铁路货车电镦制动管制造工艺

铁路货车电镦制动管制造工艺

郑霖，李峰，孙林松，李志伟，周文智

（1.中车常州车辆有限公司，江苏 常州 213011）

摘 要：经验证电镦管系具有显著增大受载、抗疲劳能力，结构优、产品寿命长、可靠性高，材料利用率高，环保节能等优点。目前已在多个铁路货车车型上运用，本文结合电镦技术，从产品结构入手，分析其制造工艺，识别关键工序、关键控制项点，保证其制造质量的同时提供可靠的工艺方案。

关键词：镦粗；接头体；加热温度；锻模预热；模锻成型；脱模剂

1 电镦制动管的结构

电镦接头制动管为钢管管身和接头一体结构，主要由钢管与电镦接头、法兰体构成。接头型式分为带密封圈槽接头（凸头体）和不带密封圈槽接头（平头体）两种。结构型式分为两端带密封圈槽接头（凸头体）结构，一端带密封圈槽接头（凸头体）、另一端不带密封圈槽接头（平头体）结构，两端不带密封圈槽接头（平头体）结构。按照管径大小分为DN10、DN15、DN20、 DN25和DN32 5种。          

2 电镦制动管的制造工艺分析

电镦制动管制作的关键在于制动管在电镦过程中壁急剧镦粗，形成可以加工为接头体的所需的形状，其制造的工艺流程见图4。

图4 电镦制动管制造工艺流程图

与焊接制动管制造工艺（制动管与法兰接头体采用焊接方式连接）相比，在制造流程上电镦制动管制造增加了电镦、平锻、接头体加工等关键工序和去除飞边毛刺等一般工序，在相同的落料和管内壁清洁两道工序也增加了新的工艺措施和要求，因此本文将针对以上差异进行工艺分析，保证其制造过程质量稳定可靠。

3 电镦制动管的制造主要工艺

3.1 落料

落料采用金属圆锯机进行落料，除了保证切断面与制动管轴线垂直以外，最关键的控制项点就是其落料尺寸，从电镦管的制造原理来看，其落料尺寸将由焊接管设计图样中心线展开长度L1与电镦接头的长度L2两部分组成，通过多次试验和验证，DN10、DN15、DN20、DN25、DN32各型管系的L2分别按230～234、184～186、150～154、142～144和126～130mm进行控制（单头电镦时，该值减半）。

3.2 电镦工艺

电镦机变压器将高压变为低压后，在砧子、工件与铜电极之间形成电流回路，因工件电阻比砧子及铜电极大，利用工件本身的电热效应在低电压大电流的作用下加热至锻造温度，在顶镦缸的压力和铜电极定位夹紧作用下，工件的一端被逐渐推向砧子，砧子按所设定速度后退，工件端部被局部镦粗，形成所需要的形状。其电镦过程的关键控制项点在于设备的状态的检查、电镦过程中行程、压力、电流和时间等关键技术参数的有效控制和成品质量检查。

在设备状态方面，目视检查砧子端面的平整度，当存在明显的凹陷时，须进行更换或重新加工修复；每日开工前检查移动电极规格是否和防失稳支撑装置规格匹配，反之更换，检查移动电极接触面须清洁且上电极安装牢靠无松动；每日开工前或电镦不同外径的制动管时，须用标准校验棒检查支撑架和失稳装置的中心高度，不符要求时，重新调整。

电镦各阶段的作用行程、压力、电流、时间等关键参数由预先设置的程序进行自动控制，加热温度采用温度测量仪检测，其温度应控制在1050℃～1200℃之间。

电镦完成后，镦粗头部不允许过烧且内外表面不允许有最终影响产品疲劳寿命的折叠；制动管被夹持部位不允许被夹伤或夹扁、 铜电极夹持表面不允许被钢管表面划伤、顶镦时不允许将工件顶弯。

3.3 电镦接头平锻工艺

通过人工将电镦机电镦完的工件端部立即放在管端液压平锻机成型模具中，然后垂向油缸下降将工件逐渐压紧，当垂向油缸内压力达到规定值时，压力传感器发出信号，水平油缸动作向前，利用电镦后的余热，对工件端部进行模锻成型；当水平油缸内压力达到规定值时，压力传感器发出信号，水平油缸退回完成一个工作循环。

平锻过程的各步骤已有程序进行控制，因此在制造过程中，其关键的控制项点将是成型模具的状态、工件的脱膜情况、平锻前的电镦接头温度的控制以及最终的成品质量。

成型模具的状态直接影响接头体的成型质量，因此每次平锻时，检查模具表面、接触面应清洁无残留物，否则须清除干净，检查冲模和凹模表面不得有伤痕（拉痕、压痕等），否则用砂纸打磨或更换。为确保工件脱模顺利，一是采用适宜脱模剂，经过多次验证，发现水基石墨脱膜效果较好，二是平锻前将常温下的锻模预热至250℃，便于涂石墨和脱模，且在每完成一次端部平锻成型后在顶锻模成型部位均匀涂上适量的水基石墨。平锻时为保证模锻前温度≥850℃，将平端机与电镦的工作台面对面布局，电镦完的配件只需操作者90°转身就可以将其顺利放入平锻机成型模具中。平锻成型完的零件（头部区域）立即放入水中快速冷却，端部平锻成型后零件内锥面处不允许有最终影响产品疲劳寿命的折叠。

3.4 接头体加工

为保证加工质量和加工效率，采用数控双主轴镗铣床加工电镦接头，加工时，采用工件不动刀具旋转的加工方式，控制系统控制十字滑台移动工件分别在两个动力头进行粗精加工。液压卡盘采用专用卡爪可同时完成夹紧和定位动作。

3.5去除飞边毛刺

由于电镦接头在平锻挤压时外表面易产生飞边，机加工完后会产生毛刺，因此需增加去除飞边毛刺的工序外表面飞边去除时，根据管径规格分别使用外径为6mm和3mm的旋转锉去除，去除飞边时不得伤害原表面，去除后，原飞边二侧的面应平缓过渡。       

3.6 清洁内孔

制动管内壁的清洁度将直接影响120阀作用，因此每根管都必须进行内壁清洁。电镦制动管内部的清洁（理），大致分为两步，分别是距管系端部100mm范围的脱模剂（石墨）和由原材料制造及加工过程产生的内部的杂物。

3.6.1脱模剂的清理

脱膜剂经加热、冷却后，部分已完全粘附于制动管内壁端部，采用简单的擦拭很难清除，因此该处采用钢丝球和旋转电动工具，清除时，将钢丝球装于电动旋转工具上，然后启动电动工具清除粘附在工件端部锥孔内的石墨等杂物；清除后使用白色织物将端部锥孔内石墨粉清理干净，之后采用滤水、滤尘的压缩空气将部分杂物吹出。

3.6.2管系内部清洁

为确保整个生产过程的环保，管系内部选用选取高分子混合物为主的海绵清洁子弹完成制动管内部清洁，清洁子弹的密度为70kg/m3，外形为圆柱体。

清洁时，将干清洁子弹塞入孔端，然后采用滤水、滤尘的压缩空气将清洁子弹从另一端吹出，并使用收集装置在清洁管路末端收集射出的清洁子弹。清洁后，管内无杂物，子弹无明显的污渍和破损，同时，对制动管进行整批记录，清点清洁子弹数量及其完整性，避免子弹或子弹残片留用管路中。

4.结束语

采用以上工艺方法，在技术要求满足方面，该制动管的外形尺寸均符合图样，法兰接头体端面与制动管中心线的垂直度在200mm范围内均不大于1mm，在100mm范围内均不大于0.5mm的垂直度要求，均满足在0.6MPa空气压力下，1min内压降均为0的气密试验要求，电镦接头强度、金相组织经相关试验均符合技术要求；在运用方面，该制动管在2021年、2022年先后在NX70A、C70E、C80B等主要铁路货车车型上进行了批量装车，经运用产品质量稳定可靠。进一步说明该制造过程质量稳定可靠、工艺合理可行。