鐵路鍛造工藝及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

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摘要：針對(duì)我國(guó)快速發(fā)展的電氣化鐵路，在簡(jiǎn)述其接觸網(wǎng)的基礎(chǔ)上，對(duì)接觸網(wǎng)鋁合金定位鉤的鍛造工藝和特點(diǎn)及鍛造模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行深入分析，為實(shí)際的鍛造生產(chǎn)提供參考，保證鍛造生產(chǎn)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：電氣化鐵路；鐵路接觸網(wǎng)；定位鉤；鋁合金鍛造；鍛造工藝；模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如今，我國(guó)高鐵事業(yè)正快速發(fā)展，為適應(yīng)這種發(fā)展要求，對(duì)接觸網(wǎng)各類零部件提出了更高的要求。對(duì)于鋁合金鍛件，由于其質(zhì)量較輕、強(qiáng)度高且耐腐蝕能力強(qiáng)，所以在接觸網(wǎng)中得到了廣泛應(yīng)用，如接觸網(wǎng)定位鉤。為滿足接觸網(wǎng)運(yùn)行要求，一方面要確定適宜的鍛造方法，另一方面則要做好模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1鐵路接觸網(wǎng)

接觸網(wǎng)是電氣化鐵路重要組成部分，在鋼軌的上方按照之字型進(jìn)行架設(shè)，主要作用是為受電弓提供電流，屬高壓輸電線范疇。在電氣化鐵路中，接觸網(wǎng)是它的主構(gòu)架，為電力機(jī)車提供電能，主要由五個(gè)部分組成，分別為基礎(chǔ)、支柱、懸掛、支撐與定位。接觸網(wǎng)承擔(dān)將電能輸送至機(jī)車的任務(wù)，基于此，其質(zhì)量與實(shí)際工作狀態(tài)對(duì)鐵路運(yùn)輸能力有很大影響。接觸網(wǎng)直接露天設(shè)置，且無備用，線路所有負(fù)荷伴隨機(jī)車運(yùn)行不斷變化，所以接觸網(wǎng)要滿足以下要求：（1）機(jī)車高速運(yùn)行且氣候條件較為惡劣時(shí)，應(yīng)能確保機(jī)車穩(wěn)定取流，從機(jī)械結(jié)構(gòu)角度講，接觸網(wǎng)應(yīng)有足夠彈性且始終保持穩(wěn)定。（2）接觸網(wǎng)上的設(shè)備與零件應(yīng)有一定互換性，并且還要抗腐蝕與耐磨，以延長(zhǎng)整體的使用壽命。（3）接觸網(wǎng)對(duì)地要有良好的絕緣性，以保證安全可靠。（4）接觸網(wǎng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單，為施工提供方便，為之后的運(yùn)營(yíng)與維修創(chuàng)造良好條件。當(dāng)發(fā)生事故時(shí)，應(yīng)能立即開展搶修，盡快恢復(fù)正常送電。（5）盡量減少成本，尤其是要減少鋼材和有色金屬。（6）在任何條件下，接觸網(wǎng)都必須穩(wěn)定地為機(jī)車輸送電能，使機(jī)車在線路上穩(wěn)定、安全行駛，同時(shí)，在滿足以上要求的基礎(chǔ)上，還應(yīng)減少投資，保證結(jié)構(gòu)的合理性，為新技術(shù)的引入和應(yīng)用奠定良好基礎(chǔ)。伴隨著中國(guó)鐵路高速發(fā)展，接觸網(wǎng)零部件作為鐵路的重要組成部分，簡(jiǎn)統(tǒng)化零部件應(yīng)運(yùn)而生。簡(jiǎn)統(tǒng)化零部件最主要的變化在于改變了零件制造工藝，由原來的鑄造工藝改成鍛造工藝。

2鍛造工藝與特點(diǎn)

2.1變形抗力較大，但塑性較低

對(duì)鋁合金而言，其塑性主要受合金的成分及鍛造時(shí)的溫度直接影響，并且塑性對(duì)于變形發(fā)生速度的感知程度還會(huì)因合金元素實(shí)際含量的改變而變化，如果合金元素的實(shí)際含量增加，則塑性將明顯降低，對(duì)變形發(fā)生速度的感知程度增強(qiáng)?；诖?，相較于形狀一致的鋼鍛件，采用鋁合金鍛造時(shí)，需要達(dá)到的噸位可以達(dá)到鋼鍛件150%左右。設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮鋁合金自身抗變形能力與熱鍛模對(duì)應(yīng)的熱收縮率，其中，收縮率以鍛件形狀為依據(jù)在0.6%～0.7%范圍內(nèi)選取，當(dāng)變形量較大，且金屬流動(dòng)激烈的部位應(yīng)取1.0%。另外，還要對(duì)鍛模使用中的溫度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，當(dāng)鍛模的溫度升高時(shí)，收縮率增加，若進(jìn)行等溫鍛造，則收縮率可適當(dāng)?shù)販p小。

2.2鍛造溫度范圍相對(duì)較窄

不同類型的鋁合金，其鍛造溫度不同，但都小于150℃，某些甚至低于70℃?？梢?，多火次和小變形是鋁合金鍛造的主要特點(diǎn)，生產(chǎn)中，生產(chǎn)的節(jié)拍可將生產(chǎn)要求作為依據(jù)來確定和調(diào)整。鍛造對(duì)溫度有著很高的要求，生產(chǎn)時(shí)，需要對(duì)爐溫進(jìn)行嚴(yán)格控制，爐溫的均勻性不能超過±6℃，在溫控過程中，精度要達(dá)到±3℃，測(cè)溫可借助紅外測(cè)溫儀實(shí)現(xiàn)，根據(jù)實(shí)測(cè)溫度，確定適宜的時(shí)間節(jié)拍，以保證出爐溫度達(dá)到要求。

2.3多工序和小變形

這是鋁合金鍛造生產(chǎn)的主要特性，基于此，在鍛造時(shí)應(yīng)重點(diǎn)防止由于變形量過大而產(chǎn)生粗晶與裂紋。為達(dá)到這一目標(biāo)，需要以鍛造生產(chǎn)特性為依據(jù)，結(jié)合零件結(jié)構(gòu)，確定適宜的工藝路線，一般情況下，工藝路線為：先進(jìn)行連續(xù)加熱，再進(jìn)行彎曲和壓扁預(yù)鍛，然后進(jìn)行切邊與二次加熱，最后進(jìn)行終鍛與切邊校正。

3模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

以零件結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)為依據(jù)，采用彎曲工裝按照工藝要求對(duì)坯料實(shí)施彎曲，結(jié)合對(duì)工藝流程進(jìn)行的安排，需將彎曲模具設(shè)置于高能螺旋壓機(jī)其中一側(cè)，由此完成彎曲的工序。

3.1壓扁預(yù)鍛模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)于預(yù)鍛模具，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)雖然與鋼鍛件相似，但因?yàn)殇X合金鍛造過程中的溫度范圍很窄，所以預(yù)鍛并不會(huì)產(chǎn)生太大的變形，能防止粗晶的產(chǎn)生和避免折疊。在定位鉤中，預(yù)鍛模具作用在于粉料與預(yù)成型，并對(duì)分邊槽進(jìn)行設(shè)計(jì)。相較于普通的鋼鍛件，預(yù)鍛模具飛邊槽厚度略大，而且無須使所有位置都出飛邊，待預(yù)鍛完成后，實(shí)施冷切邊即可。由于有二次加熱的工序，所以能以實(shí)際情況為依據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，然后，根據(jù)計(jì)算的結(jié)果對(duì)用料進(jìn)行調(diào)整，某些部位不出飛邊也能滿足要求。旋轉(zhuǎn)平雙耳如圖1所示。

3.2終鍛模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

考慮到鋁合金對(duì)溫度十分敏感，而且鍛造的溫度區(qū)間也很狹窄，故終鍛過程中應(yīng)在切邊以后再進(jìn)行二次加熱，借助網(wǎng)帶形式的連續(xù)加熱裝置，其生產(chǎn)節(jié)拍可調(diào)整與控制，以不同的零件類型為依據(jù)進(jìn)行調(diào)整。如前在對(duì)鋁合金進(jìn)行鍛造時(shí)，溫度區(qū)間很窄，對(duì)溫度控制提出了很高的要求，爐溫的均勻性不能超過±6℃，在溫控過程中，精度要達(dá)到±3℃。對(duì)終鍛的模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)借助DEFORM實(shí)施模擬分析，然后，以模擬分析后得到的結(jié)果為依據(jù)，沒有出飛邊的位置由于工件儲(chǔ)料相對(duì)較多，而且溫度也很高，所以進(jìn)行終鍛時(shí)能使型腔達(dá)到飽滿的狀態(tài)，整個(gè)定位鉤上的不同部位也有較好的充型。銅合金終端錨固如圖2所示。

3.3模鍛斜度設(shè)計(jì)與潤(rùn)滑特點(diǎn)

相比之下，鋁合金有更大的摩擦系數(shù)，但容易發(fā)生粘模的現(xiàn)象，所以鋁合金的模段斜度要略大于鋼鍛件，此外，由于接觸網(wǎng)各個(gè)零部件鍛件通常情況下外形不加工或?qū)嶋H加工量很少，所以一般而言，外模鍛的斜度需控制在3°～7°內(nèi)，而內(nèi)模鍛的斜度則需要控制在2°～3°內(nèi)。潤(rùn)滑主要采用油基石墨HYKOGEENAL2931MBA脫模劑，這種脫模劑主要用于鍛造難度相對(duì)較大的合金。采用涂抹與噴灑兩種方法進(jìn)行，但在使用前需要利用石油進(jìn)行適當(dāng)?shù)南♂屘幚?，保證模具型腔達(dá)到潤(rùn)滑，在整個(gè)成型過程中，如果采用脫模劑進(jìn)行潤(rùn)滑，則能有效減小實(shí)際的流動(dòng)阻力，使充型達(dá)到飽滿的狀態(tài)，避免模具被嚴(yán)重磨損，達(dá)到了良好的潤(rùn)滑效果。

3.4飛邊槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)于飛邊槽而言，其主要功能在于提高金屬流動(dòng)時(shí)的阻力，使金屬能夠充滿整個(gè)模腔。通過以上分析可知，鋁合金具有很大的抗變形能力，自身流動(dòng)性較差，對(duì)飛邊槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將橋部的實(shí)際厚度確定為2.5mm，而寬度則確定為12mm，同時(shí)，出口部位的圓角需要從鋼模的R1更改成R2；針對(duì)成形難度較大的鍛件，需在設(shè)計(jì)中將橋部的深度確定為4mm，寬度為3mm，以此形成一個(gè)阻尼槽，起到對(duì)局部金屬流動(dòng)進(jìn)行有效控制的作用，保證金屬能夠充滿整個(gè)模膛，防止多余的物料進(jìn)入飛邊處，此外，還能在保證生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，適當(dāng)縮小一定坯料的體積，以節(jié)省更多的原材料。由于鋁合金鍛件的溫度降低速度很快，在出模的過程中容易發(fā)生變形，所以，為了順利地取出鍛件，在設(shè)計(jì)過程中一般要將復(fù)雜面留在下模，同時(shí)，設(shè)計(jì)專門的取鍛件槽。通過這樣的處理，能減小取鍛件過程中的變形，此外，對(duì)于比較復(fù)雜的零件，可借助頂出裝置來脫模，以此有效加快生產(chǎn)效率。

4結(jié)語

綜上所述，當(dāng)前的鋁合金鍛造生產(chǎn)正處在初期的摸索階段，無論是生產(chǎn)工藝還是生產(chǎn)效率，都需要進(jìn)行不斷的升級(jí)和改進(jìn)。然而，由于我國(guó)的高速鐵路事業(yè)蓬勃發(fā)展，對(duì)鋁合金鍛造件提出了迫切的需求，為鋁合金鍛造生產(chǎn)及發(fā)展帶來了新契機(jī)。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹兵,邢西沙,迮繼亮.高速鐵路接觸網(wǎng)檢測(cè)技術(shù)的探討及應(yīng)用[J].科技視界,2015(04):402-402.

[2]劉志剛,宋洋,劉煜鋮.電氣化高速鐵路接觸網(wǎng)微風(fēng)振動(dòng)特性[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào),2015(01):44-46.

作者：牛致森 單位：中鐵建電氣化局集團(tuán)軌道交通器材有限公司