J形杠杆的锻造工艺研究

■ 李立峰，刘兆岭，蔺 昊

集成制动装置是我公司研制的一种新型制动装置（见图1），其将原车体下主要的制动配件集成到转向架当中，从而使车体下部节省大量空间，进而增加了车体的载货能力，集成制动是未来铁路货车制动系统发展的方向。目前，我公司研发的集成制动装置已经大批量应用于KM89煤炭漏斗车与SQ6型小汽车运输专用车。J形杠杆（见图2）是集成制动装置中的关键零部件，外形为U形弯曲锻件，图样要求J形杠杆均为模锻件。

1. J形杠杆的结构分析

J形杠杆为U形弯曲锻件，组装精度（主要是孔距和内裆尺寸）要求严格，特别是锻件在长度方向尺寸和内裆尺寸要求均超出黑皮锻件能达到的精度，同时由于满足杠杆强度的需要，孔距边缘的厚度也有严格要求，这就对锻件弯曲后的轴线对齐有了严格的要求。

2. J形杠杆的锻造工艺过程

J形杠杆为弯曲锻件，形状复杂，不能通过模锻工艺直接成形，需要在模锻工序后增加弯曲工序。根据车间现有设备配备状态，制订工艺过程为：加热→制坯→加热→模锻→切边→加热→弯曲→修磨→检查→交付。为保证弯曲后锻件的尺寸和精度要求，我们设计制造了J形杠杆锻造模具、弯曲及整形模具，冷热状态检测量具等工装。

（1）制坯 根据制订的工艺过程，需要先模锻出直板形状杠杆（见图3）。计算锻件截面尺寸，头部截面积是杆部截面积的3.2倍，因此模锻前需要进行制坯。 根据车间现有设备情况，决定采取天然气炉加热、T/2进行自由锻制坯的工艺方法，锻制如图4所示的坯料。通过计算锻件最大截面尺寸，确定采用φ90mm圆料。由于采用燃气炉加热杠杆，为减少加热时产生的氧化皮，采用少装料、快速升温的加热方法进行加热。

图1 集成制动装置

图2 J形杠杆

图3 制版形状的杠杆

（2）模锻 根据车间设备情况，选择使用80MN摩擦压力机为模锻设备，配套切边设备为20MN液压机。锻件投影面积为38622mm²，通过查阅手册资料及和80MN摩擦压力机设备能力对比，认为80MN摩擦压力机可以满足锻造两件杠杆所需要的打击力，因此，我们设计的模具同时具备两个模膛，锻造时两件杠杆同时锻造，提高生产效率的同时，也保证了设备的安全可控。

（3）弯曲 弯曲工艺制订。杠杆弯曲采用热弯方案，工艺流程为：加热→弯曲→长度整形→裆距整形→轴线对齐整形→长度测量→冷却。分别设计了弯曲模具（见图5、图6）、整形模具（见图7）及热态检测工装（见图8）。

其中，弯曲模下模和上模共有两个方向的定位挡，即长度方向定位挡和轴向方向定位挡，其中，长度方向定位挡可以控制杠杆弯曲后的总长尺寸和小端弯曲后的长度，轴向方向定位挡可以控制锻件弯曲后的轴线对齐情况。

杠杆加热设备为天然气室式炉，为保证杠杆表面质量，必须减少杠杆加热时氧化皮的产生。弯曲时加热温度控制在（900±10）℃，此温度下氧化皮产生较少。

弯曲质量控制。为保障杠杆强度和满足组装精度需要，J形杠杆的裆距尺寸和孔边缘最小壁厚尺寸要求严格，在试制生产时，发现锻件存在以下质量问题：①锻件长度尺寸存在较大波动。②锻件存在不同程度的轴线对齐。③锻件裆距尺寸存在较大波动，大部分超差。④部分锻件平面度超差。

由于存在质量问题，不合格J形杠杆需要返工修理，但返修后部分杠杆还存在以上质量问题，需要重复返修，这些问题严重影响了生产进度，同时导致杠杆的成本居高不下。

经过分析与试验，认为问题的主要原因是：车间采用燃气炉加热杠杆，为降低加热后氧化皮厚度，一直采用快速加热的方式，杠杆会存在加热温度不均的情况，由于不同温度下钢的变形抗力不同，因此，杠杆弯曲变形时变形量也不相同，导致杠杆弯曲后存在上述质量问题。

由于设备条件限制，只能使用燃气炉加热杠杆，且必须降低杠杆加热时氧化皮的厚度，也就是杠杆加热温度不均匀的情况仍然存在，为保证质量，设计了杠杆长度热整形工装，杠杆裆距和轴线对齐整形二合一工装，和杠杆长度热测量工装，并对杠杆的弯曲流程进行了优化，优化后的弯曲工艺流程为：弯曲→长度整形→裆距整形→轴线对齐整形→长度测量（若长度不合格，返回第二步长度整形）→冷却。

通过以上措施，J形杠杆的弯曲一次合格率达95%以上，极大地提高了生产效率。

图4 坯料

图5 弯曲模具下模

图6 弯曲模具上模

图7 整形模具

图8 长度检测工装

3. 结语

通过对J形杠杆锻件结构的分析，根据本单位设备配备情况，制订了一套锻件的成形工艺过程和质量控制方法。小批量生产时，上述工艺过程可满足生产要求，但因采用三火次加热及锻件反复倒运，锻件成本较高。在大批量生产时，可将加热设备、制坯设备、模锻设备和弯曲设备集中到一条生产线中，在一次加热时完成全过程，有效提高生产效率和锻件质量，降低成本。