HXD3D机车定密封圈锻造工艺改进

模具工业2015年第41卷第12期47HXD3D机车定密封圈锻造工艺改进王盛鑫，王大勇1大连交通大学轨道交通关键材料省重点实验室，辽宁大连116028；2大连机车车辆有限公司工艺技术部，辽宁大连116022摘要介绍铝合金4A11毛坯采用锻造工艺生产，其锻造工艺与锻钢相比，在加热规范、金属流动性等方面有很大的不同，通过工艺试验，制定合理的工艺参数，设计专用模具，确定锻造设备，解决了毛坯在锻造生产中出现的质量问题，提高了锻造零件的质量，节约了生产成本。关键词铝合金；锻造；定密封圈；金属流动中图分类号TG24文献标识码B文章编号10012168201512004703PROCESSIMPROVEMENTOFFORGINGASEALINGRINGONHXD3DLOCOMOTIVEWANGSHENGXIN。WANGDAYONG1LIAONINGKEYMATERIALLABORATORYFORRAILWAY，DALIANJIAOTONGUNIVERSITY，DALIAN，LIAONING116028，CHINA；2DALIANLOCOMOTIVEANDROLLINGSTOCKCO，LTD，DALIAN，LIAONING116022，CHINAABSTRACTCOMPAREDWITHFORGINGSTEEL，THEFORGINGPROCESSOFAIALLOYBLANK4ALLWASDIFFERENTINHEATINGSPECIFICATIONANDMETALFLOWTHROUGHTHEPRACTICES，THEREASONABLEPROCESSPARAMETERSWEREESTABLISHED，THEMOULDANDFORGINGEQUIPMENTWEREDETERMINED，WHICHSOLVEDTHEQUITYQUESTIONOFPARTSINFORGINGPROCESSKEYWORDSA1ALLOY；FORGING；SEALINGRING；METALFLOWL引言HXD3D机车定密封圈材料采用QT40018铸铁，其作为齿轮箱的组成部分，作用是防尘密封，减少齿轮轴非正常磨损，确保齿轮箱的安全可靠。铸铁定密封圈在首台机车的运用中，出现质量问题，为保证部件的安全稳定，将定密封圈的材料由铸铁改为铝合金4A11。2铝合金锻造特点铝合金变形温度区间窄，对变形温度和锻造速度敏感，摩擦因数大、流动性差，充满型腔困难，锻件易粘结在模具上；对裂纹敏感，裂纹若不及时清理，会迅速扩大N，锻件的生产有一定难度。铝合金锻造需要严格控制加热温度和锻造过程中的温度变化，通常选择具备较高温度控制精度的加热设备和工作速度低的锻造设备。收稿日期20150825。作者简介王盛鑫1983一，男汉族，山东胶县人，工程师，主要从事锻压工艺设计工作。3工艺试验铝合金锻造受企业车间生产能力限制，工艺试验时，首先采用锻锤镦粗、滚圆、修整的自由锻工艺，但工艺存在以下问题。1对操作人员的技能要求较高，司锤工必须了解铝合金锻造特性，遵循先轻后重的锻打原则操作，掌钳员要全程近距离接近锻件，随着锻锤的上下运动不断旋转毛坯，使毛坯各个方向受力均匀，操作难度较大。2自由锻锤冲击力大，铝合金形变速度快，容易在锻件表面产生折叠、起皮、结晶组织不均等缺陷。产生的变形热量容易引起锻件的温度升高，造成塑性降低。铝合金在高温状态下，表面的颜色不会和锻钢一样产生明显的变化，靠目测是无法及时发现温度是否超出允许的范围，会出现脆性区、锻件的晶粒组织不均匀或开裂等质量问题。3原材料浪费严重，零件净重约36KG，工艺改进前，毛坯质量达到了37KG，机加工量大，破坏了锻件的纤维流向，影响零件的性能。48模具工业2015年第4L卷第12期4工艺改进考虑模锻具有生产效率高、锻件尺寸稳定、材料利用率高的特点，将自由锻工艺改为液压机上模锻成型，形变速度合适，毛坯在锻模型槽中塑性流动成型，锻件质量显著提高。41设备选择火焰加热炉容易造成毛坯局部过热的缺陷，不予考虑。选择锻造加热设备时，对温度的均匀性控制在10，要求配备有强制空气循环装置，以增强热量的流动性，最终选择台车式铝棒均匀化炉。铝合金对变形速度敏感，变形速度越快，加工硬化越严重，变形抗力也越大，使可锻性降低；同时在较大的变形速度下，由于热效应，合金的温度反而会升高，容易产生过热或过烧，为此选择液压机作为零件的锻造设备。由经验公式PZMFI，计算得出液压机的模锻力约为735579KN，考虑现场设备情况，确定80000KN液压机作为锻造设备。锻模材料采用5CRNIMO，铝合金热导率高，为防止热量过快散失，需要把模具预热至一定的温度，配置专用台车式电加热炉作为模具的预热设备，预热温度280。配备接触式温度仪，对毛坯温度实时监控。42锻件图及锻模设计设计锻件图时，考虑零件最大外径为44MM，高39MM，锻件厚度小，成型困难，高度方向应适量增加加工余量；为降低设备打击力，提高锻模的使用寿命，留有9MM的连皮；为便于毛坯材料的流动以及脱模的需要，在锻模的凸凹处设计合适的圆角以及拔模斜度，但内圆角过大或者拔模斜度过大会增加原材料，试制时，内圆角为R15MM，外圆角为R8MM，拔模斜度为3。如果采用开式模锻，模膛周边需开飞边槽，终锻后需要切除飞边；采用闭式模锻，下设顶料杆，没有横向飞边，可以省去制作切边凸凹模的时间及费用，且锻件表面质量好，故采用闭式模锻工艺。需要注意的是铝合金锻造冷却速度快，热锻件可不考虑收缩率。锻件图如图1所示，模具装配图如图2所示。43锻造工艺根据锻件的公称尺寸，工艺改进后锻件质量24KG，铝合金加热时，表面会产生氧化膜，烧损较少，加下图1锻件图图2模具装配图上连皮的质量以及可能存在的欠压量上下模具未完全闭合，下料质量为275，为避免棒料在镦粗过程中发生弯曲，高径比必须控制在不大于25。下料规格20MM，锻造温度380470，首次加热保温6H，一次预锻至70MM，如果有折叠等缺陷，立即打磨清理，然后回炉重新保温2H，出炉二次预锻，预留6MM欠压量。用接触式测温笔测量毛坯温度，在锻造温度区间内，立即进行终锻，否则重新保温2H后终锻。在50000KN液压机上冲连皮，待锻件冷却后，进行蚀洗及修伤工序。5结果比较锻模制作完毕后，经过上艺试验和生产验证，锻件质量有了明显的提高，通过着色探伤后发现，在一部分锻件的内侧壁上存在缺陷，如图3所示。经分析应该是金属流动性不合理形成的折叠缺陷，通过适当加大拔模斜度以及内圆角，改进上模顶端设计，在顶端加一定