文/唐林，唐振英，劉金海，朱巖·中車齊齊哈爾車輛有限公司

鐵路貨車下側(cè)門折頁是較為關(guān)鍵的鍛鋼件，應(yīng)用在80t級(jí)通用敞棚車下側(cè)門上，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖1所示，為長(zhǎng)條類產(chǎn)品，鍛造后對(duì)頭部進(jìn)行鉆孔，鍛件圖如圖2所示。該鍛件長(zhǎng)度較長(zhǎng)，寬度較小，在厚度方向比較薄。該鍛件平板部位存在凸起薄筋，頭部需鍛成實(shí)心圓頭，過渡處截面變化較大，給鍛造制坯帶來了一定的困難；由于該鍛件投影面積較大，需較大的變形力成形，采用較大噸位的鍛造設(shè)備。

模擬工藝方案

圖1 三維產(chǎn)品圖

對(duì)于該鍛件需在模鍛成形前進(jìn)行制坯，制坯采用輥鍛的方式，進(jìn)行三道次的輥鍛合理的分配坯料。輥鍛后毛坯如圖3所示。

軟件模擬

基于以上分析，采用鍛造仿真模擬軟件DEFORM對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行模擬，分析該產(chǎn)品的工藝性及過程模擬分析，模擬過程如下：

采用PRO/E軟件對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)體建模，繪制出鍛件模具三維圖，如圖4、圖5所示。

模擬參數(shù)的設(shè)置

為了保證計(jì)算精度和提高計(jì)算效率，劃分網(wǎng)格為18萬個(gè)。工件溫度設(shè)置為1100℃，上下模具溫度設(shè)置為250℃，上模速度設(shè)置為200mm/s，材質(zhì)為Q345D鋼。

圖2 三維鍛件圖

圖3 下料及三道次輥鍛件圖

圖4 模鍛上模

圖5 模鍛下模

模擬變形及計(jì)算結(jié)果

⑴初始模擬位置如圖6所示。

圖6 初始模擬位置

圖7 第58步變形抗力曲線

⑵模擬到第58步時(shí)，桿部凸起部分已基本成形，桿部飛邊開始產(chǎn)生如圖7所示，此時(shí)的變形抗力為2800t。

⑶模擬到第70步時(shí)，該鍛件已經(jīng)完全成形如圖8所示，此時(shí)的變形抗力為6020t。

圖8 第70步變形抗力曲線

模擬結(jié)論

由于該鍛件為薄板類鍛件，且投影面積較大，經(jīng)過模擬分析最終成形力要達(dá)到6020t。需采用較大噸位的鍛造設(shè)備進(jìn)行鍛造生產(chǎn)。

工藝試制

根據(jù)模擬結(jié)果采用我公司6300t熱模鍛壓力機(jī)生產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)，具體工藝流程如下：下料（帶鋸床）→加熱（感應(yīng)爐）→輥鍛制坯（輥鍛機(jī)）→模鍛成形（6300t熱模鍛）→切邊（切邊壓力機(jī)）→整形（液壓機(jī)）→冷卻（冷床）→校直→打磨（砂輪機(jī)）→拋丸（拋丸機(jī)）。

輥鍛制坯

通過滑道將加熱后的坯料傳送到輥鍛機(jī)械手位置，采用三道次輥鍛完成輥鍛制坯后通過傳送機(jī)構(gòu)傳送到機(jī)械手抓取位置。

輥鍛過程將坯料合理分配如圖9所示，頭部坯料不參與輥鍛變形，對(duì)桿部進(jìn)行輥鍛成形。

圖9 輥鍛件

模鍛切邊成形

采用機(jī)器人將輥鍛出料臺(tái)上的輥鍛件夾取到6300t熱模鍛壓力機(jī)上進(jìn)行模鍛如圖10所示，鍛件擺放位置準(zhǔn)確平整。始鍛溫度不得低于1150℃，鍛模設(shè)計(jì)裝卸便捷、定位精準(zhǔn)、并兼顧多種產(chǎn)品通用，鍛模設(shè)計(jì)后可采用下落法進(jìn)行修復(fù)；鍛件頂出可靠下頂出采用8～10個(gè)頂桿頂飛邊，上頂出采用4～6個(gè)頂桿頂飛邊。頂桿處飛邊局部加強(qiáng)，在輥鍛處預(yù)留料。經(jīng)過切邊成形及后續(xù)工序處理鍛件如圖11所示。

圖10 6300t熱模鍛壓力機(jī)

圖11 下側(cè)門折頁鍛件

結(jié)論

利用DEFORM數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)下側(cè)門折頁成形力和變形情況進(jìn)行了模擬分析。金屬流動(dòng)平穩(wěn)，未出現(xiàn)折疊缺陷；通過模擬成形過程中的最大成形力為6020t，確定可以在6300t熱模鍛壓力機(jī)上進(jìn)行鍛造生產(chǎn)。

通過對(duì)下側(cè)門折頁的成形模擬，指導(dǎo)了下側(cè)門折頁鍛造工藝方案的制定、模具設(shè)計(jì)和鍛造設(shè)備的選擇，優(yōu)化了工藝參數(shù)，縮短了產(chǎn)品的試制周期并降低了試制成本；通過實(shí)際生產(chǎn)和工藝調(diào)試，完成了該產(chǎn)品的批量生產(chǎn)，并成功地應(yīng)用于80t級(jí)通用敞棚車。