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分析铁路接触网锻造工艺及模具结构设计

发表时间：2021/6/15 来源：《基层建设》2021年第6期作者：刘诗亮张涛闫加宝尹旭方王泽

[导读] 摘要：随着国家经济的快速发展和进步，科技的广泛应用步，我国各行各业对发展有了新的追求，其中铁路接触网零部件制造工艺能够保证列车安全有序稳定地运行。

        中车齐齐哈尔车辆有限公司黑龙江齐齐哈尔 161002
        摘要：随着国家经济的快速发展和进步，科技的广泛应用步，我国各行各业对发展有了新的追求，其中铁路接触网零部件制造工艺能够保证列车安全有序稳定地运行。只有高度重视接触网零部件制造，才能推动铁路的稳健发展。
        关键词：铁路接触网；锻造工艺；模具结构设计
        引言
        高速铁路大规模建设，对接触网零部件的制造性能、生产质量、工艺设计、施工安装等提出了更高要求。腕臂系统是铁路接触网系统的重要组成部分，起到支持接触悬挂，将机械负荷传给支柱的作用，其性能可靠性直接影响高铁运行的安全性和可靠性。目前，我国接触网腕臂系统主要借鉴德国、日本等国的技术标准，接触网零部件的设计、制造、安装等方面的技术水平逐渐与国际同步，但高速铁路接触网系统的标准化还有待加强。大规模新建高速客运专线为接触网简统化、标准化提供了极佳的发展机遇。
        1铁路接触网零部件制造工艺的发展现状
        1.1国内发展现状
        我国铁路接触网零部件制造工艺的发展大致分为三个阶段：前苏联铁路接触网零部件的制造工艺理念和方法、采用了碳素铸钢代替可锻铸铁、接触网零部件的制造工艺引进高速客运专线的设计。第一阶段主要是接受了前苏联铁路接触网零部件的制造工艺的理念和方法。一般来说，接触网零部件的材质主要是可锻铸铁，常用的型号有KTH330-08和KTH350-10.在可铸铁生产的过程中容易出现造型、熔炼以及退火等问题会影响产品的质量。在整个生产的过程中，由于控制不够稳定，造成最终呈现的产品出现缺陷，其中最常见的问题是接触网金属部件以腐蚀，同时没有解决防腐蚀的问题。我国铁路接触网零部件的制造工艺的第二阶段就选取了碳素铸钢将可锻铸铁进行代替，保证产品外形、尺寸、规格不变的情况下，依照韧性和强度结合的原则，大多炫耀ZG270-500的铸造工艺。此时，我国的大多铁路都吸入了先进的铜合金以及铝合金作为零部件，进而促使接触网零部件进入有色金属的时代，改变了第一阶段单调的生产工艺，融合了铸、锻、焊相结合的场面。目前，我国的铁路接触网零部件有了新的突破，不再像第一、二阶段的模式。第三阶段开始有了大规模的新建高速客运专线，此时帮助了铁路接触网零部件的制造打开了新的思路。对于铁路接触网零部件的性能提出更高的要求，因此需要不断完善制造工艺，来满足社会发展的需要。
        1.2国外发展现状
        日本在上个世纪90年代，铁路接触网零部件广泛使用复链型悬挂。它主要采用的是钢质整体腕臂管微弯的技术，造成工艺复杂，容易出现硬点。法国在高速线上最先采用的是弹链悬挂，慢慢的转变为筒链悬挂。接触网零部件主要是铜合金为主，最终的产品尺寸的精度、强度以及防腐蚀的能力都较高。相对来说，德国广泛使用弹链，大致的速度有RE200、250、330，其装置铝合金采用挤制工艺，连接件使用铝合金金属模的热处理，采用此项工艺呈现的产品质量好、外观精美，同时防腐蚀的能力较强。
        2模具结构设计
        2.1压扁预锻模具结构设计
        对于预锻模具，其结构设计虽然与钢锻件相似，但因为铝合金锻造过程中的温度范围很窄，所以预锻并不会产生太大的变形，能防止粗晶的产生和避免折叠。在定位钩中，预锻模具作用在于粉料与预成型，并对分边槽进行设计。相较于普通的钢锻件，预锻模具飞边槽厚度略大，而且无须使所有位置都出飞边，待预锻完成后，实施冷切边即可。由于有二次加热的工序，所以能以实际情况为依据进行准确计算，然后，根据计算的结果对用料进行调整，某些部位不出飞边也能满足要求。终锻模具结构设计考虑到铝合金对温度十分敏感，而且锻造的温度区间也很狭窄，故终锻过程中应在切边以后再进行二次加热，借助网带形式的连续加热装置，其生产节拍可调整与控制，以不同的零件类型为依据进行调整。

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如前所述，在对铝合金进行锻造时，温度区间很窄，对温度控制提出了很高的要求，炉温的均匀性不能超过±6℃，在温控过程中，精度要达到±3℃。对终锻的模具结构进行设计时，应借助DEFORM实施模拟分析，然后，以模拟分析后得到的结果为依据，没有出飞边的位置由于工件储料相对较多，而且温度也很高，所以进行终锻时能使型腔达到饱满的状态，整个定位钩上的不同部位也有较好的充型。
        2.3模锻斜度设计与润滑特点
        相比之下，铝合金有更大的摩擦系数，但容易发生粘模的现象，所以铝合金的模段斜度要略大于钢锻件，此外，由于接触网各个零部件锻件通常情况下，外形不加工或实际加工量很少，所以一般而言，外模锻的斜度需控制在3°～7°范围内，而内模锻的斜度则需要控制在2°～3°范围内。润滑主要采用油基石墨HYKOGEENAL2931MBA脱模剂，这种脱模剂主要用于锻造难度相对较大的合金。采用涂抹与喷洒两种方法进行，但在使用前，需要利用石油进行适当的稀释处理，保证模具型腔达到润滑，在整个成型过程中，如果采用脱模剂进行润滑，则能有效减小实际的流动阻力，使充型达到饱满的状态，避免模具被严重磨损，达到良好的润滑效果。
        2.4飞边槽结构设计
        对于飞边槽而言，其主要功能在于提高金属流动时的阻力，使金属能够充满整个模腔。通过以上分析可知，铝合金具有很大的抗变形能力，自身流动性较差，对飞边槽结构进行设计时，应将桥部的实际厚度确定为2.5mm，而宽度则确定为12mm，同时，出口部位的圆角需要从钢模的R1更改成R2；针对成形难度较大的锻件，需在设计中将桥部的深度确定为4mm，宽度为3mm，以此形成一个阻尼槽，起到对局部金属流动进行有效控制的作用，保证金属能够充满整个模膛，防止多余的物料进入飞边处，此外，还能在保证生产的基础上，适当缩小一定坯料的体积，以节省更多的原材料。由于铝合金锻件的温度降低速度很快，在出模的过程中容易发生变形，所以为了顺利地取出锻件，在设计过程中，一般要将复杂面留在下模，同时，设计专门的取锻件槽。通过这样的处理，能减小取锻件过程中的变形，此外，对于比较复杂的零件，可借助顶出装置来脱模，以此有效加快生产效率。
        3铁路接触网零部件制造工艺的展望
        3.1工艺发展趋势
        在没有任何晶粒细化剂时也能够获得相应的细晶粒组织，打破了传统铸造中的粗大树枝晶的现状，提高其使用效果。追求成形的温度更低，例如：铝合金的温度可降低120℃，这样一来可以节省大量的能源。不断延长模具的使用寿命。当下我国的枝晶浆料的半固态浆料成形数量级较高，未来可以慢慢降低数量级，保证其充型平稳。尽量减少污染，将不安全的因素降低，以此来摆脱作业是的高温液态金属的环境。改变变形阻力，使之更小，拥有更小的力在特殊时候能够实现均匀均质的加工作业。加入计算机网络技术、人工智能技术，不断提高制造生产的智能化、自动化程度。
        3.2产品发展趋势
        把握铸件的高质量。由于晶粒细化、组织分布较为均匀、热裂倾向下降，才能消除缩松倾向，大大提高力学性能。尽量做到凝固收缩小，主要是产品成形候，尺寸精度高、外形美观。制造金属基复合材料。可以利用半固态金属的高粘度，进而促使密度差大河固溶度小制成相应的合金，同时也可以采用多种材料进行混合，在制作成心的复合材料。尝试更多更广的成形合金范围，例如：非铁合金有镁、铝、锌、锡、铜合金；铁基合金有不锈钢和低合金钢等等。
        结语
        综上所述，当前的铝合金锻造生产正处在初期的摸索阶段，无论是生产工艺还是生产效率，都需要进行不断的升级和改进。然而，由于我国的高速铁路事业蓬勃发展，对铝合金锻造件提出了迫切的需求，为铝合金锻造生产及发展带来了新契机。
        参考文献：
        [1]曹兵，邢西沙，迮继亮.高速铁路接触网检测技术的探讨及应用[J].科技视界，2020（04）：402-402.
        [2]刘志刚，宋洋，刘煜铖.电气化高速铁路接触网微风振动特性[J].西南交通大学学报，2019（01）：44-46.