CN105149892A - 轨道列车钢质锻造轮装制动盘精密成形方法 - Google Patents

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岳岩
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Abstract

本发明涉及轨道列车钢质锻造轮装制动盘精密成形方法，属于制动盘成形方法技术领域。其解决了钢质锻造制动盘制造困难、工艺难度大、设备投资高、材料利用率低等难题。本发明包括如下步骤:下料、制坯、扩孔、辗压成形、切边、热处理、机械加工和动平衡校验；制坯工序是将毛坯料经锻造、冲孔后获得设定形状尺寸的环形毛坯，环形毛坯经扩孔后确保内径尺寸不小于成品件内径；然后在摆辗机上进行辗压成形，保证薄壁高筋散热齿成性良好。本发明制造方法简单，成形容易，大大减小了设备吨位；机械加工余量小、材料利用率高，制造成本低，适合机车、城轨、高铁等各种型号轨道列车钢质轮装制动盘的大批量生产制造。

Description

轨道列车钢质锻造轮装制动盘精密成形方法
技术领域
本发明涉及轨道列车钢质锻造轮装制动盘精密成形方法，属于制动盘成形方法技术领域。
背景技术
目前，我国所需的高速轨道列车钢质锻造制动盘仍是进口为主。随着我国高速列车应用的推广，要摆脱进口现状，更好地满足各种轨道列车新造与检修的需要，所以钢质锻造制动盘国产化十分必要，这也符合铁路总公司关于基础制动系统实施国产化的要求。
随着列车速度的提高，对制动装置及制动材料的耐磨性能、耐热裂性能、疲劳性能和摩擦性能等提出了更高的要求，原先的低合金铸铁制动盘摩擦面在使用过程中容易出现热裂纹，蠕墨铸铁制动盘的耐磨性能不够理想，满足不了高速轨道列车制动盘强度高、寿命长的要求。铸钢制动盘由于导热系数和热容量较小、膨胀系数较大，在使用过程中摩擦面容易出现沟槽、皱折及细网状裂纹，局部摩擦表面甚至还会产生熔化，以“鱼鳞状”金属镶嵌入闸片中，大大加剧制动盘与闸片的磨损，使得铸钢制动盘寿命较短。而且铸钢材质的铸造性能较差，易在制动盘的筋板处产生铸造裂纹缺陷，铸钢制动盘的制造工艺难度较大，批量生产时质量较难控制。因此，铸铁、铸钢制动盘已经满足不了高速列车制动盘强度高、寿命长的要求。研制钢质锻造制动盘以代替铸铁、铸钢制动盘，提高制动盘的耐磨性能、疲劳性能及耐热裂性能，确保高速轨道列车运输的可靠性、安全性，已经成为亟需解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有轨道列车制动盘成形方法存在的上述缺陷，提出了轨道列车钢质锻造轮装制动盘精密成形方法，其解决了钢质锻造制动盘制造困难、工艺难度大、设备投资高、材料利用率低等难题，实现了钢质锻造轮装制动盘的快速、精密成形。
本发明是采用以下的技术方案实现的：一种轨道列车钢质锻造轮装制动盘精密成形方法包括如下步骤:
步骤一、下料：根据产品型号，将相应规格圆钢通过剪切设备或锯床得到设定长度的坯料；
步骤二、制坯：下料所得坯料采用感应加热设备加热，将毛坯在压力机上镦粗，然后将镦粗后的毛坯中心冲孔，得到设定形状尺寸的环形毛坯；
步骤三、扩孔：环形毛坯在扩孔机上扩孔，将毛坯内径尺寸扩孔至与相应型号的轮装制动盘内径尺寸相同；
步骤四、辗压成形：通过摆辗机摆辗头对扩孔后的毛坯进行连续局部辗压，使扩孔后的毛坯充满模具型腔成形；
步骤五、切边：用切边设备将内外圆多余的边料切除；
步骤六、热处理：采用淬火、回火的热处理工艺对成形后锻件进行热处理；
步骤七、机械加工：用数控加工中心将热处理后的锻件加工成成品形状及尺寸；
步骤八、动平衡校验：在自动动平衡机上对加工后的制动盘进行动平衡校验。
感应加热设备采用1250KW中频感应加热设备，加热温度为1150℃±20℃；压力机将毛坯镦粗至高度小于100mm；圆钢可以用几何形状的棒材进行替换；扩孔后的毛坯采用摆辗方式进行塑性成形；热处理工艺采用的淬火温度为910℃±5℃，采用的回火温度为600℃±5℃；模具型腔采用整体式结构或组合式结构。
轨道列车钢质锻造轮装制动盘属于薄壁高筋大型盘类结构复杂锻件，其可锻性能差，在锻造过程中如果采用整体模锻的方式，一次加热很难锻成，且所需变形力相当大(锤上模锻所需模锻锤吨位约为40吨；机械压力机最大变形力约为356000KN；螺旋压力机所需最大变形力约为200000KN)，散热筋(齿形)不易充满，模具承载力过大，极易变形失效。采用本发明的塑性精密成形方法，不仅能够一火次完成锻造成形，还能大幅度提高成品率、节约原材料，降低锻造设备吨位，减少设备投资、降低生产成本。
本发明的有益效果是：
(1)成形精度高，实现少无切削加工；节约材料，大幅度提高材料利用率；
(2)摆辗过程是连续局部塑性成形技术，所需塑性变形力降低，设备吨位降低，减少设备投资；
(3)由于摆辗过程模具承受锻造力小，所以工装模具制作简单，减少模具制造难度；
(4)生产效率高，生产能耗低，降低生产成本；
(5)制造工艺简单，辅助设备少，成品率高；
(6)锻件内部组织致密，晶粒细小，力学性能、耐磨性及疲劳寿命明显高于其他方法生产的锻件。
附图说明
图1是本发明的原理流程框图。
图2(a)是本发明扩孔后的坯料示意图。
图2(b)是的剖面示意图。
图3(a)是本发明的制动盘锻坯示意图。
图3(b)是图3(b)的剖面示意图。
图4(a)是本发明制动盘的散热筋面示意图。
图4(b)是图4(a)的剖面示意图。
图5是本发明制动盘的摩擦面示意图。
图6是本发明制动盘摆辗模具示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明所述的轨道列车钢质锻造轮装制动盘精密成形方法，包括如下步骤：
步骤一、下料：根据产品型号，将相应规格圆钢通过剪切设备或锯床得到设定长度的坯料；
步骤二、制坯：下料所得坯料采用感应加热设备加热，将毛坯在压力机上镦粗，然后将镦粗后的毛坯中心冲孔，得到设定形状尺寸的环形毛坯；
步骤三、扩孔：环形毛坯在扩孔机上扩孔，将毛坯内径尺寸扩孔至与相应型号的轮装制动盘内径尺寸相同；
步骤四、辗压成形：通过摆辗机摆辗头对扩孔后的毛坯进行连续局部辗压，使扩孔后的毛坯充满模具型腔成形；
步骤五、切边：用切边设备将内外圆多余的边料切除；
步骤六、热处理：采用淬火、回火的热处理工艺对成形后锻件进行热处理；
步骤七、机械加工：用数控加工中心将热处理后的锻件加工成成品形状及尺寸；
步骤八、动平衡校验：在自动动平衡机上对加工后的制动盘进行动平衡校验。
感应加热设备采用1250KW中频感应加热设备，采用的加热温度为1150℃±20℃；压力机将毛坯镦粗至高度小于100mm；圆钢可以用几何形状的棒材进行替换；扩孔后的毛坯采用摆辗方式进行塑性成形；热处理工艺采用的淬火温度为910℃±5℃，采用的回火温度为600℃±5℃；模具型腔采用整体式结构或组合式结构。
实施例一：
图1-图6所示，钢质锻造轮装制动盘盘体成形的一个实例。本发明的使用过程如下所述：
图1所示的原理流程框图，直径为200mm、长度为245mm的圆钢毛坯,采用的加热温度为1150℃，通过自动上料设备送至制坯设备镦粗、冲孔，然后由机器人将工件放置到自动扩孔机上进行扩孔，扩孔后的毛坯如图2所示。其中，图2(a)是扩孔后的毛坯主视图，图2(b)是扩孔后的毛坯剖视图。
扩孔后的毛坯由机器人转至摆辗机上进行摆辗操作，摆辗完成后进行切边，得到图3所示，锻坯外径为650mm、锻坯内径为340mm的锻造毛坯。其中图3(a)是锻坯的主视图，图3(b)是锻坯的剖视图。需要注意的是，摆辗机采用的摆辗方式是指利用一个绕中心迅速滚动的圆锥上模(摆头)对金属毛坯端面局部加压，使其逐步成形的一种回转成形工艺。其中，图6展示的是本发明的制动盘摆辗模具示意图。本发明根据需要，不同制动盘摆辗模具可以加工出不同型号的制动盘。
检验合格后的锻造毛坯进行淬火、回火热处理，其中，淬火温度为910℃±5℃，回火温度为600℃±5℃。热处理后的锻坯在加工中心上进行加工得到制动盘，将制动盘在自动动平衡机上进行校验后，得到带有如图4所示的散热筋面和如图5所示的摩擦面的制动盘，制动盘的外径为640mm、制动盘内径为350mm。其中图4(a)是制动盘的散热筋面的主视图，图4(b)是制动盘的散热筋面的剖视图。
当然，上述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定对本发明的实施例范围。本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围内。

Claims (7)

1.一种轨道列车钢质锻造轮装制动盘精密成形方法，其特征在于：包括如下步骤:
步骤一、下料：根据产品型号，将相应规格圆钢通过剪切设备或锯床得到设定长度的坯料；
步骤二、制坯：下料所得坯料采用感应加热设备加热，将毛坯在压力机上镦粗，然后将镦粗后的毛坯中心冲孔，得到设定形状尺寸的环形毛坯；
步骤三、扩孔：环形毛坯在扩孔机上扩孔，将毛坯内径尺寸扩孔至与相应型号的轮装制动盘内径尺寸相同；
步骤四、辗压成形：通过摆辗机摆辗头对扩孔后的毛坯进行连续局部辗压，使扩孔后的毛坯充满模具型腔成形；
步骤五、切边：用切边设备将内外圆多余的边料切除；
步骤六、热处理：采用淬火、回火的热处理工艺对成形后锻件进行热处理；
步骤七、机械加工：用数控加工中心将热处理后的锻件加工成成品形状及尺寸；
步骤八、动平衡校验：在自动动平衡机上对加工后的制动盘进行动平衡校验。
2.根据权利要求1所述的轨道列车钢质锻造轮装制动盘精密成形方法，其特征在于：感应加热设备采用1250KW中频感应加热设备，采用的加热温度为1150℃±20℃。
3.根据权利要求1所述的轨道列车钢质锻造轮装制动盘精密成形方法，其特征在于：压力机将毛坯镦粗至高度小于100mm。
4.根据权利要求1所述的轨道列车钢质锻造轮装制动盘精密成形方法，其特征在于：圆钢可以用几何形状的棒材进行替换。
5.根据权利要求1所述的轨道列车钢质锻造轮装制动盘精密成形方法，其特征在于：扩孔后的毛坯采用摆辗方式进行塑性成形。
6.根据权利要求1所述的轨道列车钢质锻造轮装制动盘精密成形方法，其特征在于：热处理工艺采用的淬火温度为910℃±5℃，采用的回火温度为600℃±5℃。
7.根据权利要求1所述的轨道列车钢质锻造轮装制动盘精密成形方法，其特征在于：模具型腔采用整体式结构或组合式结构。
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