铁路货车下侧门折页的工艺模拟及生产

文/唐林，唐振英，刘金海，朱岩·中车齐齐哈尔车辆有限公司

铁路货车下侧门折页是较为关键的锻钢件，应用在80t级通用敞棚车下侧门上，产品结构如图1所示，为长条类产品，锻造后对头部进行钻孔，锻件图如图2所示。该锻件长度较长，宽度较小，在厚度方向比较薄。该锻件平板部位存在凸起薄筋，头部需锻成实心圆头，过渡处截面变化较大，给锻造制坯带来了一定的困难；由于该锻件投影面积较大，需较大的变形力成形，采用较大吨位的锻造设备。

模拟工艺方案

图1 三维产品图

对于该锻件需在模锻成形前进行制坯，制坯采用辊锻的方式，进行三道次的辊锻合理的分配坯料。辊锻后毛坯如图3所示。

软件模拟

基于以上分析，采用锻造仿真模拟软件DEFORM对该产品进行模拟，分析该产品的工艺性及过程模拟分析，模拟过程如下：

采用PRO/E软件对该产品进行实体建模，绘制出锻件模具三维图，如图4、图5所示。

模拟参数的设置

为了保证计算精度和提高计算效率，划分网格为18万个。工件温度设置为1100℃，上下模具温度设置为250℃，上模速度设置为200mm/s，材质为Q345D钢。

图2 三维锻件图

图3 下料及三道次辊锻件图

图4 模锻上模

图5 模锻下模

模拟变形及计算结果

⑴初始模拟位置如图6所示。

图6 初始模拟位置

图7 第58步变形抗力曲线

⑵模拟到第58步时，杆部凸起部分已基本成形，杆部飞边开始产生如图7所示，此时的变形抗力为2800t。

⑶模拟到第70步时，该锻件已经完全成形如图8所示，此时的变形抗力为6020t。

图8 第70步变形抗力曲线

模拟结论

由于该锻件为薄板类锻件，且投影面积较大，经过模拟分析最终成形力要达到6020t。需采用较大吨位的锻造设备进行锻造生产。

工艺试制

根据模拟结果采用我公司6300t热模锻压力机生产线进行生产，具体工艺流程如下：下料（带锯床）→加热（感应炉）→辊锻制坯（辊锻机）→模锻成形（6300t热模锻）→切边（切边压力机）→整形（液压机）→冷却（冷床）→校直→打磨（砂轮机）→抛丸（抛丸机）。

辊锻制坯

通过滑道将加热后的坯料传送到辊锻机械手位置，采用三道次辊锻完成辊锻制坯后通过传送机构传送到机械手抓取位置。

辊锻过程将坯料合理分配如图9所示，头部坯料不参与辊锻变形，对杆部进行辊锻成形。

图9 辊锻件

模锻切边成形

采用机器人将辊锻出料台上的辊锻件夹取到6300t热模锻压力机上进行模锻如图10所示，锻件摆放位置准确平整。始锻温度不得低于1150℃，锻模设计装卸便捷、定位精准、并兼顾多种产品通用，锻模设计后可采用下落法进行修复；锻件顶出可靠下顶出采用8～10个顶杆顶飞边，上顶出采用4～6个顶杆顶飞边。顶杆处飞边局部加强，在辊锻处预留料。经过切边成形及后续工序处理锻件如图11所示。

图10 6300t热模锻压力机

图11 下侧门折页锻件

结论

利用DEFORM数值模拟技术对下侧门折页成形力和变形情况进行了模拟分析。金属流动平稳，未出现折叠缺陷；通过模拟成形过程中的最大成形力为6020t，确定可以在6300t热模锻压力机上进行锻造生产。

通过对下侧门折页的成形模拟，指导了下侧门折页锻造工艺方案的制定、模具设计和锻造设备的选择，优化了工艺参数，缩短了产品的试制周期并降低了试制成本；通过实际生产和工艺调试，完成了该产品的批量生产，并成功地应用于80t级通用敞棚车。