锻造钩舌工艺及模拟分析
·208·技术与应用经济与社会发展研究
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锻造钩舌工艺及模拟分析中车大连公司机械装备分公司　王建，张益瑞，胡晓飞
摘要：中国铁路是世界铁路运输总量最大的国家之一，随着工业不断发展，传统铸造钩舌无法满足我国铁路货物运输提速重载需要，本文在铸造钩舌的基础上结合锻造工艺的实际特点制定了锻造钩舌工艺。锻造钩舌是一种常用的铁路车辆车钩牵引部件。该产品截面变化大、形状复杂、成形困难，存在不容易锻造的薄筋。本文利用Deform-3D 软件对锻造钩舌制坯和模锻过程进行三维有限元模拟，揭示了锻造钩舌在模锻变形过程中金属的流动规律，验证锻造工艺的可行性，最终分析了钩舌成形过程中受力情况和缺陷情况。关键词：锻造钩舌；有限元分析；金属流动规律
如何报考本科自考一、前言钩舌是用来实现机车与车辆或车辆与车辆之间的连挂和传递牵引力及冲击力的关键部件。钩舌在运用中除了要承受随机的、交变的牵引力、压缩力和冲击力等作用外，还要承受弯矩的作用。特
别是在调车作业中，钩舌经常会受到很大的冲击力作用。因此，其使用条件非常恶劣，致使各部分时常产生裂纹、变形、
磨耗及三态作用不良等故障。为了适应我国铁路货物运输提速重载进一步的发展需要，提高铁路货车运输的安全稳定性，满足澳大利亚等发达国家市场的需要，传统铸造钩舌面临极大挑战。本文在铸造钩舌的基础上，结合锻造工艺的要求制定了锻造钩舌工艺。二、工艺制定（1）锻造工艺制定的路线如下。锻件分析，制定冷、热锻件图→按照经验公式，进行坯料形状体积的计算→终锻、预锻以及制坯工步的设计→飞边槽形状以及尺寸的设计→终锻、预锻工步。（2）设计锻造钩舌冷、热锻件图。根据零件图的尺寸以及理化检验要求，经查曲柄压力机模锻锻件余量和公差表格确定机械加工余量、公差，补上相应的余块，选择3°的模锻斜度，最后制定冷锻件图。由冷锻件图尺寸乘上相应热膨胀系数1.5％，制定热锻件。（3）毛边形状以及尺寸的计算热模锻压力机上模锻时，上下锻模不直接接触，没有承击面。在滑块行程下死点时，上下模分模面之间有间隙。对于终端模膛来说，这个间隙是飞边模膛桥部的厚度。这个厚度对于模锻件的成形充满模膛和模锻力有决定性影响。（4）终锻工步设计。终锻工步设计：由热锻件尺寸加上相应飞边槽尺寸就是终锻件尺寸。（5）预锻工步设计。①为使预锻件能够顺利放入终锻模膛，预锻件外形轮廓尺寸比终锻件小10mm，在S 面与小端面过渡处，预锻件圆角要比终锻件小，防止产生裂纹。②预锻件S 面高度、小端面厚度要比相应终锻件厚50mm，前者主要是靠成型镦粗，后者是压挤成型。（6）制坯工步设计计算。①由钩舌外形特点分析，
大端面与小端面呈现垂直T 形分布，由此制定工艺前两步：大端拍扁(压挤)→(转90°)小端拔长。②分析预锻型槽可知，如果
直接将小端拔长后的坯料放入预锻型槽，必
然导致坯料大端下沉，保证不了预锻件尺寸。
为了准确定位，因而设计另外制坯工步，错移。
终上所述制坯工步为：大端拍扁(压
挤)→(转90°)小端拔长→(转90°)错移。
终上所述，锻造钩舌工艺制定如下：大端拍扁(压挤)→(转90°)小端拔长
→(转90°)错移→预锻→终锻
三、有限元模拟分析
以上主要介绍了一套完整的锻造钩舌工
艺方案的制定过程。下面将选取一定尺寸的坯
料，利用DEFORM-3D 模拟成形过程，分析工
艺可行性以及相应金属流动情况。
（1）材料选择。坯料选用200×200×210
方形坯料。
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（2）材料模型。材料模型选用DEFORM
支付宝蚂蚁森林材料库中的8620(对应国标为20GrNiMo)。
（3）热边界条件。①始锻温度为出炉温
度，温度设定为1200℃-1250℃，考虑到出
带风的古诗炉后到高压水除磷后温度降50-100℃，模拟
设定始锻温度为1150℃。②模具温度：模具
预热温度为200℃。③环境温度：20℃。④对
流换热系数0.02 N/s·mm·℃，热传导系数11
N/s·mm·℃。
（4）摩擦条件。选用剪切摩擦条件，摩
擦系数设定为0.3。
（5）模拟结果如图1。由模拟结果可知：
大端拍扁最大成形力1180吨，小端拍扁最大
成形力708吨，错移最大成形力816吨，预
锻成形最大成形力1880吨，终锻成形最大成
形力4660吨。
四、结论
本文首先制定锻造钩舌锻造工艺，然后
通过有限元分析软件DEFORM-3D 对成形工
艺五个工步成形力进行了有限元分析，得出了
以下结论：①通过对锻造钩舌进行了数值模
拟，可以知道该工艺是具体可行的。②制坯模
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锻容易产生折叠缺陷，该缺陷的产生是由于自
由锻制坯件头部和尾部截面变化较大，在制坯
工步过程中由于坯料来不及向两侧扩散，因此
在过渡处容易产生折叠缺陷。③终锻锻件成
形时飞边已越过飞边槽仓部，造成材料浪费并
增加了锻造力。造成的原因可能是制坯锻件坯
料局部分配不合理。参考文献[1]刘敬刚.重载货车钩舌的疲劳特性研究[M].大连交通大学出版社,2010.[2]中国机械工程学会锻压学会编.锻压手册(第一卷)[M ].机械工业出版社,1996,776-843.[3]姚泽坤.锻造工艺及模具设计[M].西北工
业大学出版社,2007,179-194.
a)大端拍扁                      b)小端拔长
c)错移                        d)预锻e)终锻图1　工步模拟分析

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