动车组2A14大型铝合金轴箱体锻造工艺设计及优化

发布时间：2020-10-20 05:51

　　 轴箱体作为套在动车轴颈上连接轮对和转向架之间的关键连接件,对力学性能及载荷要求较高,因此对零件整体质量要求较为严格。为减轻动车结构件重量,轴箱体开始采用铝合金材料。由于锻件较相同材料铸件综合力学性能更好,由铝合金锻件代替原有铸件。轴箱体具有局部凸台、支脚和筋等多变平面结构,属于大型复杂锻件,因此准确合理地进行预制坯设计是确保复杂锻件成形质量以及锻造工艺合理性的关键。经自由锻得到的坯料形状尺寸不精确、质量不稳定,所得锻件易出现裂纹、折叠等缺陷,锻件质量难以保证。本文根据轴箱体的结构特点以及铝合金锻造特性,研究并设计出模锻工艺,通过数值模拟技术及优化方法对该工艺进行改进,得到合理有效的铝合金轴箱体模锻工艺,主要的研究内容如下:(1)通过分析铝合金轴箱体零件的结构特点与锻造成形性,设计出含飞边的轴箱体锻件,经自由锻制坯后,结合所得锻件质量问题分析后得到结论:自由锻制坯工艺不仅生产效率低,而且所得锻件质量不稳定。通过分析大型铝合金轴箱体复杂锻件的结构特点,设计了符合其特点的大型模锻成形工艺,其中包括预制坯成形工步(第一道预制坯、第二道预制坯)和终锻成形工步,并分析了预制坯成形工步对终锻工步的影响。(2)根据所设计铝合金轴箱体模锻成形工艺,结合有限元仿真分析软件Deform对预锻、终锻成形工艺进行模拟分析,主要分析了应力应变分布、锻件内部金属流动、温度场分布、模具磨损及行程-载荷曲线等。根据有限元模拟仿真所得结果,锻件金属流动均匀、充填完整且无明显折叠现象出现,初步证明此模锻工艺可行。(3)针对有限元模拟终锻成形后出现锻件飞边不均匀、模具磨损等问题,建立了多目标正交试验,选取锻件最大等效应力和模具磨损作为考察指标,并建立综合评分Y_i~*。通过有限元软件进行模拟试验,根据试验结果分析得到最优工艺参数组合为:坯料温度470℃,整形角度40o,模具温度400℃,摩擦系数0.2,压机速度5mm·s~(-1)。(4)在某大型模锻制造厂对最优锻造工艺进行实际生产验证,结果表明,采用此模锻工艺和最优工艺参数生产的铝合金轴箱体锻件一定程度上实现了锻件变形均匀、锻件边角无裂纹且无明显表面缺陷,锻件质量符合客户要求。本文通过设计大型复杂锻件的模锻工艺,并将有限元模拟技术和优化方法应用于整个模锻成形工艺,有效地提高了锻件质量,同时降低了生产成本。对于同类铝合金大型复杂锻件的模锻工艺提供了理论指导。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG316
【部分图文】：

的研究都值得学习，同时也表件的锻造工艺上研究相对较少是锻件质量和生产成功的关键锻造工艺进步的脚步。艺发展轴颈上连接轮对和转向架的部着作用力[25],其中轴箱体产品轴箱体作为动车组上的关键连作用力[26-29]，对力学性能及载

图 1.2 轴箱体工作环境示意图ig.1.2 Working environment of axle box bo体生产常常选用铸钢件，主要是由步与发展，铸钢重量过大的缺点慢环境，轴箱体与所连接的弹簧之间重，尤其体现在动车高速行驶时[30替原有的铸钢材料。铝合金优良的极为有效减轻簧下重量[31]。且经实仅仅减轻了簧下质量，而且降低了小了相互之间的磨损，增加了轴承形工艺方法

图 2.1 轴箱体零件图Fig.2.1 Parts diagram of axle box body由图2.1可以看出，铝合金轴箱体几何形状复杂沿长度方向其截面变化较大，零件整体呈现出不规则形状，零件整体前后对称，存在较多难以成形部位，如零件尾部支脚Ⅰ处以及零件上部大圆台顶端Ⅱ处，由于截面尺寸相差较大，易出现充填不完整等缺陷。根据选取分型面标准，考虑选取零件对称面，即最大截面作为分型面。零件头部及端部存在中心通孔，通孔壁厚很薄，仅有 25~35mm，难以锻出，设计锻件时需对薄壁加厚至 50mm
【参考文献】

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1 李岩;赵业青;陈修梵;李士顺;王磊;;铝合金锻件的国内外生产简述[J];有色金属加工;2015年05期

2 马泽云;;锻造铝轮毂闭式模锻成形工艺研究[J];锻压技术;2015年08期

3 娄松涛;李加彦;;基于计算机仿真技术的大型铝合金锻件的成形均匀性分析[J];热加工工艺;2015年15期

4 周杰;齐文涛;陶亚平;曹金豆;;转向节闭式挤锻工艺多目标优化设计[J];北京工业大学学报;2015年07期

5 田峰;贾琛;;大型锻件的锻造工艺研究进展[J];热加工工艺;2015年05期

6 李光喜;吴玉忠;郭扬;;压方圆角对长轴类大锻件质量影响研究[J];重型机械;2015年01期

7 盛辉;李明;贺竹林;李亚波;孙国成;;高速动车组铝合金轴箱体[J];铁道车辆;2014年11期

8 叶升平;陈康华;陈送义;;铝合金轮毂等温锻造成形中不均匀润滑的数值模拟和实验分析[J];锻压技术;2014年02期

9 郭会光;;国内外大锻件制造的发展与对比[J];金属加工(热加工);2014年01期

10 侯磊;游和清;;铝合金轴箱体锻造成型数值模拟和试验研究[J];机车车辆工艺;2013年06期

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2 叶升平;2A14铝合金轮毂等温锻造研究[D];中南大学;2014年

3 张振朝;圆坯大锻件拔长过程中端面缩口缺陷的研究[D];燕山大学;2012年

4 陈春;超高强度钢起落架锻造成形工艺研究[D];中南大学;2012年

5 江冰;动车组转向架关键零部件参数化设计研究与应用[D];北京交通大学;2009年

6 曾志朋;DEFORM软件的二次开发与大型锻件锻造工艺优化[D];机械科学研究院;2002年

本文编号：2848309