铁路车辆用车钩钩舌的锻造方法.pdf

本发明公开了一种铁路车辆用车钩钩舌的锻造方法，所述铁路车辆用车钩钩舌为锻造成型，采用备料、加热制坯、模锻成型、切边、热处理、初加工、热处理、抛丸、探伤、机加工工序，锻造出性能和尺寸都合乎要求的铁路车辆用车钩钩舌产品。该铁路车辆用车钩钩舌组织细密、高强韧性、疲劳性能良好的铁路车辆用车钩钩舌的锻造方法，解决现有铸钢车钩钩舌存在气孔、缩松、夹杂及裂纹、使用寿命短等缺陷。

1、  一种铁路车辆用车钩钩舌的锻造方法，其特征在于包括下列步骤：
(1)备料，得到一定长度的坯料；
(2)加热制坯，经下料得到的坯料加热后在自由锻型砧上进行自由锻，使坯件进行初步变形，得到形状和尺寸近似铁路车辆用车钩钩舌体的毛坯；
(3)模锻成型，制坯后的毛坯加热后放入终锻模膛内，在锻模的作用下整体终锻成形状和尺寸合乎要求的铁路车辆用车钩钩舌体坯件；
(4)切边，用切边机切出四周多余的边料；
(5)热处理，对铁路车辆用车钩钩舌体坯件进行正火处理；
(6)初加工，机加工去除铁路车辆用车钩钩舌体锻造余量和拔模斜度；
(7)热处理，对初加工后的铁路车辆用车钩钩舌体进行调质处理，即淬火后回火，再进行油冷；
(8)抛丸，对铁路车辆用车钩钩舌体进行抛丸处理，除去铁路车辆用车钩钩舌体上的氧化皮；
(9)探伤，探测铁路车辆用车钩钩舌体内部的裂纹或缺陷；
(10)机加工，通过机加工序工出铁路车辆用车钩钩舌上的弧形面、钩舌挂钩和钩舌本体上的孔以及其它需要进行机加工的地方。

2、  根据权利要求1所述的铁路车辆用车钩钩舌的锻造方法，其特征在于：步骤(1)备料所述的材料为：35CrMo，投料重量72kg，原材料为Φ160棒料，且下料尺寸Φ160cm×456cm。

3、  根据权利要求1所述的铁路车辆用车钩钩舌的锻造方法，其特征在于：步骤(2)加热制坯的加热温度950～1150℃，锻造温度范围850～1150℃。

4、  根据权利要求1所述的铁路车辆用车钩钩舌的锻造方法，其特征在于：步骤(3)模锻成型的加热温度950～1150℃。

5、  根据权利要求1所述的铁路车辆用车钩钩舌的锻造方法，其特征在于：步骤(5)热处理即正火处理，将铁路车辆用车钩钩舌体毛坯加热至Ac3或Accm以上30～50℃，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却.

6、  根据权利要求1所述的铁路车辆用车钩钩舌的锻造方法，其特征在于：步骤(7)热处理，淬火温度为830～870℃，然后进行油冷，回火温度500～650℃，再进行油冷。

铁路车辆用车钩钩舌的锻造方法
技术领域
本发明涉及铁路车辆用车钩钩舌的锻造方法。
技术背景
车钩是用来实现机车和车辆或车辆和车辆之间的连挂，传递牵引力及冲击力，并使车辆之间保持一定距离的车辆部件。车钩由钩头，钩身、钩尾三个部分组成、车钩前端粗大的部分称为钩头，在钩头内装有钩舌、钩舌销，锁提销，钩舌推铁和钩锁铁。车钩后部称为钩尾。为了实现挂钩或摘钩，使车辆连接或分离，车钩具有以下三种位置，也就是车钩三态：锁闭位置——车钩的钩舌被钩锁铁挡住不能向外转开的位置，两个车辆连挂在一起时车钩就处在这种位置；开锁位置——即钩锁铁被提起，钩舌只要受到拉力就可以向外转开的位置，摘钩时，只要其中一个车钩处在开锁位置，就可以把两辆连挂在一起的车分开；全开位置——即钩舌已经完全向外转开的位置。因此，车钩钩舌是铁路车辆上车钩的重要组成部分。
目前16型、17型车钩钩舌原为E级钢铸造钩舌，随着我国铁路建设重载提速的完成，铸钢钩舌因铸造工艺的固有因素，无法避免存在气孔、缩松、夹杂、裂纹等缺陷，而这些缺陷的存在对铁路车辆重载高速运行构成潜在安全隐患。并且车钩从设计至今一百多年，形状没作任何改动，以前仅从材料牌号作了一些调整，但车辆运行的环境发生了根本的变化，运行速度达到120公里，载重普遍达到70吨，一般货物列车牵引力10000吨，大秦线货物列车牵引力达20000吨。当初的设计参数也应随运行的环境变化而变化。目前运行的货车情况看，主要存在车钩断裂，车钩脱钩等问题。因此如何解决这些问题已是非常迫切的事。
发明内容
本发明的目的在于提供一种组织细密、高强韧性、疲劳性能良好的铁路车辆用车钩钩舌的锻造方法，解决现有铸钢车钩钩舌存在气孔、缩松、夹杂及裂纹、使用寿命短等缺陷。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：提供一种铁路车辆用车钩钩舌的锻造方法，其要点是包括下列步骤：
(1)备料，得到一定长度的坯料；
(2)加热制坯，经下料得到的坯料加热后在自由锻型砧上进行自由锻，使坯件进行初步变形，得到形状和尺寸近似铁路车辆用车钩钩舌体的毛坯；
(3)模锻成型，制坯后的毛坯加热后放入终锻模膛内，在锻模的作用下整体终锻成形状和尺寸合乎要求的铁路车辆用车钩钩舌体坯件；
(4)切边，用切边机切出四周多余的边料；
(5)热处理，对铁路车辆用车钩钩舌体坯件进行正火处理；
(6)初加工，机加工去除铁路车辆用车钩钩舌体锻造余量和拔模斜度；
(7)热处理，对初加工后的铁路车辆用车钩钩舌体进行调质处理，即淬火后回火，再进行油冷；
(8)抛丸，对铁路车辆用车钩钩舌体进行抛丸处理，除去铁路车辆用车钩钩舌体上的氧化皮；
(9)探伤，探测铁路车辆用车钩钩舌体内部的裂纹或缺陷；
(10)机加工，通过机加工序工出铁路车辆用车钩钩舌上的弧形面、钩舌挂钩和钩舌本体上的孔以及其它需要进行机加工的地方。
步骤(1)备料所述的材料为：35CrMo，投料重量72kg，原材料为Φ160棒料，且下料尺寸Φ160cm×456cm。该35CrMo有很高的静力强度、冲击韧性及较高的疲劳极限，淬透性较40Cr高，高温下有高的蠕变强度与持久强度，长期工作温度可达500℃。选择下料尺寸Φ160cm×456cm，既可以达到完全充满型腔同时可以减少材料的浪费。
步骤(2)加热制坯的加热温度不超过950～1150℃，锻造温度范围850～1150℃。
步骤(3)模锻成型的加热温度不超过950～1150℃。
步骤(5)热处理即正火处理，将铁路车辆用车钩钩舌体坯件加热至Ac3或Accm以上30～50℃，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却。
步骤(7)热处理，淬火温度为830～870℃，然后进行油冷，回火温度500～650℃，再进行油冷。
铁路车辆用车钩钩舌结构复杂，装配要求高，产品尺寸公差最高±1，拔模斜度不大于1.2°，在结构上，中间孔腔可不锻出，增加的重量对车钩的性能影响不大。16吨锤上锻造，无顶杆机构，型腔深，拔模斜度加大到7°，采用机加去除拔模斜度，有尺寸公差的地方也进行机加。因此可锻性好，在锻造过程中可采用整体模锻方式，锻造后再进行机加工，达到所需的形状和尺寸。
以16号铁路车辆用车钩钩舌为例，本发明与铸钢车钩钩舌的力学性能比较如下：
铸钢车钩钩舌调质后的力学性能：抗拉强度Rm≥830Mpa，屈服强度Re≥690Mpa，伸长率A≥14％，力学性能Z≥30％，冲击吸收功Akv≥27J；
本发明调质后的力学性能：抗拉强度Rm≥980Mpa，屈服强度Re≥835Mpa，伸长率A≥12％，力学性能Z≥45％，冲击吸收功Aku2≥63J。
从表面上看，本发明的生产成本要高于铸钢车钩钩舌的锻造成本，主要产生在下面两个方面：1、材料方面：铸钢钩舌重量38.5kg；锻钢钩舌由于中间孔腔不能锻出，产品重量为49kg，锻件重量62kg，投料重量72kg；2、模具成本：锻钢钩舌在16吨锤上锻造，模块尺寸920×920×470，重量2×3150kg，材料5CrNiMo，因此需要投入模具的费用。但是从性能以及寿命上看：调质后本发明的力学性能远远优于铸钢车钩钩舌的力学性能，主要是因为本发明是通过锻造的方法锻造，避免了铸造中出现的气孔、缩松、夹杂及裂纹等缺陷，因此本发明的使用寿命长，同时也大大地降低了发生车祸的危险。
本发明制坯方便，效率高，锻造成型容易，锻造出的车钩钩舌强度好，使用寿命长，安全可靠，适用于各种型号车钩钩舌的大批量生产。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明步骤(2)制坯得到的坯料结构示意图；
图3为图2的A-A剖视图；
图4为本发明用锻造方法最终所得铁路车辆用车钩钩舌的结构示意图；
图5为图4的A-A剖视图。
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施方式详述本发明方法的工艺步骤。
实施例1：
如图1至图5所示，以16号铁路车辆用车钩钩舌为例，该铁路车辆用车钩钩舌可锻性好，锻钢钩舌在可靠性上毋需质疑，但直接锻出产品不可能，如果采用锻造与机加，是能够生产出合格产品的。铁路车辆用车钩钩舌重62kg，因此必须在16t锤上或者其它大型模锻设备上锻造，其锻造步骤是：
(1)备料，得到一定长度的坯料，所采用的材料为：35CrMo，投料重量72kg，原材料为Φ160棒料，且下料尺寸Φ160cm×456cm。
(2)加热制坯，经下料得到的坯件加热后在16t锤的自由锻型砧上进行自由锻，使坯件进行初步变形，得到形状和尺寸近似铁路车辆用车钩钩舌体的毛坯，加热温度为1100℃，锻造温度范围1000℃。
由于锻造工艺学的知识及铁路车辆用车钩钩舌的机构可知，坯料在进行锻造之前要进行初步变形，合理地分配坯料，以适应锻件截面积和形状的要求，使进入能够较好的充满模膛。由于铁路车辆用车钩钩舌结构的特殊性，即上部小下部大，采用自由锻制坯后实现坯料形状的改变，减少一部分截面积，增大另一部分的截面积，获得接近计算毛坯形状和尺寸的毛坯。
(3)模锻成型，制坯后的毛坯加热到温度到1100℃后放入终锻模膛内，在锻模的作用下整体终锻成形状和尺寸合乎要求的铁路车辆用车钩钩舌体坯件。
在此阶段，自由锻毛坯主要是在终锻模膛内发生塑性流动，变形过程的变形阻力主要是坯料自身的变形抗力和模壁的摩擦力，而摩擦力与金属的变形抗力相比又比较小，因而这个阶段的坯料能否充满型腔，从而锻造出合格的产品，模具的设计及设备打击力和精度的选择都很关键。
在此阶段，毛坯加热后放入终锻模膛内，用16t锤将该毛坯锻成上部呈头状、中部呈颈部，下部较上部宽且在下端部设有弯曲曲面的车钩钩舌(如图5所示)。
(4)切边，用切边机切出四周多余的边料，锻件脱模后可能会出现较大的弯曲变形，导致无法切边，此时只需在切边模旁加校平块，先校平后切边即可解决问题。
(5)热处理，对铁路车辆用车钩钩舌体毛坯进行正火处理，将铁路车辆用车钩钩舌体毛坯加热至Ac3或Accm以上30～50℃，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却。
(6)初加工，机加工去除铁路车辆用车钩钩舌体锻造余量和车钩钩舌弯曲部分的拔模斜度。
(7)热处理，对初加工后的铁路车辆用车钩钩舌体进行调质处理，调质即淬火后再回火，淬火温度为850℃，然后进行油冷，回火温度550℃，再进行油冷。如此可提高铁路车辆用车钩钩舌的机械性能。
(8)抛丸，对铁路车辆用车钩钩舌体进行抛丸处理，出去铁路车辆用车钩钩舌体上的氧化皮，对锻件表面进行强化处理，以得到良好的物理性能.提高表面的强度和抗腐蚀性能。
(9)探伤，将铁路车辆用车钩钩舌体放入探伤机进行检测，探测铁路车辆用车钩钩舌体内部的裂纹或缺陷，该工序可检测出锻件产品的缺陷，有效地防止不合格产品装配上车辆。
(10)机加工，将铁路车辆用车钩钩舌用数控机床或者其它加工设备进行加工，通过机加工序工出铁路车辆用车钩钩舌上的弧形面、钩舌挂钩和钩舌本体上的孔以及其它需要进行机加工的地方(如图4和图5所示)。
实施例2：
本发明的实施例2与实施例1相同，不同之处是步骤(1)中下料尺寸Φ160cm×451cm；步骤(2)中加热温度为1050℃，锻造温度范围850℃；步骤(3)中加热温度为1050℃；步骤(5)中铁路车辆用车钩钩舌体坯件热处理即正火处理温度为Ac3或Accm以上30℃；步骤(7)中铁路车辆用车钩钩舌体坯件热处理调质处理，即淬火后回火，淬火温度为830℃，回火温度500℃。
实施例3：
本发明的实施例3与实施例1相同，不同之处是步骤(1)中下料尺寸Φ160cm×461cm；步骤(2)中加热温度为1150℃，锻造温度范围1150℃；步骤(3)中加热温度为1150℃；步骤(5)中铁路车辆用车钩钩舌体坯件热处理即正火处理温度为Ac3或Accm以上50℃；步骤(7)中铁路车辆用车钩钩舌体坯件热处理调质处理，即淬火后回火，淬火温度为870℃，回火温度650℃。
通过该方法锻造出的16号铁路车辆用车钩钩舌如图4和图5所示，其各种性能指标完全能够满足铁路车辆重载提速的使用要求，与铸钢车钩钩舌相比，不会存在气孔、缩松、夹杂及裂纹等铸造工艺固有的质量缺陷，因而使用寿命长，安全可靠。