链蹄环的弯曲工艺分析 - 链蹄环的弯曲工艺分析

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链蹄环的弯曲工艺分析

在货车配件生产中，Q/CR127(原TB/T895) 链蹄环是现行货车制动装置中极其常用的一类锻件，该件为热弯曲成形锻件，材质为Q235A，具体各部尺寸及公差如图1 所示。我公司为提升其相关性能及强度，另设计图号为QCH104-82-02-001 链蹄环，材质调整为20MnV，尺寸同Q/CR127 链蹄环。为方便生产、储存，现阶段全部采用20MnV 材质进行生产。

关键尺寸及问题所在

该锻件最关键尺寸为弯曲后内档尺寸B±1，该部位尺寸在弯曲后较难控制在公差范围内，其超差的同时会导致外部尺寸A±1 超差，杆部及两侧厚度尺寸，随着模具磨损线性增加也可能造成尺寸A±1 超差。其余各部位尺寸及公差由锻模控制，均能得到较好保证。

现阶段国铁货车常用链蹄环规格分别为16mm ×20mm×55mm( 后面简称“55 链环”) 与16mm × 28mm×90mm(后面简称“90 链环”)两种。两者在锻造弯曲后均会由于冷却与残余应力原因产生回弹和变形，而这种变形则直接导致了尺寸B 的变化、超差。相较而言，55 链环在弯曲角度相同的情况下由于弯曲半径小，力矩短，冷却后更易造成较大回弹，形成超差，因此我们主要针对55 链环进行分析与改进。

原因分析及相关试验

控制尺寸的关键

55 链环冲孔、弯曲前如图2 所示，弯曲变形过程即为中间部位的圆杆弯曲如图3 所示，弯曲后出现变形、回弹，其中最关键的即是回弹值的确认。现阶段国内外关于回弹的研究仍在继续，由于回弹涉及因素多，较为复杂，因此还没有一个精确的计算公式，对于回弹的控制更多的是通过模具来进行修正。

影响回弹的因素

根据目前研究已知，影响回弹的因素很多，主要有：⑴材料的机械性能；⑵变形程度；⑶弯曲中心角；⑷弯曲方式；⑸锻件形状及材料组织状态；⑹弯曲期间温度等。

试验确认

根据上述要点，结合生产实际情况可知，要点⑵ ⑶ ⑷已经固定，现在需要对锻件的材料、温度进行固定。

基于减少在制库存、简化原料采购管理，同时保证弯曲尺寸的原因，我们向技术中心提出并通过了以优代劣将两种链蹄环材质统一为20MnV 的方案，即统一材料性能、组织状态，并以此为契机，通过固定锻造温度、生产节拍等诸多起始条件，使得弯曲期间温度控制在一个极小的范围内。

现在，影响回弹的诸多因素已基本固定，可通过改变弯曲冲头的尺寸进行回弹量测试性试验，即固定诸多变量，以测试唯一剩余变量的经验数值，具体尺寸见表1(采用新模具试制)。

通过上述试验，试制出55 链环补偿回弹量经验数值取2.5mm 为宜。在此基础上调整弯曲冲头厚度至18mm 较为合适(图4)，则链蹄环在冷却回弹后尺寸B 可回弹至20 ～21mm 之间，处于我们希望其达到的上差范围内。

其余的问题

55 链环另一外部尺寸C：52mm 为间接关键尺寸，该部位尺寸如无法保证则会间接导致尺寸A、B 超差。

在55 链环弯曲过程中采用较为灵活的滚轮弯曲装置(图5)，该装置中通过调整滚轮大小即可控制两滚轮间距。间接可控制尺寸C 至52mm。根据GB/T 12362-2016《钢质模锻件公差及机械加工余量》可查，55 链环杆部尺寸公差为，则C 累计上差尺寸最大可能达到54.6mm。这个上差主要是锻造模具在生产过程中，由于磨损或软化后受横向力持续胀大等不可抗因素造成的。为避免上述问题的产生，可以通过频繁换模解决，但显然这对产品成本的影响过大，因此不是最佳方案。

老式弯曲工装单纯的将滚轮间距定至54.5mm，即尺寸C 的上差状态，这往往会造成锻造前中期尺寸A、B 过大，甚至由于锻件与弯曲工装接触不严密可能造成内档形状不规则等问题如图6 所示。

局部调整及改进方案

目前回弹因素已基本掌握，但是涉及模具线性增长的磨损问题有待进一步解决，以避免尺寸A、B 及形状的不可控。

综合上述原因，我们通过对新工装使用至修整的整个过程进行了测量，杆部尺寸d 处于由15.8mm至16.6mm 渐变的过程如图7 所示。尺寸B 由冲头控制为18mm，而尺寸C 应为51.6 ～53.2mm。为避免弯曲过程中锻件卡死，且保证锻件与弯曲工装呈较为贴合的状态，锻件与滚轮应留间隙单边约0.2mm，已知滚轮中心距为100mm，可知，滚轮最大间距应控制在46.4 ～48mm 之间，这相比老式工装不考虑实际渐变情况而采用的固定尺寸，显然更为实际、合理。由于换装滚轮极为便捷，所以为了便于在各个尺寸段更好的控制外部尺寸C，我们通过准备3 种不同尺寸滚轮：48mm/47.2mm/46.4mm( 滚轮最小直径) 配合测量的经验数据，分别在生产0 件/4000 件/6000 件的情况下，进行依次替换，实现了杆部尺寸变化过程中仍然能够很好的将尺寸B 在热锻件状态下保持在18mm 左右。

在后续实际生产中通过采用以上的方法，滚轮、链蹄环、冲头三方得以始终保持较为紧密的接触状态，避免了产品在弯曲工装中因松动造成的尺寸不可控和迈步等问题，也避免了过紧造成弯曲过程的卡阻，产品质量得以有效控制，改进后产品如图8 所示。

结束语

通过固定参数试验补偿回弹量，换装滚轮适应工装微量磨损，链蹄环的各部尺寸得到了极好的保障，特别是改进前容易超差的尺寸B。经多次验证，在新工装前4000 件，尺寸B 可很好的控制在20 ～20.4mm 之间，即使在锻造后期，尺寸也不会出现超差现象。但是需要注意的是，在生产过程中需要更好的关注生产节拍，即控制锻件在弯曲时的温度可以很好的处于一个较小的范围之内，这无疑是对设备、工装保证及操作者技能水平的一个检验。

该方法也可延伸至类似弯曲锻件生产中，可以通过灵活的换装保证弯曲后的尺寸能够控制在一个较小范围内。

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