专利名称：铁路货车钩尾框框体的辊锻模具的制作方法
技术领域：
本申请涉及一种辊锻模具，尤其是一种应用在锻造领域的、用于铁路货 车钩尾框框体的辊锻模具。
背景技术：
铁路货运行业近年来积极推进重载提速，以緩解铁路运能运力的不足。 在铁路道路方面主要是对原有道路的适应性改造，在货车车辆方面主要是增 加各部件的承载能力，这样原来用铸件的许多零件在重载高速的条件下其承
载能力和安全性能不能满足要求，并因此改用锻件，这样铁路锻件市场越来 越大，也越来越活跃。
目前国内每年新生产铁路货车车辆约30000辆，新车的锻造钩尾框需求 为6万件。另外，根据铁道部的规划，如果锻造钩尾框供货能力充足，将分 期改造30余万台在用车辆，用锻造钩尾框代替原铸造钩尾框，如果在5年 内完成，每年有6万量旧车改造用的需求，即旧车更换需12万件。这样， 每年就有18-20万件的市场需求。
为适应铁路货车车辆重载提速的要求，铁路车辆近几年来铸件改锻件的 趋势明显，和铸件相比，锻件的强度和可靠性大大加强，品质提升效果明显，
但同时由于铁路锻件普遍体积大、重量重、而且从铸件转化为锻件时一般仍 保留许多逐渐的结构特点而导致形状复杂，这些特征对铁路锻件的锻造提出 了更高的要求，如需要大吨位的锻造设备、锻造工艺复杂，成形难度大。
目前国内能够批量生产锻造钩尾框零件的厂家只有 一 家，南京中盛铁路 车辆配件有限公司，采用自由锻制坯，3150T摩擦压力机模锻的工艺，劳动 条件差，生产效率低，远远不能满足需求，拟新上锻造钩尾框生产线的厂家 较多，客户需求旺盛。
北京机电研究所于20世纪90年代初开发的前轴精辊-模锻成形工艺， 主要设备为cj) 1000mm自动辊锻机(带程控机械手)和25000-40000kN螺旋 压力机。程控机械手实现辊锻自动化操作，该生产线具有年产10万件的生
4产能力，锻件质量和压力机模锻件相当，材料利用率高。由于本工艺不需要 万吨级的压力机，可大幅度降低生产线的投资。由于该技术特别适合中国国 情，因此在国内得到了广泛的应用。北京机电研究所利用该项技术在国内已 建成以此工艺为基础的前轴生产线多条，取得了良好的社会和经济效益。
钩尾框锻件的辊锻模锻生产技术在充分借鉴前轴精密辊锻模锻工艺的 基础上进行研发工作。北京机电研究所已经完成了大量的辊锻技术开发工作 的积累，进行过各种不同大小，不同材质零件的辊锻技术开发，拥有了丰富 的经验，其辊锻钩尾框辊锻模具技术是在前轴精密辊锻整体模锻复合技术的 基础上，采用先进的计算机模拟等现代设计开发手段，大幅度提高设计开发 工作的可靠性，并借鉴前人经验所完成的。因此，研究开发一种辊锻模锻复 合成形技术，应用于铁路货车钩尾框的成形，解决目前铁路货车钩尾框锻件 的成形难题，为将该项技术推向市场打下良好的技术基础。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种钩尾框辊锻模具。
该辊锻模具包括第一道辊锻模，其特征在于辊锻模扇形包角共230。， 且辊锻模扇形包括有效辊锻模具和垫块两部分，辊锻模宽度250誦，止口宽 度8mm;内径601.5-599.9mm、外径986-984mm。其中有效辊锻模扇形包角 115° ，其后垫块扇形包角为115° ;垫块材料为45号钢，垫块内径为 601.5-599.9mm、外径820mm。模块分块有利于降低才莫具成本，便于安装模 具等；第二道辊锻模，其特征在于辊锻模扇形包角共230。，包括有效辊锻 模具和垫块两部分，辊锻模宽度250mm，止口宽度8mm;内径 601.5-599.9mm、外径986-984mm。其中有效辊锻模扇形包角125° ，其后垫 块扇形包角为105° ;垫块材料为45号钢，垫块内径为601.5-599.9、外径 820mm。其作用和目的与第一道相同；第三道辊锻才莫，其特征在于辊锻模扇 形包角共230。，包括有效辊锻^1具和垫块两部分，辊锻模宽度250mm,止 口宽度8mm;内径601.5-599.9mm、外径986-984。其中有效辊锻模扇形包 角150° ,其后垫块扇形包角为80° ;垫块材料为45号钢，垫块内径为 601.5-599.9mm、外径820mm。其作用和目的与第一道相同；第四道辊锻模， 其特征在于辊锻模扇形包角230° ，辊锻模宽度250mm，止口宽度8mm; 内径601.5-599.9mm、外径986-984mm。且有效辊锻模具分为三部分，辊锻
5模具中间部分扇形包角95° ,辊锻模具前端部分扇形包角55° ,辊锻模具 后端部分扇形包角80° 。模块分三部分有利于修模时调整辊锻件长度，模块 宽250mm满足机械手的横向移动。
本实用新型还在于四道辊锻模的有效辊锻模具材料皆为5CrNiMo或 5CrMnMo;
四道辊锻模是安装在(J) 1000辊锻机上。
第一道辊锻模的止口内径分别为799.92-799.795mm、外径700mm;凹 环内径分别为699.92-699.795mm、外径800mm;第一道辊锻模上模与下模 对称。便于安装于轴肩凹环内和第二道的止口配合。
第二道辊锻才莫的止口内径分别为798mm、外径700.125 - 700mm;凹环 内径分别为699.92-699.795mm、外径800mm;第二道辊锻模上模与下模对 称。便于安装于第一道辊锻模凹环内和中间环配合。
第三道辊锻模的止口内径分别为799.92 - 799.795mm、外径700mm;凹 环内径分别为699.92-699.795mm、外径800mm;第三道辊锻模上模与下模 对称。便于与中间凹环和第四道止口配合。
第四道辊锻模的止口内径分别为798mm、外径700.125 - 700mm;凹环 内径分别为699.92 - 699.795mm、外径800mm;第四道辊锻模上模与下模型 腔尺寸不对称，而止口和凹环内外径尺寸对称。便于与第三道凹环和止推环 止口配合。
第一道辊锻模变形部分的型腔为椭圓形，其轴长比为2.5，其中间不变 形处为圓形，即锻件圆坯料尺寸，椭圓型腔有利于坯料的拔长。
第二道辊锻模变形部分的型腔为圓形，其相对于不变形处的圓形延伸率 为1.414,且中间不变形处为圆形，即锻件圓坯料尺寸，圆形腔有利于拔长 和整形，便于第三道的变形。
第三道辊锻模变形部分的型腔为矩形，轴长比为2.582,其中间不变形 处为圓形，即锻件圆坯料尺寸，矩形型腔即接近与锻件的形状也利于拔长。
第四道辊锻才莫变形部分型腔为矩形，变形部分中部的长宽比为4.4，变 形部分靠近两端处的长宽比3.8,其中间在第一道，第二道，第三道不变形 处的型腔在第四道为类似梯形，矩形尺寸达到锻件尺寸要求，类似梯形型腔 辊出的部分基本达到尺寸要求，有利于降低模锻时的压力。
本实用新型的优点是这种辊锻模具能使成形部位成形辊出所需尺寸而不必模锻，这样有利于降低模锻压力机的吨位，从而节约经济成本。经过四
道次辊锻后，使锻件最薄的部分已成形，在才莫锻过程中不再变形；中间较厚 部位的尺寸基本到位；两端留有一段料头，其中一段为辊锻机械手夹持部分， 另有一部分为压扁制坯。辊锻后的锻件已有40%以上部分完全成形，15%左 右的部分基本成形，从而减少模锻时的打击面积，有利于降低设备吨位，提 高劳动效率，大大降低了经济成本。用辊锻模具制坯代替传统的自由锻制坯， 劳动强度明显降低，生产效率显著提高，减少不必要的人力物力消耗。
图1是钩尾框框体四道次辊锻模具安装在一米辊锻机上的辊锻模具装配
图2是第一道辊锻模具的前端面与斜销在两锻辊连线处贴合的位置图； 图3是图2第 一道辊锻模具上模沿法线M方向的展开图，图3中的C-C、
D-D为在C、 D处的剖面图，有利于展现不同变形部位处截面的模具型腔； 图4是第二道辊锻模具的前端面与斜销在两锻辊连线处贴合的位置图； 图5是图4第二道辊锻模具上模沿法线K方向的展开图，图5中的A-A、
B-B为在A、 B处的剖面图，有利于展现不同变形部位处截面的模具型腔； 图6是第三道辊锻模具的前端面与斜销在两锻辊连线处贴合的位置图； 图7是图6第三道辊锻模具上模沿法线N方向的展开图，图7中的H-H、
G-G为在H、 G处的剖面图，有利于展现不同变形部位处截面的模具型腔； 图8是第四道辊锻^^具的前端面与斜销在两锻辊连线处贴合的位置图； 图9是图8第四道辊锻模具上模沿法线M1方向和第四道辊锻模具下模
沿法线N1方向的展开图，图9中的C1-C1、 D1-D1、 E1-E1为在C、 D、 E
处的剖面图，有利于展现不同变形部位处截面的模具型腔；
具体实施方式
四道辊锻模具在辊锻机上的装配关系如图1,钩尾框辊锻模具是安装在 cl) 1000辊锻机上的辊锻模。6为辊锻模扇形包角，包括有效辊锻模和垫块两 部分。Dz为两轧辊中心距，辊锻模内径D与辊锻机轧辊配合，其中第一道 和第三道辊锻^^莫的止口内径为D;，外径为DJ第二道和第四道辊锻模止口 内径为D3，外径为D4;第一道辊锻模、第二道辊锻才莫、第三道辊锻模和第四道辊锻才莫凹环内径为D5,外径为D6。图中00'和00分别为辊锻机的上轧 辊和下轧辊，22'和22分别为上轴肩凹环和下轴肩凹环，分别用来配合第 一道上辊锻模止口 33'和第一道下辊锻模止口 33;第一道辊锻模的上、下凹 环44'和44分别与第二道辊锻模的上、下止口 55 '和55间隙配合；第二道 辊锻模的上、下凹环66'和66分别与中间环的上、下止口 77 '和77间隙配 合；第三道辊锻才莫的上、下止口 99'和99分别与中间环的上、下凹环88 '和 88间隙配合；第四道辊锻模的上、下止口 ll'和11分别与第三道辊锻模的上、 下凹环10 '和10间隙配合；上轧辊止推环14'的止口 13'和下轧辊止推环14 的止口 13分别与第四道的上辊锻;f莫凹环12'和下辊锻才莫凹环12为间隙配合。 止推环可沿轴向移动，与第四道辊锻模具配合，分别靠上轧辊左肩上的七个 螺栓15 '和下轧辊左肩上的七个螺栓15轴向固定辊锻模具。
四道辊锻模具在辊锻机上的轴向固定如上所述，其沿圆周方向的固定是 靠图1中的模具定位键来固定，16'和17'分别为上轧辊上前定位键和后定 位键，两定位键的角度为248。 ； 16和17分别为下轧辊上前定位键和后定 位键，两定位键的角度为248。 。 18'是上轧辊上前定位键16'与上轧辊上 的辊锻模之间的斜销，靠往外拔或往里推来调节上轧辊上的辊锻扇形模具角 度，以便于修模。18是下轧辊上前定位键16与下轧辊上的辊锻模之间的斜 销，其作用是调节下轧辊上辊锻扇形模具的角度，以^使于修模。
第一道辊锻模具如图2、图3所示，图中标号5为辊锻模具分模线，分 模线5以上部分为第一道辊锻模具上模，它包括有效辊锻^t具3和垫块4, 有效辊锻模具3的有效扇形包角6垫块4的扇形才莫块包角为6 2。分模线 5以下部分为第一道辊锻模具下模，与辊锻上模沿分模线对称，它包括有效 辊锻模具2和垫块1 ，有效辊锻模具2的有效扇形包角6 1;垫块1的扇形模 块包角62。图2中标号7所指的两个上、下平面分别与图1中标号18'和 18的斜销配合；图2中的标号6'和标号6分别与图1中的后定位4盍17'和 17配合。图2中的33'和33为上、下辊锻模具的上、下止口， 44'和44 为上、下辊锻模具的上、下凹环。图3是图2中的M向的视图，标号21' 为辊锻模具垫块4的起重孔，数量为两个，沿中心线对称，在装卸模具时用； 标号23为有效模具3的起重孔，作用与标号21'相同。图3中的C-C、D-D 为有效模具3沿法线方向的截面图，其中24'为C-C截面处的上辊锻模截 面，24为C-C截面处的下辊锻模截面；25'为D-D截面处的上辊锻模截面，25为D-D截面处的下辊锻模截面；C处的模具型腔为圆形，D处的模具型腔为椭圆型。
第二道辊锻模具如图4,图中标号56为辊锻模具分模线，分模线56以上部分为第二道辊锻模具上模，它包括有效辊锻模具53和垫块54，有效辊锻模具53的有效扇形包角6 ^垫块54的扇形模块包角为6 2。分模线56以下部分为第二道辊锻模具下模，与辊锻上模沿分模线对称，它包括有效辊锻模具52和垫块51，有效辊锻模具52的有效扇形包角125° ;垫块51的扇形模块包角为105。。图4中标号60所指的两个上、下平面分别与图l中标号18'和18的斜销配合；图4中的标号61'和标号61分别与图1中后定位键17'和17配合。图4中的55'和55为上、下辊锻模具的上、下止口， 66'和66为上、下辊锻模具的上、下凹环。图5是图4中的K向视图，标号31为辊锻模具垫块54的起重孔，数量为两个，沿中心线对称，在装卸模具时用；标号32为有效模具53的起重孔，作用及位置与标号31相同。图5中的A-A、 B-B为有效模具53沿法线K方向的截面图，其中34'为A-A截面处的上辊锻模截面，34为A-A截面处的下辊锻模截面；35'为B-B截面处的上辊锻模截面，35为B-B截面处的下辊锻才莫截面；A处的模具型腔为缩小的圓形；B处的模具型腔为圆形，在模具辊锻过程中形状大小不变，与第一道的C-C形状相同。
第三道辊锻模具如图6，图中标号76为辊锻模具分模线，分模线76以上部分为第三道辊锻模具上模，它包括有效辊锻模具73和垫块74，有效辊锻模具73的有效扇形包角6 垫块74的扇形模块包角6 2。分模线76以下部分为第三道辊锻模具下模，与辊锻上模沿分模线对称，它包括有效辊锻模具72和垫块71 ，有效辊锻模具72的有效扇形包角6 1;垫块71的扇形模块包角为62。图6中标号80所指的两个上、下平面分别与图1中标号18'和18斜销配合；图6中的标号81'和标号81分别与图1中后定位键17'和17配合。图6中的99'和99为上、下辊锻模具的上、下止口， 10'和IO为上、下辊锻模具的上、下凹环。图7是图6中的N向视图，标号41为辊锻模具垫块74的起重孔，数量为两个，沿中心线对称，在装卸模具时用；标号42为有效模具73的起重孔，作用及位置与标号41相同。图7中的H-H、G-G为有效模具73沿法线N方向的截面图，其中43'为H-H截面处的上辊锻模截面，43为H-H截面处的下辊锻模截面；45'为G-G截面处的上辊锻模截面，45为G-G截面处的下辊锻模截面；H处的模具型腔为矩形；G处的模具型腔为圓形，在模具辊锻过程中形状大小不变，与第一道的C-C、第二道的B-B处相同。
第四道辊锻模具如图8,图中标号89为辊锻模具分模线，分模线89以上部分为第四道辊锻模具上模，它包括有效辊锻模具标号分别为84、 85和86，且有效辊锻模具扇形包角分别为e!、 62和63。分 ^莫线89以下部分为第四道辊锻模具下模，与辊锻上模沿分模线对称，它包括有效辊锻模具标号分别为83、 82和81,其有效辊锻模具扇形包角分别为6 i、 62和63。图8中标号100所指的两个上、下平面分别与图1中标号18'和18斜销配合；图8中的标号87'和标号87分别与图1中后定位4建17'和17配合。图8中的ll'和ll为第四道上、下辊锻模具的上、下止口， 12'和12为第四道上、下辊锻才莫具的上、下凹环。图9是图8中的Nl、 Ml向的一见图，标号97为第四道有效辊锻上模标号86的起重孔，数量为两个，沿中心线对称，在装卸模具时用；标号98为第四道有效辊锻上模标号85的起重孔，作用及位置与标号97相同，标号99为第四道有效辊锻上模标号84的起重孔，作用及位置与标号97相同；标号94为第四道有效辊锻下才莫标号81的起重孔，数量为两个，沿中心线对称，在装卸模具时用；标号95为第四道有效辊锻上模标号82的起重孔，作用及位置与标号97相同，标号96为第四道有效辊锻上模标号83的起重孔，作用及位置与标号97相同。图9中的C1-C1、D1-D1、 E1-E1为有效辊锻模具沿法线M1、 Nl方向的截面图，其中91'为C1-C1截面处的上辊锻模截面，91为C1-C1截面处的下辊锻模截面；92'为D1-D1截面处的上辊锻模截面，92为D1-D1截面处的下辊锻模截面；93'为E1-E1截面处的上辊锻模截面，93为E1-E1截面处的下辊锻模截面。Cl、 Dl处的模具型腔为矩形,E1处的模具型腔为类似梯形。
权利要求1. 一种铁路货车钩尾框框体的辊锻模具，其特征在于，包含四道辊锻模，即第一道辊锻模，第二道辊锻模，第三道辊锻模，第四道辊锻模，其中所述第一道、第二道和第三道辊锻模上、下对称，第四道辊锻模上下不对称。
2. 如权利要求1所述铁路货车钩尾框框体的辊锻模具，其特征在于，所 述第一道辊锻模的扇形包角230° ,且扇形辊锻模包括有效辊锻模具和垫块 两部，有效辊锻模的型腔上模与下模对称，有效辊锻模内径601.5-599.9mm、 外径986-984mm;第 一道辊锻才莫的止口内径为799.92-799.795mm、外径 700mm;凹环内径为699.92-699.795、外径800mm。
3. 如权利要求1所述铁路货车钩尾框框体的辊锻模具，其特征在于，所 述第二道的辊锻模扇形包角230° ,且扇形辊锻模包括有效辊锻模具和垫块 两部分，有效辊锻模的型腔上模与下模对称，有效辊锻模内径 601.5-599.9mm、外径986-984mm;第二道辊锻模的止口内径为798mm、夕卜 径700.125-700mm;凹环内径为699.92-699.795mm、外径800mm。
4. 如权利要求1所述铁路货车钩尾框框体的辊锻模具，其特征在于，所 述第三道的辊锻模扇形包角230° ，且扇形辊锻模包括有效辊锻模具和垫块 两部分，有效辊锻模的型腔上模与下模对称，有效辊锻模内径 601.5-599.9mm 、夕卜径986-984mm ;第三道辊锻模的止口内径为 799.92-799.795mm、外径700mm;凹环内径为699.92-699.795mm、外径 80()mm。
5. 如权利要求1所述铁路货车钩尾框框体的辊锻模具，其特征在于， 所述第四道辊锻模扇形包角230。，有效辊锻模的型腔上模与下模对称，有 效辊锻模内径601.5-599.lmm、外径986-984mm。
6. 如权利要求1或5所述铁路货车钩尾框框体的辊锻模具，其特征在于， 所述第四道辊锻才莫的有效辊锻模具分为三部分，且辊锻模具中间部分扇形包 角95。，辊锻模具前端部分扇形包角55° ,辊锻模具后端部分扇形包角80
7. 如权利要求1或2所述铁路货车钩尾框框体的辊锻模具,其特征在于， 所述的第一道辊锻^t变形部分的型腔为椭圆形，其轴长比为2.5,其中间不 变形处为圓形，即锻件圓形坯料尺寸。
8. 如权利要求1或3所述铁路货车钩尾框框体的辊锻模具，其特征在于，所述的第二道辊锻模变形部分的型腔为圓形，其相对于不变形处的圓形延伸率为1.414，且中间不变形处为圆形，即锻件圓形坯料尺寸。
9. 如权利要求1或4所述铁路货车钩尾框框体的辊锻模具，其特征在于， 所述的第三道辊锻才莫变形部分的型腔为矩形，轴长比为2.582，其中间不变 形处为圆形，即锻件圆形坯料尺寸。
10. 如权利要求1或5所述铁路货车钩尾框框体的辊锻模具，其特征在 于，所述的第四道辊锻模变形部分型腔为矩形，变形部分中部的长宽比为 4.4,变形部分靠近两端处的长宽比3.8,其中间在第一道，第二道，第三道 不变形处的型腔在第四道为类似梯形，即分模线以上为矩形，以下为梯形。
专利摘要本实用新型提供一种铁路货车钩尾框框体辊锻模具，包括第一道辊锻模、第二道辊锻模、第三道辊锻模、第四道辊锻模。第一道辊锻模，第二道辊锻模和第三道辊锻模分上下辊锻模，且模具型腔上下对称；第四道辊锻模分上下辊锻模，且模具型腔上下不对称。第一道辊锻模的止口与一米辊锻机的轴肩凹环相配合，第二道辊锻模的止口与第一道辊锻模具的凹环相配合，第二道辊锻模凹环与辊锻机中间环止口配合，第三道辊锻模的止口与辊锻机中间凹环相配合，第四道辊锻模的止口与第三道辊锻模具的凹环相配合。这种辊锻模具能使钩尾框框体最薄的两部分达到尺寸要求，在模锻中不参与变形，中间部分基本成形，有利于降低模锻设备吨位，降低经济成本，提高劳动效率等。
文档编号B21J13/02GK201267858SQ200820132468
公开日2009年7月8日 申请日期2008年8月15日 优先权日2008年8月15日
发明者付殿禹, 余光中, 飞 曹, 勇 杨, 胡福荣, 鹏 蒋, 韡 韦 申请人:北京机电研究所