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LG1050 型中拉杆锻造新工艺研发

G1050 型中拉杆是铁路货车转向架制动装置中的关键部件之一，中拉杆两端与固定杠杆和游动杠杆相连接(图1)，起到传递制动力和缓解力的作用，LG1050 型中拉杆(图2)作为升级换代产品，可以和三孔中拉杆进行完美互换，无论是制造成本，还是加工成本远低于三孔中拉杆，重量更轻，结构更优化。

工艺制定

LG1050 型中拉杆为“两头大，中间细”的长杆类锻件，截面积分布差异大，两端头部的截面积是中间杆部截面积的4 倍，锻造毛坯重量为29.1kg，材质为20 钢，锻造毛坯总长度为1265mm。

当前工艺

目前，我公司采用1t 锤自由锻的方式进行LG1050 型中拉杆生产，由于中拉杆两端结构较复杂，锻造时需用扣头模、卡模1、卡模2、卡模3、φ47mm 摔子和φ45mm 摔子六套模具进行成形，两端头的锻造时间占中拉杆整体锻造时间的75%以上，单件锻造时间为5min 左右，生产效率低，劳动强度大。

改进工艺

根据中拉杆的结构特点，制定了模锻＋自由锻复合锻造工艺方案来代替自由锻造方案，采用6300t 热模锻压力机进行模锻，利用模锻将中拉杆两端头部锻造出来，模锻后，再采用自由锻造对中间部位进行摔杆拔长，拔长后的最终中拉杆毛坯如图3 所示。

锻造工艺流程：锯床下料→感应加热→模锻→切边→打磨→感应加热→自由锻拔杆→校直→检查、交出。

工艺设计

LG1050 型中拉杆中间杆部的尺寸为φ45+-21mm，为了提高自由锻摔杆的效率与质量，我们在模锻毛坯上设计了长度为20mm、直径为φ46mm 的近似最终杆部尺寸的过渡段，如图4 所示，两端头尺寸与最终成品尺寸一致。

LG1050 型中拉杆采用φ90mm 的20 钢进行下料，采用中频感应炉进行加热，中拉杆锻模如图5 所示，

中拉杆模锻时分三个工位进行，利用模锻前1 工位和2 工位将坯料进行拔长分料，1 工位预锻后旋转90°进行2 工位预锻，2 工位预锻后再翻转90°进行3 工位终锻。为了实现1、2 工位坯料定位、顶出以及工位间的翻转，我们在模具上设计了具有自顶出功能的顶出器，不依靠设备的顶出系统。

工艺模拟

采用Deform-3D 有限元模拟软件对改进方案的模锻过程进行模拟，模拟过程包括：搬运过程→1 工位预锻→2 工位预锻→终锻。

搬运过程

中拉杆坯料前两工位主要起到拔长分料的作用，坯料的温度对拔长的尺寸影响很大，为了得到更加精确的模拟结果，对中拉杆模锻全程进行温度模拟，首先对坯料出炉到放置在1 工位模具上这段搬运过程的热量变化进行模拟，这段过程的热损失主要是由于坯料与空气之间的热传递造成的，坯料出炉温度为1200℃，室温为20℃，与空气对流换热系数为0.02 N/s·mm·℃，搬运过程时间为35s。温度变化如图6 所示，坯料表面温度下降很快，由1200℃下降到1080℃，心部温度也有所下降。

1 工位预锻

继承搬运过程的模拟结果，进行1 工位预锻模拟，坯料网格划分数量为118996 个；采用热模锻压力机进行模拟，总行程为460mm，锻造行程为41mm，曲轴旋转速度为0.667rad/s，每步步进1mm，库伦摩擦系数设定为0.3；选用材质的AISI-1020 材料进行模拟，上下模具温度为150℃，坯料与模具热传导系数为11 N/s·mm·℃。

1 工位预锻的初始位置如图7 所示，坯料下料尺寸为φ90mm×630mm，经过1 工位预锻后，长度变为660mm，如图8 所示。

2 工位预锻

继承1 工位预锻的模拟结果，将坯料翻转90°进行2 工位预锻模拟，锻造行程为76mm，其他前处理参数不变。2 工位预锻的初始位置如图9 所示，经过2 工位预锻后，坯料长度变为720mm，如图10 所示，坯料各部尺寸符合设计要求，无折叠缺陷，变形较为理想。

终锻

继承2 工位预锻的模拟结果，将坯料翻转90°进行终锻模拟，锻造行程为86mm，其他前处理参数不变。终锻的初始位置，如图11 所示，经过终锻后，坯料各部充型完整，无锻造缺陷，如图12 所示。坯料终锻后的温度场分布，如图13 所示。坯料两端及中间的表面温度为1070℃左右，过渡区域由于截面较小，温度补偿差，温度降低到920℃左右，但仍符合终锻温度要求。由图14 可以看出，坯料终锻所需打击力为305t，6300t 热模锻压力机满足锻造要求。

工艺验证

在确定工艺方案及完成工艺设计和模拟后，我公司用该工艺方案进行了试制和批量生产，通过模锻得到中拉杆两端头部成形的模锻毛坯，然后再采用自由锻进行摔杆，最终得到成品，如图15 所示。

工艺优化

在中拉杆模锻过程中，发现部分中拉杆头部R5mm 圆角处存在缺肉问题，且多集中在下模圆角成形位置，如图16 所示。通过对中拉杆锻造过程进行分析，2 工位预锻后的坯料放置在终锻型腔内，坯料与型腔的接触位置仅为φ46mm 过渡位置，该位置是型腔的最高点，将整个毛坯垫起，使得坯料与头部型腔产生较大距离，在锻造过程中，金属还未来得及填充圆角就从模具桥部跑出，造成圆角处没有金属填充，形成缺肉。针对这一问题，在不影响后续自由锻工艺的前提下，我们对模具型腔进行了局部改动，将过渡段φ46mm 尺寸改为□48mm，将2 工位头部型腔深度尺寸由45mm 改为35mm，如图17 所示，减小终锻时坯料头部与型腔的距离，优化后，解决了中拉杆圆角缺肉问题，返修率由10%降低到1%。

结论

⑴采用模锻+自由锻的方式进行LG1050 型中拉杆生产，目前已经实现批量生产，相比于自由锻造，中拉杆生产效率提高了4 倍，改善了作业环境，降低了生产成本及操作人员的劳动强度。

⑵针对R5mm 圆角缺肉问题，对模具型腔进行了局部改动，将过渡段φ46mm 尺寸改为□48mm，将2 工位头部型腔深度尺寸由45mm 改为35mm，减小终锻时坯料头部与型腔的距离，解决了中拉杆圆角缺肉问题。

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