制動(dòng)圓銷(xiāo)扁銷(xiāo)孔熱沖模具的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

■ 田建忠

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制動(dòng)圓銷(xiāo)是鐵道貨車(chē)轉(zhuǎn)向架制動(dòng)系統(tǒng)中用于制動(dòng)杠桿的連接件，通過(guò)安裝制動(dòng)圓銷(xiāo)和扁尾銷(xiāo)，可有效防止制動(dòng)件的脫落和丟失，確保車(chē)輛的行車(chē)安全，是鐵路新制貨車(chē)和既有貨車(chē)改造時(shí)強(qiáng)制要求使用的制動(dòng)系列配件。

1. 制動(dòng)圓銷(xiāo)扁銷(xiāo)孔制造工藝分析

制動(dòng)圓銷(xiāo)由頭部和桿身兩部分組成，材質(zhì)為合金結(jié)構(gòu)鋼4 0 C r，桿身表面粗糙度為Ra6.3μm。桿身與頭部采用一次溫鐓成形，加熱溫度不高于750℃，桿身與頭部過(guò)渡部位不得切削加工成形，成形后的表面不允許存在折疊、飛邊、毛刺、裂紋等缺陷，采用可控溫度、可控氣氛的熱處理爐進(jìn)行熱處理，表面硬度為45～55HRC，淬硬層深度2～6mm，桿身表面脫碳層深度不大于0.15mm。成形后頭部標(biāo)識(shí)要求鐓出凸字，字高4mm，字跡應(yīng)清晰、完整。扁銷(xiāo)孔不限制成形手段，要求成形后長(zhǎng)度尺寸為18+10mm，寬度尺寸為6+10m m，根部圓角R1～R1.5 mm，扁銷(xiāo)孔成形后需進(jìn)行表面發(fā)黑處理，黑色氧化膜應(yīng)達(dá)到GB/T15519中的優(yōu)質(zhì)膜。

制動(dòng)圓銷(xiāo)扁銷(xiāo)孔加工部位的具體要求如圖1所示。

根據(jù)制動(dòng)圓銷(xiāo)扁銷(xiāo)孔加工部位的要求分析，扁銷(xiāo)孔的成形方法大致有以下幾種方案：

方案1：預(yù)制電極，采用電火花機(jī)床加工成形。

方案2：預(yù)鉆底孔后采用線(xiàn)切割機(jī)床按照編好的程序切割成形。

方案3：預(yù)鉆底孔后利用立式銑床加工成兩端呈半圓狀的長(zhǎng)孔，再利用插床清除根部多余金屬。

方案4：設(shè)計(jì)專(zhuān)用模具，一次將扁銷(xiāo)孔熱沖成形。

綜合分析，其中方案1和方案2成形后精度較高，但存在效率低、成本高的弊端，方案3工序繁多，如接刀不好，會(huì)嚴(yán)重影響成形后的表面精度，只有方案4效率最高。由于是一次熱沖成形，且孔深比較大，熱沖后勢(shì)必在扁銷(xiāo)孔出入口處造成金屬流向變化，影響產(chǎn)品外觀質(zhì)量，為此需在桿身處預(yù)留單邊加工量1.5mm，成形后通過(guò)切削加工去除熱沖后造成的表面缺陷，同時(shí)在模具設(shè)計(jì)時(shí)采用小間隙熱沖工藝，以保證扁銷(xiāo)孔成形后的質(zhì)量。

成形后制動(dòng)圓銷(xiāo)三維效果如圖2所示。

2. 制動(dòng)圓銷(xiāo)扁銷(xiāo)孔熱沖模具設(shè)計(jì)

圖1 制動(dòng)圓銷(xiāo)扁銷(xiāo)孔加工部位要求

制動(dòng)圓銷(xiāo)扁銷(xiāo)孔熱沖成形時(shí)的沖擊力非常大，扁銷(xiāo)孔出入口處會(huì)出現(xiàn)不同程度缺陷，因此熱沖成形時(shí)需加大制動(dòng)圓銷(xiāo)桿身處的直徑，取單邊余量1.5mm，毛坯料放置到模具型腔時(shí)，以桿身端部距扁銷(xiāo)孔一側(cè)12mm處定位，成形后通過(guò)切削加工的方法去除熱沖造成的缺陷。車(chē)削加工時(shí)，應(yīng)保證扁銷(xiāo)孔距桿身端部尺寸12mm及倒角C5，長(zhǎng)度截取時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照鐓頭需要預(yù)留的金屬重量來(lái)考慮，之后對(duì)圓銷(xiāo)頭部進(jìn)行一次溫鐓成形，滿(mǎn)足了成形后桿身與頭部過(guò)渡部位不得切削加工成形的工藝要求。

圖3為制動(dòng)圓銷(xiāo)扁銷(xiāo)孔熱沖模具結(jié)構(gòu)。模座1與下模6通過(guò)內(nèi)六角螺栓配合定位銷(xiāo)連接在一起，導(dǎo)向銷(xiāo)7與下模6為過(guò)盈配合，與上模8為間隙配合，上模8依靠導(dǎo)向銷(xiāo)7與下模準(zhǔn)確合模，毛坯端面與定位螺釘4側(cè)面進(jìn)行軸向定位。沖頭9受上模8中扁長(zhǎng)孔的約束與精確導(dǎo)向，單邊間隙為0.10～0.15mm，通過(guò)沖頭與上模扁長(zhǎng)孔的精確配合，可對(duì)沖頭起到有效的保護(hù)與導(dǎo)向作用，防止沖頭折斷后傷及模具。沖頭與下模扁長(zhǎng)孔的單邊間隙采用小間隙配合，并應(yīng)確保四周的間隙均勻一致，單邊間隙控制范圍為：0.30～0.35mm。上下模及沖頭材質(zhì)均采用3Cr2W8V熱模具鋼制造，熱處理硬度58～65HRC。由于在制動(dòng)圓銷(xiāo)扁銷(xiāo)孔熱沖成形過(guò)程中，沖頭承受了較大沖擊力，操作時(shí)稍有不慎就有可能使沖頭折斷、崩刃，因此需準(zhǔn)備一定數(shù)量的備品，以免影響正常生產(chǎn)。

圖2 制動(dòng)圓銷(xiāo)三維效果

制動(dòng)圓銷(xiāo)扁銷(xiāo)孔熱沖成形選用設(shè)備為450kg空氣錘，模具與工作臺(tái)無(wú)需固定，可自由放置在設(shè)備的工作臺(tái)面上。工件桿部采用中頻感應(yīng)局部加熱，加熱溫度680～730℃，加熱時(shí)間70～90s，并采用遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)控，為防止過(guò)熱現(xiàn)象，加熱到規(guī)定溫度后應(yīng)迅速將工件毛坯放置于模腔內(nèi)對(duì)扁銷(xiāo)孔進(jìn)行熱沖成形。

具體操作時(shí)，當(dāng)加熱后毛坯放入模具定位后，首先應(yīng)輕點(diǎn)氣錘，使沖頭輕微進(jìn)入毛坯表面進(jìn)行預(yù)定位，第二錘應(yīng)施加重力向下沖壓，一般情況下，第三錘即可將沖頭連同多余金屬?zèng)_出扁孔。使用過(guò)程中要注意對(duì)模具和沖頭及時(shí)進(jìn)行冷卻，同時(shí)要及時(shí)清除模腔內(nèi)的金屬氧化皮。

制動(dòng)圓銷(xiāo)扁銷(xiāo)孔熱沖模具剖分結(jié)構(gòu)如圖4所示。

制動(dòng)圓銷(xiāo)扁銷(xiāo)孔熱沖模具三維效果如圖5所示。

圖5 制動(dòng)圓銷(xiāo)扁銷(xiāo)孔熱沖模具三維效果

圖3 制動(dòng)圓銷(xiāo)扁銷(xiāo)孔熱沖模結(jié)構(gòu)1.模座 2.內(nèi)六角螺栓M6×30 3.定位塊 4.定位螺釘 5.六角螺母M16 6.下模 7.導(dǎo)向銷(xiāo) 8.上模 9.沖頭

圖4 制動(dòng)圓銷(xiāo)扁銷(xiāo)孔熱沖模具剖分結(jié)構(gòu)

3. 結(jié)語(yǔ)

制動(dòng)圓銷(xiāo)扁銷(xiāo)孔熱沖模具投入使用后，產(chǎn)品質(zhì)量滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求，生產(chǎn)效率也得到了極大提高。實(shí)踐證明，該模具具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、操作方便、效率效高的特點(diǎn)，為滿(mǎn)足低成本制造創(chuàng)造了有利條件，同時(shí)對(duì)類(lèi)似產(chǎn)品的深孔熱沖成形也具有一定的借鑒和示范作用。