鉤尾框成形輥鍛工藝彎曲缺陷分析及工藝優(yōu)化.pdf

1、鉤尾框是鐵路運輸車鉤緩沖裝置的重要組成部分，在車輛牽引、連掛和緩沖時，鉤尾框?qū)⑼瓿绍囕v間縱向力的傳遞。近年來，鐵路在貨運運輸領(lǐng)域?qū)嵤┝酥剌d與提速并舉戰(zhàn)略，有力推動了鐵路貨運列車生產(chǎn)技術(shù)迅速提高和車輛性能的不斷升級。由于鉤尾框承受縱向沖擊力最大，因此其質(zhì)量的好壞是火車是否能安全運行的關(guān)鍵。現(xiàn)在越來越多的相關(guān)試驗研究工作在開展，而鉤尾框的生產(chǎn)也逐漸由原本的鑄造鉤尾框向鍛造鉤尾框發(fā)展。通過鍛造工藝生產(chǎn)的鉤尾框質(zhì)保期由8年提高到25年。然而，鉤

2、尾框結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鍛造工藝難度大，為了降低所需設(shè)備噸位以及實現(xiàn)工藝可行性，鉤尾框鍛造一般采用框體展開模鍛成形加彎曲工藝，最后通過焊接工藝將鍛件頭部兩側(cè)焊接連接板的工藝方案。
　　13B鉤尾框由兩端頭、兩端連接板以及中間本體組成，其中兩端頭形狀尺寸不同，連接板寬而薄，截面起伏大。若采用精密成形輥鍛加局部模鍛工藝，在輥鍛工序中完成連接板全部成形以及中間本體部分成形，在模鍛中只成形兩端頭及中間本體，可以大大地降低模鍛時的成形載荷，符合我國節(jié)

3、能減材的要求。
　　成形輥鍛雖然在減材和降低能耗方面有諸多優(yōu)勢，但鍛件的成形質(zhì)量容易受到溫度、摩擦條件、輥鍛速度、孔型結(jié)構(gòu)等的影響，實際成形結(jié)果與設(shè)計有不同，需要較長時間的現(xiàn)場調(diào)試和多次修模。在本文中所研究的13B鉤尾框鍛件輥鍛工藝中在小頭連接板與中間本體過渡區(qū)出現(xiàn)嚴重的彎曲等缺陷，導(dǎo)致輥鍛件不能滿足后續(xù)模鍛生產(chǎn)的需要，出現(xiàn)報廢情況。本文以13B鉤尾框四道次成形輥鍛過程為研究對象，針對輥鍛中出現(xiàn)彎曲缺陷，利用有限元分析軟件建立精密

4、的有限元分析模型，研究成形輥鍛過程中金屬變形，分析缺陷出現(xiàn)的機理，尋找缺陷控制的方法。論文主要內(nèi)容如下：
　?、俳^尾框成形輥鍛的有限元模型，對輥鍛過程進行數(shù)值模擬仿真，通過模擬結(jié)果與實際結(jié)果的對比，確定模型的可靠性；通過對模擬結(jié)果中溫度場、應(yīng)變場分布，以及輥鍛載荷的變化，獲得輥鍛過程的總體認識。
　?、诜治隽溯佸戇^程中金屬變形過程，發(fā)現(xiàn)輥鍛彎曲缺陷產(chǎn)生的原因主要是是中間本體上下表面延伸不同以及模具與輥鍛件特征段不匹配，在

5、連接板過渡區(qū)上下表面 X向分別產(chǎn)生大小相等的壓應(yīng)力和拉應(yīng)力，在上下表面應(yīng)力形成的力偶的作用下因扭曲變形而出現(xiàn)彎曲缺陷。而模具與輥鍛件特征不匹配問題則是由第二、第三道次連接板充填不滿、第三、第四道次中間本體打滑以及第三道次中間本體與小頭連接板過渡區(qū)打滑而共同作用而引起的。
　?、坩槍澢毕莩霈F(xiàn)的原因的分析，對輥鍛工藝及模具結(jié)構(gòu)進行修改優(yōu)化。首先，對連接板和中間本體單特征段的金屬充填情況進行優(yōu)化。對于連接板部分，在第二道次提出立橢圓

6、型腔結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的應(yīng)用不僅可以保證第二道次金屬充滿模具型槽，增加輥鍛穩(wěn)定性；而且可以確保第三道次金屬對型槽的充填。對中間本體部分，將第三道次型腔結(jié)構(gòu)設(shè)計為不對稱結(jié)構(gòu)，這樣既可以消除第三道次的打滑問題，又可以分擔(dān)第四道次型腔不對稱而引起的附加應(yīng)力。然后，修改第三道次中間本體與連接板過渡形式，將原來的直線連接修改為圓弧過渡形式，增加變形時坯料與模具的接觸面積和壓下量，消除過渡區(qū)的打滑問題。第三，重新計算模具縱向尺寸時，在體積不變的前提下，