[发明专利]一种高速列车制动盘的生产方法及锻造模具

说明书

技术领域

本发明属于锻造加工技术领域，尤其涉及高速列车制动盘的锻造技术。 

背景技术

盘形制动是高速列车的主要制动方式，列车速度达到300公里/小时以上时对制动盘的质量、寿命和安全可靠性提出了更高的要求。高速列车每根车轴要求安装4个制动盘，制动盘的抗摩擦热温度不小于700℃.制动盘可使用的制动功不小于24MJ/盘,高的热负荷条件要求制动盘具有优良的性能以保证较长的使用寿命和安全可靠性。 

目前我国高速铁路正在使用的制动盘全部为进口。国内也尚未研制出可用于高速列车的制动盘，因此研究开发适用于我国高速列车的制动盘及盘形制动系统对于发展高速铁路制动技术，掌握自主知识产权提高经济效益均具有重要意义。用作高速列车制动盘的材料主要有铸钢和锻钢两种，铸钢制动盘因铸造成形特点可以制成带有散热筋板的通风结构，结构强度和通风散热效果较好。但国内铸造生产质量不稳定、存在较多铸造缺陷批量生产中容易出现质量问题而影响制动盘的使用。锻造制动盘采用的锻钢材料采用经真空精，精炼后经连铸连轧材料纯净度高、气体含量低，疏松、偏析及非金属夹杂物材料等缺陷少，具有高的抗疲劳性能尤其是具有较好的抗热疲劳性能。同时采用锻造方法的制动盘具有良好的综合力学性能保证制动盘能够承受较大的压力和扭矩，保证其在高负荷工况下使用的安全性。 

目前应用在高速列车上的制动盘的外圆直径分别为680、750、1040毫米，内圆直径为280、460、740毫米，考虑到预留加工余量，以直径750毫米的制动盘为例锻件毛坯的外径为775毫米，内径为450毫米(如图1)。其锻件投影面积为3124㎝2，内外飞边的面积按4㎝宽计算为1538㎝2，总投影面积为4662㎝2。盘面上分布48个高度为30毫米长度为120毫米的散热筋48条，总投影面大、形状复杂。按此毛坯形状、尺寸计算锻造力，按经验公式：P=(17.5～28)KF(KN)。复杂系数选25，钢种系数K考虑到材料热强度高、流动性较差，钢种系数选择1.1。P=25×1.1×4662=128205(KN)=12820t。由于盘体上的散热筋其高径（宽）比为 2.5其筋顶角部很难充满其锻造力实际上还要增加。 

考虑到国内现有的摩擦压力机最大为锻造力为100000KN，更大吨位压力机很少，且生产效率较低。为此在现有设备能力的前提下必须设计一种降低锻造力，同时又能使散热筋顶部充满的制造方法。 

发明内容

发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是提供了一种高速列车制动盘的生产方法及锻造模具，用较小吨位的摩擦压力机加工需15000吨以上压力机才能够加工的锻造制动盘毛坯，生产成本低、生产效率较高、制动盘成型良好。 

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种高速列车制动盘锻造模具，包括上模和下模，所述上模和下模的上模散热筋型腔和下模腔相配构成封闭式的型腔，该型腔与制动盘的结构相对应；所述下模的底部还设有垫板，该垫板的直径与下模腔直径相同，且垫板的上表面结构与上模散热型腔的结构一一对应。 

所述垫板背面设有多个短圆柱，而下模对应的设有多个顶料杆孔，所述垫板通过短圆柱与顶料杆孔的配合实现定位固定。 

本发明的另一目的是提供了一种利用上述锻造模具生产高速列车制动盘的方法，包括以下步骤：（1）将短圆棒料加热在1200±50℃，并镦粗成圆饼状，同时冲出直径100mm的中心孔；（2）将带中心孔的圆饼状坯料通过碾环机进行碾压得到圆环坯料；（3）将圆环坯料二次加热到1200±50℃，并将圆环坯料放入锻造模具中的封闭式型腔内，进行锻造成型得到制动盘毛坯；（4）对制动盘毛坯进行冷却，降温至200℃以下，并最后进行车加工带到规定尺寸。 

步骤（3）中锻造成型包括3个阶段：第1阶段：上模与圆环坯料接触，圆环坯料开始变形进入上模散热筋型腔内；第2阶段：将锻造力进一步加大到第1阶段的2～3被，此时圆环坯料的金属基本充满散热筋型腔；第3阶段，第2阶段完成后，在下模腔内安装所述垫板，并继续打击锻造使坯料金属向上模散热筋型腔顶部流动，从而充满上模散热筋型腔的顶部角隙。 

进一步改进，步骤（4）中对制动盘毛坯进行冷却的同时，制动盘毛坯放入压力机的两平板下加压。 

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：仅采用较小吨位的摩擦压力机即可满足本需要15000吨以上压力机才能加工的的锻造制动盘毛坯，避免制动盘上散热筋两端的缺失，且避免在冷却过程中发生的收缩变形；降低了生产成本，并提高了生产效。 

附图说明