衣冠服飾上。最有代表性的是當(dāng)時(shí)的“竹林七賢”。

寬衣博帶是這時(shí)期的流行服飾。男子穿衣敞胸露臂，衣服披肩，追求輕松、自然、隨意；女子服飾則長(zhǎng)裙拖地，大袖翩翩，飾帶層層疊疊，優(yōu)雅而飄逸。

圖8 優(yōu)化后的彎曲上、下模

圖9 優(yōu)化后的終鍛上、下模

優(yōu)化后鍛造方案的工藝模擬

模擬參數(shù)與上同，拍扁后尺寸如圖10 所示。彎曲模擬成形后結(jié)果如圖11 所示。終鍛到257 步完全成形，如圖12 所示。此時(shí)按設(shè)定值過(guò)壓0.6mm 走鍛件尺寸下差，鍛造力達(dá)到6250t，接近設(shè)備額定載荷，實(shí)際在5500t 左右能完成鍛件的成形。

結(jié)束語(yǔ)

圖10 拍扁到70mm 厚

圖11 彎曲成形形狀

圖12 終鍛完全成形情況

通過(guò)采用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)承載鞍鍛造工藝方案模擬及優(yōu)化，確定了在6300t 熱模鍛壓力機(jī)上采用一次加熱拍扁、彎曲、終鍛三工位成形的鍛造工藝方案，優(yōu)化了彎曲制坯工藝、改進(jìn)了終鍛飛邊槽的結(jié)構(gòu)。采用數(shù)值模擬技術(shù)能有效指導(dǎo)鍛造工藝方案的制定、模具設(shè)計(jì)和鍛造設(shè)備的選擇。