鍛造鉤舌制造工藝研究與應用

費強

（遼寧鐵道職業(yè)技術學院，遼寧 錦州 121000）

鉤舌是貨車鉤緩裝置中的重要零件，鉤舌是兩貨車連掛的重要組成部分，在工作中連接車鉤和車體中梁來傳遞牽引力和制動力，其設計及制造質量直接影響使用壽命及行車安全[1]。隨著貨車向高速化、牽引重載化發(fā)展，鉤緩裝置在列車運行過程中受到的載荷愈加復雜，車鉤使用條件進一步惡化，鉤舌疲勞斷裂也日漸頻繁，疲勞失效是導致貨車分離事故發(fā)生的主要原因之一，直接關系到貨車運行的安全性。

1 鑄造鉤舌現狀

目前，中國鐵路貨車使用的車鉤裝用的鉤舌均為鑄造鉤舌，鑄造鉤舌是結構復雜的整體鑄造件，在鑄造過程中難免會出現鑄造缺陷，鑄造鉤舌在運用中的主要失效形式表現為斷裂和磨耗超限。在使用過程中產生疲勞裂紋是鑄造鉤舌斷裂的主要原因，而在使用過程中的摩擦和磨粒磨耗是鉤舌磨損超限的主要原因。

2 鍛造鉤舌簡介

為改善鑄造鉤舌的裂紋及磨耗超限等問題，提高鉤舌的疲勞壽命、延長運用檢修周期，中國先后完成了F 型、CQ 型、16D 型鍛造鉤舌的生產工作，如圖1所示。鍛造鉤舌材質采用高強度優(yōu)質碳素合金鋼，鍛造工藝形成的纖維組織的力學性能和抗疲勞性能明顯優(yōu)于鑄造組織，強度儲備高。鍛造鉤舌的使用壽命達6年，遠高于鑄造鉤舌3 年的使用壽命。鉤舌位置名稱如圖2 所示。

圖1 鍛造鉤舌三維示意圖

圖2 鉤舌位置名稱圖

3 鍛造鉤舌制造流程

根據鍛造鉤舌的結構和設計基準，可采用立鍛和橫鍛2 種方式進行鍛造，流程如下。

鍛造鉤舌（立鍛）的制造流程：下料→加熱→模鍛→切邊→修磨→加工（畫線→鏜孔→銑坐鎖面→銑內S 面→銑外S 面→銑牽引臺、沖擊臺→銑護銷凸緣）→打磨→樣板檢測→熱處理→拋丸→探傷→油漆。

鍛造鉤舌（橫鍛）的制造流程：下料→加熱→模鍛→切邊→修磨→加工（畫線→鏜孔→銑坐鎖面→銑內S 面→銑牽引臺、沖擊臺→銑護銷凸緣）→打磨→樣板檢測→熱處理→拋丸→探傷→油漆。

4 鍛造成型與加工流程對比分析

目前3 種鍛造鉤舌中，F 型和CQ 型鉤舌采用立式鍛造成型，16D 型鍛造鉤舌采用橫鍛成型，具體如圖3所示。

圖3 橫鍛與立鍛示意圖

采用立鍛成型時，除鉤舌銷孔、標旗孔外，所有位置均留加工量。畫線時，以牽引臺、沖擊臺毛坯面為基準，同時參考內外S 面確定鉤舌銷孔，再以鉤舌銷孔為基準，完成坐鎖面、內S 面、外S 面（F 型鉤舌增加減重槽加工工序）、沖擊和牽引臺等加工工序。

采用橫鍛成型時，除鉤舌銷孔、標旗孔外，外S面無加工量，內S 面加工量1～2 mm，牽引臺、坐鎖面加工量較大。

畫線時，以內外S 面為基準確定鉤舌銷孔，再以鉤舌銷孔為基準，完成座鎖面、內S 面、沖擊和牽引臺等位置的加工工序。

通過對3 種鍛造鉤舌加工時間節(jié)拍現場寫實，3種鍛造鉤舌總加工時間分別為25.9 h、26.8 h、25.5 h，各工序具體時間節(jié)拍如圖4 所示。

圖4 鍛造鉤舌加工工序時間對比圖

通過圖4 可以看出，橫鍛與立鍛的鍛造鉤舌總加工時間差別不大，立鍛鉤舌各位置均需要加工完成，而橫鍛鉤舌外S 面（含減重槽）鍛造成型，不需要加工，但沖擊臺、牽引臺、護銷凸緣加工量較大。橫鍛與立鍛鉤舌制造流程優(yōu)缺點如表1 所示。

表1 鍛造成型與加工流程優(yōu)缺點對比表

5 熱處理與內控加工尺寸的調整

鍛造鉤舌加工后，經樣板檢測后均合格，但經熱處理后，發(fā)現鉤舌牽引臺、沖擊臺尺寸變化較大。以F型鍛造鉤舌為例，牽引臺、沖擊臺尺寸熱處理前后變化具體如表2 所示。

表2 F 型鍛造鉤熱處理前后尺寸變化表（單位：mm）

由表2 可以看出，F 型鍛造鉤舌熱處理前后牽引臺最大變形量為1.1 mm，沖擊臺熱處理前后最大變形量為0.4 mm。經對F 型鍛造鉤舌結構及牽引臺沖擊臺（R92.50-1）尺寸公差帶分析，再結合鉤舌熱處理后變形量的變化，對F 型鉤舌牽引臺加工尺寸進行工藝內控，牽引臺加工尺寸按R149-0.5-1進行內控，確保熱處理后，牽引臺熱處理變形后尺寸在R149+1-0.6要求范圍內。為了確保F 型鍛造鉤舌熱處理后尺寸均符合圖紙要求，增加鍛造鉤舌二次檢測工序，保證送下工序的鍛造鉤舌尺寸均合格。經后期驗證，F 型鍛造鉤舌牽引臺內控后，F 型鍛造鉤舌牽引臺尺寸符合樣板檢測間隙要求。

依據F 型鍛造鉤舌熱處理前后變形量規(guī)律，在CQ型鉤舌生產時，提前做好牽引臺、沖擊臺的加工尺寸內控，確保熱處理后牽引臺、沖擊臺變形后尺寸在公差范圍內變化，具體如表3 所示。

表3 CQ 型鍛造鉤熱處理前后尺寸變化表（單位：mm）

由表3 可以看出，CQ 型鍛造鉤舌熱處理前后牽引臺最大變形量為0.6 mm，且熱處理后牽引臺、沖擊臺尺寸符合要求，沒有尺寸超差。經對F 型和CQ 型鍛造鉤舌結構分析發(fā)現，這2 個鍛造鉤舌上下牽引臺厚度不一樣，具體如圖5 所示。從圖中可以看出，CQ 型鍛造鉤舌上下牽引臺尺寸大于F 型鍛造鉤舌上下牽引臺尺寸，由此可見，鍛造鉤舌牽引臺熱處理前后變形量的大小與鉤舌結構有一定關系，鍛造鉤舌上下牽引臺尺寸越大，變形量越小。

圖5 F 型與CQ 型鍛造鉤舌對比圖（單位：mm）

6 結束語

通過對橫鍛與立鍛成形工藝的對比分析，發(fā)現不同型號鍛造鉤舌加工時間相差不大，橫鍛在鍛造效率、能源消耗、畫線基準、加工質量等方面更有優(yōu)勢；通過對鍛造鉤舌牽引臺加工尺寸實施內控，可確保鍛造鉤舌熱處理后，牽引臺的變形尺寸在公差范圍內，確保鍛造鉤舌成品的合格率。

目前，F 型和CQ 型鍛造鉤舌分別裝用在出口的貨車上，經運用考驗，鍛造鉤舌在使用壽命上遠大于鑄造鉤舌，得到了用戶的高度認可。在此基礎上，研發(fā)了適合中國的16D 型鍛造鉤舌，現正在運用考驗中。