[发明专利]一种高速列车制动盘的精密成形工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种高速列车制动盘的精密成形工艺，属于锻造成形技术方法领域。

背景技术

锻造成形的制动盘与铸造所得的制动盘相比，常温和高温机械性能好，韧性好，抗热裂性能高，耐磨性和耐热疲劳性能也都很好。由于其质量要求极高，制造难度较大。目前应用在中国高铁动车组上的锻钢制动盘仍是以国外进口为主。随着我国高速列车的迅猛发展，知识产权的自主化需求也越来越迫切。因此高速列车制动盘的制造成形技术是进行国产化、自主创新的重点。

带散热筋的钢质制动盘其散热筋部位由于高度较高，宽度较窄，在模锻成形时此部位的成形尤其困难。由于盘面尺寸较大，所需设备吨位要求较高。同时，为了保证散热筋的充填完整，对锻造力的需求还会进一步提高。如何采用合理的成形手段、合适的成形工艺、经济的成形设备和模具保证其成形是目前我国制动盘企业面临的主要问题，这一状况严重地阻碍了高速列车钢质制动盘的研发应用。

国内目前大部分企业的锻造生产设备吨位较低，而高速列车制动盘的常规模锻成形需要约4万吨的压力机，因此现有设备难以保证高铁制动盘的模锻成形。为此，如何在现有设备条件下，设计一个合理的成形工艺保障制动盘锻件的质量和精度就成为亟需解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是针对现有高速列车制动盘成形难题，提出了一种高速列车制动盘的精密成形工艺，其解决了钢制锻造制动盘设备需求高、散热筋充填不完整和产品质量不稳定等难题，实现了高速列车制动盘的精密成形。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案来获得高质量、高精度的锻件。具体成形方案包括如下步骤：

本发明是一种高速列车制动盘的精密成形工艺，所述工艺包括如下步骤：

（1）下料：根据高速列车制动盘型号，通过锯床下料获得所需坯料；

（2）加热：采用感应加热至1200±20℃；

（3）镦粗：采用摩擦压力机或液压机将加热后的坯料镦粗成圆饼形；

（4）冲孔：在压力机上用冲头将圆饼形坯料冲出中心孔；

（5）扩孔：在扩孔机上将带孔的圆饼形坯料扩大成所需尺寸的环形坯料；

（6）梯度加热：根据坯料的高度和工艺需求，将环形坯料从上向下分为多个层，每一层采用不同的感应加热工艺参数，最上层温度较低，最下层温度最高1180±20℃，由上至下形成温度梯度；

（7）开式闭式复合模锻成形：将加热后的环形坯料放入凹模中，上模下压，完成制动盘主体的开式模锻成形。保持压力，下冲头向上运动，完成制动盘散热筋部位的闭式模锻成形；

（8）切边：在压力机上将环形锻件内孔飞边和外圆飞边切除得到制动盘锻件；

（9）修毛刺：用砂轮对散热筋部位闭式模锻时从下冲头和凹模间挤出的多余金属进行切除打磨，以提高锻件的表面质量。

（10）热处理：根据梯度加热工艺的变化，采用相应的淬火、回火工艺对制动盘锻件进行热处理；

（11）机械加工：采用数控加工设备将热处理后的制动盘加工至所需尺寸。

本发明的进一步改进在于：所述步骤（6）中的梯度加热工艺中，根据高速列车制动盘的厚度，由上至下划分为一定数目的层次。由上向下，各层次加热温度逐渐提高，最上层温度不低于860±20℃，最下层加热温度最高为1180±20℃。

所述步骤（7）开式闭式复合模锻成形的过程如下：将环形坯料放置于下模上，所述下模按照制动盘热锻件散热筋面的形状设计，散热筋最底面处设计为通孔，按照这些通孔部位散热筋的截面形状设计下冲头，将多个冲头组合成下冲头组。成形时，所述上模下行，在所述下模的联合作用下对制动盘主体部分开式模锻成形，完成制动盘的主体成形，多余金属产生飞边，同时金属不受限制地进入下模散热筋通孔处。保持上模行程或压力不变，所述下冲头上行，对散热筋通孔内的金属进行镦挤闭式模锻成形，获得所需散热筋的形状和高度，多余金属流入所述下模的散热筋通孔和所述下冲头的间隙中形成毛刺。

在所述步骤（7）开式闭式复合模锻成形时，如果流入所述下模散热筋通孔内金属过多，闭式模锻后散热筋处会形成较多毛刺，可通过提高所述步骤（6）中环形坯料上层的加热温度或者最下层的加热温度取较低值来减少此种现象。如果流入所述下模散热筋通孔内金属过少，闭式模锻后散热筋处会充填不完整，可通过降低所述步骤（6）中环形坯料上层的加热温度或者最下层的加热温度取较高值来减少此种缺陷。

本发明的有益效果是：