锻造钩尾框“诞生”记

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锻造钩尾框“诞生”记
6 P# e+ R, C* b; d' {' K时间：2010-05-10

来源：人民铁道网-人民铁道报 作者：李泽田

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, t  D# C* R( s+ o. z/ M) M7 I锻造钩尾框生产现场。唐越秋 摄

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钩尾框是铁路货车车钩缓冲装置的重要组成部分，在车辆牵引、连挂和发生缓冲作用时，钩尾框将直接完成车辆间纵向力的传递工作。

8 T2 x7 L- V, w9 H& g$ a; h　　受领任务

　　近年来，铁路在货运运输领域实施了重载与提速并举战略，有力推动了铁路货运列车生产技术迅速提高和车辆性能的不断升级。
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　　长征重工有限责任公司作为路外铁路货车生产厂家之一，担负着生产高质量铁路货车和对车辆配件进行升级换代的任务。2001年年底，铁道部运输局根据铁路货车发展的需要和各车辆制造单位的资源配置情况，指示长征重工研究开发Z8G、ZK2、25t轴重锻钢支撑座，并将其分别用于Z8G、ZK2和ZK6转向架。长征重工不辱使命，高质量完成了任务。2004年，铁道部运输局又要求长征重工着手研发锻造钩尾框，以替代铁路沿用了几十年的铸钢钩尾框。

9 @8 W/ C/ L: @+ F+ w% U) [! i　　组织研发团队

. f+ Z% B1 M/ N& u　　受领这项任务后，长征重工立即成立了以总工程师为项目组组长，分管技术开发的副总工程师兼技术中心主任为副组长的项目研发小组，组织相关专家和专业技术骨干开展与产品研发相关的工艺方案研究、原材料沿用方案研究以及所需工装设备胎位改造方案研究。
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7 T8 r0 C, ~* ^, L　　钩尾框是铁路货车车钩缓冲装置的重要组成部分，在车辆牵引、连挂和发生缓冲作用时，钩尾框将直接完成车辆间纵向力的传递工作。项目组成员们仔细分析了钩尾框的结构特点和受力状况，一致认为，在车辆载重从60吨升级到70吨乃至80吨、列车编组不断扩大、列车运行速度大幅度提高的情况下，虽然铸钢钩尾框的材质已经升级为 “E”级铸钢件，但由于铸造工艺等原因，铸钢钩尾框无法避免地存在气孔、缩松、夹杂、裂纹等缺陷，而这些缺陷对货车高速运行构成潜在安全隐患。与铸钢钩尾框相比，利用锻造技术生产的锻造钩尾框由于通过锻击消除了铸态缺陷，改善了金属内部组织结钩，显著提高了金属的强韧性及耐疲劳性能，能够确保货车提速后的安全性和可靠性。
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　　艰难的研发历程

4 H% i" L% S7 U  H# o# @  W" v+ p  p　　一个新产品的诞生，往往都要经历许许多多的艰难曲折，凝聚着无数工程技术人员的心血和智慧。钩尾框为框架式薄壁结构，形状较为复杂，它的最小高度为146毫米，最小壁厚只有28.5毫米，头部则为方形孔不能锻造成型。由于产品的结构特点和锻造成型的局限性，不可能纯粹通过锻造达到图纸设计要求。
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: _! }& m& c; T7 B6 d0 R　　为了解决锻造中的工艺难题，项目组成员们集思广益，最终决定在整体锻造方案和锻焊结构工艺方案中进行选择。经过对两种方案进行反复比较，大家认为整体锻造方案存在两大明显的缺点：一是机械加工量较大，二是原材料利用率低。最后，他们决定采用由高级工程师袁灿伦和年轻的锻造工程师罗正章联合提出的锻焊结构工艺方案。这一方案的核心内容是将钩尾框分成框体和连接板两个锻件分别进行锻造，待框体弯曲成型后再将连接板与框体组焊在一起，而框体与连接板的组焊部位并不是钩尾框的主要受力部位，从而避免了由于焊接部位与本体间存在性能差异而带来的不利影响。框体锻造则先采取展开方式进行，再弯曲成框体。采取这种方式后，虽然展开长度达到1.9米，且存在工艺路线较长、工艺项点较多的特点，但由于框体截面变化不大，完全能够在16t模锻锤上进行生产。事实证明公司选择锻焊结构工艺方案是完全正确的，在实际操作过程中，利用这一方案能将原材料的损耗率降到最低。这一工艺方案后来还获得了国家专利。如今，国内所有生产锻造钩尾框的厂家全部采用这种工艺方案进行生产。
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　　研发锻造钩尾框还涉及原材料的选择问题。项目组在与车辆主导设计单位——齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司进行充分探讨后，开始对多种材料进行对比，并将利用各种材料试制出的样品送到中国铁道科学研究院金属与化学研究所进行性能试验。经过反复比较，他们最终决定选用25MnCrNiMoA低碳合金钢。该材料是在美国 “E”级铸钢材料基础上改进而来的，不仅具有包括锻造、热处理、机械加工在内的良好工艺性能，而且还具有高抗拉强度、高冲击韧性、抗疲劳的特点。
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　　通过多项试验显示，当钩尾框的工作载荷达到1125KN时，在抗拉强度、屈服强度、最大位移相同的条件下，利用25MnCrNiMoA低碳合金钢生产的锻造钩尾框的最大等效应力和安全系数明显优于利用 “E”级铸钢生产的铸钢钩尾框，安全系数从1.73提高至1.98。运用锻造钩尾框，有效保证了钩尾框抗拉、抗疲劳等综合使用性能，确保了铁路车辆的运行安全。
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- E  C1 W2 f8 m' v　　这一材料选择方案通过了齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司组织的评审后，获得了设计认可并被纳入了正式的产品设计规定中。