自由鍛鍛件的工藝要求及應(yīng)變分析

自由鍛鍛件鍛前準(zhǔn)備包括原材料挑選、鑲塊、下料、加熱、變形力計(jì)算、設(shè)備挑選、模具設(shè)計(jì)等。自由鍛鍛件鍛造前應(yīng)挑選潤(rùn)滑方式和潤(rùn)滑劑。

自由鍛鍛件徑向截面上凸緣和踏板形成的輪廓線。車輪鍛件輪緣和踏面形狀的挑選不僅影響車輪鍛件在軌道上的磨損和壽命，而且直接影響設(shè)備的曲線通過性能和行駛質(zhì)量。輪緣避免輪鍛件脫軌，平穩(wěn)通過彎道和岔道。

胎面為圓錐形，位于滾圈附近的圓錐1:10上。通過曲線時(shí)，外輪在靠近連接邊的大直徑外軌上滾動(dòng)，內(nèi)輪在小直徑內(nèi)軌上滾動(dòng)。因此，一方面，輪鍛根據(jù)線路方向的變化起到導(dǎo)向作用；另一方面，如果內(nèi)輪的滾動(dòng)距離不同，內(nèi)軌和外軌長(zhǎng)度差的影響也可以得到補(bǔ)償。

當(dāng)自由鍛在直線上運(yùn)行時(shí)，如果車輪偏離了活套中心，由于兩個(gè)車輪的滾動(dòng)半徑差，輪對(duì)會(huì)向中心位置方向移動(dòng)。車輪外錐為1:5，增加了輪對(duì)兩個(gè)車輪的滾動(dòng)半徑差，便于通過小半徑曲線。減小踏板的錐度有助于抑制蛇的運(yùn)動(dòng)，但輪緣的磨損明顯加重，從而大大縮短了旋轉(zhuǎn)車輪的周期和車輪的壽命。這種方法只在一些高速旅客列車上使用。

軟鍛踏板的外觀在運(yùn)行前期磨損很快，之后逐漸穩(wěn)定，磨損減緩。修復(fù)后的形狀不可長(zhǎng)時(shí)間保持，金屬切削量大。因此，有些鐵路采用接近磨耗相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)的輪對(duì)踏面形狀，即凹形踏面。采用這種輪廓規(guī)格不僅可以減少車輪磨耗，延長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)修復(fù)周期，而且可以改善輪軌接觸狀態(tài)，從而下降接觸應(yīng)力。

鍛造材料是各種牌號(hào)的鋼、高溫合金、鋁、鎂、鈦、銅等有色金屬，應(yīng)用廣泛。一旦加工成各種尺寸的棒材和鋼，就有各種規(guī)格的鑄錠材料。除了大量適合我國(guó)資源的國(guó)產(chǎn)物資外，還有來自國(guó)外的物資。標(biāo)準(zhǔn)中已列出大部分鍛件，并對(duì)許多新材料進(jìn)行了研究、試驗(yàn)和推廣。眾所周知，鍛造產(chǎn)品的質(zhì)量往往與原材料的質(zhì)量密切相關(guān)。因此，鍛造廠的工人必須具備必要的材料常識(shí)，善于根據(jù)自由鍛鍛件的工藝要求挑選合適的材料。

自由鍛鍛件的成形是在外力的作用下進(jìn)行的，因此準(zhǔn)確計(jì)算變形力是設(shè)備選型和模具檢驗(yàn)的基礎(chǔ)。變形體內(nèi)的應(yīng)力和變形分析也是工藝優(yōu)化和控制鍛件組織和性能的必要條件。

變形分析有四種主要方法。主應(yīng)力法不嚴(yán)格，但簡(jiǎn)單直觀，可以計(jì)算出鍛件與工具界面處的總壓力和應(yīng)力分布。移線法對(duì)平面變形要求嚴(yán)格，對(duì)高變形零件的應(yīng)力分布分析直觀，但適用范圍較窄。上限法可以給出一個(gè)高估的載荷，上限可以預(yù)測(cè)鍛件在變形過程當(dāng)中的形狀變化。有限元法不僅可以提供外部載荷和鍛件形狀變化，還可以提供內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變分布。缺點(diǎn)是電腦數(shù)量多。特別是用彈塑性有限元法求解，計(jì)算機(jī)容量大，機(jī)時(shí)長(zhǎng)。最近傾向于用聯(lián)合的方法來分析問題。比如用上限法粗略計(jì)算，關(guān)鍵部位用有限元法計(jì)算。減少摩擦不僅可以節(jié)省能源，還可以延長(zhǎng)模具壽命。由于變形比較均勻，有助于改善鍛造產(chǎn)品的組織和性能，而減少摩擦的重要措施之一就是使用潤(rùn)滑。自由鍛鍛件的鍛造加工方法不同，由于工作溫度的不同，使用的潤(rùn)滑劑也不同。玻璃潤(rùn)滑劑多用于高溫合金和鈦合金鍛件。水石墨是一種廣泛使用的潤(rùn)滑劑。在冷端，由于高壓，鍛造前通常需要磷酸鹽或草酸鹽處理。