专利名称：铁路货车钩尾框锻造成形工艺及模具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制造铁路货车用钩尾框的加工工艺方法及其设备，尤其是铁路货车钩尾框锻造成形工艺及该工艺所使用的模具。
背景技术：
铁路货车钩尾框是铁路货车上常用的传力、承力和连接件，其质量标准要求较高，具体标准如GB/T17425-1998所示。现有技术中的钩尾框，基本上都是采用铸钢制坯生产工艺，采用铸造方式得到毛坯，再采用机加工而得。而以铸造方式制坯，其不足主要有其内部有缩孔、缩松、夹杂、气泡，以及内应力较大等缺陷，在使用过程中，会诱发裂纹的产生而导致报废；现在，也有生产厂家在试验用将钩尾框展开毛坯整体锻造的方式，主要采用自由锻制坯、模锻、弯曲和焊接成形的方式来加工钩尾框毛坯。由于钩尾框零件展开的毛坯受力面积很大，用现有的最大型号的锻压设备(如16吨模锻锤、12500吨热模锻压力机、2500吨摩擦压力机等)均不能较好的满足所需锻造能力的要求，因此，在试验中，仍然面临一系列问题，尤其是如下四点主要问题很难解决1、壁厚达不到要求，壁厚比钩尾框零件技术要求的尺寸厚很多；主要是由于锻压设备的压力吨位不足所限制，模具打不靠，至使锻件厚度方向尺寸较大。要获得尺寸合格的锻件，就必须采用更大压力吨位的锻压机械，这就需要特制非标准的、更大型号的锻压机械和厂房等设施，需要更大和更多的投资和资源；2、由于是采用自由锻造方式制坯，坯料形状和尺寸不稳定，耗用的坯料量很多，不但浪费原材料，而且制坯生产效率低，严重限制了钩尾框锻件的生产效率；3、由于制坯生产效率低，加工时间较长，坯料热量散发很快，工件温度很快就下降到不能加工的温度范围，往往需要二次、甚或三次加热，才能完成锻造成形工序；该种工艺耗用的热能是很大的，耗用了较多的自然资源；4、产品的制造成本、加工成本和生产成本都很高，而且几何尺寸还不能满足要求，因此不能适应市场需要。
随着铁路运输的发展，铁路运输经过多次提速，铁路货车的运行速度也大大提高，对钩尾框的质量又提出了新的要求；现有的铸造产品以及自由锻造产品已经不能满足铁路货车“高速、重载、安全”的要求。提高钩尾框零件的内在质量，又能解决锻造生产问题，减少或不增加锻造设备的投资，实现锻造生产工艺，还能提高生产效率，使其具有稳定的生产能力，实现规模效益，满足铁路货车“高速、重载、安全”的需求。
发明内容
本发明针对现有技术中，钩尾框的铸造成形工艺以及锻造工艺中存在的上述不足，提供一种制坯和模锻成形加工工艺及其所用模具。
本发明专利针对铁路货车钩尾框零件展开毛坯的尺寸大、长度长、受力面积很大、现有的锻压设备的锻造能力不足，不能加工该锻件，而钩尾框零件展开毛坯具有长度较长、在长度和宽度方向形状对称的特点，提供一种制坯和模锻成形工艺和配用的成形模具，使一次锻压过程中，模锻件的受力面积减小接近一半，即能用吨位减小接近一半的锻压设备来加工钩尾框零件展开毛坯；本发明专利还适用于长度较长、形状对称的长轴类零件。
本发明的钩尾框模锻成形工艺为一种铁路货车钩尾框锻造成形工艺，包括如下工序步骤①下料、②加热、③制坯、④模锻成形、⑤切边、⑥弯曲、⑦焊接；所述的制坯工序，采用分头辊锻制坯的加工方式，先辊锻一端，再调头辊锻另一端；所述的模锻成形工序，采用分头模锻的加工方式，以中间凸台部位作为定位部位，先锻一端，再调头锻另一端；一种实现上述铁路货车钩尾框锻造成形工艺的模具，包括下模及下模型腔、上模及上模型腔，其下模型腔的长度与所要锻造钩尾框零件展开毛坯的热锻件的长度相当，所述上模型腔的长度比所要锻造钩尾框零件展开毛坯的热锻件的长度短，下模型腔内设置有中间定位凹腔；所述上模型腔的长度从所要锻造钩尾框零件展开毛坯的一端，到覆盖整个下模中间定位凹腔；上模的长度比下模的长度短。
本发明成形工艺的辊锻制坯工序，其优点主要体现在1、采用分头辊锻制坯的加工方式，使用同一型槽进行调头制坯，辊锻模槽长度缩短一半，节约辊锻模具材料；2、轧辊直径可以减小，辊锻机型号可以减小，可以减少辊锻设备投资、减少能源消耗、节约成本；3、分头辊锻制坯，可以省去钳夹头，减少坯料损失；4、由辊锻模槽制坯，能保证制坯质量，减小废品率，提高生产效益；5、坯料尺寸较精确，可减小模锻飞边、提高材料利用率，减小终锻设备吨位，还可以防止热模锻压力机出现卡死现象；6、辊锻制坯时间短，可与模锻、切边和弯曲工序一起，形成流水线作业，生产效率高，同时减少加热次数，节约能源。
本发明成形工艺中的模锻成形工序，其优点主要体现在1、根据钩尾框零件展开毛坯的对称性，采用分头模锻，减小模锻时的受力面积，可减小设备吨位，能用现有的、标准的大型锻造设备进行锻造生产；2、节约能源、减小投资、小设备干大活；3、可减小模具尺寸，节约锻模材料；4、设备能打靠、有利于保证和提高锻件质量；5、用下模定位，能保证分头锻造锻件的形状和尺寸精度。
本发明锻造成形模具，上小下大，以锻件的中间突台部位为两次终锻的重复定位部位，能减少锻压设备的吨位，特别是能利用现有的、标准的锻压设备就能锻造，非常节省投资；经下料工序后，将坯料加热到始锻温度，经辊锻制毛坯，再进行模锻，切边和弯曲成形，能“一火成形”，充分利用热能，节省自然资源。
下面结合附图对本发明作进一步说明图1是经辊锻制坯得到的毛坯结构示意2是钩尾框展开毛坯图。
图3是图2的俯视4是本发明模具结构示意图。
具体实施例方式
本发明钩尾框锻件的锻造工艺的工序步骤为①下料、②加热、③制坯、④模锻成形、⑤切边、⑥弯曲、⑦焊接。
其中下料工序是按照工艺要求切下所需要的截面尺寸和长度的原料，如钢材等，以备后面工序之用。加热工序是按照工艺要求将原料加热，加热的始锻温度为1200℃左右，可利用电磁感应加热方式或室式炉加热方式；下料、加热工序都是现有技术中的常用、必须工序。制坯工序采用辊锻制坯，利用辊锻模将原料制作成近视于按钩尾框零件展开毛坯轴向最终截面积大小分布的中间坯料形状，如图1所示的中间坯料形状；主要是保证模锻成形和较小的模锻飞边；制坯精度高，还能减小所需模锻设备的打击力量和打击次数，防止热模锻压力机出现卡死现象。制坯工序，采用分头辊锻制坯的加工方式，利用同样的辊锻型槽，先辊锻一端，再调头辊锻另一端。制坯工序，尤其是分头辊锻制坯是本发明的发明点之一，辊锻制坯所用的辊锻设备及其工艺是现有技术中的成熟产品，在此不详述。模锻成形，是将经辊锻制坯后的毛坯进行模锻加工，在模具中成形，得到如图2、图3所示结构的钩尾框展开毛坯结构图。模锻成形工序，尤其是分头模锻的方式是本发明的发明点之二。本发明根据钩尾框展开后的毛坯图，由于该毛坯为长轴类锻件，形状对称，中间有一凸台，且尺寸精度要求不是太高，完全可以以中间凸台部位作为定位部位，而采用分头模锻的方式，在同一模锻型腔中，先模锻锻件的一端，再调头模锻锻件的另一端，经两次模锻后，整个钩尾框零件展开毛坯就成形完毕。在长度方向上一半一半的模锻，先模锻一头再调头模锻另一头，先模锻时要包括锻件的中间凸台部位；调头模锻时，以锻件的中间凸台部位作为定位凸台，即以中间凸台作为两次终锻的重复定位部件；调头时，锻件绕其中间凸台部位在水平面上转动180度。
模锻成形后，经切边、校直处理，再用压力机等设备将上述展开成条形的钩尾框展开毛坯弯曲成接近最终产品的U字形形状，最后再加上上下两盖板和凸耳，经焊接就得到了与所要求的钩尾框形状相同的坯件。该坯件再经热处理和机加工销孔等工序，就得到合符要求的产品。切边、弯曲、焊接等工序以及后续的热处理和机加工都是现有技术中的成熟方法，在此不详述。
如图4所示，1-下模、2-上模、3-下模型腔、4-上模型腔、5-中间定位凹腔。
本发明的模具，包括下模1、上模2、下模1上设置的下模型腔3、上模2上设置的上模型腔4，下模型腔3在模锻成形时，形成钩尾框展开零件的下部分，上模型腔4在模锻成形时，形成钩尾框展开零件的上部分。下模1和上模2合模时，下模型腔3和上模型腔4合拢后形成所要制造钩尾框展开毛坯的全部外部形状，以上作为现有技术，不再详述。
本发明的模具，其改进在于下模1的下模型腔3的长度与所要制造钩尾框展开零件的热锻件的下部分的长度相对应，一般是相等的，下模型腔3在长度和宽度方向完全对称，以下模型腔3的中间定位凹腔部位为两次模锻的定位基准，下模型腔3上设有中间定位凹腔5；上模2的上模型腔4的长度比所要制造钩尾框展开毛坯的热锻件的上部分的长度短，即上模型腔4的长度从所要制造钩尾框展开零件的热锻件的上部分的一端到覆盖整个中间定位凹腔5即可，不是从所要制造钩尾框展开零件的热锻件的一端到另一端的整个长度。上模型腔4的长度比下模型腔3的长度短，接近短一半，相应的上模2比下模1的长度同样接近短一半。
模锻成形时，将经过辊锻制坯后的坯料放置在下模型腔3中(为了描述方便，将下模型腔3分成两段，该两段分别从下模型腔3的一端到整个中间定位凹腔5，其一段为31，另一段为32)，上模2以一定吨位的压力或打击力作用在坯料上，坯料在下模型腔3和上模型腔4中锻造成形，其成形长度为上模型腔4的长度，即为从钩尾框展开毛坯锻件的一端到整个中间定位凹腔5的长度，占整个钩尾框展开毛坯锻件长度的一半多一点；假定是下模型腔3的31段与上模型腔4相配合而锻造成形；紧接着，调头锻造另一头或另一端，调头时坯料绕中间定位凹腔5在水平面内转动180度，已成形的一端放入下模型腔3的另一段32中，以中间定位凹腔5定位，坯料未成形的另一头或另一端又放在下模型腔3的31段与上模型腔4再相配合而锻造成形。经两次模锻后，整个钩尾框零件展开毛坯就成形完毕，此种模锻成形方式，即是分头模锻方式。坯料在中间定位凹腔5中形成中间凸台，调头模锻时以该中间凸台作为坯料两次模锻时的重复定位部位。
本发明工艺以钩尾框的锻造方式为例，实际上，任何在长度方向和宽度方向上为对称的锻件，尤其是长轴类锻件，都可以采用本发明工艺及本发明模具结构形式(型腔形状随零件形状而变)而模锻成形，同时又具有前述的相应优点。即时说本发明工艺及模具不限于锻造钩尾框类产品，任何对称的锻件，只要采用了本发明的工艺和/或模具结构形式(型腔形状随零件形状而变)而锻造，都将落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种铁路货车钩尾框锻造成形工艺，包括如下工序步骤①下料、②加热、③制坯、④模锻成形、⑤切边、⑥弯曲、⑦焊接。
2.根据权利要求1所述的铁路货车钩尾框锻造成形工艺，其特征在于所述的制坯工序，采用分头辊锻制坯的加工方式，先辊锻一端，再调头辊锻另一端。
3.根据权利要求1或2所述的铁路货车钩尾框锻造成形工艺，其特征在于所述的模锻成形工序，采用分头模锻的加工方式，以锻件中间凸台部位作为定位部位，在同一模锻型腔中，先模锻锻件的一端，再调头模锻锻件的另一端。
4.一种实现权利要求1所述铁路货车钩尾框锻造成形工艺的模具，包括下模(1)及下模型腔(3)，上模(2)及上模型腔(4)，其特征在于所述下模型腔(3)的长度与所要锻造钩尾框零件展开毛坯的热锻件的下部分长度相对应，所述上模型腔(4)的长度比所要锻造钩尾框零件展开毛坯的热锻件的上部分长度短，下模型腔(3)内设有中间定位凹腔(5)。
5.根据权利要求4所述的模具，其特征在于所述上模型腔(4)的长度是从所要锻造钩尾框零件的热锻件的一端，到覆盖整个中间定位凹腔(5)的长度；上模(2)的长度比下模(1)的长度短。
6.根据权利要求4或5所述的模具，其特征在于所述下模型腔(3)的长度与所要锻造钩尾框零件展开毛坯的热锻件的下部分长度相等。
全文摘要
本发明公开了一种铁路货车钩尾框锻造成形工艺，包括如下工序步骤①下料、②加热、③制坯、④模锻成形、⑤切边、⑥弯曲、⑦焊接；所述的模锻成形工序，采用分头模锻的加工方式，以中间凸台部位作为定位部位，先锻一端，再调头锻另一端；其模具包括下模及下模型腔、上模及上模型腔，其下模型腔的长度与所要锻造钩尾框零件展开毛坯的热锻件的长度相当，所述上模型腔的长度比所要锻造钩尾框零件展开毛坯的热锻件的长度短，下模型腔内设置有中间定位凹腔。本发明采用分头模锻，减小模锻时的受力面积，可减小设备吨位，能用现有的、标准的大型锻造设备进行锻造生产；本发明的模具，以锻件的中间突台部位为两次终锻的重复定位部位，能减少锻压设备的吨位，非常节省投资；能“一火成形”，充分利用热能，节省自然资源。
文档编号B21J1/00GK1792544SQ200610054018
公开日2006年6月28日 申请日期2006年1月11日 优先权日2006年1月11日
发明者黄虹, 胡亚民, 夏华 申请人:重庆工学院