專利名稱：用于加工導(dǎo)柱的胎模的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及動力裝置零部件的加工領(lǐng)域，特別地，涉及一種用于加工導(dǎo)柱的 胎模。
背景技術(shù)：
轉(zhuǎn)向架^^是鐵道車輛上最重要的部件之一，是由機車車輛走行部的零部件 和裝置組裝而成的獨立部件，起支承車體重量、轉(zhuǎn)向和制動的作用，并保證機車車輛在軌道 上安全平穩(wěn)地運行。導(dǎo)柱作為轉(zhuǎn)向架、特別是提速轉(zhuǎn)向架的關(guān)鍵零件，在車輛運行過程中，承受較大的 剪應(yīng)力、彎矩作用，同時也受到疲勞載荷作用。因此，在導(dǎo)柱加工工藝中，對鍛件的內(nèi)在質(zhì)量 要求較高。以圖1所示的導(dǎo)柱產(chǎn)品為例，說明現(xiàn)有導(dǎo)柱加工工藝。參照圖I-A和圖1-B，加工出的導(dǎo)柱產(chǎn)品包括扁狀頭部和類似圓錐臺的桿部。從 頭部開始按照從左到右的順序介紹，上述導(dǎo)柱產(chǎn)品具體包括直徑為40mm的頭部圓柱臺； 扁狀頭部，該頭部的高度為16mm，參照圖I-B所示，頭部的長度為298mm，寬度為258mm。參 照圖I-A所示，桿部可分為第一臺階軸、第二臺階軸、第三臺階軸即桿部的主要部分。其 中，第一臺階軸為圓柱體形狀，臺面直徑為162mm，第一臺階的高度為20_16 = 4mm ；第二臺 階軸的高度為49mm，其中，第二臺階軸的上部為類似圓錐臺形狀，該圓錐臺的底部直徑為 110mm，頂部直徑為76. 8mm ；第三臺階軸也呈類似圓錐臺的形狀，其底部直徑為55. 5mm，頂 部直徑為35mm，長度為210mm?，F(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)上述導(dǎo)柱產(chǎn)品一般采用臺階軸自由鍛造工藝，其工藝流程大致如 下第一火次，采用材質(zhì)為45鋼的坯料，通過自由鍛方式鍛出截面為270 X 310mm2的方料， 再對直徑為200mm圓桿處拔圓，然后進行鍛臺階工序以及后續(xù)的校正、滾圓、平整等精整工序。圖2為采用上述傳統(tǒng)的自由鍛造工藝生產(chǎn)的導(dǎo)柱鍛件，圖2-A為鍛件的整體結(jié)構(gòu) 圖，包括扁狀頭部和桿部。頭部的高度為50mm，參照圖2-B，鍛件頭部的長度為310mm，寬度 為270mm。參照圖2-A，鍛件桿部為直徑為200mm的圓柱體形狀。圖2中的虛線部分為導(dǎo)柱 成品的形狀，從鍛件與成品的尺寸比較可知，鍛件桿部的直徑200mm遠大于成品桿部前端 部的直徑35mm，造成工藝余量過大。但是，采用臺階軸自由鍛造工藝生產(chǎn)圖1所述的導(dǎo)柱產(chǎn) 品的工藝中，為了防止產(chǎn)生端面凹心，就必須增大毛坯的長徑比，所以，要想保證產(chǎn)品質(zhì)量， 工藝余量大是不可避免的。另外，采用現(xiàn)有的臺階軸自由鍛造工藝不僅具有工藝余量大，材料浪費嚴(yán)重的缺 點，還具有產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，機加工生產(chǎn)效率低，成本高的缺點。更嚴(yán)重的是，采用臺階軸自由鍛造工藝加工導(dǎo)柱時，在鍛臺階的工序中，各臺階處 的纖維流線很容易被后續(xù)的機械加工所切斷，嚴(yán)重地?fù)p害了產(chǎn)品的抗疲勞強度和剪切強度。
實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于鍛造導(dǎo)柱的胎模，使用該胎模采 用胎模鍛造工藝鍛造導(dǎo)柱，能夠有效降低材料的耗材，減小工件余量、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、提高 機加工效率。為了解決上述問題，本實用新型公開了一種用于鍛造導(dǎo)柱的胎模，該胎模的整體 形狀為長方體形，中心部開設(shè)有圓錐臺型腔，左、右側(cè)壁開設(shè)有控制操作機夾持桿轉(zhuǎn)動范圍 的凹部和固定上述夾持桿的中心銷的銷孔。優(yōu)選的，上述胎模在上述操作機的夾持下可實現(xiàn)三維旋轉(zhuǎn)，上述胎模的翻轉(zhuǎn)中心 位于該胎模和鍛件的重心的正上方。優(yōu)選的，上述凹部的深度滿足當(dāng)上述夾持桿處于該凹部中時，上述夾持桿的外平 面低于該凹部所在的上述左、右側(cè)壁的外表面。優(yōu)選的，上述任一胎模采用熱作胎模鋼5CrMnM0制成。優(yōu)選的，上述熱作胎模鋼5CrMnMo的熱處理硬度為HRC42 45。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點使用本實用新型提供的可旋轉(zhuǎn)胎模，采用胎模鍛造工藝生產(chǎn)導(dǎo)柱鍛件，有效減少 了工件余量，節(jié)約了原料，并且提高了導(dǎo)柱產(chǎn)品的質(zhì)量，提高了機加工生產(chǎn)效率，降低了導(dǎo) 柱的生產(chǎn)成本。另外，由于使用整體成形胎模，生產(chǎn)的鍛件為類圓錐臺形，不會因后續(xù)的機械加工 而破壞臺階處的纖維流線的連續(xù)性，因而增強了產(chǎn)品的抗疲勞強度和剪切強度。

圖1是導(dǎo)柱產(chǎn)品實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是采用傳統(tǒng)的自由鍛造工藝生產(chǎn)的導(dǎo)柱鍛件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實用新型用于鍛造導(dǎo)柱的胎模的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實用型用于鍛造導(dǎo)柱的胎模的使用狀態(tài)示意圖；圖5是采用整體成形胎模預(yù)加工出的導(dǎo)柱鍛件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是預(yù)加工導(dǎo)柱鍛件的分解圖；圖7是第二火次鍛件的加工過程示意圖；圖8是第二火次中用到的摔桿部模具的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是第三火次中整體成形胎模的工作狀態(tài)示意圖；圖10是第三火次鍛件的加工過程示意圖；圖11是加工后的導(dǎo)柱鍛件的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，
以下結(jié)合附圖和具 體實施方式對本實用新型作進一步詳細的說明。參照圖3，示出了本實用新型一種用于鍛造導(dǎo)柱的胎模的結(jié)構(gòu)示意圖，該胎模的整 體形狀為長方體形，中心部開設(shè)有圓錐臺型腔11，左、右側(cè)壁開設(shè)有控制操作機夾持桿轉(zhuǎn)動
4范圍的凹部12和固定夾持桿的中心銷的銷孔13。在鍛造工藝過程中，該胎模在操作機的操 作下可實現(xiàn)三維旋轉(zhuǎn)，其翻轉(zhuǎn)中心位于該胎模和鍛件的重心的正上方。當(dāng)鍛件處于胎模內(nèi)作為一個整體時，胎模和鍛件的重心位于翻轉(zhuǎn)中心的正下方， 可以保證模體在操作機的作用下實現(xiàn)三個方向的全方位旋轉(zhuǎn)即三維旋轉(zhuǎn)，并且保證胎模在 轉(zhuǎn)動過程中易于控制。這是因為，為實現(xiàn)胎模能在轉(zhuǎn)動過程中易于控制，關(guān)鍵在于確定胎模 的翻轉(zhuǎn)中心和胎模與鍛件的重心的相對位置。若翻轉(zhuǎn)中心與重心重合，則胎模繞中心可以 隨意旋轉(zhuǎn)，在鍛造過程中難于控制，不利于生產(chǎn)。當(dāng)重心處于翻轉(zhuǎn)中心的正下方，胎模轉(zhuǎn)動 時，在重力作用下，保證模體穩(wěn)定，處于自然下垂?fàn)顟B(tài)。需旋轉(zhuǎn)時，操作機鉗臂下移并借助下 砧即可實現(xiàn)可控旋轉(zhuǎn)。結(jié)合操作機的夾持桿的形狀，上述凹部12可以具體為半開式凹槽，形狀可以但不 限于呈方形，包括正方形、長方形等形狀。相應(yīng)的，該長方體胎模的六個外表面分別為中間開有大圓孔的上表面101沖間 開有小圓孔的下表面102 ；L型的左表面103和右表面104 ；以及T形前表面105和長方形 的后表面106。其中，上述大圓孔對應(yīng)圓錐臺型腔11的上底圓，上述小圓孔對應(yīng)圓錐臺型 腔11的下底圓，L型的左表面103、右表面104分別對應(yīng)開設(shè)有方形凹部的左、右側(cè)壁。胎 模的各個表面保證有足夠的承擊面積。參照圖4，示出了本實用型用于鍛造導(dǎo)柱的胎模的使用狀態(tài)示意圖，如圖4-A所 示，模體在操作機的夾持鐵41和夾持桿42的夾持下，借助下砧可實現(xiàn)空間中三個自由度的 全方位旋轉(zhuǎn)。中心銷43插于銷孔中，用于固定模體，使模體在翻轉(zhuǎn)過程中更安全、穩(wěn)固。圖4-B為圖4-A的剖視圖，作為本實用新型的一個優(yōu)選實施例，凹部12的深度滿 足以下條件當(dāng)操作機的夾持桿42處于凹部12中時，所述夾持桿的外平面低于凹部12所在的 左、右側(cè)壁的外表面103、104，如圖4-B所示。夾持桿的外平面可以比左右側(cè)壁的外表面低 5mm，在鍛造過程中，保證夾持桿42避開捶擊面。本實用新型實施例提供的胎模是導(dǎo)柱鍛件的整體成形胎模，一般在3噸錘上使 用，由于長時間工作在800°C -1050°C，因此，胎模材料應(yīng)具備較高的強度、硬度、沖擊韌性 和耐高溫、較好的熱疲勞抗力、耐磨等特點，并且還有良好的加工工藝性能。故本實用新型 提供的胎模采用熱作胎模鋼5CrMnM0材料制成，熱處理硬度為HRC42-45。
以下結(jié)合附圖，具體說明使用本實用新型提供的胎模鍛造導(dǎo)柱鍛件的加工工藝。參照圖5，示出了采用本實用新型提供的整體成形胎模預(yù)加工的導(dǎo)柱鍛件的形狀， 導(dǎo)柱鍛件5包括扁狀頭部51和類似圓錐臺的桿部52。其中，圖中所示的虛線部分為對導(dǎo) 柱鍛件5進一步精加工，出產(chǎn)的導(dǎo)柱產(chǎn)品50，即圖1所示的導(dǎo)柱產(chǎn)品。在加工導(dǎo)柱50之前，需要根據(jù)預(yù)加工導(dǎo)柱50的尺寸，進行合理的工藝分析，因為 合理的工藝分析是解決問題的關(guān)鍵。以下是對鍛件的工藝分析一、結(jié)合圖6所示的預(yù)加工導(dǎo)柱鍛件的分解圖，計算鍛件的重量，可分為頭部重量和桿部重量的計算如圖6-A所示的扁狀頭部的分解圖，其中，L表示頭部51的長度；K表示頭部51的寬度；H表示頭部51的高度；這里取L = 310mm, K = 270mm, H = 50mm。 則，[0046]頭部重量=G1= V1 · P叉\= 310X270X50 = 4185000 (mm3) = 4185 (cm3)；取 P = 7. 85g/cm3故G1 = V1 · P = 4185 X 7. 85 = 32852. 25 (g) ^ 33 (Kg)如圖6-B所示的桿部的分解圖，其中，R表示類圓錐臺桿部52的下底面的半徑； r表示類圓錐臺桿部52的上底面的半徑；h表示類圓錐臺桿部52的高度；這里取R = 62. 5mm, r = 35mm, h = 290mmo 則，桿部重量G2= V2 · Ρ又 V2 = Ji h (R2+r2+R. r) /3V2 = 3. 14 X 290 X (62. 5X62. 5+35X35+62. 5 X 35)/3 ^ 2221. 5 (cm3)取 ρ = 7. 85g/cm3故G2 = V2. P = 2221. 5X7. 85 ^ 18 (Kg)故鍛件的總重量=G= G^G2 = 33+18 = 51 (Kg)取h值為290mm，而不是實際值305-50 = 258mm，主要是考慮了鍛造過程中在端部 可能形成幔子頭，即半圓型鼓包，需加一定的工藝余量，也就是說，采用毛坯進行鍛件加工 時，每件毛坯的重量應(yīng)稍大于每件鍛件的重量。二，選擇滿足桿部鍛比和頭部鐓比的坯料鍛件的主要變形為頭部的鐓粗和桿部的拔長。因此，為了滿足鍛件桿部鍛比和頭部鐓比，同時為了在錐桿拔長后不產(chǎn)生凹心 (坯料直徑過大，拔長長度過短，心部的伸長量小于表面的伸長量，端部易產(chǎn)生凹心)并使 方頭角部容易成形(盡量采用截面大方形坯料，小截面方料鐓粗時由摩擦力影響，棱角處 變形極小，四角不易鍛出)，通過計算得出采用140mmX 170mm的方料能較好地滿足兩者的 拔長和鐓粗要求。其計算過程頭部鐓粗比應(yīng)滿足龜$2.5，其中，H0表示坯料高度；Dtl表示坯料的最小邊長。桿部鍛造比應(yīng)滿足=1·5 3，其中，Atl表示坯料截面積；A表示鍛件的最小截三、選擇合理規(guī)格的原料為了保證鍛件的內(nèi)在質(zhì)量和提高鍛件的生產(chǎn)效率，選擇Φ 250圓料的45鋼作為鍛 件的原料。接下來，結(jié)合附圖和具體尺寸，說明導(dǎo)柱鍛件的加工過程。從原料到鍛件的加工成 形需要三個火次第一火次，采用(]5 250圓料，下料240秘，拔成14011111^170111111的方鋼，以滿足在鍛造 時鐓粗比的要求。冷卻后鋸床下料為4件，每件原料重58kg，稍微重于預(yù)加工鍛件的重量 51kg，這是考慮到在后續(xù)的加工過程中難免產(chǎn)生余量和去除毛邊等的需要。第二火次，對每件方鋼梯級拔長并上梢摔子，利用圖8所示的摔桿部模具，將尾部 摔成Φ 68 X Φ 124 X 320mm的圓錐臺，具體過程如圖7所示a，鍛料將尺寸為140mmX170mmX 295mm的方料作為鍛料，其中，295mm為方料的長度。[0068]b，下肩結(jié)合工藝分析中的鐓粗比，在方料長度的98mm處下肩；c，拔長桿部，摔形采用如圖8所示的具有圓錐臺型腔81的摔桿部模具，選擇合適 的稍度，拔長桿部并摔形，將尾部摔成Φ68Χ Φ124Χ320πιπι的圓錐臺。第三火次，輕鐓去除氧化皮，放入整體成形胎模，鐓粗并用趕鐵將四角開出，然后 反復(fù)翻轉(zhuǎn)胎模，鍛平臺部各端面，取出鍛件空冷。具體過程參見圖9所示的第三火次中整體成形胎模的工作狀態(tài)示意圖和圖10所 示的第三火次鍛件的加工過程示意圖將尺寸為Φ 68 X Φ 124X 320mm的坯料桿部置入尺寸如圖9_A所示的整體成形胎 模的圓錐臺型腔內(nèi)，在圖9-B所示的操作機的夾持下對坯料進行加工。具體操作步驟如圖 10所示步驟10-a、鐓粗桿部，去除氧化皮，將尺寸為Φ68Χ Φ 124X320mm的坯料桿部鐓 粗為Φ 70 X Φ 125 X 290mm的鍛件桿部。步驟10-b、鐓粗頭部，用趕鐵展寬頭部，開出四角。步驟10-c、在操作機的作用下，將胎模旋轉(zhuǎn)90度，在3噸錘的錘擊下鍛出270mm的 頭部寬度。步驟10-d、在操作機的作用下，將胎模再旋轉(zhuǎn)90度，在3噸錘的錘擊下鍛出310mm 的頭部長度。步驟10-e、在三個方向上全方位反復(fù)翻轉(zhuǎn)胎模，鍛平頭部各端面和桿部的上底面。步驟10-f、取出鍛件、空冷。至此，采用本實用新型提供的胎模成功鍛造出上述導(dǎo)柱鍛件，鍛造出的鍛件的具 體尺寸如圖11所示頭部的尺寸為長310mm，寬270mm(參見圖11-B)，高50_ ；圓錐臺桿部的尺寸為上底圓的直徑為70mm，下底圓的直徑為125mm，長度為 308-50 = 258mm (參見圖 11-A)。虛線部分為在鍛件的基礎(chǔ)上精加工出的導(dǎo)柱產(chǎn)品。與圖2所示的采用傳統(tǒng)的自由鍛造生產(chǎn)的鍛件比較可知，采用本實用新型提供的 導(dǎo)柱整體成形胎模生產(chǎn)的導(dǎo)柱鍛件，因為采用了相應(yīng)新工藝，大大減少了工藝余量，投料重 僅為原來的一半，節(jié)約了大量的原材料，提高機加工生產(chǎn)率2倍以上，進而降低了導(dǎo)柱的生 產(chǎn)成本。另外，由于使用整體成形胎模，生產(chǎn)的鍛件為類圓錐臺形，不會因后續(xù)的機械加工 而破壞臺階處的纖維流線的連續(xù)性，因而增強了產(chǎn)品的抗疲勞強度和剪切強度，進一步提 高了鍛件質(zhì)量。需要說明的是，本實用新型不對整體成形胎模的尺寸和圓錐臺型腔的尺寸進行具 體限定，可以根據(jù)加工導(dǎo)柱產(chǎn)品的尺寸進行調(diào)整。本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與 其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。以上對本實用新型所提供的一種用于鍛造導(dǎo)柱的胎模，進行了詳細介紹，本文中 應(yīng)用了具體個例對本實用新型的結(jié)構(gòu)及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于 幫助理解本實用新型的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本實用
7新型的思想，在具體實施方式
及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng) 理解為對本實用新型的限制。
權(quán)利要求一種用于鍛造導(dǎo)柱的胎模，其特征在于，該胎模的整體形狀為長方體形，中心部開設(shè)有圓錐臺型腔，左、右側(cè)壁開設(shè)有控制操作機夾持桿轉(zhuǎn)動范圍的凹部和固定所述夾持桿的中心銷的銷孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的胎模，其特征在于，所述胎模在所述操作機的夾持下可實現(xiàn) 三維旋轉(zhuǎn)，所述胎模的翻轉(zhuǎn)中心位于該胎模和鍛件的重心的正上方。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的胎模，其特征在于，所述凹部的深度滿足當(dāng)所述夾持桿處于 該凹部中時，所述夾持桿的外平面低于該凹部所在的所述左、右側(cè)壁的外表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的胎模，其特征在于，采用熱作胎模鋼5CrMnM0制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的胎模，其特征在于，所述熱作胎模鋼5CrMnM0的熱處理硬度為 HRC42 45。
專利摘要本實用新型提供了一種用于鍛造導(dǎo)柱的胎模，該胎模的整體形狀為長方體形，中心部開設(shè)有圓錐臺型腔，左、右側(cè)壁開設(shè)有供操作機的夾持桿移動的凹部和固定夾持桿的中心銷的銷孔。胎模在操作機的夾持下可實現(xiàn)三維旋轉(zhuǎn)，胎模的翻轉(zhuǎn)中心位于該胎模和鍛件的重心的正上方。上述凹部呈方形，深度滿足當(dāng)夾持桿處于凹部中時，夾持桿的外平面低于該凹部所在的左、右側(cè)壁的外表面。該胎模采用熱作胎模鋼5CrMnMo制成，熱處理硬度為HRC42～45。使用本實用新型提供的可旋轉(zhuǎn)胎模，采用胎模鍛造工藝生產(chǎn)導(dǎo)柱鍛件，有效減少了工件余量，節(jié)約了原料，并且提高了導(dǎo)柱產(chǎn)品的質(zhì)量，提高了機加工生產(chǎn)效率，降低了導(dǎo)柱的生產(chǎn)成本。
文檔編號B21J5/02GK201669366SQ20102016283
公開日2010年12月15日 申請日期2010年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月19日
發(fā)明者唐林, 王平, 趙增華, 陳明達 申請人:齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司