重载和提速是近年来中国铁路的主要发展方向，这种发展形势要求从技术上保证铁路车辆的关键零件的强度和可靠性，为适应这种要求，一些原采用铸造工艺生产的零件现开始采用锻造工艺生产，如铁路货车用钩尾框、新型组合式制动梁架。在机车车辆的各种零部件中，轮、轴作为关键部件在列车运行中起承载、传递动力及制动等作用，要求具有绝对的可靠性。为总结和借鉴国内外的先进经验，推动中国车辆锻造技术发展，扩展车辆件品种，提高产品质量，2009年12月18日—19日在南宁召开了以“车辆锻造技术进步”为主题的“铁道车辆锻造技术研讨会”。两天的会议分别由中国铁道学会车辆委员会副秘书长张进德和中国铁道学会车辆委员会副秘书长包耀慈主持，共有40余位政府官员、企业技术主管、专家及学者出席了会议。

加强技术交流  提升铁路车辆锻造技术水平
                        ——“铁道车辆锻造技术研讨会”在南宁召开
本刊记者 刘继峰  邓斌/广西南宁报道

    中国铁路要从根本上解决运输生产力不适应经济社会发展需求的矛盾，就必须加快技术装备现代化的步伐，突破机车车辆性能落后、数量不足的困扰。铁路作为大众化的交通工具，车辆锻造技术水平的提高也是中国铁路现代化的一个极其重要的方面。
铸造钩尾框产品难适应铁路重载提速发展要求
    铁路货运行业近年来积极推进重载提速, 以缓解铁路货运能力不足的现象。列车牵引吨位、运行速度的要求不断提高，给货车的各零部件提出了更高的可靠性要求。近年来，铸造钩尾框的断裂故障出现概率呈现出增大的趋势，给铁路运输安全带来了严重隐患，改善钩尾框性能已经成为亟待解决的问题。锻造钩尾框就是在这样的背景下研发出来的。

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    王凤洲（青岛四方车辆研究所有限公司）：为研究铁路货车钩尾框的疲劳性能，通过对铁路货车13型、13B型、16型、17型（改进前）、17型铸造钩尾框及13B型、16型、17型锻造钩尾框进行了疲劳性能对比试验研究，初步研究结果表明锻造钩尾框的整体疲劳性能要优于铸造钩尾框。为研究钩尾框与锻造钩尾框的疲劳性能，对11件铸造钩尾框，6件锻造钩尾框，进行了疲劳试验，初步研究表明：（1）两件13型钩尾框的疲劳试验次数仅分别为8.3万和12.3万次，其平均疲劳试验次数最低；（2）三种锻造钩尾框（13B、16、17）的平均试验循环次数均大于相应的铸造钩尾框；（3）锻造钩尾框的整体疲劳性能优于铸造钩尾框，锻造钩尾框的中值疲劳寿命是铸造钩尾框的1.463～6.171倍；（4）在给定置信度的情况下，锻造钩尾框安全寿命疲劳寿命置信下限均高于铸造钩尾框的置信下限，从而进一步证明了锻造钩尾框的疲劳性能要优于铸造钩尾框。由于对锻造钩尾框的试验数据进行了保守处理，其实际安全寿命的置信限要高于本次试验数据的统计值。
    本次试验是对钩尾框疲劳性能的初步对比分析，下一步将对以下几个方面进行研究：（1）对钩尾框实际运用状况进行比较全面的统计分析。例如对大秦线进行调研，统计检修中出现的裂纹位置、裂纹数量及检修数量等；（2）对各种型号钩尾框进行有限元计算、疲劳寿命计算，确定钩尾框裂纹易发位置并与室内疲劳试验裂纹位置及现场裂纹位置进行对比，在理论上研究各型钩尾框的疲劳性能；（3）为了使室内疲劳试验更加接近实际，编制用于室内疲劳试验的多级载荷谱；（4）增加试验样本数量，每种型号的钩尾框数量不少于5件，利用统计学理论对比各种型号钩尾框的疲劳性能差异；（5）根据疲劳可靠性理论，分析疲劳试验数据，预测室内疲劳试验安全寿命；（6）初步建立室内疲劳寿命与车辆实际运行钩尾框寿命的联系，预测钩尾框安全寿命并制定各种钩尾框的检修周期。
    对锻造和铸造钩尾框进行了动态撕裂（DT）试验对比研究，在动态撕裂能、断口的宏、微观特征、金相组织、晶粒度等方面进行了较全面的分析。最终得出：对铁路车辆钩尾框采用锻造工艺进行加工，不仅克服了铸造钩尾框的不足，而且大幅度提高了钩尾框的韧塑性。并提出应对锻造钩尾框技术条件中的动态撕裂（DT）技术指标（68J）进行修订的建议。

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    项彬（中国铁道科学研究院金属及化学研究所研究员）：钩尾框是钩缓装置的关键部件。钩缓装置起着机车与车辆、车辆与车辆之间的连挂作用，传递和缓解列车运行中产生的纵向牵引力或冲击力。随着货物列车载重量的增加和运行速度的提高，列车运行中钩尾框所承受的纵向牵引力及冲击力大幅提高，导致铸造钩尾框不适应提速、重载列车需要的矛盾日益突出。铸造钩尾框发生断裂的多发部位是钩尾框后弯角处，产生裂纹的主要因素是：（1）存在着难以避免的内部铸造缺陷和表面缺陷，这些铸造缺陷不仅直接减少了钩尾框局部断面的有效面积，而且在缺陷处引起应力集中，易形成疲劳裂纹源；（2）铸造工艺难以保证实物钩尾框材质的金相组织的均匀性和低温冲击韧性，易形成裂纹源。上述裂纹源在提速、重载工况下，容易扩展并造成钩尾框失效裂断，大大缩短了钩尾框的使用寿命。显然，对铸造钩尾框进行改进势在必行。
    2005年，锻造钩尾框研制成功，继而在70吨、80吨级货车上推广使用，对解决上述问题取得了明显成效。对于锻造钩尾框，在生产制造工艺方面已做了大量研究工作，而在材质性能方面研究较少。通过进行锻造钩尾框和铸造钩尾框动态撕裂性能的试验研究发现，动态撕裂性能是表征材质抗脆断能力的指标之一，在实物上取样表征了钩尾框产品的抗脆断能力。为了确保钩缓装置部件的抗脆断能力, 从1984年起美国AARM211标准就规定要定期对铸造车钩和钩尾框实物取样进行断裂韧性试验。中国《锻造钩尾框技术条件》中也作了同样的规定，但当时由于缺乏试验数据，所以借用了铸造钩尾框的动态撕裂性能指标数据（在-56℃条件下，≥68J）。通过对钩尾框动态撕裂试验的讨论可以得出：（1）对铁路车辆钩尾框采用锻造工艺进行加工，不仅克服了铸造钩尾框的不足，而且大幅度提高了钩尾框的韧塑性，大幅度降低了钩尾框的失效概率，对确保铁路运输提速、重载计划的成功实施起了不可替代的重大作用；（2）锻造钩尾框技术条件中对DT值的要求是借用了铸造钩尾框的DT值（68J），偏低较多，应进行修订；（3）应深入开展从熔炼、轧、锻工艺，到热处理工艺的系统优化研究。
锻造钩尾框产品成未来发展趋势
    近十年多，随着中国铁路货车重载提速的不断发展，铁路货车钩尾框疲劳裂纹、断裂事故日益增多，造成列车分离事故增加，制约了铁路货物运输能力的进一步提升和行车安全及运输效率的提高。锻造钩尾框的研发及应用增加了中国铁路货车钩缓装置产品的新品种，填补了中国及世界铁路重载货车技术的一项空白，达到了国际先进水平。

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    姜岩（齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司教授级高级工程师）：为提高中国铁路重载提速运输的安全可靠性，从2003年起在铁道部主管部门的指导支持下，齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司联合重庆长征重工有限责任公司开始了锻造钩尾框的研究开发，首次提出了采用锻造工艺方法制造钩尾框的产品技术设计方案，并完成了锻造工艺方案、制造模拟分析的等设计分析工作，后期在南京中盛公司的配合下完成了样机试制及试验验证工作，在铁科院金化所、戚墅堰工艺研究所的配合下完成了制造技术条件的编制工作，经铁道部技术审查批准后于2006年开始批量生产装车使用。齐轨道装备公司在2004年—2008年间先后设计开发了17型、16型和13B型锻造钩尾框，成为中国重载提速货车钩缓技术升级换代产品，现已在国内新造铁路货车上全面推广使用。试验结果、仿真分析及实际运用情况表明，锻造钩尾框技术达到了世界领先水平。锻造钩尾框的研发及应用不仅增加了中国铁路货车钩缓装置产品的新品种，填补了中国及世界铁路重载货车技术的一项空白，达到了国际先进水平；同时提升了中国铁路重载运输的车辆装备技术水平，满足了中国铁路货车重载技术发展的需要。
    近年来，铁道部为实施“提速、重载”的技术政策，并确保运输安全，对诸多零部件进行更新和改进，采用新技术、新材料、新工艺，以提高其性能与质量，锻造钩尾框就是在这种背景下开始研制和推广的。
李杰（南京中盛铁路车辆配件有限公司高级工程师）：锻造钩尾框研制之前，一直使用铸造钩尾框。在铁路货运列车重量小、运行速度低的条件下，铸造钩尾框出现早期疲劳裂纹的频次并不高，可以满足运用要求。在货运实施“提速重载”之后，铸造钩尾框频发早期疲劳裂纹，甚至断裂，造成行车事故的问题凸显出来。铸造钩尾框产生裂纹，无疑是运输安全隐患，也是惯性安全质量问题和技术难题之一。
    鉴于此，铁道部运输局装备部在总结研制和推广锻钢上心盘和锻造支撑座的经验基础上，提出了研制锻造钩尾框的倡导。我公司从2003年初开始研制锻造钩尾框，在铁道部运输局装备部的悉心指导下，在齐车公司、铁科院、北京交通大学、戚墅堰工艺研究所等的技术支持和热情帮助下，历时5年，完成了17型、16型、13B型锻造钩尾框的试制，并实现了批量生产。经过几年的运用考验，锻造钩尾框的优良技术性能已经得到了铁道部和使用单位的认可，铁道部相继下发了运装货车[2006] 202号文件、运装货车[2007] 370号文件、运装货车电[2008] 1073号电报，指令在新造货车上必须装用锻造钩尾框。17型、16型锻造钩尾框也开始在检修货车上推广使用。特别值得一提的是，少量锻造钩尾框已在出口澳大利亚的车辆上使用。锻造钩尾框的研制成功和推广使用，是锻造工艺在车辆制造中的扩大应用范例之一，也是锻造技术运用创新。及时总结与交流研发经验，提高质量与水平，很有意义。
    近年来中国铁路提速重载的不断推进，铁路货车随之进行了大规模的升级换代，对钩缓配件的承载能力及各方面性能都提出更高的要求，铸造配件远远不能满足现状，向锻造方向发展的趋势愈发明显。
    付殿禹（北京机电研究所）：近几年，17型钩尾框铸改锻成功并大批量生产，已经得到各个厂家的认可。17型钩尾框锻造工艺是北京机电研究所提出了一种铁路货车钩尾框精密辊锻模锻复合成形技术，锻造过程在一火完成，使用该技术可以提高产品质量，降低原材料消耗，提高生产效率，改善工人劳动条件。16型钩尾框是铁路货车钩缓装置的关键配件，应用于80C型敞车。该敞车主要应用在大秦线上，是翻斗车厢，因此要求车缓装置是轴向可转动，这样对16型钩尾框的强度要求大幅提高，使铸造16型钩尾框改为锻造16型钩尾框迫在眉睫。16型锻造钩尾框具有异形、薄壁、内圆深腔、钩尾销孔形状复杂的特点。其中段和两个平板与17型钩尾框几乎相同，但是16型钩尾框的两个头部与17型钩尾框的两个头部完全不同，这也是锻造16型钩尾框的难点之处。

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锻造锻压设备及铸造技术改良涌现商机
    由于铁道车辆配件普遍体积大、重量重，形状比较复杂，要求锻造设备不仅要向万吨级的大吨位压力机发展，而且要具有较大变形能。随着锻件精度和生产效率的提高，以及节能环保意识的加强，人们对节能型数控电动螺旋压力机的认识也越来越深。
    朱元胜(青岛青锻锻压机械有限公司高级工程师):铁道车辆向重载和高速发展，对货车钩尾框等大型关键受力零部件的质量、强度提出了更高的要求，原来用铸造工艺制造的钩尾框等铸件已不能满足新的安全质量要求，必须改为用锻造工艺模锻制造的锻件，以提高其内部质量及强度，消除安全隐患。货车钩尾框属于比较复杂的大型锻件，其成型精度及质量不仅与成型设备的力与能大小有关，而且与制坯尺寸和终锻模设计也关系很大，根据该零件的几何尺寸及变形特性，初步测算出钩尾框的终锻力约为1万吨左右，有效变形能约需1000千焦以上。
    目前国内用户常考虑选用：模锻锤、热模锻压力机、离合器式螺旋压力机、双盘摩擦螺旋压力机等设备成型。其中，摩擦螺旋压力机结构简单、维修方便、性能可靠，在所有锻造设备中售价最低，是一类符合中国国情的锻压设备。中国摩擦螺旋压力机自引进德国技术以后，产品的结构、性能等技术指标均已达到或接近世界先进水平，并广泛应用于金属模锻和精密锻造等压力加工工艺，该机的设备投资、模具成本和锻件成本均比模锻锤和热模锻压力机便宜，目前已成为中国现代工业的主要锻压设备之一。
    铁路货运行业近年来积极推进重载提速，以缓解铁路运能运力的不足。在铁路道路方面主要是对原有道路的适应性改造，在货车车辆方面主要是增加各部件的承载能力。为适应铁路货车车辆重载提速的要求，铁路车辆近几年来铸件改锻件的趋势明显。和铸件相比，锻件的强度和可靠性大大加强，品质提升效果明显。

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    蒋鹏（北京机电研究所工学博士、研究员）：铁路货运行业近年来积极推进重载提速，在货车车辆方面主要是增加各部件的承载能力，钩尾框就是适应这种需求的锻件。国内批量生产锻造钩尾框零件的原工艺采用自由锻制坯，大吨位摩擦压力机展开模锻后折弯成形，需两火成形，存在着劳动条件差、生产效率低、生产成本高、能源消耗大、产品表面质量较差等问题，急需一种新型环保节能工艺替代。北京机电研究所提出了一种铁路货车钩尾框精密辊锻模锻复合成形技术，并进行了充分的研究和分析工作，依托经完成了大量的辊锻技术开发工作的积累，在生产线的设计和实施过程中解决了以下难题：（1）辊锻机的力能问题上，采取合理选择辊锻工艺参数，各道次变形力和扭矩在辊锻机的许用范围内，保证了精密辊锻工艺的实现；（2）采用变形过程的数值模拟等先进手段保证于总体变形量的分配和辊锻工艺设计的合理和可靠；（3）增加防弯曲装置，使得辊锻工艺过程稳定可靠；（4）合理安排各工序时间，使得锻造过程在一火完成。在两家单位的共同努力下，铁路货车钩尾框的辊锻模锻复合成形新技术已经研究开发完成，并已在捷丰公司的生产线上成功地、经济地生产出了铁路货车钩尾框。锻件产品质量稳定，各项性能指标均符合产品技术条件和图纸的技术要求，达到了提高产品质量、降低原材料消耗、提高生产效率、改善工人劳动条件的目的。节省投资、节材降耗效果显著。以锻造17型锻造钩尾框为例，和原工艺相比，每件节省材料加热等费用222元，符合目前对节能、节材，环保等方面的要求。
    为了适应重载提速货车对重要零件安全可靠性能的要求，克服普通铸件通常存在的疏松、缩孔、偏析等缺陷，通过锻造工艺的创新和努力，将一些铁路货车铸件改为性能比之更为优良的模锻件，具有重要意义。
袁灿伦（重庆长征重工有限责任公司研究员级高级工程师）：近年来中国铁路货车用各类锻钢上心盘、锻钢支撑座、17和13B锻钢钩尾框就是铸件改锻件工艺的代表。以上几种产品改为模锻件后，产品质量和使用寿命大幅提高，故障反馈率大幅降低，对铁路货车运输的安全提供了保障。（1）锻钢上心盘。上心盘为铁路货车重要零件，为了使其在货车运行时更为安全可靠，满足重载提速要求而将各类货车铸钢上心盘均改为性能优良的模锻件。锻钢上心盘设计锻件结构形式和锻造工艺方案没有太大难度，锻造工艺流程和操作要求与一般方圆类模锻件相似。（2）锻钢支撑座。与铸钢支撑座相比，锻钢支撑座的结构形式有相当难度，模锻工艺方案的确定和优化比较复杂。使用三维CAD和锻造模拟软件，能起到事半功倍的作用，辅助锻造工艺人员获得较佳工艺方案。（3）锻钢钩尾框。锻造钩尾框比铸钢钩尾框缺陷少、性能优良，使用寿命长。通过锻造工艺模拟不仅可以预测锻件成形的全过程，而且可以定量地给出与变形有关的各种物理量，如位移、速度、应力、应变和载荷等，为获得最优的模具设计、最合理的工艺方案和最少的试模时间提供了技术保证。
铁道车辆向重载和高速发展，对货车钩尾框等大型关键受力零部件的质量、强度提出了更高的要求，原来用铸造工艺制造的钩尾框等铸件已不能满足新的安全质量要求，必须改为用锻造工艺模锻制造的锻件，以提高其内部质量及强度，消除安全隐患。

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    朱元胜（青岛青锻锻压机械有限公司高级工程师）：EPC/EP系列节能数控电动螺旋压力机，是今后大批量铁路锻件精密成型的发展趋势。电动螺旋压力机因其具有结构简单，抗偏载能力强、操作维护方便、打击能量控制精确、节约能源绿色环保、产品成形精度好、生产效率高等特点，受到国内外精密锻造业的青睐，在国外电动螺旋压力机已属于成熟产品，广泛应用于各种精锻工艺。在国内，中国最早的第一台1600kN电动压力机的样机是由青锻公司于上世纪80年代研制，由于当时的电机制造技术，尤其是对电网冲击问题比较突出而耽误了发展，国内电动压力机用户只好依赖进口，耗费了大量的外汇。近几年来，随着中国电机制造技术和电力事业的发展，研制中国的电动螺旋压力机的条件已逐步成熟，尤其是开关磁阻电动机经创新改进后，在螺旋压力机上的发明应用，使中国的电动螺旋压力机有了一个跨越性的发展，填补了国内电动螺旋压力机的空白，替代了进口。目前，青锻公司已成功研制了EP-700型直驱式、EPC-1000和EPC-1600及EPC-400T等多电机驱动式数控电动螺旋压力机，现已交付用户使用。

    综上所述，铁路货运行业近年来积极推进重载提速，以缓解铁路运能运力的不足。在铁路道路方面主要是对原有道路的适应性改造，在货车车辆方面主要是增加各部件的承载能力。为适应铁路货车车辆重载提速的要求，铁路车辆近几年来铸件改锻件的趋势明显。和铸件相比，锻件的强度和可靠性大大加强，品质提升效果明显。通过两天的学术交流，很多专家、学者在车辆锻造技术水平的未来发展方面都达成了共识。在热烈的掌声中，本届大会徐徐落下了帷幕。