本發(fā)明涉及一種高速列車制動(dòng)盤的精密成形工藝，屬于鍛造成形技術(shù)方法領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

鍛造成形的制動(dòng)盤與鑄造所得的制動(dòng)盤相比，常溫和高溫機(jī)械性能好，韌性好，抗熱裂性能高，耐磨性和耐熱疲勞性能也都很好。由于其質(zhì)量要求極高，制造難度較大。目前應(yīng)用在中國(guó)高鐵動(dòng)車組上的鍛鋼制動(dòng)盤仍是以國(guó)外進(jìn)口為主。隨著我國(guó)高速列車的迅猛發(fā)展，知識(shí)產(chǎn)權(quán)的自主化需求也越來(lái)越迫切。因此高速列車制動(dòng)盤的制造成形技術(shù)是進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化、自主創(chuàng)新的重點(diǎn)。

帶散熱筋的鋼質(zhì)制動(dòng)盤其散熱筋部位由于高度較高，寬度較窄，在模鍛成形時(shí)此部位的成形尤其困難。由于盤面尺寸較大，所需設(shè)備噸位要求較高。同時(shí)，為了保證散熱筋的充填完整，對(duì)鍛造力的需求還會(huì)進(jìn)一步提高。如何采用合理的成形手段、合適的成形工藝、經(jīng)濟(jì)的成形設(shè)備和模具保證其成形是目前我國(guó)制動(dòng)盤企業(yè)面臨的主要問(wèn)題，這一狀況嚴(yán)重地阻礙了高速列車鋼質(zhì)制動(dòng)盤的研發(fā)應(yīng)用。

國(guó)內(nèi)目前大部分企業(yè)的鍛造生產(chǎn)設(shè)備噸位較低，而高速列車制動(dòng)盤的常規(guī)模鍛成形需要約4萬(wàn)噸的壓力機(jī)，因此現(xiàn)有設(shè)備難以保證高鐵制動(dòng)盤的模鍛成形。為此，如何在現(xiàn)有設(shè)備條件下，設(shè)計(jì)一個(gè)合理的成形工藝保障制動(dòng)盤鍛件的質(zhì)量和精度就成為亟需解決的技術(shù)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有高速列車制動(dòng)盤成形難題，提出了一種高速列車制動(dòng)盤的精密成形工藝，其解決了鋼制鍛造制動(dòng)盤設(shè)備需求高、散熱筋充填不完整和產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等難題，實(shí)現(xiàn)了高速列車制動(dòng)盤的精密成形。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來(lái)獲得高質(zhì)量、高精度的鍛件。具體成形方案包括如下步驟：

本發(fā)明是一種高速列車制動(dòng)盤的精密成形工藝，所述工藝包括如下步驟：

（1）下料：根據(jù)高速列車制動(dòng)盤型號(hào)，通過(guò)鋸床下料獲得所需坯料；

（2）加熱：采用感應(yīng)加熱至1200±20℃；

（3）鐓粗：采用摩擦壓力機(jī)或液壓機(jī)將加熱后的坯料鐓粗成圓餅形；

（4）沖孔：在壓力機(jī)上用沖頭將圓餅形坯料沖出中心孔；

（5）擴(kuò)孔：在擴(kuò)孔機(jī)上將帶孔的圓餅形坯料擴(kuò)大成所需尺寸的環(huán)形坯料；

（6）梯度加熱：根據(jù)坯料的高度和工藝需求，將環(huán)形坯料從上向下分為多個(gè)層，每一層采用不同的感應(yīng)加熱工藝參數(shù)，最上層溫度較低，最下層溫度最高1180±20℃，由上至下形成溫度梯度；

（7）開(kāi)式閉式復(fù)合模鍛成形：將加熱后的環(huán)形坯料放入凹模中，上模下壓，完成制動(dòng)盤主體的開(kāi)式模鍛成形。保持壓力，下沖頭向上運(yùn)動(dòng)，完成制動(dòng)盤散熱筋部位的閉式模鍛成形；

（8）切邊：在壓力機(jī)上將環(huán)形鍛件內(nèi)孔飛邊和外圓飛邊切除得到制動(dòng)盤鍛件；

（9）修毛刺：用砂輪對(duì)散熱筋部位閉式模鍛時(shí)從下沖頭和凹模間擠出的多余金屬進(jìn)行切除打磨，以提高鍛件的表面質(zhì)量。

（10）熱處理：根據(jù)梯度加熱工藝的變化，采用相應(yīng)的淬火、回火工藝對(duì)制動(dòng)盤鍛件進(jìn)行熱處理；

（11）機(jī)械加工：采用數(shù)控加工設(shè)備將熱處理后的制動(dòng)盤加工至所需尺寸。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述步驟（6）中的梯度加熱工藝中，根據(jù)高速列車制動(dòng)盤的厚度，由上至下劃分為一定數(shù)目的層次。由上向下，各層次加熱溫度逐漸提高，最上層溫度不低于860±20℃，最下層加熱溫度最高為1180±20℃。

所述步驟（7）開(kāi)式閉式復(fù)合模鍛成形的過(guò)程如下：將環(huán)形坯料放置于下模上，所述下模按照制動(dòng)盤熱鍛件散熱筋面的形狀設(shè)計(jì)，散熱筋最底面處設(shè)計(jì)為通孔，按照這些通孔部位散熱筋的截面形狀設(shè)計(jì)下沖頭，將多個(gè)沖頭組合成下沖頭組。成形時(shí)，所述上模下行，在所述下模的聯(lián)合作用下對(duì)制動(dòng)盤主體部分開(kāi)式模鍛成形，完成制動(dòng)盤的主體成形，多余金屬產(chǎn)生飛邊，同時(shí)金屬不受限制地進(jìn)入下模散熱筋通孔處。保持上模行程或壓力不變，所述下沖頭上行，對(duì)散熱筋通孔內(nèi)的金屬進(jìn)行鐓擠閉式模鍛成形，獲得所需散熱筋的形狀和高度，多余金屬流入所述下模的散熱筋通孔和所述下沖頭的間隙中形成毛刺。

在所述步驟（7）開(kāi)式閉式復(fù)合模鍛成形時(shí)，如果流入所述下模散熱筋通孔內(nèi)金屬過(guò)多，閉式模鍛后散熱筋處會(huì)形成較多毛刺，可通過(guò)提高所述步驟（6）中環(huán)形坯料上層的加熱溫度或者最下層的加熱溫度取較低值來(lái)減少此種現(xiàn)象。如果流入所述下模散熱筋通孔內(nèi)金屬過(guò)少，閉式模鍛后散熱筋處會(huì)充填不完整，可通過(guò)降低所述步驟（6）中環(huán)形坯料上層的加熱溫度或者最下層的加熱溫度取較高值來(lái)減少此種缺陷。

本發(fā)明的有益效果是：

（1）采用梯度加熱，環(huán)形坯料由上至下溫度逐漸提高，下部的高溫使得散熱筋處金屬塑性好、抗力低、流動(dòng)容易，可以完成復(fù)雜結(jié)構(gòu)的成形；上部的較低溫度可以避免金屬產(chǎn)生較大變形，產(chǎn)生多余飛邊，提高了材料利用率；

（2）采用開(kāi)式模鍛和閉式模鍛復(fù)合成形，將高速列車制動(dòng)盤整體的變形分為兩個(gè)階段。開(kāi)式模鍛成形制動(dòng)盤主體，此時(shí)接觸面大，但其形狀簡(jiǎn)單，金屬流入散熱筋處不受限制，因此所需模鍛力比整體式模鍛低。閉式模鍛成形制動(dòng)盤散熱筋部位，采用下沖頭組塊進(jìn)行鐓擠成形，接觸面只是散熱筋的端面，面積和整個(gè)制動(dòng)盤面積相比小很多，因此設(shè)備噸位需求降低，適應(yīng)更多企業(yè)生產(chǎn)；

（3）可以通過(guò)梯度加熱工藝和開(kāi)式閉式復(fù)合模鍛工藝控制飛邊和毛刺量的多少；

（4）由于散熱筋處采用下模和下沖頭組聯(lián)合成形，模具是分開(kāi)的，避免了整體式模具成形散熱筋時(shí)受力過(guò)高可能產(chǎn)生的變形、開(kāi)裂等問(wèn)題，提高了模具壽命。下模散熱筋處由傳統(tǒng)模鍛工藝的盲孔改為通孔，可以采用線切割加工，其制造加工成本也會(huì)降低。

（5）制造工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備能耗低，降低了生產(chǎn)成本；

（6）本技術(shù)也可用于一面具有復(fù)雜突出特征、另一面為平面的大鍛件的生產(chǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是一種高速列車制動(dòng)盤的零件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是一種高速列車制動(dòng)盤的鍛件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例1步驟（6）所述的梯度加熱示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例1步驟（7）所述的開(kāi)式閉式復(fù)合模鍛模具示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1所示為本發(fā)明的一種高速列車制動(dòng)盤的零件，其上表面帶有大量均勻分布的散熱筋，下表面為一平面。在整體式常規(guī)模鍛成形時(shí)，由于設(shè)備力能所限，散熱筋處最難充滿，影響了產(chǎn)品質(zhì)量。為了解決該技術(shù)難題，采用了本發(fā)明所述梯度加熱+開(kāi)式閉式復(fù)合模鍛成形方法。具體過(guò)程如下：

實(shí)施例1

（1）根據(jù)圖1所示的零件圖進(jìn)行鍛件圖的設(shè)計(jì)，適當(dāng)添加加工余量和加工余塊，設(shè)計(jì)所得的鍛件圖如圖2所示。

（2）根據(jù)鍛件圖，通過(guò)鋸床下料獲得直徑為200mm，高度為420mm的圓鋼坯料。

（3）采用感應(yīng)加熱爐將下料得到的圓棒料加熱至1180℃。

（4）用模鍛錘將加熱后的坯料鐓粗成100mm高的圓餅形，用沖頭將圓餅形坯料沖出直徑為120mm的中心孔。

（5）在擴(kuò)孔機(jī)上將帶孔的圓餅形坯料擴(kuò)大成所需尺寸的環(huán)形坯料，其內(nèi)徑尺寸稍大于鍛件的內(nèi)徑尺寸，其外徑尺寸稍小于鍛件的外徑尺寸。

（6）如圖3所示，將環(huán)形坯料從上至下分為三層，最上層設(shè)定加熱溫度為900℃，中間層加熱溫度設(shè)置為1050℃，最下層加熱溫度設(shè)為1200℃，將環(huán)形坯料采用感應(yīng)加熱爐進(jìn)行梯度加熱。

（7）如圖4所示，將加熱后的環(huán)形坯料放入凹模9中，凹模9根據(jù)圖2鍛件圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，散熱筋處做成通孔。下沖頭組8按照散熱筋形狀設(shè)計(jì)，通過(guò)壓板7和支撐板6固定成整體。采用螺栓5、墊片4和螺母3將凹模9固定于模座2上。上模11固定于壓力機(jī)上滑塊上，模座2固定于壓力機(jī)工作臺(tái)面上。成形時(shí)，隨著壓力機(jī)滑塊的向下運(yùn)動(dòng)，上模11下壓，在凹模9的聯(lián)合作用下對(duì)制動(dòng)盤主體進(jìn)行開(kāi)式模鍛成形，多余金屬流入上模11和凹模9之間的飛邊槽中，同時(shí)金屬流入凹模9的散熱筋通孔內(nèi)。保持上模11不動(dòng)，在壓力機(jī)下滑塊的作用下，頂桿1向上運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)支撐板6，帶動(dòng)其上通過(guò)壓板7固定的下沖頭組8向上運(yùn)動(dòng)，對(duì)開(kāi)式模鍛階段流入散熱筋孔內(nèi)的金屬進(jìn)行閉式模鍛成形，多余的金屬流入下沖頭8和凹模9散熱筋通孔內(nèi)的間隙形成毛刺。

（8）開(kāi)模時(shí)，壓力機(jī)上滑塊帶動(dòng)上模11回程。隨后壓力機(jī)下滑塊上行，帶動(dòng)頂桿1向上運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)支撐板6，帶動(dòng)其上通過(guò)壓板7固定的下沖頭組8向上運(yùn)動(dòng)，將鍛件10頂出。將熱鍛件轉(zhuǎn)移到切邊壓力機(jī)上，對(duì)環(huán)形鍛件內(nèi)孔飛邊和外圓飛邊進(jìn)行切除。

（9）用砂輪對(duì)散熱筋部位閉式模鍛時(shí)從下沖頭組8和凹模9間擠出的多余金屬毛刺進(jìn)行切除打磨，以提高鍛件的表面質(zhì)量。

（10）待鍛件冷卻后，采用淬火、回火工藝對(duì)制動(dòng)盤鍛件進(jìn)行熱處理。采用數(shù)控加工設(shè)備將熱處理后的制動(dòng)盤加工至所需尺寸。

實(shí)施例2

采用與實(shí)施例1相同的成形工藝，控制圓柱坯料感應(yīng)加熱溫度為1220℃，環(huán)形坯料梯度加熱的最上層加熱溫度為840℃，中間層加熱溫度為1000℃，最下層加熱溫度為1160℃，經(jīng)過(guò)開(kāi)式模鍛和閉式模鍛復(fù)合成形。

實(shí)施例3

采用與實(shí)施例1相同的成形工藝，控制圓柱坯料感應(yīng)加熱溫度為1200℃，環(huán)形坯料梯度加熱的最上層加熱溫度為880℃，中間層加熱溫度為1030℃，最下層加熱溫度為1180℃，經(jīng)過(guò)開(kāi)式模鍛和閉式模鍛復(fù)合成形。

實(shí)施例4

采用與實(shí)施例1相同的成形工藝，控制圓柱坯料感應(yīng)加熱溫度為1180℃，環(huán)形坯料梯度加熱的最上層加熱溫度為860℃，中間層加熱溫度為960℃，最下層加熱溫度為1060℃，經(jīng)過(guò)開(kāi)式模鍛和閉式模鍛復(fù)合成形。

上述內(nèi)容僅為本發(fā)明的一種實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的各種等價(jià)形式的修改和變化等，均應(yīng)歸屬于本發(fā)明的權(quán)利要求所限定的范圍。