鍛件在鍛造前的準(zhǔn)備包括原材料選擇、算料、下料、加熱、計算變形力、選擇設(shè)備、設(shè)計模具。鍛造前還需選擇好潤滑方法及潤滑劑。
鍛件徑向截面上由輪緣和踏面形成的輪廓線。車輪鍛件的輪緣和踏面外形的選擇,不僅影響車輪鍛件在軌道上的磨耗和使用壽命,而且直接關(guān)系到設(shè)備的的曲線通過性能和走行質(zhì)量。輪緣使車輪鍛件能可靠地通過曲線和道岔,不致脫軌。
踏面呈圓錐形,在滾動圓附近錐度1:10。通過曲線時,外側(cè)車輪以靠近輪緣的較大直徑在外軌上滾動,內(nèi)側(cè)車輪以較小直徑在內(nèi)軌上滾動,這樣,一方面使車輪鍛件隨線路方向變化而起導(dǎo)向作用,同時內(nèi)外輪滾動距離的不同還可補(bǔ)償內(nèi)外軌長度之差的影響。
在直線上運(yùn)行時,如果輪對偏離其在線路上的中心位置,則兩輪滾動半徑之差將使輪對向恢復(fù)其中心位置的方向運(yùn)動。車輪外側(cè)錐度為1:5,可加大輪對兩輪滾動半徑之差,使其易于通過小半徑曲線。減小踏面錐度有助于抑制蛇行運(yùn)動,但輪緣磨耗顯著加劇,旋輪周期和車輪使用壽命大為縮短。這種辦法僅在一些高速客運(yùn)列車上采用。
鍛件輪緣踏面外形在運(yùn)行初期磨耗較快,以后逐漸趨向穩(wěn)定,磨耗減慢。旋修恢復(fù)后的外形仍不能保持很長時間,而且金屬切削量很大。因此,有些 的鐵路采用了一種接近于磨耗達(dá)到相對穩(wěn)定狀態(tài)的輪對踏面外形,稱為凹形踏面,又稱磨耗形踏面。采用這種外形不僅可減少車輪磨耗,延長旋修周期,而且由于改善了輪軌接觸狀態(tài),接觸應(yīng)力也可有所降低。
鍛造用材料涉及面很寬,既有多種牌號的鋼及高溫合金,又有鋁、鎂、鈦、銅等有色金屬;既有經(jīng)過一次加工成不同尺寸的棒材和型材,又有多種規(guī)格的錠料;除了大量采用適合我國資源的國產(chǎn)材料外,又有來自國外的材料。所鍛件材料大多數(shù)是已列入 標(biāo)準(zhǔn)的,也有不少是研制、試用及推廣的新材料。眾所周知,鍛件產(chǎn)品的質(zhì)量往往與原材料的質(zhì)量密切相關(guān),因此對鍛件廠的工作者來說,必需具有**的材料知識,要善于根據(jù)工藝要求選擇合適的材料。
鍛件成形是在外力作用下產(chǎn)生的,因此,正確計算變形力,是選擇設(shè)備、進(jìn)行模具校核的依據(jù)。對變形體內(nèi)部進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析,也是優(yōu)化工藝過程和控制鍛件組織性能所不可缺少的。
變形力的分析方法主要有四種。主應(yīng)力法雖不十分嚴(yán)密,但比較簡單直觀,可以計算出總壓力及鍛件與工具接觸面上的應(yīng)力分布?;凭€法對于平面應(yīng)變問題是嚴(yán)格的,對于高件局部變形求解應(yīng)力分布比較直觀,但適用范圍較窄。上限法可以給出高估的載荷,上限元還可以預(yù)計變形時鍛件外形變化。有限元法不僅可以給出外載荷及鍛件外形的變化,還可以給出內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變分布,缺點(diǎn)是用計算機(jī)的機(jī)時較多,特別是按彈塑性有限元求解時,需要計算機(jī)容量較大,機(jī)時較長。近來有趨勢采用聯(lián)合的方法分析問題,例如。用上限法進(jìn)行粗算,在關(guān)鍵部位用有限元細(xì)算。
減少摩擦,不僅可以節(jié)約能源,還可以提高模具壽命。由于變形比較均勻,有助于提高鍛件產(chǎn)品的組織性能,減少摩擦的重要措施之一就是采用潤滑。由于鍛件的鍛造加工方式不同及工作溫度的差異,所用潤滑劑也不同。玻璃潤滑劑多用于高溫合金及鈦合金鍛造。對鋼的熱鍛,水基石墨是應(yīng)用很廣泛的潤滑劑,對于冷鍛,由于壓強(qiáng)很高,鍛前往往還需要進(jìn)行磷酸鹽或草酸鹽處理。