钩尾框

54'
4
0.05
E
3.2
D-D
M
R1 0
3.2 3.2
3°
148
R5
R50
R5
3°
5 45°
9°48' 14° 54'
0.05
A
3.2
R470
° 56 ' 30
R70
8° 18'
E-E
' 8°12
0 R2
0 R1
锻模设计
2200 5 1100 4 3 2 1 7 8 2350 1280
压力机中心
850
铸造钩尾框故障统计表
年份 2005 2004 总件数（件） 2340 1980 破损率（％） 53.4 24.5
随着列车使用的大幅度提速，铸造钩 尾框的强度和可靠性已不能满足要求。
数据来源：铁道车辆，2006（1）：18-24
钩尾框破损的位置
图a、d是钩尾框框身折断 ，图b是钩尾框上片折断 ， 图c是钩尾框弯角处产生裂纹和平板处损伤 。

加强型自动辊锻机
安装在辊锻机上的模具
第四道辊锻件
63000kN摩擦压力机
10000kN摩擦压力机
实际工艺流程




圆棒料经过750KW中频加热炉一次加热，出炉热 锻件出炉时温度1200℃左右； 热坯料送到￠1000㎜辊锻机进行四道次辊锻； 把热辊锻件送到63000kN摩擦压力机进行预锻和 终锻； 送料小车把终锻件送到10000kN摩擦压力机切边； 用送料小车把锻件送到油压机进行弯曲 用自制液压装置进行热校正； 最后进行焊接、机加工、热处理和抛丸等工序， 最终得到合格零件。
Torque(KNxM)
Top Die Bottom Die
从扭矩曲线图中可以看 出第二道辊锻模具受到最大 扭 矩 M=124KN· 允 许 最 大 m， 扭 矩 Mmax＝700KN· m，M=124 KN· <Mmax ＝700KN· m m，所以 辊锻机是安全的。
钩尾框第三道辊锻过程的数值模 拟分析
第四道次辊锻模扭矩分析
第四道次辊锻件变形量是最大的，所以对第四道 次辊锻模扭矩分析也是必要的。扭矩如下图所示：
700 600
Torque(KNxM)
500 400 300 200 100 0 0 0.5 Time(s) 1 1.5 Top Die Bottom Die
从扭矩曲线图中 可以看出模具所受 最大扭矩M=605KN· m， 允许最大扭矩Mmax＝ 700 KN· m，M=605 KN· <Mmax＝700KN· m m， 所以辊锻机是安全 的。
3）弯曲模拟结果分析
在现场生产过程中切边很少出现问题，所以没 有进行切边模拟。利用PROE进行三维造型，造型 切边后的锻件如下图所示，利用此三维图进行弯 曲模拟。
终锻件三维图
锻件弯曲成形图
弯曲压下力曲线
20000 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 0 0.2 0.4 0.6 Time(s) 0.8 1 1.2
锻造钩尾框产品的优点


疲劳强度高：锻造钩尾框产品比铸造钩尾框产 品提高80%。 疲劳寿命高：锻造钩尾框产品比铸造钩尾框产 品提高60倍。 质量保证期大大延长：锻造钩尾框产品25年， 铸造钩尾框产品8年，提高了2.13倍。
锻造钩尾框的两火锻造工艺


锻造钩尾框于2003年开始研制，2005年上半年研制成功 并生产出第一批锻造钩尾框。 南京中盛铁路配件有限公司首先投入生产：两火锻造。 两火锻造工艺流程：锯床下料→加热→自由锻制坯→二 次加热→31500kN以上摩擦压力机上锻造（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→表面处理→磁粉探伤→成品 两火锻造工艺问题：能耗大，材料利用率低，劳动条件 差，生产效率低，生产成本高，产品表面质量较差
140 120
100 80 60 40 20 0 0 0.2 0.4 Time(s) 0.6 0.8
Top Die Bottom Die
从扭矩曲线图中可以看 出第一道辊锻模具受到最大 扭 矩 M=123KN· 允 许 最 大 m， 扭 矩 Mmax＝700KN· m，M=123 KN· <Mmax ＝700KN· m m，所以 辊锻机是安全的。
Radial Load（KN）
7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0 0.5 Time(s) 1 1.5 Top Die Bottom Die
最大压力 约为 7000KN
第四道辊锻件应变场
第四道次辊 锻件的最大 应变为约 2.89
第四道辊锻件温度场
第四道次辊 锻件的最高 温 度 为 1210℃
参数化建模
第一道辊锻上、下模
参数化建模
第二道辊锻上、下模
参数化建模
第三道辊锻上、下模
参数化建模
第四道辊锻上、下模
第一道辊锻过程的数值模拟分析
第一道次主要起分料和拔长的作用，变形部位是两个平 板处。第一道次辊锻件下图所示：
第一道辊锻件变形部位截面
第一道次辊锻模扭矩分析
对第一道次辊锻模所受扭矩进行分析来验证1m辊锻机是 否满足要求。
预锻模具受力曲线图
终锻件成形图
终锻打击力曲线
140000 120000 100000
Load(KN)
80000 60000 40000 20000 0 0 0.05 0.1 Time(s) 0.15 0.2
最大打击力为 120000KN
终锻受力曲线图
终锻锻件温度场图
最高温度 约为1090℃ 终锻锻件温度场图
第三道次如同前两道次起分料和拔长的作用，变 形部位是两个平板处，但第三道次的成形对第四 道次成形起到至关重要的作用。
第三道辊锻件变形部位截面
由上图可以看出A处有局部变窄的现象，对此进 行简单分析如下：
A点
PBy PAx
PBx PB
B点
辊锻件在截面突变处受力模型
第三道次辊锻力分析
辊锻模Y方向受力曲线图
6
压 模 力 具 机 中 中 心 心
模拟技术方案流程图
模拟参数的设定
我们基于DEFORM-3D平台，采用上述工艺对整个辊锻过程进 行模拟。
参数设定如下：



变形体材料：45号钢 变形体单元数：80000单元 坯料加热温度：1200℃ 摩擦系数：μ ＝0.4 辊锻机转速：3.14 rad/s 模具材料：刚体 下料参数：φ 145×880mm
参数化建模
利用PROE强大的三维造型功能对锻模进行参数化建模。首先设计 预锻件和终锻件，分别如下图所示：
C
预锻件图
C向
终锻件图
预锻上模
预锻下模
终锻上模
终锻下模
3、模锻数值模拟过程分析
1）预锻模拟结果分析
预锻件成形图
预锻打击力曲线
350000 300000 250000
Load(KN)
200000 150000 100000 50000 0 0 0.2 0.4 0.6 Time(s) 0.8 1 1.2
精密辊锻模锻复合技术工艺方案
辊锻第一道
预锻
辊锻第二道
终锻
辊锻第三道
热切边
A-A
C-C
B-B
A
B
C
B
A
辊锻第四道
A
B
C
B
A
弯曲Βιβλιοθήκη 辊锻模设计步骤①根据钩尾框热锻件图绘制展直辊锻件图（第四 道辊锻件）。 ②钩尾框精密辊锻道次最佳效果为设计为四道次。 在第1、2道孔型中辊锻件不出飞边，第3、4道孔 型为成形辊锻，辊锻件可以出飞边。 ③根据各道次延伸系数，设计辊锻工序毛坯图。 绘制辊锻件图顺序为： 第4道锻件→第3道锻件→第2道锻件→第1道锻件。
18°30'
9°
34°
14°54'
° 56
' 30
R70
165
B
40
55
10
117 158.9
R50
13 .7
R4
R5 0
2
R470
1
R1 0
48'
8° 18 '
R4 .7 13
8° ' 12
R35 0
0 R35
0 R5
° 34
190
7° ' 48
R6
R5
19°30'
R30 R100
F
9°48'
14°
Load(KN)
最大压 力约为 1200KN
弯曲压下力曲线图
模拟动画
工艺试验
试验条件如下：
坯料材料:45钢 坯料参数:￠160㎜×810㎜ 模具材料:5CrNiMo 坯料加热温：1200℃ 主要试验设备: a) 750KW中频加热炉； b) ￠1000㎜辊锻机； c) 6300T摩擦压力机； d) 1000T摩擦压力机； e） 简易油压机
Torque(KNxM)
钩尾框第二道辊锻过程的数值模拟分析
第二道次如同第一道次起分料和拔长的作用，变形部 位是两个平板处。第二道次辊锻件下图所示：
第二道辊锻件变形部位截面
第二道次辊锻模扭矩分析
同样对第二道次辊锻模所受扭矩进行分析。
140 120 100 80 60 40 20 0 0 0.2 0.4 Time(s) 0.6 0.8
铁路货车钩尾框 精密辊锻模锻复合成形技术
简介
铁路货车重载提速→铁路道路方面主要是对原有道路