CN102328008B - 用于列车左右支撑座合二为一锤上模锻成形工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种专门用于列车左右支撑座合二为一锤上模锻成形工艺，1.根据左右支撑座锤上合锻锻件的重量，选择重量大于该锻件重量25%的圆截面棒料作为原始坯料,其长度与截面直径之比不得大于2.5;2.坯料被加热至始锻温度,将之传送并立置于锤上锻模分模面左前方的镦粗台上,镦粗变形并去氧化皮;3.置镦粗后的毛坯于成形模膛内，锻打3次或3次以上,使锻模上下模闭合；4.将模锻成形的锻件取出翻转180°放到切边模的凹模刃口上，开启切边压力机,使凸模作用在被切边的锻件上并将其推入凹模把飞边切除，锻件落入模架底部,其后被堆放空冷并进行锻后热处理。5.热处理后的锻件被再次加热至适当的低温后放入模锻锤上的整形模,一次锤击即可完成整形工序。
Description
技术领域
本发明涉及一种专门用于列车左右支撑座合二为一锤上模锻成形的工艺，属模锻工艺制造领域.
背景技术
对左、右单件支撑座锻件结构进行工艺分析后发现，如以单件进行锤上模锻，其分模面的选择，出模方向和斜度的安排都会出现难以克服的困难；如果硬要使其锻出的话，必将使锻件变得“肥头大耳”，使该锻件的机械加工面及其加工余量大为增加，而且不可避免的曲线分模面也会导致在模锻时产生较大的错移力，(见附图4-1～4-4)给设备和模具带来安全隐患.
发明内容
设计目的：避免背景技术中的不足之处，基于以上的分析，我们巧妙地利用了该锻件的左右对称性遂而提出了将其合二为一的合锻工艺方案：先绘制左、右单件的模锻件图，适当调整其空间位置再使之拼合起来，在拼合的中心线留存8mm的锯缝，(具体拼合原理及程序详见有关示意图.)使锻成的合锻件经热切边及完成其后续工序(锻后热处理、低温校正、清理)后被从中锯开进行机械加工.值得注意的是，为了节约原材料，我们在左右锻件拼合处挖出了一个盲槽，同时也节约了该处以后的机械加工工时.
设计方案：为了实现上述设计目的。1、该“左右支撑座合二为一锤上模锻成形工艺”具有巧妙的工艺构思，使原本看来十分复杂的单件结构难以锻出的锻件经合二为一后其锻出条件大为改善而变得简易可行(见附图6-1～6-2)；继而通过对合锻锻件的工艺设计合理地调整了分模面的角度，消除了分模面的落差，使锻件的四角处于同一的水平面上，从而避免了模锻过程中的错移力，同时使出模变得容易，并最大限度地减少了机械加工的部位和余量，2、模具的设计，以满足锻件的顺利锻出并达到锻件的技术要求为前提，同时必须保证模具的足够强度和寿命及生产过程中的实用、方便和安全可靠。本申请以上述理念为基础，设计出了10t锤上模锻的锻模(见附图1-1～1-3)和与之相匹配的10,000KN的切边液压机上的切边模(见附图2-1～2-4)及供锻件热处正火后再度加热进行低温整形的整形模(见附图3-1～3-3)。3、原始坯料形状和规格的合理选择对于锻件的成形和模膛的充满程度、金属流动是否顺畅、飞边的适量与否及其分布的均匀性都会产生重要的影响。经过试锻，本工艺选择择了一种合适的尺寸规格的圆截面坯料，如后述.
该工艺实施的基本工序为：下料-加热-镦粗并去氧化皮-模锻-切边-冷却-中间检验并打磨毛刺-锻后热处理(正火)-低温整形-清理-锯开-最终检验(包括锻件表面质量、尺寸公差、无损检测和机械性能试验)-交货.
技术方案：一种用于列车左右支撑座合二为一锤上模锻成形工艺，模锻前准备工作：
(1)利用该锻件的左右对称性将其合二为一而形成合锻工艺方案：先绘制左、右单件的模锻件图，适当调整其空间位置再使之拼合起来，在拼合的中心线留存8mm的锯缝，(具体拼合原理及程序详见有关示意图.)使之一模锻出，使合二为一锻出的锻件经热切边及完成其后续工序(锻后热处理、低温校正、清理)后被从中锯开进行机械加工.为了节约原材料，还在左右锻件拼合处挖出一个盲槽，这样也节约了该处以后的机械加工工时.
通过调整分模面走向的角度使锻模的最高分模面四角处在同一平面以达到平衡模锻过程中产生的水平错移力的目的，并通过对锻件进行了工艺上的修正，使锻件得以顺利出模(见附图6-1～6-2).
(2)锤锻模：锻模的最高分模面四角处在同一平面，构成分模过渡面为不同方向和角度的斜面，并分别各以适当的圆弧过渡.考虑到锤上模锻的动力学特性，将锻件较大体积和高度的部分置于上模(即上模模膛体积较大，模膛较深，见附图1-1～1-3和6-1～6-2)，以保证金属受锤击变形时具有较大容积和深度的上模会被优先充满，以完成金属在上下模膛中的顺利流动与分配，最终成形符合图纸要求的锻件形状.
在锻模的最高分模面的四处角平面上，于后方及右前方设计置有三个定位锁扣，足以保证上下模在工作过程中的稳定性，避免上下模产生错移，而左前方留出的一个平台供被加热的锻坯进行镦粗并同时清除氧化皮之用.
(3)切边模：它包括凹模和凸模.切边模的凹模的工作刃口是一个封闭的轮廓，它与锻件分模面(即模膛分模面)的飞边带的轮廓相吻合，诚然其刃口是随锻模的分模面而起伏的，以保证其在工作中能精确有效地将锻件的飞边切除；切边模的凸模是模具工作过程中以之传递压力的零件.为简化凸模的轮廓，当锻件被实施切边时，我们将锻件翻转180°，使原来置于锻模下模的较浅的部分而今被置于切边凸模，如此，不但简化了凸模模膛的加工，而且有利于凸模模膛与被切边的锻件的紧密贴合以更有效地传递切边压力.为使凸模能进入凹模以完成飞边从锻件上的脱离，其周围设有与凹模刃口相匹配的轮廓形状，且与凹模刃口具有一定的间隙.
(4)整形模：在热切边过程中由于各种工艺因素及操作上并非完美，锻件难免不产生一定的变形，在继后的热处理和搬运过程中，这种变形会进一步加大并有可能超过公差允许的范围而必须进行整形，为此设计了专用整形模.整形工序在低温下进行-既非高温，也非室温.该温度的选择出于以下的考虑：
即一方面要避免锻件被加热到高温，金属会产生相变而形成组织应力和生成过厚过多的氧化皮，但又要把锻件加热到一定的温度使材料具有比室温时较高的塑性而易于取得整形的效果.同时必须注意的是，这一温度的选择还要避开该材料的回火脆性温度区(因为这个低温范围也是材料的回火温度范围)，以免使这一工序的实施事与愿违-整形未达目的，锻件却反而因为材料恰好处于回火脆性温度区受整形力产生了裂缝！
采用低温整形一个附带的好处是，由于这一温度还会给材料带来回火的效果，如此在锻件整形后的空冷过程中会自然消除因整形而产生的残余应力.
锻件的整形状态与其在锤上的模锻状态一致.整形模也被安装在10t模锻锤上.整形模模膛与锻模模膛基本相同，不同的是其轮廓尺寸可按冷锻件图设计，但水平尺寸方向应放出与锻件一定的、足够的间隙.整形模模膛不设飞边槽，但其模膛与分模面相交处应有较大的圆角过渡，以便于锻件的顺利放取.还有一点与锻模不同的是：最高分模面上处于左前方的，供被加热的锻坯进行镦粗变形并同时清除氧化皮之用的平台被取消了，而代之以锁扣.即整形模是被分模面上前后左右4个锁扣锁定的.
模锻工艺过程：
(1)根据左右支撑座锤上合锻锻件的重量，选择重量大于该锻件重量25％的圆截面棒料作为原始坯料，其长度与截面直径之比不得大于2.5(L/D≤2.5)；
(2)坯料被加热至始锻温度，然后将之传送并立置于锤上锻模分模面左前方的镦粗台上，镦粗并去氧化皮；
(3)置镦粗后的毛坯于成形模膛内，锻打3次或3次以上，使锻模上下模闭合即可；
(4)将模锻成形的锻件取出翻转180°放到切边模的凹模刃口上，然后开启切边压力机，使凸模作用在被切边的锻件上并将其推入凹模把飞边切除，被切除了飞边的锻件落入模架底部，随即被推入料框内，其后被堆放在车间某处空冷并继而进行锻后热处理(正火)。
(5)热处理(正火)后的锻件被再次加热至适当的低温(不得高于材料铁碳平衡图上的A1线并避开其回火脆性温度范围！)后放入10t模锻锤上的整形模，一次锤击即可完成整形工序.
本发明与背景技术相比，该“左右支撑座合二为一锤上模锻成形工艺”通过对合锻锻件的工艺设计合理地调整了分模面的角度，消除了分模面的落差，使锻件的四角处于同一的水平面上，从而避免了模锻过程中的错移力，同时使出模变得容易，并最大限度地减少了机械加工的部位和余量，具有巧妙的工艺构思，使原本看来十分复杂的单件结构难以锻出的锻件经合二为一后其锻出条件大为改善而变得简易可行.否则，如果硬要在锤上将左、右支撑座单件锻出的话，必将使锻件变得“肥头大耳”，使该锻件的机械加工面及其加工余量大为增加，而且不可避免的曲线分模面也会导致在模锻时产生较大的错移力，(见附图4-1～4-4)给设备和模具带来安全隐患.如此合锻工艺构思巧妙，经济合理，实施简便，效益显著，模具设计结构简单、合理、创新，技术效果好。
附图说明
图1-1是锻模的主视结构示意图.
图1-2是锻模开启后下模的俯视结构示意图.
图1-3是锻模的侧视结构示意图.
图2-1是切边凹模的主视结构示意图.
图2-2是切边凹模的俯视结构示意图.
图2-3是切边凸模的主视结构示意图.
图2-4是切边凸模的俯视结构示意图.
图3-1是整形模的主视结构示意图.
图3-2是整形模开启后下模的俯视结构示意图.
图3-3是整形模的侧视结构示意图.
图4-1是背景技术单件支撑座(左件，右件对称)的主视结构示意图.
图4-2是图4-1的俯视结构示意图.
图4-3是图4-1的K向结构示意图.
图4-4是图4-1的G向结构示意图.
图5-1是单件支撑座(左件，右件对称)旋转后使两端处于同一平面的主视结构示意图(冷锻件).
图5-2是图5-1的A向示意图(冷锻件).
图5-3是单件支撑座(左件，右件对称)旋转后使两端处于同一平面且翻转180°后的主视结构示意图(热锻件).
图5-4是图5-3的A向示意图(热锻件).
图6-1是按图5-3的状态，左右支撑座合二为一(中间留有锯缝8mm)且各自绕其旋转轴线X-X旋转18°后的主视结构示意图(热锻件).
图6-2是图6-1的俯视结构示意图(热锻件).
具体实施方式
实施例1：参照附图1-1～1-3和附图6-1～6-2。用于列车左右支撑座合二为一锤上模锻成形工艺.模锻前准备工作：
(1)对左、右单件锻件结构进行工艺性分析后发现，如以单件进行锤上模锻，其分模面的选择，出模方向和斜度的安排都会出现难以克服的困难；如果硬要使其锻出的话，必将使锻件变得“肥头大耳”，使该锻件的机械加工面及其加工余量大为增加，而且不可避免的曲线分模面也会导致在模锻时产生较大的错移力，(见附图4-1～4-4)给设备和模具带来安全隐患。
基于以上的分析，我们巧妙地利用了该锻件的左右对称性遂而提出了将其合二为一的合锻工艺方案：利用该锻件的左右对称性将其合二为一而形成合锻工艺方案：先绘制左、右单件的模锻件图，适当调整其空间位置再使之拼合起来，在拼合的中心线留存8mm的锯缝，(具体拼合原理及程序详见有关示意图.)使之一模锻出，使锻成的合锻件经热切边及其后续工序(锻后热处理、低温校正、清理)后被从中锯开进行机械加工.为了节约原材料，还在左右锻件拼合处挖出一个盲槽，这样也节约了该处以后的机械加工工时。
通过调整分模面走向的角度使锻模的最高分模面四角处在同一平面以达到平衡模锻过程中产生的水平错移力的目的，并通过对锻件进行了工艺上的修正，使锻件得以顺利出模。
(2)锤锻模：锻模的最高分模面四角处在同一平面，构成分模过渡面为不同方向和角度的斜面，并分别各以适当的圆弧过渡.考虑到锤上模锻的动力学特性，将锻件较大体积和高度的部分置于上模(即上模模膛体积较大，模膛较深，见附图1-1～1-3和6-1～6-2)，以保证金属受锤击变形时具有较大容积和深度的上模会被优先充满，以完成金属在上下模膛中的顺利流动与分配，最终成形符合图纸要求的锻件形状。
在锻模的最高分模面的四处角平面上，于后方及右前方设计置有三个定位锁扣，足以保证上下模在工作过程中的稳定性，避免上下模产生错移，而左前方留出的一个平台供被加热的锻坯进行镦粗变形并同时清除氧化皮之用.
(3)切边模：它包括凹模和凸模.切边模的凹模的工作刃口是一个封闭的轮廓，它与锻件分模面(即模膛分模面)的飞边带的轮廓相吻合，诚然其刃口是随锻模的分模面而起伏的，以保证其在工作中能精确有效地将锻件的飞边切除；切边模的凸模是模具工作过程中以之传递压力的零件。为简化凸模的轮廓，
当锻件被实施切边时，我们将锻件翻转180°，使原来置于锻模下模的较浅的部分而今被置于切边凸模，如此，不但简化了凸模模膛的加工，而且有利于凸模模膛与被切边的锻件的紧密贴合以更有效地传递切边压力.为使凸模能进入凹模以完成飞边从锻件上的脱离，其周围设有与凹模刃口相匹配的轮廓形状，且与凹模刃口具有一定的间隙。
(4)整形模：在热切边过程中由于各种工艺因素及操作上并非完美，锻件难免不产生一定的变形，在继后的热处理和搬运过程中，这种变形会进一步加大并有可能超过公差允许的范围而必须进行整形，为此设计了专用整形模.整形工序在低温下进行-既非高温，也非室温.该温度的选择出于以下的考虑：即一方面要避免锻件被加热到高温，金属会产生相变而形成组织应力和生成过厚过多的氧化皮，但又要把锻件加热到一定的温度使其材料具有比室温时较高的塑性而易于取得整形的效果.同时必须注意的是，这一温度的选择还要避开该材料的回火脆性温度区(因为这个低温范围也是材料的回火温度范围)，以免使这一工序的实施事与愿违-整形未达目的，锻件却反而因为材料恰好处于回火脆性温度区受整形力而产生了裂缝！
采用低温整形一个附带的好处是，由于这一温度还会给材料带来回火的效果，如此在锻件整形后的空冷过程中会自然消除因整形而产生的残余应力.
锻件的整形状态与其在锤上的模锻状态一致.整形模也被安装在10t模锻锤上.整形模模膛与锻模模膛基本相同，不同的是其轮廓尺寸可按冷锻件图设计，但水平尺寸方向应放出与锻件一定的、足够的间隙.整形模模膛不设飞边槽，但其模膛与分模面相交处应有较大的圆角过渡，以便于锻件的顺利放取.还有一点与锻模不同的是：最高分模面上处于左前方的，供被加热的锻坯进行镦粗变形并同时清除氧化皮之用的平台被取消了，而代之以锁扣.即整形模是被分模面上前后左右4个锁扣锁定的。
模锻工艺过程：
(1)根据左右支撑座锤上合锻锻件的重量，选择重量大于该锻件重量25％的圆截面棒料作为原始坯料，其长度与截面直径之比不得大于2.5(L/D≤2.5)；
(2)坯料被加热至始锻温度，然后将之传送并立置于锤上锻模分模面左前方的镦粗台上，镦粗并去氧化皮；
(3)置镦粗后的毛坯于成形模膛内，锻打3次或3次以上，使锻模上下模闭合即可；
(4)将模锻成形的锻件取出翻转180°放到切边模的凹模刃口上，然后开启切边压力机，使凸模作用在被切边的锻件上并将其推入凹模把飞边切除，被切除了飞边的锻件落入模架底部，随即被推入料框内，其后被堆放在车间某处空冷并继而进行锻后热处理(正火)；
(5)热处理(正火)后的锻件被再次加热至适当的低温(不得高于材料相变温度并避开其回火脆性温度范围！)后放入10t模锻锤上的整形模，一次锤击即可完成整形工序。
原始坯料形状和规格的合理选择对于锻件的成形和模膛的充满程度、金属流动是否顺畅、飞边的适量与否及其分布的均匀性都会产生重要的影响。经过试锻，本工艺选择择了一种合适的尺寸规格的圆截面棒料作为原始坯料，已如本节(1)所述。
该工艺实施的基本工序为：下料-加热-镦粗并去氧化皮-模锻-切边-冷却-中间检验并打磨毛刺-锻后热处理(正火)-低温整形-清理-锯开-最终检验(包括锻件表面质量、尺寸公差、无损检测和机械性能试验)-交货.
不难看出：该“左右支撑座合二为一锤上模锻成形工艺”通过对合锻锻件的工艺设计合理地调整了分模面的角度，消除了分模面的落差，使锻件的四角处于同一的水平面上，从而避免了模锻过程中的错移力，同时使出模变得容易，并最大限度地减少了机械加工的部位和余量，具有巧妙的工艺构思，使原本看来十分复杂的单件结构难以锻出的锻件经合二为一后其锻出条件大为改善而变得简易可行，而为实现这一构想，我们设计出了完成以上工序的各类模具，使锻件得以顺利锻出并满足了技术要求，同时保证了模具的足够强度和寿命及生产过程中的实用、方便和安全可靠。
需要理解到的是：上述各实施例虽然对本发明的设计思路作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围内。
Claims (2)
1.一种用于列车左右支撑座合二为一锤上模锻成形工艺，其特征是：
模锻前准备工作:
⑴先绘制左、右单件的模锻件图，适当调整其空间位置再使之拼合起来,在拼合的中心线留存8mm的锯缝,使合锻成形的锻件经热切边及完成其后续工序后被从中锯开进行机械加工，为了节约原材料和加工工时,在左右锻件拼合处挖出了一个盲槽；通过对合锻锻件的工艺设计合理地调整了分模面的角度，消除了分模面的落差，使锻件的四角处于同一的水平面上，从而避免了模锻过程中的错移力，同时使出模变得容易,并最大限度地减少了机械加工的部位和余量,具有巧妙的工艺构思，使原本看来十分复杂的单件结构难以锻出的锻件经合二为一后其锻出条件大为改善而变得简易可行；
⑵锤锻模：锻模的最高分模面四角处在同一平面，构成分模过渡面为不同方向和角度的斜面，并分别各以适当的圆弧过渡，考虑到锤上模锻的动力学特性，将锻件较大体积和高度的部分置于上模，以保证金属受锤击变形时具有较大容积和深度的上模会被优先充满，以完成金属在上下模膛中的顺利流动与分配，最终成形符合图纸要求的锻件形状；
在锻模的最高分模面的四处角平面上，于后方及右前方设计置有三个定位锁扣，足以保证上下模在工作过程中的稳定性，避免上下模产生错移，而左前方留出的一个平台供被加热的锻坯进行镦粗变形并同时清除氧化皮之用；
⑶切边模：它包括凹模和凸模；切边模的凹模的工作刃口是一个封闭的轮廓，它与锻件分模面的飞边带的轮廓相吻合，诚然其刃口是随锻模的分模面而起伏的，以保证其在工作中能精确有效地将锻件的飞边切除；切边模的凸模是模具工作过程中以之传递压力的零件，为简化凸模的轮廓，当锻件被实施切边时，将锻件翻转180°，使原来置于锻模下模的较浅的部分而今被置于切边凸模，如此，不但简化了凸模模膛的加工,而且有利于凸模模膛与被切边的锻件的紧密贴合而更有效地传递切边压力；为使凸模能进入凹模以完成飞边从锻件上的脱离，其周围设有与凹模刃口相匹配的轮廓形状，且与凹模刃口具有一定的间隙；
(4) 整形模:在热切边过程中由于各种工艺因素及操作上并非完美，锻件难免不产生一定的变形，在继后的热处理和搬运过程中，这种变形会进一步加大而有可能超过公差允许的范围而必须进行整形，为此设计了专用整形模；整形工序在低温下进行 ---- 既非高温,也非室温；该温度的选择出于以下的考虑:即一方面要避免锻件被加热到高温,金属会产生相变而形成组织应力和生成过厚过多的氧化皮，但又要把锻件加热到一定的温度使其材料具有比室温时较高的塑性而易于取得整形的效果，同时这一温度的选择还要避开该材料的回火脆性温度区，以免锻件恰好处于回火脆性温度区受到整形力产生裂缝；
锻件的整形状态与其在锤上的模锻状态一致，整形模也被安装在10t模锻锤上，整形模模膛与锻模模膛基本相同，不同的是其轮廓尺寸可按冷锻件图设计，但水平尺寸方向应放出与锻件一定的、足够的间隙，整形模模膛不设飞边槽，但其模膛与分模面相交处应有较大的圆角过渡，以便于锻件的顺利放取；其次，整形模最高分模面上处于左前方的，供被加热的锻坯进行镦粗变形并同时清除氧化皮之用的平台被取消了，而代之以锁扣，即整形模是被分模面上前后左右4个锁扣锁定的；
模锻工艺过程：
⑴ 根据左右支撑座锤上合锻锻件的重量，选择重量大于该锻件重量25%的圆截面棒料作为原始坯料，其长度与截面直径之比不得大于2.5(L/D≤2.5)；
⑵ 坯料被加热至始锻温度，然后将之传送并立置于锤上锻模分模面左前方的镦粗台上，镦粗并去氧化皮；
⑶ 置镦粗后的毛坯于成形模膛内，锻打3次或3次以上，使锻模上下模闭合即可；
(4)将模锻成形的锻件取出翻转180°放到切边模的凹模刃口上，然后开启切边压力机，使凸模作用在被切边的锻件上并将其推入凹模把飞边切除，被切除了飞边的锻件落入模架底部，随即被推入料框内，其后被堆放在车间某处空冷并继而进行锻后热处理--正火；
(5) 热处理--正火后的锻件被再次加热至适当的低温，即不得高于材料相变温度并避开其回火脆性温度范围后放入10t模锻锤上的整形模, 一次锤击即可完成整形工序。
2.根据权利要求1所述的用于列车左右支撑座合二为一锤上模锻成形工艺，其特征是：在完成绘制左、右支撑座单件模锻件图的基础上，适当调整其空间位置再使之拼合起来，在拼合的中心线留存8mm的锯缝，并以此为依据设计锤上锻模，所述锤锻模的分模面前后左右四角处在同一平面，构成的分模过渡面为不同方向和角度的斜面，并分别各以适当的圆弧过渡；为简化凸模轮廓和有利于凸模模膛与被切边的锻件的紧密贴合而更有效地传递切边压力，当锻件被实施切边时，将锻件翻转180°，使原来置于锻模下模的较浅的部分而今被置于切边凸模的模膛内；热处理--正火后的锻件被再次加热至适当的低温，即不得高于材料铁碳平衡图上的A1线并避开其回火脆性温度范围后放入整形模完成整形工序。
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