转向架构架制动座锻造成形技术研究

转向架构架制动座锻造成形技术研究

张建保李显荣高文科鲍善胜

（晋西车轴股份有限公司，山西太原030027）

摘要：本文从转向架构架锻造成形技术出发，分析了转向架构架制动座制造现状。详细提出了Q355材质的制动吊座的锻造成形过程，给转向架关键零件制造提供很好的参考意见，并具有一定的指导作用。

关键词：制动吊座：锻造；构架

引言

构架为转向架龙骨，是关键受力部件之一,主要由横梁、电机吊座、两个侧梁、制动座等焊接组成，其承载了全部车体重量（含车载设备及货物等）和轮轨冲击带来的交变载荷，设计寿命为30-35年。

1.制动座结构概述

轨道货车在长期服役过程中，制动吊座直接承载了最多的由制动力带来的交变载荷和线路不良带来的额外冲击，因而制动座结构设计需要满足静强度（超常载荷）和疲劳载荷要求，也需要满足质量的轻量化和焊接性良好的要求，通常，制动座结构较为复杂时，均采用锻造成形工艺，但是制动座外形轮廓由多个曲面连接而成，成形质量问题会带来严重的安全隐患，因而对制动座研究锻造技术势在必行。

2.制动座锻造的现状与分析

本文以材料为Q355的锻造制动座为例进行分析，Q355是低合金高强度结构钢，其标准执行GB/T1591-2018，化学成分和主要占比（百分比）为：Si0.55，Mn1.60，P0.025-0.035，S0.025-0.035，Cr0.3,Ni0.3，Cu0.4。

由于构架制动座制造具有小批量，形状复杂、品种多的特点，制造厂商大部分采用自由锻+机加工为主要成形手段，以降低设计更改带来的模具更改附加成本，基本制造流程为：下料—探伤（超声）-加热-锻造-热处理（正火）-探伤（二次超声）-机械加工（最终成型）-探伤（表面磁探）-交验、交出。

这样制造过程主要存在以下几个方面：

（1）机加工余量大，材料浪费较为严重。由于制造厂商存在为了降低制造成本，锻造模具采用通用或者相似模具，最终成形采用机械加工方法获得，但是锻件经过热变形后，金属内部主要为纤维组织，过多的机加工量会直接切断金属纤维组织，耐疲劳特性降低。机加工余量大会相应增加了制造工序时间和生产成本。

（2）机械装备老旧，维修保养不及时。尤其是对于主要锻造设备、加工设备，制造厂一般仅做厂内日检，很少对设备进行系统维修、保养和检测。

（3）原材料管控较差。对于制动座这样的小批量零件，锻件厂家原材料大多采用轧制成形的板料或者棒料，由于各个原材料生产厂家对材质、探伤等要求有区别，导致不同产品的性能差距大，甚至出现同一批产品报废率过高问题。

（4）人员培训少、专业性不强。由于锻造厂商大部分以生产为主的经营理念，但是锻造制造过程涉及锻造、探伤、机加工、检测等多个工种，且制动吊座形状各异，关键部位尺寸要求较高，需要更多检测设备测量盲区，从对各个制造厂例行审查可以看出，大部分培训专业性不强的问题。

（5）厂房环境较差。制动座锻造厂商大部分沿用粗犷的生产模式，厂房大部分比较陈旧，整体密封性差，制造过程的温度、湿度易受到环境影响。

3制动座锻造成形技术改进

（1）锻造前进行数值计算

针对制动座外形复杂的特点，生产前须首先对金属塑性成形过程进行数值计算。如果锻造工艺不合适容易发生晶粒粗大、金属晶粒不均匀、冷硬现象、锻造裂纹等锻造缺陷，造成缺陷为原因可以归纳为原材料材质分布不均、初始锻造时温度偏高和锻造压力不足、锻造过程温度偏低和锻压机压下速率过高等。因此针对制动座的材料、形状及成形特点，应用数值仿真技术，预判各成形工序是否存在应力（应变）超限问题，了解金属塑性流动规律、温度场分布情况以，各变形参数相互影响，为获得最佳工艺参数和产品质量提供科学的依据，提高锻造模具设计效率。

（2）合理采用锻造磨具，避免关键受力部位（高应力区）机加工。

制动座原材料在镦粗时，金属树枝状结晶被打碎，金属在压力作用下，沿径向流动形成强化的径向纤维[1]，根据这一规律，首先计算制动座的应力分布，根据应力大小合理设计制动座锻造余量，并设计锻造模具，避免机加工切断金属纤维。

（3）制动座锻件检测

成品制动座锻件检测包含力学性能、金相组织检测。

Q355钢的锻件正火后其机械性能如下：最小屈服强度ReH≥355MPa；抗拉强度Rm≥490-630MPa；最小延伸率δ(%)≥21；最小冲击功Akv（J）≥27（-40°）。当抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、断面收缩率、吸收能量符合要求时，硬度要求仅作为参考。当锻造比大于5时，最小屈服强和抗拉强度横向、纵向均有所下降。

经热处理后的制动座锻件，晶粒度不粗于6级（符合ISO643标准），其检验方案按照GB/T6394执行，且检测金相组织的试样取样位置与检测力学性能的试样取样位置相同。

（4）制动座锻造过程探伤检验

锻件探伤分为原材料探伤，锻造后探伤和机加工表面探伤。锻件所有原材料必须进行100%超声波探伤，质量等级规定为A级。制动座成品的探伤检查严格按照BSEN10228-1:2016和BSEN10228-3：2016中的4级执行，先进行超声波探伤，如发现裂纹，锻件必须强制报废。若未发现裂纹，加工表面进行磁探，且不得有缺陷存在,磁粉探伤后需按该标准要求进行退磁处理。

（5）合理更新设备和人员培训，改善厂房温控措施

锻件制造的核心设备为锻压机、探伤设备和机加工设备，锻压机应及时进行维护保养更新，防止压力机工作中出现爬行、抖动现象，对探伤设备定期进行检查，防止检测结果出现偏差，人员进行专业资格培训，并合理改善厂房条件，增加温控设备。

4.结论

通过对制动座锻造生产现状进行分析研究，结合数值仿真技术和锻造、加工设备的特点，详细提出了Q355材质的制动吊座的锻造成形过程，并提出了改进意见和方法，给转向架关键零件制造提供很好的参考意见，并具有一定的指导作用。

参考文献

[1]周鑫.锻造比对锻件力学性能及微观组织影响的研究[D].山东大学硕士论文,2014:12～14.