CN104227349B - 一种车轮轮辋制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车轮轮辋制造方法，它包括以下步骤：S1、采用卷圆‑焊接工艺，将平板毛坯卷焊为圆管；S2、利用锯床或水切割机等切割工具将圆管切割下料；S3、在压力机上利用校形模具对坯料内孔进行扩整校形；S4、依据筒体结构进行锥形筒体旋压成形，旋压成形的方式为：方式a)采用缩径强旋复合工艺方法，完成对等壁厚锥形筒体的冷旋压成形；或方式b)采用强旋工艺方法，完成对变壁厚锥形筒体的冷旋压成形；S5、采用扩口‑翻边‑铲旋‑回程的工艺路径，完成对法兰的冷旋压成形；S6、依据规格要求，完成后续机械加工。本发明的有益效果是：利用旋压方法成形该类零件，产品质量好，材料利用率高，生产效率高，节约能源。
Description
技术领域
本发明涉及车轮轮辋制造工艺技术领域，特别是一种车轮轮辋制造方法。
背景技术
目前，欧美等发达国家在矿山机械这一行业领域处于垄断地位，并针对印度、中国等发展中国家实施技术封锁。在全球一体化的大环境下，矿山机械中车轮等部分配件推行全球采购的经营模式。随着科学技术日新月异的发展，采取新工艺新方法等技术手段提高产品生产效率、降低成本、提高产品质量，已成为企业谋取利润、获得长足发展的重要策略。
矿山车轮轮辋的主体结构为法兰和锥形筒体两部分组成，传统制造方法最初是在压力机上利用热扩口后再翻边的工艺方法完成法兰部分成形，而对锥形筒体部分则主要依靠机械加工方法完成。具体加工工序为“下料-卷焊-热扩口-热翻边-扩整校形-机械加工”，主要工艺缺点为：（a）法兰热加工能耗高，操作不方便，效率较低，产品一致性也较差；（b）成形后法兰壁厚不可控，飞边较大，材料浪费严重；（c）钣金成形方法获得的法兰圆角较大，精度较差，甚至不能满足某些零件设计要求；（d）成形工艺力较大，设备吨位要求较高；（e）锥形筒体机械加工余量大，材料利用率低。
为了克服以上缺点，近期某些企业转为采取由钢厂定制型钢的方式实现该类零件成形，但由于其采购成本较高、周期灵活性差、经营风险较高等不足，未能得到推广应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种材料利用率高、能耗低、操作简单、生产效率高、成形精度高、产品一致性好的车轮轮辋制造方法，适用于矿山机械中轮辋这类大直径厚壁零件的生产制造。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种车轮轮辋制造方法，它包括以下步骤：
S1、采用卷圆-焊接工艺，将平板毛坯卷焊为圆管；
S2、利用锯床或水切割机等切割工具将圆管切割下料；
S3、在压力机上利用校形模具对坯料内孔进行扩整校形；
S4、依据筒体结构进行锥形筒体旋压成形，锥形筒体旋压成形的加工方式为下列两种方式之一：
方式a)采用缩径强旋复合工艺方法，完成对等壁厚锥形筒体的冷旋压成形；
方式b)采用强旋工艺方法，完成对变壁厚锥形筒体的冷旋压成形；
S5、采用扩口-翻边-铲旋-回程的工艺路径，完成对法兰的冷旋压成形；
S6、依据规格要求，完成后续机械加工。
所述的步骤S1中，板材卷焊过程中对焊缝采取压平和局部退火处理。
所述的步骤S2中下料尺寸参照产品尺寸依据体积不变规律确定。
所述的步骤S4中缩径强旋复合工艺是一道次完成，减薄率为5%～35%之间，进给率为1.0～4.0mm/r，旋轮形状为大圆角旋轮；强旋工艺是多道次完成，减薄率为5%～35%，进给率为1.0～2.5mm/r，旋轮工作角为15°～30°，旋轮退出角为20°～30°，旋轮圆角半径为0.4t0～2t0，t0为圆管坯料的原始壁厚；采用双旋轮无错距旋压。
所述的步骤S5中扩口的目的在于完成预成形工作，翻边的目的在于使法兰基本垂直于筒体，铲旋的目的在于填充法兰内部小圆角，回程的目的在于控制法兰厚度基本为等厚度，整个步骤使用一组旋轮完成，形状为大圆角旋轮，进给率为0.5~4.5mm/r。
所述的步骤S6中机械加工是利用车床仅对法兰边缘、法兰背面以及焊接坡口进行机械加工。
本发明具有以下优点：
旋压是一种精确塑性成形加工工艺，利用旋压方法成形该类零件具有成形精度高、材料利用率高、能耗低、操作简单、生产效率高、产品一致性好以及成形后零件的组织和机械性能得到改善等诸多优点。目前尚且没有将旋压工艺应用到矿山机械车轮轮辋制造领域的尝试或研究，本发明解决了采用旋压工艺获得矿山车轮轮辋的核心技术问题。
本发明加工的产品质量好：法兰外端面平整度好且壁厚较为一致、法兰圆角小、成形精度高，锥形筒体表面光洁度高、直线度好，产品一致性好，成形后零件的组织和机械性能得到改善，与传统工艺相比，产品质量大大提高；
本发明材料利用率高：法兰外端面、筒体表面均可通过旋压满足图纸要求，需机械加工尺寸仅限于装配尺寸以及法兰外缘、法兰背面、焊接坡口等结构尺寸，加工余量小,材料利用率高；
本发明生产效率高：本发明采用冷旋压工艺获得矿山车轮轮辋，操作简单，生产工序大为简化，旋压加工节拍快，生产效率高；
本发明节约能源：本发明使用冷加工方式获得矿山车轮轮辋，克服了传统热加工能耗高等缺点，节约了大量能源。
附图说明
图1 为矿山车轮轮辋主体结构的结构示意图
图2 为本发明的筒体成形装置的结构示意图
图3 为本发明的法兰成形模具的结构示意图
图中，1-缩口强旋芯模，2-缩口强旋旋轮，3-外置退料环，4-铜套，5-铜套顶盖，6-外置退料板，7-外置油缸接套，8-内六圆柱头螺钉，9-圆螺母，10-内六角圆柱头螺钉，11-模具套，12-内置退料板，13-压块，14-旋轮，15-退料拉板，16-内六角圆柱头螺钉，17-内六角圆柱头螺钉。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：
矿山车轮轮辋的主体结构为法兰和锥形筒体两部分组成，其中法兰有直壁法兰和弧形法兰之分，锥形筒体又有等壁厚和变壁厚结构之分。本发明的技术解决方案是将旋压工艺应用到矿山车轮轮辋的生产制造中，利用冷旋压工艺方法实现矿山车轮轮辋法兰和锥形筒体这两个主体结构的成形。
一种车轮轮辋制造方法，它包括以下步骤：
S1、采用卷圆-焊接工艺，将平板毛坯卷焊为圆管；
S2、利用锯床或水切割机等切割工具将圆管切割下料；
S3、在压力机上利用校形模具对坯料内孔进行扩整校形；
S4、依据筒体结构进行锥形筒体旋压成形，锥形筒体旋压成形的加工方式为下列两种方式之一：
方式a)采用缩径强旋复合工艺方法，完成对等壁厚锥形筒体的冷旋压成形；
方式b)采用强旋工艺方法，完成对变壁厚锥形筒体的冷旋压成形；
S5、采用扩口-翻边-铲旋-回程的工艺路径，完成对法兰的冷旋压成形；
S6、依据图纸的规格要求，完成后续机械加工。
步骤S1中，本实施例的圆管坯料来源于钢厂定制，但常用板材也可用作管坯料，根据圆管尺寸对板材进行下料，板材卷焊过程中对焊缝采取压平和局部退火处理。圆管长度一般为6～15m，直径略小于产品直径，具体由扩整校形工艺特点确定，壁厚依据体积不变规律确定。
上述步骤S2中下料尺寸参照产品尺寸依据体积不变规律确定。
上述步骤S3中校形模具采取分瓣模结构形式，校形模随着压力机的下压而胀开，从而实现对坯料的扩整校形。
上述步骤S4中缩径+强旋复合工艺是一道次完成，减薄率一般在5%～35%之间，进给率一般在1.0～4.0mm/r之间，旋轮形状为大圆角旋轮；强旋工艺是多道次完成，减薄率一般在5%～35%之间，进给率一般在1.0～2.5mm/r之间，旋轮工作角为15°～30°，旋轮退出角为20°～30°，旋轮圆角半径为0.4t0～2t0，t0为圆管坯料的原始壁厚；采用双旋轮无错距旋压，其径向力可相互平衡，工件尺寸、形状精度及表面质量较好。
上述步骤S5中扩口的目的在于完成预成形工作，翻边的目的在于使法兰基本垂直于筒体，铲旋的目的在于填充法兰内部小圆角，回程的目的在于控制法兰厚度基本为等厚度，整个步骤使用一组旋轮完成，形状为大圆角旋轮，进给率一般在0.5~4.5mm/r之间。
上述步骤S6中机械加工主要是针对装配尺寸以及法兰边缘、筒体端头等余料，机械加工是利用车床仅对法兰边缘、法兰背面以及焊接坡口进行机械加工。
以直壁法兰、等壁厚锥形筒体结构的矿山车轮轮辋制造方法为例。目标产品材料为Q345B，结构尺寸如图1所示，加工工序为“卷焊-下料-扩整校形-锥形筒体旋压-法兰旋压-机械加工”。
平板毛坯卷焊过程中对焊缝采取压平和局部退火处理，本发明定制的圆管长度为12m，圆管内径为φ700mm，壁厚为22mm。
下料过程在锯床上切割完成，依据零件尺寸由体积不变规律确定切割后坯料长度为240mm。
在压力机上利用校形模具对坯料内孔进行扩整校形，控制校形后内径范围为φ722mm~φ723.5mm之间。
锥形筒体成形模具关键部件及结构如图2所示，包括缩口强旋芯模1、缩口强旋旋轮2、外置退料环3、铜套4、铜套顶盖5、外置退料板6、外置油缸接套7、内六角圆柱头螺钉8（GB70 M12×35）、圆螺母9（GB/T 812 M45×1.5）、内六角圆柱头螺钉10（GB70 M20×110）。锥形筒体加工过程采用缩径+强旋复合工艺一道次完成，两个旋轮之间无错距，旋轮尺寸为直径φ300mm圆角R40，减薄率为31.8%，进给比为2.15mm/r。成形后锥形筒体长度为201~203mm，壁厚为15.0～15.2mm。
法兰成形模具关键部件及结构如图3所示，包括模具套11、内置退料板12、压块13、旋轮14、退料拉板15、内六角圆柱头螺钉16（GB70 M16×40）、内六角圆柱头螺钉17（GB70M20×110）。零件法兰加工过程采用扩口-翻边-铲旋-回程的工艺路径，通过扩口完成预成形工作，通过翻边使法兰基本垂直于筒体，通过铲旋填充法兰内部小圆角，通过回程控制法兰厚度基本为等厚度。整个步骤采用一组旋轮完成，旋轮尺寸为直径φ300mm圆角R40，其中扩口、翻边、铲旋进给比为2.15mm/r，回程进给比为1mm/r。成形后法兰边缘余量为5~6mm，壁厚为17.4~17.8mm。
最终根据图纸规格要求，利用车床仅对法兰边缘、法兰背面以及焊接坡口进行机械加工，获得合格产品。
Claims (5)
1.一种车轮轮辋制造方法，适用于矿山机械中轮辋这类大直径厚壁零件的生产制造，其特征在于：它包括以下步骤：
S1、采用卷圆-焊接工艺，将平板毛坯卷焊为圆管；
S2、利用锯床或水切割机等切割工具将圆管切割下料；
S3、在压力机上利用校形模具对坯料内孔进行扩整校形；
S4、依据筒体结构进行锥形筒体旋压成形，锥形筒体旋压成形的加工方式为下列两种方式之一：
方式a)采用缩径强旋复合工艺方法，完成对等壁厚锥形筒体的冷旋压成形；
方式b)采用强旋工艺方法，完成对变壁厚锥形筒体的冷旋压成形；
S5、采用扩口-翻边-铲旋-回程的工艺路径，完成对法兰的冷旋压成形；
S6、依据规格要求，完成后续机械加工；
所述的步骤S4中缩径强旋复合工艺是一道次完成，减薄率为5%～35%之间，进给率为1.0～4.0mm/r，旋轮形状为大圆角旋轮；强旋工艺是多道次完成，减薄率为5%～35%，进给率为1.0～2.5mm/r，旋轮工作角为15°～30°，旋轮退出角为20°～30°，旋轮圆角半径为0.4t0～2t0，t0为圆管坯料的原始壁厚；采用双旋轮无错距旋压。
2.根据权利要求1所述的一种车轮轮辋制造方法，其特征在于：所述的步骤S1中，板材卷焊过程中对焊缝采取压平和局部退火处理。
3.根据权利要求1所述的一种车轮轮辋制造方法，其特征在于：所述的步骤S2中下料尺寸参照产品尺寸依据体积不变规律确定。
4.根据权利要求1所述的一种车轮轮辋制造方法，其特征在于：所述的步骤S5中扩口的目的在于完成预成形工作，翻边的目的在于使法兰基本垂直于筒体，铲旋的目的在于填充法兰内部小圆角，回程的目的在于控制法兰厚度基本为等厚度，整个步骤使用一组旋轮完成，形状为大圆角旋轮，进给率为0.5~4.5mm/r。
5.根据权利要求1所述的一种车轮轮辋制造方法，其特征在于：所述的步骤S6中机械加工是利用车床仅对法兰边缘、法兰背面以及焊接坡口进行机械加工。
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