铁路货车钩尾框调头分段模锻工艺研究

张胜

摘要：车钩及钩尾框是铁路货车的重要部件之一，主要作用是缓冲冲击力和传递

牵引力，我国铁路货车载重量逐渐增加，货车逐步提速，导致车辆之间的纵向作用力增大，车辆车钩断裂故障出现较为频繁，主要原因就是钩尾框产生裂纹，这将严重影响铁路货车的安全运行。因此，铁路货车重载车辆制造中，对钩尾框的锻造工作要高度重视，要提升钩尾框的可靠性和安全性。分析和研究钩尾框调头分段模锻相关问题对于铁路货车制造而言至关重要。本文首先介绍了我国铁路货车钩尾框的概况，阐述了钩尾框的工艺特点，以17型钩尾框为例，分析探讨其锻造工艺，旨在为铁路货车部件锻造提供可靠的依据。

关键词：铁路货车；钩尾框；分段模锻工艺

我国铁路货车近些年提速明显，这给货车关键受力部件的力学性能提出了更

高的要求，原有的铸造及锻造零件难以满足实际的需求，因此，要积极改进零件锻造工艺，强化零部件的高质量生产。17号钩尾框是铁路货车中典型的需要锻造工艺生产的关键受力零件之一，要优化锻造工艺，提升钩尾框的综合性能，进而提高铁路货车的整体生产质量，保证其安全稳定运行。

1.我国铁路货车钩尾框概况

我国现有铁路货车主要使用13系列车钩、钩尾框和16型、17型车钩及配套钩尾框，13系列包括13号、13A型、13B型。13系列车钩、钩尾框主要应用于60t级铁路货车，17型车钩、钩尾框主要应用于70t级铁路货车，16型与17型车钩、钩尾框配套使用于不摘解车钩进行翻车机卸货的大秦线、神华线等重载货车。现阶段，我国新造及检修货车用的新品车钩、钩尾框是13B型、16型和17型，钩尾框、钩体、钩舌都是采用机械性能较高的Ｅ级钢制造。

2.钩尾框锻件工艺特点

铁路货车钩尾框锻造工艺存在较大难度，零件如图1。

图1  17型车钩尾框零件

如果选用整体模锻工艺，中间的方槽锻造难度较大，如果采用模锻和冲掉连皮的工艺，或采用先制坯成方框和模锻的工艺，会导致材料浪费，且这种工艺可操作性较小，本研究锻造工艺是先将板料展开进行模锻后在进行变形弯曲，最后将锻件头部两侧焊接上连接板，最后形成如图零件。

板料展开形状如图2，材料使用25MnCr-NiMoA，锻件长度约为1990 mm，最厚处85 mm，最薄处28 mm，最宽处260 mm，最窄处140 mm。

图2　17型车钩尾框展开图

17型钩尾框锻件所需模锻变形力进行有限元分析计算，确定了其所需变形力约为160000 kN，钩尾框需要大吨位的模锻设备进行生产。

3 17型钩尾框锻造工艺分析

3.1自由锻精制坯两火锻造工艺

在铸造转化为锻造初始阶段尝试过整体锻造工艺方案，需要大吨位锻造设备，如16 t模锻锤，材料消耗巨大，机加工工时使用较多，成本较高。采用调头分段锻造工艺在锻造后弯折成形，有助于降低生产成本，进而投入商品化生产阶段。确定钩尾框锻造工艺后，国家许可了很多家制造企业进行试制，南京中盛铁路车辆配件有限公司率先试制成功，采用自由锻制坯，31500 kN摩擦压力机展开模锻后折弯成形。

工艺流程为：锯床下料-加热-自由锻制坯-二次加热-展开锻造-液压机上折弯整形-焊接-超声波探伤-机械加工-热处理-磁粉探伤-成品。但是自由锻制坯效率较低，操作难度较大，耗时较长，综合成本较高，产品表面质量较差。因此，要积极开发出一种减少能源消耗，提高材料利用率的模锻工艺。

3.2自由锻制坯调头模锻工艺

每年铁路系统新造货车接近30000辆，每辆货车需要2件钩尾框，依赖于大吨位锻造设备，部分制造企业模锻设备难以满足钩尾框锻造力的需求。采用自由锻成形，难以保证锻件两侧中段平板部分纵向长度与精度，如果新购置设备投资较大，短时间内难以实现研制和开发，投产装车使用较慢。考虑分段模锻工艺是比较可行的，如鞍山太阳锻造实业有限公司利用10t模锻锤开发生产该锻件。

拟订模锻方案分为两次调头锻造，工艺流程如下：

下料-室式加热炉加热-由锻拔长制坯-加热-一端模锻-切边-校正-加热-另一端模锻-切边-校正。根据锻件轴向截面积确定坯料形状，通过自由锻拔长制坯。制坯后，加热其一端，在10 t模锻锤上将该端锻造成形，切边再加热，再完成另一端的锻造。经过试制发现，两端头与连接板相连接的爪部时常有充不满的现象，是由于压缩空气压力不足造成，针对这一问题，将分两次调头改为分中间和两端进行3次锻造。工艺修改后锻造效果良好，17型锻造钩尾框主要采取这种工艺，已经已经大批量投产并装车使用。

3.3辊锻模锻复合成形工艺

目前17型钩尾框锻造工艺是比较确定的，但是其生产工艺还是存在一些缺陷，如由于3次锻造，锻件两侧长度尺寸和同轴度的误差导致了弯曲成形后零件出现上下迈步现象，由于采用多火次锻造，锻件表面不可避免地存在压痕等缺陷。为保证锻件的形位公差、尺寸精度要求，锻件要在模腔内一次完成整体锻造，要在一火次内完成所有锻造工序。减小锻件终锻成形需要的变形力通过采取合理的制坯工艺来解决，辊锻制坯就是一种很好的解决方案。

北京机电研究所是目前国内辊锻技术和自动辊锻机的主要研究单，其相关技术开发可以供很多制造企业借鉴，开发的前轴精辊-模锻成形工艺，不需要万吨级的压力机，可大幅度降低生产线的投资。铁路货车制造企业可以借鉴其锻造生产工艺，对本企业钩尾框锻造工艺进行改进。争取做到锻造坯料只需一次加热，降低成本；设计多道次精密辊锻工艺和模具，有效地解决复杂锻件截面差大的问题，使锻件形状更接近于展开后的直线形状和尺寸，减少锻件飞边，节省原材料；提高生产效率，减轻工人的劳动强度；减轻了终锻设备和模具的负荷，延长了设备模具使用寿命，有助于降低成本，提高制造企业效益。

结语： 我国铁道车辆的钩尾框设计、制造技术基本源于AAR标准，随着我国铁路货车技术的快速发展，对安全可靠性要求逐渐提高，我国铁路货车钩尾框在设计、制造等方面已超过AAR标准要求。我国铁路货车车钩、钩尾框可以从以下角度开展进一步研究工作，如进行零部件剩余疲劳寿命研究，制定合理的检修限度和周期，将无损检测发现的裂纹、缺陷进行甄别，对带有不同位置、长度等缺陷特征的车钩、钩尾框进行疲劳试验，开展剩余寿命研究，以制定合理的检修限度和周期，保障运用安全，降低检修成本和提高检修效率。

参考文献：

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