SSL牵引杆锻造工艺方案优化

文/江斌，谢帅，杨宏伟.航空工业江西景航航空锻铸有限公司

近年来随着我国高铁行业的飞速发展，其安全性的要求愈加严格，机车所需锻件尺寸精度、表面质量方面的要求也随之严格起来，故合理的锻造方法显得尤为重要。国内生产牵引杆的厂家不少，各家的生产设备各不相同。我们公司在试验、研究的基础上，根据多年实践，研究出一套针对牵引杆的锻造方案，锻制出的牵引杆锻件技术水平满足了厂家图纸的设计要求，各项技术、经济指标均达到了预期目标。

牵引杆锻件工艺性分析

牵引杆是我公司新开发的一个产品。其三维造型如图1所示。该锻件理论重量28.2kg，实物称重约29kg，材料牌号Q235。此牵引杆锻件为模锻成形，断面呈工字形。为保证产品尺寸、机械性能以及脱碳层，需严格控制锻造火次。由于锻件机加后还需进行最终热处理，因此该项产品以正火状态交付即可。

图1 牵引杆三维造型图

牵引杆锻造工艺优化过程

前期工艺策划

图2 Ⅰ版工艺荒形

设计人员考虑锻件投影面积将其设计在10t模锻锤进行最终成形，模具设计为单型腔，并设有弯曲槽，弯曲槽呈打弯状。Ⅰ版工艺路线为：油炉加热→3t自由锻出坯→打磨→油炉加热→10t模锻一火（打弯+模锻+切边）→打磨→油炉加热→10t模锻二火→热处理。下料规格为φ100mm×530mm，重32.6kg（实际用料规格φ120mm×390mm，重34.6kg），荒形见图3。Ⅰ版工艺生产了1个批次。

图3 Ⅱ版工艺荒形

按试制版工艺试制时存在较多问题，因模具设有弯曲型槽，故工艺荒形呈平直状，模锻时弯曲。但因弯曲槽设计不合理，模锻操作时无法实现弯曲。故编制Ⅱ版工艺时对其进行了调整，Ⅱ版工艺路线仍同上，但下料规格调整为φ120mm×385mm，荒形见图4。将荒形在出坯时进行弯曲。因自由锻手工弯曲导致荒形弯曲后角度一致性较差。模锻时荒形无法准确覆盖模锻型槽，导致锻后筋条充满情况太差，且油炉加热时造成氧化皮较多，表面质量无法保证，产品质量很不理想。

图4 Ⅲ版工艺荒形

工艺改进

为切实提高产品合格率，决定彻底将原工艺推翻，采用电感应加热+辊锻制坯+模锻（弯曲+终锻）的工艺模式。并对锻模弯曲槽进行优化。此次改进，有效地提高了产品质量。Ⅲ版工艺路线为：电感应加热→辊锻制坯→10t模锻（弯曲+终锻）→热切边→热处理。下料规格为φ100mm×570mm，重35kg，辊锻件荒形见图4，实现了一火锻造成功，锻件表面质量良好，几何尺寸符合图纸。在采用辊锻制坯工艺时根据生产计划数，先投入了50件作为小批量考核并合格生产。小批考核生产两件时发现锻件头部与杆部过渡处存在夹伤，见图5。

图5 锻件缺陷位置示意图

原因分析

前期出现废品，主要有以下几个原因：

⑴锻件荒形为哑铃状长杆类毛坯，靠人工来保证毛坯的一致性非常困难。

⑵毛坯为油炉加热，热效应不太理想，特别是二火时锻件出炉后筋条部位冷却较快，导致充填困难。

⑶Ⅰ版工艺采取直接自由锻弯曲，其角度较难控制。

⑷毛坯头部与杆部的拐点处是关键控制点，出坯时该处无法实现平滑过渡，难度大，导致模锻时易产生夹伤、充填不满等缺陷。

⑸模锻为油炉加热，氧化皮无法保证，由于锻件杆部为非加工表面，表面质量要求较高，氧化皮坑严重影响锻件表面质量。

⑹毛坯杆部料分料不均，料少锻件缺肉，料多锻件穿筋。

⑺图5中出现的包伤为锻打中金属汇流造成，其原因是机械手钳口不符合工艺要求，钳口深度较浅，导致头部料少，弯曲后坯料不能准确覆盖终锻型槽，模锻时造成金属汇流产生夹伤。

工艺定型

按前所述，采用电感应炉加热→辊锻制坯→模锻一火成形的思路。为提高效率、降低辊锻制坯的复杂系数，设计辊锻模时只采用了一辊型槽。考虑辊锻时坯料杆部将出现毛边，故将锻模弯曲型槽的毛边避让槽进行了优化改进。试制工艺下料规格分别为φ100mm×580mm和φ110mm×485mm各5件，虽然试制成功，但φ110mm×485mm规格毛料制坯后造成杆部毛边大，弯曲后易卷入锻件本体造成夹伤。故选用φ100mm×580mm规格，并及时对辊模图纸进行局部调整，同时对锻模弯曲槽进一步修理并更换相应钳口。进行二次试制后，达到预期效果（图6）。可满足每批锻件100%合格并优质交付。

结束语

图6 合格锻件

通过技术创新，解决了技术、工艺落后的局面，从根本上解决了生产力落后、效率低下、产品质量低下的问题，从而保证了产品的交付进度，创造了价值。改进后所体现的益处如下：

⑴减轻劳动强度，节约成本（人工打磨成本、燃料成本等）。

⑵可保证出坯一致性，简化操作步骤。

⑶一火次成形，脱碳层满足设计要求，锻件表面质量得到明显改善。

⑷缩短了生产周期，保证交付进度。

⑸提升客户满意度。