（车辆工程专业论文）lb型新型组合式制动梁的工艺探讨.pdf

北京交通大学工程硕上学位论文l b 型新型组合式制动粱的t 艺探讨 摘要 l b 型新型组合式制动梁是为了保证列车行车安全、彻底解决原有货 车制动梁容易开焊、支柱裂纹、滚子轴开焊导致制动梁脱落的问题，同时 满足货车提速重载要求研制出来的。它是根据美国货车制动梁的结构特点， 通过改进开发而成的。这种制动梁采用几个部件通过紧固件组装的模块结 构代替了原有弓形圆钢( 槽钢) 制动梁的组焊式结构。 本文通过对原有货车制动梁的结构、性能分析，提出了改进措施，描 述了l b 型新型组合式制动梁的结构、性能特点，同时重点介绍了其生产 制造工艺。 首先，分析了原有货车制动梁和l b 型新型组合式制动梁的结构、性 能特点，同时研究了l b 型新型组合式制动梁的生产工艺方法，抓住制动 梁的关键部件制动梁架进行了重点工艺分析，并对相关研究制造工艺 进行了详尽的设计。 其次，针对制动梁架的性能要求，对其型钢的化学成分设计、冶炼制 造工艺进行了研究，制定出合理的工艺取舍原则。 第三，对制动梁工作状态下的应力状态、危险截面进行应力分析，对 产品设计的可靠性进行了论证。 最后，通过实物试验，其应力状态分布、疲劳强度完全满足了设计要 求，从而对生产制造工艺的可行性进行了论证。 l - b 型新型组合式制动梁现已批量生产两年。按照上述工艺方法生产 的制动梁通过了样品试验和实物装车试验，其性能完全满足了设计结构要 北京交通大学工程硕士学位论文 l b 型新型组合式制动梁的工艺探讨 求。l b 型新型组合式制动梁已生产5 万辆份，为我单位带来了数亿元的 经济收入。 关键词：制动梁十字型钢化学成份制造工艺 强度 工艺试验 i i 北京交通大学工程硕士学位论文l - b 型新型组合式制动梁的工艺探讨 a b s t r a c t f o rm es a l ( eo fp l e d g i n gt l l es a f b t ) ro f 仃a i n s ，r e s o l v i n gt 1 1 e p r o b l e m so fm eo r i g m a lb r a l 【eb e 锄s u c ha st l l ej o i m sc r a c l ( i n g ，t 1 1 e 丘a c t u r eo fp i l l a r sa 1 1 dt 1 1 eb r a k eb e 砌sd r o p p i n ga sm er e s u l to f j o i n t c r a c ka i l dm e e t i n gt 1 1 ed e m a n d so fr a i s i n gs p e e da n dh e a 、可l o a d ，w e d e v e l o pt h el bc o 珈l p o s i t e1 卯eb r a k eb e a m i ti sb a s e do nt h e s t m c t u r eo ft 1 1 ea m e r i c a nf - r e i g h tb r a k eb e a m i tu s e sm o d u l e s t n j c t l l r ec o n s i s t i n go fs e v e r a lp a n sw h i c ha s s e m b l e db yt i 曲tp a r t s t or e p l a c et h eo r i g i n a la s s e m b l e w e l ds t m c t l l r ec o n s i s t i l l go fa r c h r o u n ds t e e l ( c h a i l i l e li r o n ) b ya n a l y z i n gt h eo r i g i n a lb r a ：k eb e a n l ss t m c t u r ea i l df 妇c t i o n ， t h i sm e s i sb r i n g sf b n a r dt h ei m p r o v i n gm e a s u r e ，d e s c r i b e sm e s t m c t u r ea n d c t i o no f 廿l el - bc o m p o s i t et y p eb r a k eb e 啪a 1 1 d i n 打o d u c e s 廿1 ep r o d u c t i o nt e c h n o l o g yw i t l la ne 埘l p h a s i s f i r s t l y ， m i s 仕l e s i s a i l a l y s e s 也es 臼1 j c t u r ea 1 1 df u n c t i o n c h a r a c t e ro ft h eo r i g i n a lb r a l ( eb e 锄a n dt h el - bc o m p o s i t et y p e b r a k eb e 锄m e a n w h i l e ，i te x p l a i n st l l ep r o d u c t i o nt e c h n o l o g yo f t h el - bc o m p o s i t e 呻eb r a k eb e 锄i ta n a l y s e sm e k e yp a r to f t h e b r a k eb e 眦一n l eg i r d e rw i t ha 1 1 e m p h a s i s a l l d e ) 【p l a i n s i t s p r o d u c t i o nt e c l l l l o l o g yi nd e t a i l s e c o n d l y ，a i m i n ga t t h eb r a k eb e 锄sc 印a b i l i t y t l l i st h e s i s e x p o u n d sm ec h e m i c a lc o m p o s i t i o na n dt h es m e l tm a n u f a c t u r e t e c l l l l o l o g y t h i r d l y ，t l l i st 1 1 e s i sa n a l y s e st 1 1 e s t r e s sc o n d i t i o nw h e n 协e b r a k eb e 蛐i s w o r k i l l g ， t 1 1 e d a n g e r o u s c r o s s s e c t i o na n d d e m o n s t r a t e st h ef e a s i b i l i t yo f t l l ep m d u c t i o n d e s i g n i i i 北京交通大学工程硕士学位论文 l _ b 型新型组合式制动梁的工艺探讨 a tl a s t ，b ye x p e r i m e n t a t i o n ，t h eg t r e s ss t a t ed i s t r i b u t i n ga n d f 乱i g u e l i f em e e tt 1 1 ed e s i g nd e m a n de n t i r e l yi t p r o v e s 血l l ym e f e a s i b i l i 锣o f t h ep r o d u c t i o nt e c h n o l o 盯 t h el - bc o m p o s i t et 泊eb 瑚i l ( eb e 锄h a sb e e np r o d u c e di n b a t c h e sf o rt w oy e a r s a c c o r d i n gt ot l l e p r o d u c t i o n t e c h n 0 1 0 9 y a b o v e ，m el - bc o m p o s i t e1 诤eb r a k eb e 啪h a sg o tt h r o u 曲t h e s a m p l et e s ta n dm ei n s t a l l i n gt e s ti nk i n d i tm e e t st h ed e m a l l d so f d e s i g n 咖c t u r e 向l l ya n db r i l l g so u rf b t o us e v e r a lh u l l 出e d so f m 川i o n k e yw o r d s ：b r a k eb e a m ；c r o s ss t e e l ；c h e m i c a li n g r e d i e n t m a n u f a c t u r et e c h n o l o g y ； f o r c e ； t e c h n i c a lt e s t 北京交通大学工程硕士学位论文l b 型新型组合式制动粱的工艺探讨 1 1 研制背景 第一章绪论 铁路是国民经济的大动脉。到上世纪末，我国铁路年运输货物量已经 超过2 5 亿吨，随着经济发展，对铁路运输提出扩大运输规模，实现重载、 高速的运输要求。1 9 9 7 年以来，中国铁路实现了五次大面积提速，改变了 我国铁路列车运行长期在低水平的运行速度和效率徘徊的局面，给铁路运 输增添了新的活力；同时，提速、重载给中国铁路机车车辆装备能力提出了 新的要求，给铁路机车车辆制造业带来了新的发展机遇。 为了提高机车车辆装备能力，机车车辆在引进关键技术方面进行了广 泛探索，加快了产品开发和配件更新换代的步伐，使产品性能不断提高和 更加丰富，机车车辆制造能力不断提高，制造工艺水平得到提升，产品质 量和可靠性得到了保证。 转向架是货车的关键部件之一，我国货车转向架自上世纪5 0 年代起借 鉴前苏联的货车转向架开始自行设计了转8 a 型系列转向架，上世纪6 0 年 代对其进行改进设计，研制了转8 a 型系列转向架，该系列转向架已逐步成 为我国的主型转向架，目前占我国货车转向架总数的8 0 以上，多年运用实 践证明，转8 a 型系列转向架结构简单，制造检修方便，对线路载荷均载性 好。上世纪9 0 年代起，铁道部加大了对货车转向架的改进投入，推出了时 速为1 2 0k m h 的转k 1 型、转k 2 型、转k 3 型、转k 4 型、转k 5 型和转k 6 型转向架。以提速、重载技术为核心，提高运输能力。提速是提高转向架 北京交通大学工程硕士学位论文l b 型新型组合式制动梁的工艺探讨 的运行速度，重载是提高转向架的承载能力，开发、完善一交叉支撑技术、 构架式和摆式转向架为代表的新型转向架，商业运行速度达到1 2 0 k m h ，轴 重为2 l 、2 5 t 。制动梁是转向架的关键配件之一，提速和重载对制动梁的 制动性能提出了更高的要求，随着列车运行速度提高、制动时间、制动频 次增加，原有的弓形槽钢制动梁和弓形圆钢制动梁已经不能满足提速、重 载的运行安全可靠技术要求，安全、可靠、性能稳定的l b 型新型组合式 制动梁应运而生。 1 2 弓形圆钢( 槽钢) 制动梁存在的问题 以转8 a 型转向架“1 为代表的二轴货车转向架普遍采用的圆钢弓型杆 制动梁和槽钢弓形制动梁，均为滑槽式滚动制动梁，均采用杆件组焊方式 进行连接组装，铆、焊紧圆，钢材强、韧性差，结构不合理，存在着滚子 轴开焊、裂纹、折断、支柱裂纹等典型制动梁故障，且制动梁与转向架其 他部分之间连接较为松散，制动梁自身发生损坏，不仅会使转制动作用， 更为严重的是有可能导致制动梁脱落，危及列车行车安全”。转8 a 型转 向架自1 9 5 8 年投入使用以来，铁道部车辆局已多次对制动梁的设计、使用 进行改进，检修和运营部门也对制动梁提出了弓形圆钢( 或槽钢) 制动梁 端头的大方头改进、槽钢弓形制动梁滚子轴和安全链加粗、增加防脱板等 诸多改进措施，但效果并不十分理想。制动梁出现的主要问题是制动梁梁 体开焊、支柱裂、滚自轴开焊导致制动梁脱落，危及列车行车安全。据银 川铁路分局管内的两个列检所的调查表明”，自1 9 9 7 年四月至五月的两 个月间，制动梁故障达3 1 3 起。由全路货车临修故障季报表统计来看“， 北京交通大学工程硕士学位论文 l b 型新型组合式制动梁的工艺探讨 1 9 9 8 1 9 9 9 年上半年，全路货车厂因制动梁裂损的临修率亦高达 1 4 1 1 8 5 ( 见表卜1 ) 。 表卜1全路货车厂制动粱裂损临修统计表 年份季度厂临修率全路临修工厂制动梁裂全路工厂 最低最高总数( 件)损总数( 件)临修率 1 9 9 815 94 07 7 11 4 3 1 8 5 26 13 3 38 2 71 4 01 6 9 36 31 68 5 51 2 31 4 4 41 03 97 9 41 4 51 8 3 1 9 9 916 42 2 51 0 1 61 4 31 4 1 24 82 7 88 6 51 2 91 4 9 由此可见，制动梁的裂损情况是非常严峻的，应引起铁路运输、制造、 设计单位与科研部门的高度重视。 1 2 1 弓形圆钢( 槽钢) 裂损脱落的主要原因之一是端部 结构不合理 1 2 1 1 滚子轴与滚子、挡圈的配合尺寸不当“ 滚子轴尺寸为4 0 + 硼，材质为q 2 7 5 ；滚子为2 0 # 0 5 4 6 ( g b 8 1 6 2 1 9 8 7 ) 无缝钢管，挡圈许0 6 0 9 的无缝钢管代替，经计算， 滚子轴与滚予、挡圈的配合情况如下表卜2 。 北京交通大学工程硕上学位论文 l - b 型新型组合式制动粱的工艺探讨 表卜2滚子轴与滚子、挡圈的配合情况表 ( m m ) 序号零件最大间隙量最大过盈量名义尺寸配合间 隙量 1滚子轴m 3 65 2 41 3 42 滚子中5 4 8 2滚子轴中4 04 7 47 42 滚子中5 4 6 3滚子轴中3 66 0 52 32 滚子中6 0 1 1 4滚子轴0 3 65 5 51 72 滚子0 6 0 9 由此可知，滚子轴与滚予、挡圈的配合时有出现过盈配合的可能性。 极限偏差在加工和组装过程中虽很少发生或可以通过选配来解决，但在现 行的结构设计中应尽量避免。我们在实际生产过程中常发生滚子轴进不了 滚子和挡圈的情况。另外，从滚子轴的产品图来看，可采用自由锻造毛坯 件，在轴的外表面不加工的情况下无法达到4 0 + 啪和圆柱度0 5 硼的要求。 再者，由于物体自重作用，滚子轴的底面紧紧地压在滚子上，两者顶部产 生间隙。在制动或缓解时，两者不能在同一中心轴线转动，是滚子轴压着 滚子的一条直线做制动或缓解时前后移动，若两者配合间隙在最大时，则 滚子轴带动滚子做转动位移就更加困难。从入厂检修情况，滚子轴与滚子 两个零件都存在偏磨现象，部分滚子轴的圆形断面呈椭圆状，滚子套在滚 子轴上，纵向无定位，滚予可在滚子轴的纵向轴线上串动，滚子轴靠近闸 4 北京交通大学工程硕士学位论文 l b 型新型组合式制动粱的工艺探讨 瓦托( 或挡圈) 外侧的圆柱面磨成下凹台阶。 1 2 1 2 滚子轴开焊、裂纹、折断 图卜1 为槽钢弓形制动梁滚子轴处结构示意图。制动梁滚子轴与闸瓦 托孔之间存在间隙，两零件组装间隙为o 6 f 1 1 1 n 至3 7 1 i 】i n ，滚子轴与闸瓦托 以焊接形式组装连接。由于闸瓦托为铸钢件，中4 1 唧孔表面粗糙，两配 合面存在间隙，若间隙达到上限，两者的组装质量更差。在施焊时焊水流 入间隙中，焊渣聚积其中，表面上看虽然满足图示焊接要求，但两者结合 不良，极易产生虚焊现象。且次处的焊缝施焊空间较为狭窄，梁滚子轴与 闸瓦托又密贴，难以形成较大焊角。滚子轴根部恰恰是施焊的起弧和收弧 点，焊接时会产生弧坑和咬肉等缺陷。在制动或缓解过程中，侧架滑槽对 制动梁的交变支承反力不可避免地通过滚子轴与闸瓦托间的焊缝传递，若 有鳖劲现象，易使滚子轴两纵向焊缝开裂，在交变载荷反复作用，焊缝起 收弧处就形成微细裂纹，裂纹沿着焊缝方向扩展，会导致焊缝开裂；如果 裂纹向滚子轴本体扩展，将会导致滚子轴折断。 图卜l 滚子轴与闸瓦托的组焊示意图 北京交通大学工程硕士学位论文 l b 型新型组台式制动梁的工艺探讨 1 2 2 弓形槽钢制动梁中的支柱裂纹现象 1 2 2 1 支柱裂纹的情况 据贵阳车辆厂1 9 9 8 年1 月一3 月统计“：弓形槽钢制动梁中的支柱裂 纹占其检修总数的1 8 7 4 。昆明车辆段对运用一个段修期( 1 9 9 9 年7 月 一2 0 0 0 年1 月) 的统计”：弓形槽钢制动梁中的支柱裂纹占其检修总数的 1 4 5 9 。据二七车辆厂2 0 0 2 年1 月一3 月统计：弓形槽钢制动梁中的支 柱裂纹占其检修总数的2 5 1 8 。据戚墅堰制动梁检修对支柱裂纹的统计： 左右支柱裂纹皆在支柱杠杆孔与制动杠杆顶部接触的里侧( 靠车体纵向中 心线侧) ：裂纹长度在1 5 3 0 衄左右，为横向贯通裂纹，裂纹率在2 0 左 右。以上统计表明，虽然各单位对弓形槽钢制动梁中的支柱裂纹率有高低 差异，统计口径、方法有区别，但其支柱裂纹的现象存在着普遍性，这与 弓形槽钢制动梁的结构设计有关。 1 2 2 2 支柱裂纹的原因 基础制动装置中的固定杠杆、移动杠杆、上拉杆头、固定杠杆支点座 和支柱等零件，其组装装置皆与车体纵剖面成4 0 。夹角的倾斜位置安装。 支柱长方槽孔的倾斜度图示为4 0 。3 0 、，而在制动梁整体组装后，产品 图又无对支柱长方槽孔倾斜度的要求。但制动梁组装技术条件要求支柱两 端部与槽钢两翼缘的两侧间隙之差不得大于l 眦。各零部件的制造误差和 组装误差造成所有部件不能在同一平面内工作。上述诸多因素的积累，将 会造成制动梁工作时蹩劲、动作不灵活等现象发生。 弓形槽钢制动梁支柱的两端都坐在槽钢里，支柱的上端与弓形槽钢制 北京交通大学工程硕士学位论文 l - b 型新型组合式制动梁的工艺探讨 动梁的圆弧底面接触，此圆弧底面在压型时会自然减薄，加之支柱受力后 上端位移很小，可能使弓形梁底面在圆弧厚度减薄处的支柱上端头两侧产 生裂纹。现又将支柱与弓形梁接触处两端施加双面u 型焊固定，支柱与弓 形梁圆弧底面成一结点，支柱受力后无相对位移，受力点全部由支柱上端 头的槽形孔前端来承受，而支柱此处系转角位置，易产生应力集中现象， 且壁厚较小，容易产生裂纹。 1 2 2 3 支柱裂纹换新，检修困难很大 支柱长方槽孔上部为横向贯通裂纹，铁路货车厂修规程无检修方 案和限度，为慎重起见，全部更换新支柱。由于弓形槽钢梁系型钢与板材 的组焊结构，若将梁架分解后更换支柱，在切割时容易割伤零件，从新组 对与新制工作量等同，且分解后有些零件不符合图纸( 如弓形槽钢梁) ，需 调修，给检修工作带来很大困难。 1 2 3 影响制动梁运用的其它因素 制动梁除了上述问题之外，还存在零件种类多、制造工艺复杂、检修 不便等问题；而且采用手工焊接操作方式，操作者的水平等难以控制的因 素对制动梁的制造质量也有影响，产品质量不易保证；不适于机械化生产， 操作者劳动强度也较大。同一制动梁的两侧闸瓦不能同步移动，会造成两 侧闸瓦压力受力不均，在制动时制动梁扭曲、歪斜，从而使制动梁的工况 更加恶劣。 北京交通大学工程硕十学位论文l - b 型新型组合式制动梁的工艺探讨 1 3l b 型新型组合式制动梁的研制目标 根据以上情况分析，弓形槽钢制动梁存在许多问题，直接威胁着列车 行车安全。研制新型制动梁时，要从结构设计、加工工艺等方面进行突破。 经过对现有制动梁应用情况的总结及适应提速、重载的要求，确定新型制 动梁要达到以下技术要求： ( 1 ) 、静强度满足t b t 1 3 3 5 1 9 9 6 铁道车辆强度设计及试验鉴定规 范的要求”： ( 2 ) 、静动载荷试验满足t b t 2 4 0 0 1 9 9 3 车辆制动梁载荷试验方法 的要求，且根据运装货车 2 0 0 1 9 0 号文件的要求，动载荷试验循环次数 要达到2 o 1 0 6 次； ( 3 ) 、从结构上克服现有制动梁的不足，在强度、可靠性、安全性等 各方面优于原有制动梁； ( 4 ) 、良好的制造工艺性，适合大批量专业化生产； ( 5 ) 、质量不大于原有制动梁； ( 6 ) 、与原有制动梁完全互换。 1 4l - b 型新型组合式制动梁研究的主要内容和主要工 作 在总结原有弓形圆钢( 或槽钢) 制动梁存在的问题的基础上，提出l b 型新型组合式制动梁的设计思想和结构特点；对新型货车制动梁的制造进 行工艺分析；特别是对新型货车制动梁的核心零件制动梁梁架用钢的化 北京交通大学工程硕士学位论文 l b 型新型组台式制动粱的工艺探讨 学成分、冶炼、轧制及工艺试验、试制进行了分析；对新型货车制动梁进 行应力分析和强度计算；最后通过样品试验验证了l b 型新型组合式制动 梁结构设计、工艺制造的可行性。 北京交通大学工程硕士学位论文 l b 型新型组合式制动梁的工艺探讨 第二章l b 型新型组合式制动梁的结构设计 2 1l - b 型新型组合式制动梁总装配图 如图2 1 图2 1l _ b 型新组合式制动粱总装配图 2 2l - b 型新型组合式制动梁的结构简图 1 0 北京交通大学= l _ = 程硕士学位论文l - b 型新型组合式制动粱的工艺探讨 图2 2 组合式制动梁 如简图2 2 ，与原有制动梁不同的是，新型货车制动梁不再是由多个 板材件组焊而成的不可拆分的整体，而是由几个部分通过紧固件组装在一 起而成的模块化结构形式。另一个重要的不同点是采用滑块式结构，而不 是滚子轴式结构。整个制动梁由制动梁架、支柱、夹扣、闸瓦托五个零部 件组成，此外还有衬套、滑套磨耗套、安全吊链、吊座和紧固件等。制动 梁架为一整体结构，由特殊形状截面的型钢经切分、拉制而成。支柱和夹 扣采用模锻工艺制造，材料为普通碳素结构钢，支柱前端为u 型结构，其 形状与制动梁架相适应，后端是横向u 型结构，与形状相近的夹扣共同夹 持在制动梁架上并通过螺栓或铆钉联接。闸瓦托仍为铸钢结构，滑块在闸 瓦托上直接铸出，闸瓦托后部带有止孔，其孔形与制动梁架端截面形状相 适应，制动梁架端部插入止孔中并用铆钉联接。滑套磨耗套在滑块上用铆 钉联接。为提高易耗件的寿命及检修方便，滑套磨耗套采用非金属材料和 油尼龙合制而成“”。 2 。3 新型货车制动梁的结构特点 2 3 1 采用组合式结构，制造质量易于保证，制造和检修更 为方便 由于采用了模块化的组合式结构，容易实现流水线操作和机械化组装， 有助于提高产品的质量稳定性。在检修时，如果发现哪个组件发生故障， 可拆下修理或更换，而不必采用气割方式拆取，不仅方便了检修，还有利 北京交通大学丁程硕士学位论文l b 型新型组合式制动梁的工艺探讨 于提高检修质量。 2 3 2 采用整体式制动梁架，结构和受力情况更为合理 整体式制动梁架由于不存在焊缝，消除了产生焊接缺陷的可能性，且 金属本体的可靠性也远高于焊缝的可靠性；无需考虑留出组焊位置，可通 过精心设计使制动梁架的前后杆件形心交会于闸瓦托及闸瓦中心线上，即 制动力通过结点，使制动梁架杆件的受力为纯拉压力，不存在附加弯矩， 从力学角度来说，结构更加合理。 2 3 3 采用锻造支柱和夹扣，提高了使用可靠性 铸造结构支柱易产生气孔、裂纹等缺陷，采用锻造支柱后，由于其结 构致密、组织改善，机械性能大大提高，不易产生各种制造缺陷，所以支 柱的使用可靠性和强度都得到提高“”。 2 3 4 采用非金属滑套磨耗套，减小了磨耗和检修量 原有制动梁的滚子、滚子轴、侧架滑槽磨耗板均为金属件，在使用中 都有较大磨损，而新型制动梁采用非金属滑套磨耗套，而金属与非金属为 异种材料，磨耗量较小，不节约了材料，而且还降低了检修成本。从k 2 型转向架的旁承磨耗板和心盘磨耗板采用非金属材料代替金属材料的成功 应用证明采用非金属磨耗件是可行的。 北京交通大学工程硕士学位论文l b 型新型组合式制动梁的工艺探讨 2 3 5 采用滑块式结构，提高了该部位的强度，能有效抑制 闸瓦偏磨 原有制动梁中最易产生故障的部位就是滚子轴与闸瓦托的结合部，采 用滑块结构后，滚子轴和焊缝都不存在了，这就从根本上消除了此处由于结 构所限而产生问题的可能性。同时，由于滑块断面尺寸的增大，使得该部位 的强度也有所提高。考虑材料许用应力不同的因素在内，滑块强度约为滚 子轴的2 5 倍。 原有滚子轴结构的制动梁自身可绕滚子轴转动，侧架不能提供使制动 梁保持平衡的反力矩，在列车缓解时闸瓦上端易搭在车轮踏面上，而且在 列车制动时没有一个限制制动梁的反力矩，导致闸瓦托偏磨。滑块式新型 货车制动梁采用侧架滑槽通过滑块限制了制动梁的转动，避免了闸瓦偏磨。 2 4 十字型钢的化学成分和力学性能( 1 2 ) 制动梁架是制动梁的关键核心部件，其性能直接影响到制动梁的使用性 能，它是由十字型钢经切分、拉制、整形而成的整体结构，制造工艺性好、 质量稳定，制造过程没有去除材料和破坏热轧的金属纤维流向。其难点是 对十字型钢的化学成分和机械性能要求高，锻制后需要严格的热处理工艺 保证使用性能。 2 4 1 十字型钢的化学成分 1 钢的牌号及化学成分( 熔炼分析) 应符合表2 一l 的规定，其中强制元素 北京交通大学工程硕士学位论文l - b 型新型组合式制动粱的工艺探讨 含量是必须符合的，推荐元素含量允许超出规定范围，但在可能条件下应尽 量符合。 表2 1 十字型钢的化学成分 牌号化学成分( ) 强制元素推荐元素 cpsm ns ivn bt ia lc n j q 4 6 0 e 注：表中的a 1 为全铝含量。如化验酸溶铝时，其含量应不小于o 0 1 0 2 钢中应至少含有表3 中的细化晶粒元素( v 、n b 、t i 、a 1 ) 中的一种， 如这些元素同时使用，则至少应有一种元素的含量不低于规定的最小值1 3 ) 。 3 当钢中不加入细化晶粒元素时，不进行该元素含量的分析，也不予保 证。 4 铜中c u 残余元素含量各不大于0 3 0 ，供方如能保证可不作分析。 5 为改善钢的性能，可加入r e 元素其加入量按0 0 2 o 2 0 6 为改善钢的性能，可加入少量m o 元素 7 钢的化学成分允许偏差应符合g b 2 2 2 d e 规定 2 4 2 冶炼方法 钢应由电弧炉炼成 北京交通大学工程硕士学位论文 l - b 型新型组台式制动粱的：】_ = 艺探讨 2 4 3 交货状态 型钢应以热轧或控轧状态交货 2 4 4 力学性能 1 型钢的力学性能应符合表2 2 的规定“4 表2 2 型钢的力学性能 牌号屈服抗拉强伸长率冲击功a k v1 8 0 。弯曲试验( d = 点os度ob 65 f 纵弯心直径，a _ 试样 m p am p a 向，- 4 0 ，j )厚度或直径1 q 4 6 0 e 4 2 05 5 01 72 7d = 3 a 注：表中所要求的试验性能允许对试棒进行正火或正火+ 回火处理后检测 2 夏比f v 型缺口) 冲击试验的冲击功和试验温度应符合表2 2 的规定。冲 击功值按一组三个试样算术平均计算，允许其中一个试样单值低于规定值， 但不得低于规定值的7 0 。 3 进行拉伸和弯曲试验时应取纵向试样。 4 低倍组织 低倍组织检查不得有缩孔、裂纹、分层、气泡等。 5 十字型钢为热轧或控轧状态交货，材料标号为q 4 6 0 一e ，且规定了钢的 牌号和化学成份，为保证制动梁的使用性能要求十字型钢具有高屈服强度 ( o 。4 6 0 m p a ) 和较好的韧性( 一4 0 ，a k ，2 7 j ) 的良好配合，技术要求 苛刻，力学性能指标高，选用的是相当于g b t 1 5 9 卜1 9 9 4 中低合金高强度 北京交通大学工程硕士学位论文 l b 型新型组合式制动梁的工艺探讨 钢性能指标，是国标中各项性能要求级别最高的钢种，国内尚无生产可满 足此性能要求的钢号用于制动梁架的生产，为了满足上述要求，必须保证 钢的化学成分设计合理，生产工艺先进，材质内部纯净、有害元素、夹杂 物和气体含量低组织结构致密、均匀、细小和优良的表面质量以及良好的 加工工艺性能。 北京交通大学工程硕士学位论文l b 型新型组合式制动粱的工艺探讨 第三章l b 型新型组合式制动粱制造工艺分析 3 1l b 型新型组合式制动梁结构工艺分析 l b 型新型组合式制动梁指整个制动梁采用组合式结构、制动梁架采 用十字型钢整体拉制而成的组合式制动梁。整个制动梁由制动梁架、支柱、 夹扣、闸瓦托、滑套磨耗套等几个主要部件通过紧固件连接在一起。经过 对图纸、技术要求、制造工艺技术条件的分析，确定了组装工艺和关键配 件制造工艺，编制工艺流程图。 3 2 组装工艺流程 支柱、夹扣与制动梁架组装一压装闸瓦托一钻孔一铆接闸瓦托一滑槽 磨耗套组装一吊座、安全链组焊一组装质量检查一整体喷漆 针对装配质量保证的要点，采取表3 1 所列控制措施： 北京交通大学工程硕士学位论文l b 型新型组合式制动梁的工艺探讨 表3 1 组装工序 序 号 组装技术要求工艺保障措施 采用样板对制动梁架 1 支柱组装后，制动梁架张开量0 2 毫米3 3 6 和支柱3 3 7 尺寸进 行全检 制动梁架与闸瓦托压装后不能有松动现 采用样板对制动梁架 2 3 1 5 尺寸和2 9 5 尺寸进 象 行全检 支柱前端两侧的4 处r 1 7 圆弧与制动梁弓控制支柱r 8 0 圆弧，调 3 形部位至少三点接触，若底4 处未接触，整制动梁架拉伸头的形 间隙不大于0 5状 对制动梁架进行整形， 4 两闸瓦托四爪不平度不大于3 控制两端腿的扭曲量 两闸瓦托中心距1 5 2 4 3 ，两l 差不大于 5 组装时实时测量 3 控制1 5 2 4 尺寸按下限 6 制动梁总长1 7 7 0 3 生产 其中，支柱与制动梁架组装、闸瓦托与制动梁架的组装、滑块磨耗套 与闸瓦托的铆接采用液压钳；闸瓦托与制动梁架组装后用摇臂钻配钻铆钉 孔；闸瓦托上装磨耗套的铆钉孔在组装前加工：吊座及安全链吊座采用划 线定位、气体保护焊接工艺。 3 3 关键配件制造工艺 l b 型新型组合式制动粱的配件主要有制动梁架、左右支柱、夹扣、 左右闸瓦托、滑块磨耗套、安全吊链、吊座、制造标记牌、铝铆钉以及哈 克拉铆钉等。其中，制动梁架是最关键的核心配件，它的性能直接影响制 动梁整体性能。 北京交通大学 = 程硕士学位论文 l b 型新型组合式制动梁的工艺探讨 3 4 制动梁架的制造工艺 3 4 1 制动梁架的制造工艺流程 型钢下料一加热一剪切一拉伸一整形一修整一质量检查一回火一整体 喷丸一整体探伤 l61 s j bj：i 。 丘g 1 ! n * # 2 # $ # 碡 3 4 2 制动梁架简图 制动梁架简图见图3 1 。 图3 1 制动梁架简图 3 4 3 制动梁架的力学性能标准 制动梁架的力学性能见表3 2 1 9 北京交通大学工程硕士学位论文l - b 型新型组合式制动粱的工艺探讨 表3 2 制动梁架的力学性能 抗拉强度屈服强度延伸率低冲a 。 项目面缩_ i l r o bm p ao 。m p a 65 一4 0 ( j ) 标准 5 5 04 2 01 72 7 为了达到上述质量标准，必须控制十字型钢的加热温度和整形后的 冷却速度( 原理后面详细论述) 3 4 4 十字型钢的加热和冷却 十字型钢的加热采用可控温燃油加热炉，加热时，应尽量降低加热温 度和减少加热时间，防止十字型钢在高温下脱碳、过热、过烧和晶粒长大， 影响制动梁架的力学性能，特别是低温冲击性能；同时还需十字型钢具有 足够的塑性，保证剪切切分，拉伸、整形，热切时要求金属材料最小的变 形抗力，保证热剪切得以实现，同时还要保证热切后在拉制过程中金属产 生塑性变形，防止因坯料温度过低产生各种锻造缺陷，因此加热时要提高 型钢的加工温度和保证拉制后的温度高于8 0 0 ，确定十字型钢的加热规 范、冷却方式和热处理工艺是生产制动梁架的关键，为此工艺控制炉温在 1 0 0 0 1 0 2 0 ，加热到温后保温时间不超过2 0 分钟，保证十字型钢的温 度在9 8 0 1 0 0 0 之间，因为型钢温度超过1 0 0 0 1 0 2 0 后，晶粒急剧 长大，就会在金属组织中产生2 级以上的魏氏组织，低温冲击性能急剧下 降，影响制动梁架性能，整形后的制动梁架温度在8 0 0 8 5 0 之间，采 用风冷，冷却速度大于1 0 0 分钟，获得细小的铁素体、珠光体和少量的 贝氏体，加速组织转变，细化晶粒，保证性能”。 北豪交通大学工程硕士学位论文i ，b 型新型组合式制动梁的工艺探讨 3 4 5 十字型钢的切分 1 切分工装设计 见简图3 2 图3 2 制动粱架切分工装示意图 2 切分口位于十字型钢两翼边上方1 0 咖，翼边厚度为8 m m 且有5 0 斜度，为 了防止刀片剪切过程中挤压两翼边、划伤两翼边，刀片设计为上述形状、 尺寸，双向同时剪切，总剪切厚度为1 8 帅，单边剪切量9 l t i l ，左、右刀片刀 尖上、下高度差1 嘞，防止剪切时刀失碰撞。 3 剪切力的计算“7 剪切力f = k l bt k ：安全系数，一般取1 5 l ：剪切长度，1 3 6 0 i i 】i n b ：剪切宽度，b = 2 ( 3 + 6 5 ) = 1 9 t ：剪切应力，取t = o 5o 。= o 5 1 2 0 m p a = 6 0m p a ( o 。查表而得) 2 1 北京交通大学工程硕+ 学位论文 l - b 型新型组合式制动梁的工艺探讨 f = 1 5 半1 3 6 0 半1 9 术6 0 = 2 3 2 5 6 0 0 ( n ) = 2 3 7 3 0 6 k g 4 油压机吨位选择 根据工艺要求选定齿轮泵式双向进给油压机，正常工作油压2 5m p a ， 单向工作压力2 8 0 吨。 5 试制结果：切分效果良好，油压机吨位足够，工作压力为2 0 m p a 一超 2 2 m d a 。 北京交通大学工程硕士学位论文 l b 型新型组台式制动粱的t 岂探讨 第四章l b 型新型组合式制动梁梁架用钢( 十字 型钢) 的成份与冶炼 4 1l b 型新型组合式制动梁用钢试制技术标准“8 1 本试制技术协议适用于采用初炼炉治炼+ l f 炉精炼+ 连铸+ 热轧( 锻造) 生产的制造新型货车制动梁结构件用连铸坯和热轧坯及其制品的订货和验 收。 2 制造方法：钢由初炼炉治炼+ l f 炉精炼+ 连铸生产铸坯再经压力加工轧 制制成，钢坯至初轧坯变形比7 s 。 3 技术条件 g b t1 5 9 l 低合金结构钢技术条件 g b t1 7 5 0 5 钢及钢产品交货一般技术条件 g b t2 10 l 型钢验收、包装、标志及质量保证书的一般规定 4 钢号和钢的化学成分 钢号：q 4 6 0 一e 化学成分( 熔炼分析) 钢的化学成分应符合下表4 一l 规定 表4 1 钢的化学成分 元素 cs i m npscva ln b i 毫尹 o 0 1 5 ，o ，0 6 o 2 00 5 51 7 0o 0 2 0o 0 2 00 6 0 0 2 000 1 5 钢中残余元素含量应符合：c u o 3 0 ：n i o 3 0 ：m o 0 3 0 钢中残余元素含量应符合：c u o 3 0 ：n i o 3 0 ：m o 0 3 0 北京交通大学工程硕士学位论文 l - b 型新型组合式制动梁的工艺探讨 5 钢的化学成分及钢坯、钢材的化学成分允许偏差应符合g b t2 2 2 规定。 6 钢坯表面质量 钢坯表面不得有裂缝、折叠及影响使用的其它缺陷。 7 钢坯尺寸公差 ? 钢坯断面尺寸：1 6 0 唧2 4 5m 钢坯长度：根据订货合同规定执行。 8 钢坯经热加工变形后，经酸浸低倍检验，不得有肉眼可见的缩孔、夹杂、 白点、翻皮、气泡和裂纹。低倍检验其级别不得超过表4 2 之规定。 表4 2 低倍检验级别 一般疏松中心疏松 锭型偏析 3 级 3 级 3 级 9 力学性能 钢坯经压力加工，变形比为7 s 以上( 指连铸坯至轧坯或型材的变形 比) ，采用控制冷却或经热处理后的纵向力学性能应符合下表4 3 的规定。 表4 3型钢的力学性能 屈服强度os ( m p a ) 不小于冲击功 厚度( 直径，边长) 衄 延伸率a k v ，( 纵 65 ( ) 向) 1 6 1 6 3 5 3 5 5 0 5 0 一1 0 0 一4 0 4 6 04 4 04 2 04 0 01 72 7 北京交通大学工程硕士学位论文l b 型新型组台式制动梁的工艺探讨 4 2 制动梁用钢( q 4 6 0 e ) 化学元素特性及成份设计“。 4 2 1 钢中主要元素的作用和范围的确定 车辆组合式制动梁所选用的钢材参照g b t 1 5 9 卜1 9 9 4 标准中性能级别 最高级别的低合金高强度钢性能要求，即低碳、含m n 并添加c r 、v 、n b 、 a 1 等细化晶粒、强化组织的合金元素，以保证钢材的高屈服强度和低温冲 击韧性。车辆制动梁经常在恶劣气候条件下工作，故要求钢质纯净，有害 元素、夹杂物和气体含量低，以保证其优良的综合性能和使用寿命。 4 2 1 1 钢中c 元素的作用 c 是提高钢性能的主要元素，随c 含量增加，硬度、强度上升浮度大， 但韧性降低显著。为获得较好的强度和韧性良好的匹配，更好地发挥碳化 物强化、韧化基体的作用，c 含量选取在o 1 0 一0 2 0 之间。 4 2 1 2 钢中元素的作用 在低c 钢中，m n 对晶粒度有细化作用，因此，普通低合金钢均以m n 作为主要合金元素加入的。m n 含量在2 左右即可保证韧性，又不损失强度， 同时使钢的韧脆转折温度降低。但考虑到m n 含量在 2 时冲击韧性急剧降 低，m n 含量确定范围略低于2 。 北京交通大学工程硕士学位论文l - b 型新型组合式制动粱的工艺探讨 4 2 2 微合金化元素的作用 4 2 2 1a l 的作用 a l 是作为脱氧剂加入钢中的，脱氧效果显著，其含量应 o 0 2 0 a l 。 可溶a 1 常用作微合金化元素来与钢中的氮结合生成弥散细小的a i n 质点， 并可阻止奥氏体晶粒张大。在y a 转变过程中，a i n 形核作用，从而加速 奥氏体转变。其最主要作用是细化铁素体晶粒并得到抗时效性。 4 2 2 2n b 元素作用 n b 在钢中是从n b ( c 、n ) 的形式存在，在钢热变形和热处理过程中， n b ( c 、n ) 的溶解和析出对钢的强韧性能影响很大。n b 含量很低( o 0 3 左右) 时，由于其弥散细小分布改善钢的强韧性。低碳钢中，在热变形过 程中，可诱导析出n b 的c n 化物，并可得到很细尺寸的晶粒，极大地提高 了钢的强韧性。尤其在低温( 3 0 = 条件下，) 效果更加显著， 也大大增加了钢的变形抗力。n 。可显著提高奥氏体晶粒粗化温度，可组织 奥氏体晶粒长大，细小的奥氏体晶粒，可使铁素体组织细化使钢的韧性提 高。所以，n 。在低碳钢中的作用主要是：在奥氏体化温度下，固溶的n 。( c n ) 提高了奥氏体回复和再结晶的温度，未溶的n b ( c n ) 阻碍奥氏体晶粒长大， 最终细化铁素体罚晶粒，使强韧性提高，n b 也可在高温奥氏体中析出，阻 止奥氏体晶粒长大，最终细化铁素体晶粒，使强韧性提高，n b 也可在高温 奥氏体中析出，阻止奥氏体晶粒长大，使铁素体晶粒细化，提高钢的强韧 性。同时其也可在较低温度下析出，沉淀强化，使强度增加，韧性下降。 北京交通大学工程硕士学位论文l b 型新型组台式制动梁的工艺探讨 4 2 2 3s 元素含量问题 在钢中s 元素是急剧提高其韧脆转变温度的元素，在许多文章都有论 述。新钢种制成制动梁后部工序中有机加工过程，极低的s 含量不利于这 一过程。s 含量对低温冲击韧性的影响，在中、厚板材类似钢号( n b v 强 化钢) 的研究较多，板材对横、纵向低冲均提出要求，由于硫化物在热加 工过程中变形是沿加工方向变形，就有明显的各向异性，即横向的低冲均低 于纵向为保证横向低冲就要把s 降到很低( o 0 0 5 ) ，实际上纵向冲击值 已大大高于要求很多制动梁受力过程均为与纵向( 轧制方向) 垂直，所以s 含量控制在0 0 1 左右，即可保证低冲合格，又可改善机加工性能。 4 2 3 组合式新型货车制动梁用钢( q 4 6 0 e ) 的化学成 份控制、内部质量及性能 4 2 3 1 钢的成品化学成分统计结果见表4 5 表4 5 钢的2 0 炉成品化学成分分析统计结果 cs im npsc rvn b a e 最 o 1 10 2 41 3 0o 0 1 20 0 0 7o 3 0o 0 50 0 4 0o 0 1 8 范小 围最 o 1 8o 4 51 5 5 o 0 2 5o 0 2 0 0 6 00 1 6 o 0 6 0o 0 7 2 大 4 2 3 2 矩形坯部分酸浸低倍检验结果见表4 6 北京交通大学工程硕士学位论文l b 型新型组合式制动梁的工艺探讨 表4 6 矩形坯部分酸浸低倍评级结果 中心偏 中心疏皮下裂 中心裂 缩孔夹杂物 析松纹纹 平均值 o 1 7 81 1 2 50 5o 1 6 7o 5 最小值 01 oo