CN101020287A - 大型滑轮的锻压轧制技术及热轧锻压设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型滑轮的锻压轧制技术，在大型滑轮(1)切削加工前采用热加工工艺过程中，所述的滑轮(1)的钢锭毛坯或连铸毛坯经过热锻镦粗定厚定径，所述的轮毂(3)及轮辐(4)的初形通过锻模锻压成形，所述的轮辋(2)的内圆表面、两端面、轮辋(2)的外圆面及外圆周上的轮槽(5)通过热轧辗压成形。本发明还提供了这种大型滑轮的锻压轧制技术的中采用的热轧辗压设备。本发明使得滑轮的机械强度高，耐磨性能好；内应力小，不易变形；使用时滑轮的受力均匀，使用寿命大幅度的增加；减少了设备本体的重量以及制造成本和使用成本；材料的利用率有了很大提高；成本进一步的降低。

Description

大型滑轮的锻压轧制技术及热轧锻压设备

技术领域

本发明属于金属热轧压力加工技术领域，更具体地说，本发明涉及一种大型滑轮的锻压轧制技术。本发明还涉及采用这种锻压轧制技术的热轧锻压设备。

背景技术

滑轮的结构一般包括轮毂、轮辐、轮辋及轮辋上的环槽，它是起重运输设备的重要组成零部件之一，其形状复杂，承受载荷大，工作环境恶劣。一般的起重机械的滑轮直径较小，其结构一般采用铸钢，其制造过程主要是铸造成形后再进行机械加工；对于较大直径的滑轮，目前一般公知的技术都是采用焊接方法加工制造，其方法是滑轮的轮毂用锻造的筒圆形钢坯，轮辋用切割的厚钢板或轧制的环形毛坯，滑轮的辐板或筋板用切割的中厚钢板，将它们焊接而成，然后再进行机械加工。采用这种加工方法，因为材料焊接的应力较大，受热及冷却速度不均匀导致金相组织不均匀，在加工和使用过程中会发生变形；金属纤维结构不连续，特别是滑轮的轮槽采用切削加工，导致产品的强度、韧性等机械性能下降，影响产品的使用性能；生产效率较低，因为需要经过锻造轮毂、用厚钢板切割成轮辋或轧制环形毛坯、用中厚钢板切割辐板或筋板，然后进行焊接，最后进行切削加工，工艺复杂，工艺路线长。另外，因为切割的边角料成为废品，以及轮槽采用切削加工，切削余量大，所以材料浪费较大。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种大型滑轮的锻压轧制技术，其目的是提高大型滑轮的机械性能、降低制造成本。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：所提供的这种大型滑轮的锻压轧制技术，所述的大型滑轮包括轮辋、轮毂、轮辐，轮辋的外圆周上设有环形的轮槽，所述的滑轮在切削加工前采用热加工工艺获得坯型，在该工艺过程中，所述的滑轮的钢锭毛坯或连铸毛坯经过热锻镦粗定厚定径，所述的轮毂及轮辐的初形通过锻模锻压成形，所述的轮辋的内圆表面、两端面、轮辋的外圆面及外圆周上的轮槽通过热轧辗压成形。

所述的热加工工艺过程，在其整个的过程中为一次加热成形，其工艺过程为：

步骤a、坯料的切割及加热：采用专用的切割机床或大型的圆盘锯对圆形的钢锭或连铸坯进行切割获得毛坯，而后将其放置在加热炉中加热至始锻温度并持续一段时间，然后出炉；

步骤b、镦粗定厚定径：将加热的钢坯放置在压力机的工作台面上进行镦粗，实现钢坯定厚定径；

步骤c、压痕：而后将定厚定径的钢坯放置在热锻模具上，在压力机上进行压痕，实现金属的预分配；

步骤d、轮坯的成型：把压痕后的钢坯放入压力机中进行模压成型，该工序的锻模包括由上、下成型模和成型环，实现轮毂和部分轮辐的成型，轮毂孔和轮辋的预成型，轮毂孔未贯通；

步骤e、热轧碾压：通过对轮辋和辐板的热轧碾压，实现轮辋、轮辐和轮槽的轧制成型，使其断面形状和尺寸符合成品的设计要求；

步骤f、冲孔和平整：将碾压轧制的滑轮坯送到压力机上，对轮毂孔的连皮进行冲孔，使其成为通孔，而后再放置在热锻模具中对轮辋和轮辐进行平整，消除滑轮坯在轧制过程中出现的轮辋轻微扭曲现象；

步骤g、冷却和正火：将滑轮坯运送到链式冷床上冷却一段时间，放入等温炉内等温一段时间，而后再进行正火处理，至此整个滑轮的热加工工艺即模锻、碾压轧制工艺过程结束。

所述的步骤a中的始锻温度为1250℃～1320℃，所述的保温时间为4小时～4.5小时。

所述的步骤b或步骤c或步骤f中的压力机为水压机，其最大压力为30MN。

所述的步骤d中的压力机为水压机，其最大压力为80MN。

所述的步骤g中，经过链式冷床上冷却的滑轮坯的温度为600℃～620℃，并以同样的温度进行等温，等温时间为5.5～6.5小时。

本发明还提供所述的这种大型滑轮的锻压轧制技术的中采用的热轧辗压设备，运用于上述工艺过程的热轧碾压步骤，其技术方案为：所述的热轧辗压设备为一个的卧式热轧机组，该机组设一个主辊和一对对称分布的压紧辊向滑轮加压，主辊的外圆周上的形状与轮辋外圆周上的轮槽及外圆面相适应，压紧辊布置在轮辋径向主与辊相同方向的内圆上，在轮辋径向主与辊相反方向，设一对对称分布的斜辊向滑轮加压，斜辊的外圆周形状与轮辋的端面、内圆面及轮辐连接处的形状相适应。

在所述的轮毂所述的两端面设一对对称分布的抱辊压向滑轮，其外圆周形状与轮毂的端面形状相适应。

本发明采用上述技术方案，与现有技术相比取得了以下的效果：

1、使用模锻、碾压轧制整体的滑轮，滑轮材质的致密度高，金属的成份和晶体组织均匀，它的轮辐、轮辋以及轮缘的金属纤维流线组织良好，使得滑轮的机械强度高，耐磨性能好；

2、受热与冷却速度均匀，内应力小，不易变形；

3、由于没有辐板的筋板，使得在机械加工中容易得到形状及尺寸精确的滑轮，滑轮的对称性好，使用时滑轮的受力均匀，使用寿命大幅度的增加；

3、由于没有辐板的筋板，使得滑轮的单重减轻，因而减少了设备本体的重量以及制造成本和使用成本；

4、材料的利用率有了很大提高；由于模锻、碾压轧制整体滑轮能大批量、高效率的生产以及比较精确的制造，其中大部分的模具可以重复使用，这就使得其每一件滑轮经摊薄后的综合成本进一步的降低。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为本发明的加工工艺流程示意图；

图2为本发明涉及的热轧辗压设备的结构示意图。

图中标记为：1、滑轮，2、轮辋，3、轮毂，4、轮辐，5、轮槽，6、主辊，7、斜辊。

具体实施方式

本发明提供的是一种大型滑轮的锻压轧制技术，图1为这种锻压轧制技术所采用的加工工艺流程示意图；本发明还提供了采用这种锻压轧制技术的热轧锻压设备的技术方案，图2为所述的热轧辗压设备的结构示意图。

这种大型滑轮1包括轮辋2、轮毂3、轮辐4，轮辋2的外圆周上设有环形的轮槽5，所述的滑轮1在切削加工前采用热加工工艺获得坯型。

本发明为了实现提高大型滑轮的机械性能、降低制造成本的目的，所采取的技术方案为：在该工艺的加工过程中，所述的滑轮1的钢锭毛坯或连铸毛坯经过热锻镦粗定厚定径，所述的轮毂3及轮辐4的初形通过锻模锻压成形，所述的轮辋2的内圆表面、两端面、轮辋2的外圆面及外圆周上的轮槽5通过热轧辗压成形。

使用模锻、碾压轧制整体的滑轮，滑轮材质的致密度高，金属的成份和晶体组织均匀，它的轮辐4、轮辋2以及轮缘的金属纤维流线组织良好，使得滑轮的机械强度高，耐磨性能好；受热与冷却速度均匀，内应力小，不易变形；由于没有辐板的筋板，使得在机械加工中容易得到形状及尺寸精确的滑轮，滑轮的对称性好，使用时滑轮的受力均匀，使用寿命大幅度的增加；此外，由于没有辐板的筋板，使得滑轮的单重减轻，因而减少了设备本体的重量以及制造成本和使用成本；同时，材料的利用率有了很大提高；由于模锻、碾压轧制整体滑轮能大批量、高效率的生产以及比较精确地制造，其中大部分的模具还可以重复使用，这就使得其每一件滑轮经摊薄后的综合成本要显著低于铸造滑轮、焊接滑轮，在市场上有着很强的竞争优势。

下面对本发明的技术构思的形成作简要介绍：

模锻、碾压轧制整体的滑轮生产工艺的开发是建立在铁路的火车车轮的生产制造工艺的基础之上的，因此滑轮的生产工艺设备就是使用火车车轮的生产工艺设备，但是，滑轮的生产工艺有着它自己的特殊性：

1、滑轮具有轮毂直径大、轮辋高度小、辐板薄而且面积大等特点。滑轮的轮辋高度H一般在70～100mm之间，而火车车轮的轮辋高度H则一般为125～140mm之间；滑轮的辐板厚度S一般在16～28mm之间，而火车车轮的辐板厚度S则一般为19～30mm之间，有的最大达到40mm。

因此，由于上述的差异，滑轮的坯料D/H值要比火车车轮的D/H值要大，这就意味着相对于火车车轮的坯料，滑轮的坯料要“薄”，其锻压和碾压轧制时，轮坯的变形抗力要大，尤其是生产大直径规格的滑轮；而当选用合金结构钢，如35CrMo时，其生产的难度就要大得多。

2、火车车轮轮辋表现为单轮缘，滑轮1的轮辋2表现为双轮缘；对于生产火车车轮的专用设备来说，轧制双轮缘，不仅在工艺设计上，还是在实际操作上，的确存在着一定的技术难度。

本发明所述的滑轮坯对应于火车车轮的踏面的外径面，有一道凹槽，即轮槽5。因此，相对应地，在轧辊的轧制表面增加一条凸缘；使用这种改进方法，使得经过锻压后的坯料能够稳定地进入轧制孔型；它不仅克服了轧制时的上下串动和摆动，降低了轧制操作的难度，有效地提高了生产效率，而且正是这条凹槽，对形成金属纤维流线组织，提高轮辋2和轮槽5的机械强度起着非常好的作用，此外还可以看成是对滑轮1的轮辋2、轮槽5的预成型，进一步减小了机械加工余量。

下面对本发明的加工工艺过程作详细介绍。如图1所示，所述的热加工工艺过程，在其整个的过程中为一次加热成形，其工艺过程为：

步骤a、坯料的切割及加热：

根据滑轮坯的重量加上轮毂空的冲孔连皮以及加热的烧损，得出所需的下料重量，烧损率按3％；采用专用的切割机床或大型的圆盘锯对圆形的钢锭或连铸坯进行切割获得毛坯。而后将其放置在加热炉中，在加热炉中加热至始锻温度并持续一段时间，然后出炉。

所述的始锻温度可在1250℃～1320℃范围内，所述的加热及持续时间为4小时～4.5小时。最佳始锻温度为1280℃。由于是一火成型，故加热温度制定的高一些。加热时间不低于4小时即可出炉。

步骤b、镦粗定厚定径：

将加热的钢坯放置在压力机的工作台面上进行镦粗，实现钢坯定厚定径。

步骤c、压痕：

将定厚定径的钢坯放置在一个专用的热锻模具上，在压力机上进行压痕，实现金属的预分配。所述的压力机为水压机，其最大压力为30MN。

步骤d、轮坯的成型：

把压痕后的钢坯放入压力机中进行模压成型，该工序的锻模包括由上、下成型模和成型环，实现轮毂3和部分轮辐4的成型，轮毂3孔和轮辋2的预成型，轮毂孔未贯通。所述的压力机为水压机，其最大压力为80MN。

本步骤主要是将滑轮的轮毂部分锻压成型，而滑轮1的轮辐4只是部分锻压成型，轮辋2部分则进行预成形，为后面的碾压轧制提供合格的毛坯。

步骤e、热轧碾压：

通过对轮辋2和轮辐4的热轧碾压，实现轮辋2、轮辐4和轮槽5的轧制成型，使其断面形状和尺寸符合成品的设计要求；并且实现扩径使得其轮坯的径向尺寸更加精确。由于滑轮坯轴向尺寸较小，即D/H＞＞1，普通的模锻工艺需要加大吨位的压力机来实现，而通过轧制扩径就可以利用现有的模锻水压机实行模压成型；滑轮坯的轧制扩径量比较大，以轮坯的内径来算，一般是150至200mm；轮辋的轴向压下变形量8mm。

本步骤是将滑轮1的轮辐4、轮辋2最终碾压轧制成型，并使其符合轮坯的最终尺寸要求，如滑轮1的轮辐4和轮辋2的厚度尺寸、滑轮1的外径尺寸，以及轮辋2的内径尺寸等。

步骤f、冲孔和平整：

将碾压轧制的滑轮坯送到压力机上，对轮毂3孔的连皮进行冲孔，使其成为通孔，而后再放置在一套专用的热锻模具中对对轮辋2和轮辐4进行平整，消除滑轮坯在轧制过程中出现的轻微轮辋扭曲现象。所述的压力机为水压机，其最大压力为30MN。

步骤g、冷却和正火：

将滑轮坯运送到链式冷床上冷却一段时间，放入等温炉内等温一段时间，而后再进行正火处理，至此整个滑轮1的热加工工序即模锻、碾压轧制的热变形加工工艺过程结束。经过链式冷床上冷却的滑轮坯的温度为600℃～620℃，并以同样的温度进行等温，等温时间为5.5～6.5小时。最佳冷为600℃；最佳等温时间为6小时。

随着不断的开发，滑轮的品种和规格也日趋增多，目前已有近60余种；可以碾压轧制整体的滑轮范围以滑轮的轮槽直径来描述，其规格达700～1020mm，而以轮缘顶端直径最大的可达到1152mm。

本发明还提供了所述的这种大型滑轮的锻压轧制技术的中采用的热轧辗压设备，运用于上述工艺过程的热轧碾压步骤，其技术方案为：如图2所示，所述的热轧辗压设备为一个的卧式热轧机组，该机组设一个主辊6和一对对称分布的压紧辊向滑轮1加压，主辊6的外圆周上的形状与轮辋2外圆周上的轮槽5及外圆面相适应，压紧辊布置在轮辋2径向主与辊6相同方向的内圆上，在轮辋2径向主与辊6相反方向，设一对对称分布的斜辊7向滑轮1加压，斜辊7的外圆周形状与轮辋2的端面、内圆面及轮辐4连接处的形状相适应。

在所述的轮毂3所述的两端面设一对对称分布的抱辊压向滑轮1，其外圆周形状与轮毂3的端面形状相适应。

下表为本发明碾压轧制整体滑轮与铸造滑轮、焊接滑轮的性能参数的比较：

铸造滑轮				焊接滑轮				碾压轧制整体滑轮
												材质	机械性能			材质	机械性能			材质	机械性能
Rm	A	HB	Rm	A	HB	Rm	A	HB
									QT450-10	450	10％		180	35#	530		18％	190	60#		690	12	255
ZG35	500	18％	180	45#	650	17％	230	65#				710				10				255
														60#	690		12	255	35CrMo		980	12	229

注：锻压的材质为正火状态。

从上述表格的数据来看，碾压轧制整体滑轮有着非常优良的机械性能，用于更难加工的材料。在同等的条件下，在设计中可以进一步减小滑轮某些部位的体积，以减少滑轮1的单重，如轮毂3的直径、轮辋2的宽度和厚度等。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1、一种大型滑轮的锻压轧制技术，所述的大型滑轮(1)包括轮辋(2)、轮毂(3)、轮辐(4)，轮辋(2)的外圆周上设有环形的轮槽(5)，所述的滑轮(1)在切削加工前采用热加工工艺获得坯型，其特征在于：在该工艺过程中，所述的滑轮(1)的钢锭毛坯或连铸毛坯经过热锻镦粗定厚定径，所述的轮毂(3)及轮辐(4)的初形通过锻模锻压成形，所述的轮辋(2)的内圆表面、两端面、轮辋(2)的外圆面及外圆周上的轮槽(5)通过热轧辗压成形。

2、按照权利要求1所述的大型滑轮的锻压轧制技术，其特征在于：所述的热加工工艺过程，在其整个的过程中为一次加热成形，其工艺过程为：

步骤a、坯料的切割及加热：采用专用的切割机床或大型的圆盘锯对圆形的钢锭或连铸坯进行切割获得毛坯，而后将其放置在加热炉中加热至始锻温度并持续一段时间，然后出炉；

步骤b、镦粗定厚定径：将加热的钢坯放置在压力机的工作台面上进行镦粗，实现钢坯定厚定径；

步骤c、压痕：然后将定厚定径的钢坯放置在热锻模具上，在压力机上进行压痕，实现金属的预分配；

步骤d、轮坯的成型：把压痕后的钢坯放入压力机中进行模压成型，该工序的锻模包括由上、下成型模和成型环，实现轮毂(3)和部分轮辐(4)的成型，轮毂孔和轮辋(2)的预成型，轮毂孔未贯通；

步骤e、热轧碾压：通过对轮辋(2)和轮辐(4)的热轧碾压，实现轮辋(2)、轮辐(4)和轮槽(5)的轧制成型，使其断面形状和尺寸符合成品的设计要求；

步骤f、冲孔和平整：将碾压轧制的滑轮坯送到压力机上，对轮毂(3)孔的连皮进行冲孔，使其成为通孔，而后再放置在热锻模具中对轮辋(2)和轮辐(4)进行平整，消除滑轮坯在轧制过程中出现的轮辋(2)轻微扭曲现象；

步骤g、冷却和正火：将滑轮坯运送到链式冷床上冷却一段时间，放入等温炉内等温一段时间，而后再进行正火处理，至此整个滑轮(1)的热加工工艺即模锻、碾压轧制工艺过程结束。

3、按照权利要求2所述的大型滑轮的锻压轧制技术，其特征在于：所述的步骤a中的始锻温度为1250℃～1320℃，所述的保温时间为4小时～4.5小时。

4、按照权利要求2所述的大型滑轮的锻压轧制技术，其特征在于：所述的步骤b或步骤c或步骤f中的压力机为水压机，其最大压力为30MN。

5、按照权利要求2所述的大型滑轮的锻压轧制技术，其特征在于：所述的步骤d中的压力机为水压机，其最大压力为80MN。

6、按照权利要求2所述的大型滑轮的锻压轧制技术，其特征在于：所述的步骤g中，经过链式冷床上冷却的滑轮坯的温度为600℃～620℃，并以同样的温度进行等温，等温时间为5.5～6.5小时。

7、采用权利要求2～6中所述的任一种大型滑轮的锻压轧制技术的热轧辗压设备，运用于所述的工艺过程的步骤e，其特征在于：所述的热轧辗压设备为一个的卧式热轧机组，该机组设一个主辊(6)和一对对称分布的压紧辊向滑轮(1)加压，主辊(6)的外圆周上的形状与轮辋(2)外圆周上的轮槽(5)及外圆面相适应，压紧辊布置在轮辋(2)径向主与辊(6)相同方向的内圆上，在轮辋(2)径向主与辊(6)相反方向，设一对对称分布的斜辊(7)向滑轮(1)加压，斜辊(7)的形状与轮辋(2)的端面、内圆面及轮辐(4)连接处的形状相适应。

8、按照权利要求7所述的热轧辗压设备，其特征在于：在所述的轮毂(3)所述的两端面设一对对称分布的抱辊压向滑轮(1)，其外圆周形状与轮毂(3)的端面形状相适应。