鐵路車輛用車軸鍛造雙臺(tái)階型砧設(shè)計(jì)

潘湘華，白玉冰，齊巧玲

（1.包頭北方鐵路產(chǎn)品有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 包頭014030；2.中國(guó)鍛壓協(xié)會(huì)，北京100083）

鐵路車輛用車軸鍛件工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中，重要的一點(diǎn)就是如何給車軸鍛件各部位留有適當(dāng)?shù)募庸び嗔?，既可防止車軸在機(jī)加工后留下鍛造黑皮，或產(chǎn)生鍛造缺陷，又不因加工余量過(guò)大，而增加加工成本和降低材料利用率。

但是，目前采用的鍛造工藝和型砧設(shè)計(jì)很難保證車軸的軸頸、輪座和軸身三個(gè)直徑的同心度，加工后的防塵板座處常常留下鍛造黑皮，導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。本文設(shè)計(jì)出一種雙臺(tái)階鍛造型砧，使車軸鍛造后的三徑同軸度得到了保證，同時(shí)，降低了產(chǎn)品的材料消耗和加工成本，提高了加工效率和材料利用率。

1 車軸鍛件的工藝要求

1.1 車軸鍛后毛坯工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

以最小的材料消耗定額，保證為機(jī)加工提供足夠的加工余量；以最合理的鍛件外形結(jié)構(gòu)，保證機(jī)加工采取簡(jiǎn)單快捷的加工方式。圖1 為某常用車輛用車軸成品各部位名稱（下文均以該車軸為例）。

圖1 某常用車軸成品各部位名稱

1.2 現(xiàn)有型砧設(shè)計(jì)缺陷

型砧設(shè)計(jì)時(shí)，為方便鍛件成形，在型砧外側(cè)僅設(shè)計(jì)了對(duì)稱的單臺(tái)階，如圖2 所示。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用，發(fā)現(xiàn)根據(jù)該型砧設(shè)計(jì)鍛造車軸毛坯工藝和生產(chǎn)時(shí)有兩個(gè)明顯的弊端，其一該型砧鍛造的車軸毛坯斜面代替了防塵板座部位，而為了保證車軸成品防塵板座尖點(diǎn)部位留有足夠的機(jī)加工余量，必須延長(zhǎng)車軸毛坯的輪座長(zhǎng)度，避免鍛造黑皮導(dǎo)致車軸毛坯報(bào)廢；其二型砧臺(tái)階落差是根據(jù)車軸成品尺寸經(jīng)過(guò)放量后的軸頸和輪座之間的落差所得，而該落差遠(yuǎn)大于放量后的輪座與軸身之間的落差，所以該型砧在鍛造車軸毛坯軸身時(shí)，輪座處于懸空狀態(tài)，導(dǎo)致輪座和軸身的同軸度難以保證，即車軸毛坯的軸頸、輪座和軸身之間的同軸度超差。圖2 和圖3 分別為現(xiàn)有型砧的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖和現(xiàn)有型砧生產(chǎn)的鍛造毛坯輪廓圖。

圖2 現(xiàn)有型砧的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖

圖3 現(xiàn)有型砧生產(chǎn)的鍛造毛坯輪廓圖

2 雙臺(tái)階鍛造型砧的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

2.1 雙臺(tái)階鍛造型砧設(shè)計(jì)思路及簡(jiǎn)圖

雙臺(tái)階鍛造型砧設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是為了提高鍛造車軸毛坯總長(zhǎng)的同軸度，解決因?yàn)樾驼枧_(tái)階磨損導(dǎo)致車軸毛坯軸頸和輪座間的斜面尺寸超下差，機(jī)加工后車軸防塵板座位置留有鍛造黑皮，致使車軸報(bào)廢的問(wèn)題。

經(jīng)過(guò)理論上的反復(fù)推敲和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)地考察，設(shè)計(jì)了新型的雙臺(tái)階型砧，其主要特點(diǎn)是在型砧外側(cè)對(duì)稱的增加了一個(gè)臺(tái)階和一個(gè)型腔，如圖4 雙臺(tái)階鍛造型砧設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖所示。

圖4 雙臺(tái)階鍛造型砧設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖（下型砧）

2.2 工作原理

方形鋼坯經(jīng)過(guò)型砧倒棱到輪座直徑尺寸后鍛打軸頸部位，軸頸成形過(guò)程中，軸頸在型砧7 第一型腔部位，車軸毛坯12 第一臺(tái)階、防塵板座和13 第二臺(tái)階分別在型砧8 第一臺(tái)階、9 第二型腔和10 第二臺(tái)階部位自由成型，車軸毛坯輪座在型砧11 第三型腔部位，軸頸直徑尺寸達(dá)到工藝要求時(shí)車軸毛坯的軸頸、第一臺(tái)階、防塵板座、第二臺(tái)階分別與輪座前端與型砧的第一型腔、第一臺(tái)階、第二型腔、第二臺(tái)階和第三型腔完全吻合，保證了車軸毛坯軸頸、防塵板座和輪座的同軸度；同理，甩拔車軸毛坯軸身時(shí)，軸身處于型砧第一型腔部位，車軸毛坯14 第三臺(tái)階自由成形，輪座在型砧第二型腔部位（即車軸毛坯兩臺(tái)階12 第一臺(tái)階和14 第三臺(tái)階的落差相同），當(dāng)軸身直徑尺寸達(dá)到工藝要求時(shí)，車軸毛坯軸身、第三臺(tái)階和輪座分別與型砧第一型腔、第一臺(tái)階和第二臺(tái)階完全吻合，保證了車軸毛坯軸身和輪座的同軸度。即通過(guò)兩個(gè)成形過(guò)程保證了車軸毛坯通身的同軸度。圖5 為雙臺(tái)階型砧生產(chǎn)的鍛造毛坯輪廓圖。

圖5 雙臺(tái)階型砧生產(chǎn)的鍛造車軸毛坯輪廓圖

2.3 效果分析

雙臺(tái)階型砧設(shè)計(jì)完成后，制作了1 套該雙臺(tái)階型砧進(jìn)行試制。對(duì)21 個(gè)熔煉爐號(hào)鋼坯的1573 根軸坯的工藝試制進(jìn)行了跟蹤，結(jié)果如下：

①車軸毛坯通身同軸度不超過(guò)3mm，徹底解決了車軸毛坯軸頸、輪座和軸身同軸度低，或不同軸問(wèn)題。

②未產(chǎn)生因防塵板座部位留有鍛造黑皮的廢品，鍛造合格率達(dá)到了99.62%，比規(guī)定的99.4%超過(guò)了0.22%。

③根據(jù)雙臺(tái)階鍛造型砧而設(shè)計(jì)的車軸毛坯的輪座長(zhǎng)度從251mm 降至220mm，減少了31mm，從而軸坯的單倍尺長(zhǎng)度減小了10mm，材料消耗定額降低了4.81kg。

3 結(jié)論

通過(guò)使用該雙臺(tái)階鍛造型砧，保證了車軸毛坯各部位的同軸度，減少了防塵板座部位鍛造黑皮的廢品率，提高了產(chǎn)品合格率，降低了單根車軸的材料消耗定額。由于試制取得了成功，公司決定設(shè)計(jì)另2種常用軸型的雙臺(tái)階型砧，雙臺(tái)階鍛造型砧將全面取代現(xiàn)有的單臺(tái)階型砧。同時(shí)，此項(xiàng)工藝變革將為公司帶來(lái)原材料費(fèi)用的節(jié)約，預(yù)計(jì)年節(jié)約成本不低于138 萬(wàn)元。

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[7]全國(guó)鍛壓標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB/T 21471-2008 錘上鋼制自由鍛件機(jī)械加工余量與公差 軸類[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.