车钩提杆座成形工艺改进及模具设计

曾威雄 寇祖兴

(中车齐齐哈尔车辆有限公司 黑龙江 齐齐哈尔 161002)

车钩提杆座固定于铁路车辆端部，其作用是穿挂车辆的车钩提杆，并使车钩提杆有一定的定位和保持转动的功能。车钩提杆座制造精度，直接关系着车钩提杆的安装精度以及后期使用过程的灵活度，如果该件制造精度差，可能导致车钩提杆提前变形和折损，进而导致配件脱落或列车分离故障的发生。

1 产品的工艺性分析

车钩提杆座零件结构尺寸如图1所示，从功能上看是通过两铆接孔实现自身固定后，再利用卡子结构的环形柱起固定作用。

车钩提杆座材料为铁道车辆用耐大气腐蚀钢Q345NQR2，该材料是一种低合金高强度的结构钢，抗氧化腐蚀性能好，适合剪冲和成形等加工工艺，与普通碳素结构钢相比，其强度高，但回弹较大。其化学成分如表1所示，其机械性能如下：

图1 车钩提杆座

元素CSiMnPSCuCrNi成分≤0.120.25～0.750.20～0.500.06～0.12≤0.020.20～0.500.30～1.250.12～0.65

屈服强度不小于345 MPa；抗拉强度不小于480 MPa；断后伸长率不小于24%。

该件为对称结构件，共有5道弯曲线，其中，中间部位的环形结构为360°封闭结构，受模具排布结构及成形回弹的影响，成形的工艺性较差。

2 现有的成形工艺

目前的成形工艺方案为：折端部两道弯→手工热煨中部环形→整体修形。而手工热煨是其中的难点，由于该件厚度较大，手工煨形前需要进行加热，因此手工操作不便，加工过程无法测量尺寸，同时煨形及修形过程表面容易产生磕痕，整体容易出现扭曲等现象。另外，手工热煨过程尺寸一致性差，效率低下。因此需要一种新的制造工艺，以保证质量，提高生产效率。

3 常规的环形结构件成形方案

3.1 斜楔模一次成形

利用斜楔结构的压形模具，复合所有弯曲线实现一次成形(见图2)。模具利用压力机通过滑块上升和下降完成产品的压形，利用斜楔的推动使滑动凹模滑移[1]。

但这种成形方案存在一定的缺点：一是压力机作业的取放件不方便；二是模具结构复杂；三是成形芯固定困难，且容易受压变形。

1—上模体；2—斜楔；3—滑动凹模；4—平衡座；5—下模体；6—弹簧机构；7—凸模；8—成形芯；9—凹模。图2 斜楔压形模

3.2 多次弯曲成形

采用弯曲工艺，对于形状复杂的弯曲件，一般需要采用二次或多次弯曲成形，该件可以看作是W形弯曲和O形弯曲相结合，W形弯曲可以通过折弯或者压弯实现；对于O形弯曲，采用预弯曲和二次弯曲实现[2]，如图3所示。

1—上模；2—下模。图3 折弯模

这种成形方案存在以下问题：一是成形工序较长，效率较低；二是成形过程多次定位，影响定位精度。

4 工艺改进及模具设计

考虑到该件的宽度较小，尝试在卧式气动压力机上设计工装，实现产品制造。

4.1 成形力计算

该件的成形不存在压边结构，且不考虑其存在局部胀形现象，成形过程视为是具有校正功能的弯曲，成形力(F)为5个弯曲圆角弯曲力的合力[3]。

F=(0.8×B×t2×σb)/(r+t)+A×q

式中：F—弯曲力，N；B—弯曲件宽度，mm；t—料厚，mm；σb—抗拉强度，MPa；r—内圆角半径，mm；A—校正部分投影面积，mm2；q—单位校正压力，MPa，根据经验，针对该材料及厚度可选值为100 MPa。

为了方便计算，可将五道弯的校正力统一计算，根据计算结果，压形合力约为68 t。

4.2 模具结构设计及工作过程

4.2.1模具结构设计

模具结构是一种带旋转机构的压形模，属于卧式成形，二维图如图4所示，三维图如图5所示。该模具一次实现所有弯的成形；利用产品是对称件的优势，模具设计时保证了两侧的对称相等，避免弯曲时毛坯发生滑动；凹模旋转压形，方便工件的送料和取料； 机构设计时考虑当气动压力机将模梁压至最右端时，使工件的弯曲部分与模具相触的工作部分能得到校正。

如图4、图5所示，模具分为固定部分和移动部分，固定部分由底板、凸模、圆柱等组成；移动部分由模柄、横梁、连接杆、旋转凹模(1)、旋转凹模(2)等组成。凸模、圆柱固定在底板，底板通过螺钉固定在工作台上。而旋转凹模(1)、旋转凹模(2)在左右移动过程同时叠加旋转动作；机构部件通过螺栓和销钉连接，实现模具的正常运作。

1—模柄；2—横梁；3—连接杆；4—旋转凹模(1)；5—底板；6—凸模；7—旋转凹模(2)；8—圆柱。图4 弯曲模

图5 弯曲模三维图

4.2.2模具工作过程

图4中虚线状态为移动部分在最左端，是工件的送料状态，固定料件后，通过操控气动压力机使移动部分往右运动，达到终止状态，实现成形和校正。操控气动压力机往回运动，实现松开和旋转凹模，进行取料，进入下一步工作循环。

各弯曲角根据弯曲的回弹量进行适当的修正，在压形操控时，可适当增加压紧时间，实现校正保压3 s左右，达到更好的成形效果。

5 结束语

经过生产验证，利用卧式机构成形方案，模具结构简单，生产效率高，并提高了产品的制造质量。中部环圆结构成形后受回弹影响会出现开口现象，这是冷成形中不可避免的，应适当增加修形工序。为进一步取消修形，后期可以研究采用加热压形，保证各尺寸的符图率。