CN105458631A - 轮圈的制作方法及轮圈制作用轧辊组 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种轮圈的制作方法。所公开的制作方法包括以下步骤：11)采用连铸坯、轧坯或锻坯横切成的料段实施下料，料段为圆柱状结构；12)对料段实施加热，得到热态料段；13)对热态料段依次进行镦粗和模具压制，得到粗成型件，粗成型件在形成轮圈的内孔部位形成薄层连皮结构，薄层连皮结构的直径小于内孔的直径；14)对粗成型件实施轧制，得到轮廓成型件，轮廓成型件的薄层连皮结构与轮圈的内孔的直径相等；15)对轮廓成型件实施精整，以及切除薄层连皮结构以形成内孔。本发明还公开一种轮圈制作用轧辊组。上述方法能解决背景技术中轮圈制作方法所存在的耗材较多、效率较低和轮圈质量较低的问题。

Description

轮圈的制作方法及轮圈制作用轧辊组

技术领域

本发明涉及轮圈生产技术领域，尤其涉及一种轮圈的制作方法及轮圈制作用轧辊组。

背景技术

轮圈是车轮的主要组成部分，不同的车辆，轮圈的结构不同。请参考图1，图1是一种列车用分体车轮的轮圈结构示意图。图1所示的轮圈一般在锻造扩孔后采用机加工的方式进行生产，即先依次通过锻造和扩孔，获得矩形截面或外台阶型截面，然后再通过机械加工的方式加工出如图1所示截面形状的轮圈。因此，目前制造如图1所示轮圈的流程一般为下料-镦粗-冲孔-扩孔-平整端面-机械加工。

采用上述方法制作图1所示的轮圈存在如下弊端：(1)采用冲孔、扩孔的方式会导致较多的废料产生，这就需要下料的重量较大，存在成材率低的问题。(2)成型的过程中需要多次锻打，导致生产效率较低，不适合轮圈的大批量生产。(3)冲孔和扩孔易导致轮圈各个部分的余量分布不均匀，不易实现在线热处理，而且机加工余量较大；(4)该方式需多火次锻造加热，烧损较大易造成过热过烧，影响产品内在质量。

可见，目前制作轮圈的方法存在耗材较多、效率较低和轮圈质量较低的问题，而如何解决这些问题，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明公开一种轮圈的制作方法，以解决背景技术中轮圈制作方法所存在的耗材较多、效率较低和轮圈质量较低的问题。

为解决上述技术问题，本发明公开如下技术方案：

轮圈的制作方法，包括以下步骤：

11)采用连铸坯、轧坯或锻坯横切成的料段实施下料，所述料段为圆柱状结构；

12)对所述料段实施加热，得到热态料段；

13)对所述热态料段依次进行镦粗和模具压制，得到粗成型件，所述粗成型件在形成所述轮圈的内孔部位形成薄层连皮结构，所述薄层连皮结构的直径小于所述内孔的直径；

14)对所述粗成型件实施轧制，得到轮廓成型件，所述轮廓成型件的薄层连皮结构与所述轮圈的内孔的直径相等；

15)对所述轮廓成型件实施精整，以及切除所述薄层连皮结构以形成所述内孔。

优选的，上述制作方法中，步骤11)包括：

21)计算所述粗成型件的重量，得到第一重量；

22)根据和W＝W1+W2+W3计算所述料段的切割长度；其中，L是切割长度，单位为mm，W1是第一重量，W2是烧损量，W2＝W1×(2％～3％)，W3是安全余量，W3＝(W1+W2)×(1％～2.5％)，W1、W2和W3的单位均为Kg；0.7≤L/D≤2；D是所述连铸坯、轧坯或锻坯的横切面直径，单位是mm；

23)根据所述切割长度对所述连铸坯、轧坯或锻坯实施切割，得到所述料段，并将所述料段下料。

优选的，上述制作方法中，步骤12)中，加热包括依次进行的预加热、第一段加热、第二段加热和保温加热，上述各段加热时间总长为4-5小时，保温加热后加热环境的温度是1260℃-1290℃。

优选的，上述制作方法中，所述预加热使所述加热环境的温度小于1100℃，加热时间至少为75分钟；所述第一段加热使得所述加热环境的温度达到1170℃-1280℃，加热时间至少为70分钟；所述第二段加热使得所述加热环境的温度达到1260℃-1300℃，加热时间至少为65分钟；所述保温加热使得所述加热环境的温度维持在1260℃-1290℃，加热时间至少为45分钟。

优选的，上述制作方法中，所述薄层连皮结构的厚度为6-12mm。

优选的，上述制作方法中，采用双动水压机的精整模具对所述轮廓成型件实施平整操作。

轮圈制作用轧辊组，其特征在于，包括两个轧辊，两个轧辊相对布置形成轧制孔型；其中：

所述轧制孔型包括依次分布的轮辋轧制段、轮辐板轧制段和过渡轧制段；

所述过渡轧制段用于轧制薄层连皮结构和所述轮圈的轮辐板交接处，所述轧辊位于所述过渡轧制段的端部设置有凸起，两个轧辊的所述凸起相对布置，且两者之间所形成的缝隙宽度与所述薄层连皮结构的厚度相等。

本发明公开的轮圈的制作方法具有以下有益效果：

本发明公开的轮圈的制作方法中先将料段加热使其处于热态，然后通过墩粗、模具压制、轧制和精整操作，最后将上述操作过程最终形成的薄层连皮结构切除，从而完成轮圈的生产。此制作方法主要通过热塑形变实现轮圈形状的成型。相比于背景技术所述的通过冲孔、扩孔的成型方式而言，本实施例中的制作方法几乎无废料产生，可见，本发明公开的制作方法能降低耗材，进而提高料段的成材率。而且此过程中无需多次锻打，锻件各部位余量较小，分布比较均匀，可在线直接进行淬火或调质等热处理，无需离线粗加工完成后再进行热处理，进而能提高轮圈的生产效率，适合轮圈的大批量生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或背景技术中的技术方案，下面将对实施例或背景技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请所涉及轮圈的结构示意图；

图2是本发明实施例公开的轮圈的制作方法流程图；

图3是本发明实施例步骤S100中料段的剖视图；

图4是经加热的料段进行镦粗处理后的结构示意图；

图5是轮圈制作过程中得到的粗成型件的结构示意图；

图6是轮圈制作过程中经过轧制得到的轮廓成型件的结构示意图；

图7是本申请公开的一种轧辊的结构示意图；

图8是本申请公开的另一种轧辊的结构示意图；

图9是本申请公开的另一种轧辊所形成的轧辊组的示意图；

图10是图9所示轧辊组的工作示意图；

图11是本发明实施例公开的下料的一种具体实施流程图。

附图标记说明：

100-轮辋、200-轮辐板、300-外孔、400-内孔、500-薄层连皮结构、600-轧辊、700-轧辊、710-凸起、800-轧制孔型、810-轮辋轧制段、820-轮辐板轧制段、830-缝隙。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

请参考图2，本发明实施例公开一种轮圈的制作方法，用于制作如图1所示的轮圈。其中，图1所示的轮圈包括轮辋100、轮辐板200、外孔300和内孔400，外孔300和内孔400同轴布置。图1所示的轮圈包括轮毂和轮辐图2所示的制作方法包括如下步骤：

S100、下料。

本步骤中，将连铸坯、轧坯或锻坯切割成的料段实施下料。本发明实施例中，连铸坯、轧坯或锻坯为圆柱状杆，通过横切设定长度的连铸坯、轧坯或锻坯得到料段，当然，料段也为圆柱状结构，其半剖结构如图3所示。

S200、加热。

本步骤对步骤S100下料的料段实施加热。通常采用环形加热炉对料段实施加热。本实施例中，对料段实施加热为分段加热，包括依次进行的预加热、第一段加热、第二段加热和保温加热。上述各个阶段的加热使得料段温度依次上升。加热时间可以为4-5小时，保温加热后加热环境的温度可以是1260℃-1290℃。加热后得到高塑性、低抗力的热态料段。

上述分段加热过程中，预加热达到的目的是使加热环境的温度小于1100℃，加热时间通常至少为75分钟。第一段加热使得加热环境的温度达到1170℃-1280℃，加热时间通常至少为70分钟。第二段加热可以使得加热环境的温度达到1260℃-1230℃，加热时间通常至少为65分钟。保温加热使得加热环境的温度维持在1260℃-1290℃，保温加热的时间通常至少为45℃。

本步骤通过分段加热的方式进行升温保温，在预加热和第一段加热等低温加热阶段，有效防止目前单段一次性加热造成的金属截面的外层与心部温差过大，热应力较大等较易引起的材料破裂。并且，在该金属材料所允许的导温性和内应力条件下，以最快速度加热到预定的温度，该加热、保温温度和各段时间的设置，有效地防止过热过烧的缺陷。可见，上述分段加热的方式具有较好的优势，提高金属塑形和内部质量，降低变形抗力，使锻造易于成型，并获得了良好的锻后组织和力学性能。

S300、墩粗。

本步骤对经过步骤S200加热的料段实施墩粗操作，经过墩粗操作之后的料段如4所示，此时的料段类似于凹饼，起到对轮辋区域金属预先分配的作用，有利于粗成型件的质量。

S400、模具压制。

对经过墩粗操作之后的料段进行模具压制，从而完成轮圈的轮辋100和轮辐板200对应的区域的粗成型，得到粗成型件，此时粗成型件的中心区域，也就是粗成型件在形成轮圈的内孔400的部位开始形成薄层连皮结构500，如图5所示。通常薄层连皮结构500的厚度可以为6-12mm。

步骤S300和S400通常由60MN的水压机对经过步骤S200加热的料段实施墩粗和压制。水压机分为两个工位，第一个工位利用水压机的上凸镦模和下凸镦模对热态的物料墩粗，将物料形成如图4所示的凹饼状结构，起到提前预分配各部分金属作用。然后物料进入下一个工位进行模具压制，完成轮辋100和轮辐板200的粗成型，并形成薄层连皮结构500。薄层连皮结构500能保证水压机的上、下热锻模具不接触，防止模具之间的机械碰撞。为了避免粘膜，轮圈的轮辋100内壁表面与轮圈的轴线之间的夹角A为15°，轮辐板200的内壁表面与轮圈的轴线之间的夹角B为15°，轮圈的轮辋100外侧壁表面与轮圈的轴线之间的夹角C是14°，如图5所示。

S500、轧制。

通常采用七辊卧式轧机对经过步骤S400压制后所形成的粗成型件进行轧制，得到轮廓成型件，经过此步骤处理后，粗成型件的薄层连皮结构500进一步扩展，进而使得薄层连皮结构500与轮圈的内孔400的直径d相等，如图6所示，外孔300的直径D达到轮圈的参数要求；同时，经此步，可得到质量较好的“形变织构”组织，加强产品内在质量。

S600、精整。

此步骤仍然可以在30MN双动水压机上进行，利用精整模具将轮廓成型件的各个部位进行平整操作，以消除在轧制过程中出现的轮圈的轮辋100和轮辐板200表面所出现的翘曲现象。同时，该步骤要切除薄层连皮结构500，以形成轮圈的内孔400，进而得到如图1所示的轮圈。

本发明实施例公开的制作方法中先将料段加热使其处于热态，然后通过墩粗、模具压制、轧制和精整操作，最后将上述操作过程最终形成的薄层连皮结构500切除，从而完成轮圈的生产。此制作方法主要通过热塑形变实现轮圈形状的形成。相比于背景技术所述的通过冲孔、扩孔的方式而言，本实施例中的制作方法几乎无废料产生，可见，本发明实施例公开的制作方法能降低耗材，进而提高物料的成材率。而且此过程中无需多次锻打，锻件各部位余量较小，分布比较均匀，可在线直接进行淬火或调质等热处理，无需离线粗加工完成后再进行热处理，进而能提高轮圈的生产效率，适合轮圈的大批量生产。

步骤S500中，轧制能实现轮圈的轮廓成型。请参考图7，图7是目前常用的一种轧辊600，但是采用该轧辊600进行轮圈的外轮廓成型过程中，容易造成轮圈的外孔300和内孔400同心度较差，而且会使得薄层连皮结构500较厚，这样导致产生的废料较多。为此，本发明实施例公开另一种具体结构的轧辊组，该轧辊组包括两个轧辊700，如图8、9和10所示。两个轧辊700相对布置形成轧制孔型800。轧制孔型800包括依次分布的轮辋轧制段810、轮辐板轧制段820和过渡轧制段。其中，轮辋轧制段810用于轧制轮辋100，轮辐板轧制段820用于轧制轮辐板200。过渡轧制段用于轧制薄层连皮结构500和轮圈的轮辐板200的交接处。轧辊700位于过渡轧制段的端部设置有凸起710。两个轧辊700的凸起710相对布置，使得两个凸起710形成缝隙830。缝隙830的宽度与薄层连皮结构500的预设厚度相等，以确保薄层连皮结构具有较小的厚度，或者不至于过厚。由于两个轧辊700的凸起710相对布置所形成的缝隙830能起到限制轮辐板200与薄层连皮结构500过渡部位的过渡形变，进而能够提高薄层连皮结构500的变形质量，进而能使得最后形成的轮圈的外孔300和内孔400的同轴度较高。

本发明实施例中，步骤S100的下料存在不准确的问题。为此，发明人在创造本发明技术方案的过程根据制造方法的特点，即步骤S300之后料段的重量不减小或减小较小，而在步骤S200的加热过程中会存在烧损，又考虑一定的安全因素。为此，本发明公开一种较好的下料方法。请参考图11，本发明实施例公开一种具体下料方法，包括如下步骤：

S110、计算粗成型件的重量。

本步骤通过计算步骤S300和S400处理后得到的粗成型件的重量，得到第一重量。

S120、计算料段的长度。

根据和W＝W1+W2+W3计算所述料段的切割长度；其中，L是切割长度，单位是mm，W1是第一重量，W2是烧损量，W2＝W1×(2％～3％)，W3是安全余量，W3＝(W1+W2)×(1％～2.5％)，W1、W2和W3的单位均为Kg；0.7≤L/D≤2；D是所述连铸坯、轧坯或锻坯的横切面直径，单位是mm。

S130、对连铸坯、轧坯或锻坯实施切割以得到料段，将料段进行下料。

该优选方案通过轮圈制作过程中各个环节的特点来计算料段的损耗，进而根据此来指导下料的重量，进而确定料段的切割长度。可见，上述优选方案不但能提高下料的准确性，而且还能提高成材率。该优选方案依据各个坯形等体积变化原则，逆向推导出粗成型件质量，根据粗成型件的重量来指导后续持续生产过程中的下料操作。

本文中，各个优选方案仅仅重点描述的是与其它方案的不同，各个优选方案只要不冲突，都可以任意组合，组合后所形成的实施例也在本说明书所公开的范畴之内，考虑到文本简洁，本文就不再对组合所形成的实施例进行单独描述。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.轮圈的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

11)采用连铸坯、轧坯或锻坯横切成的料段实施下料，所述料段为圆柱状结构；

12)对所述料段实施加热，得到热态料段；

13)对所述热态料段依次进行镦粗和模具压制，得到粗成型件，所述粗成型件在形成所述轮圈的内孔部位形成薄层连皮结构，所述薄层连皮结构的直径小于所述内孔的直径；

14)对所述粗成型件实施轧制，得到轮廓成型件，所述轮廓成型件的薄层连皮结构与所述轮圈的内孔的直径相等；

15)对所述轮廓成型件实施精整，以及切除所述薄层连皮结构以形成所述内孔。

2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，步骤11)包括：

21)计算所述粗成型件的重量，得到第一重量；

22)根据和W＝W1+W2+W3计算所述料段的切割长度；其中，L是切割长度，单位为mm，W1是第一重量，W2是烧损量，W2＝W1×(2％～3％)，W3是安全余量，W3＝(W1+W2)×(1％～2.5％)，W1、W2和W3的单位均为Kg；0.7≤L/D≤2；D是所述连铸坯、轧坯或锻坯的横切面直径，单位是mm；

23)根据所述切割长度对所述连铸坯、轧坯或锻坯实施切割，得到所述料段，并将所述料段下料。

3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，步骤12)中，加热包括依次进行的预加热、第一段加热、第二段加热和保温加热，上述各段加热时间总长为4-5小时，保温加热后加热环境的温度是1260℃-1290℃。

4.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，所述预加热使所述加热环境的温度小于1100℃，加热时间至少为75分钟；所述第一段加热使得所述加热环境的温度达到1170℃-1280℃，加热时间至少为70分钟；所述第二段加热使得所述加热环境的温度达到1260℃-1300℃，加热时间至少为65分钟；所述保温加热使得所述加热环境的温度维持在1260℃-1290℃，加热时间至少为45分钟。

5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述薄层连皮结构的厚度为6-12mm。

6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，采用双动水压机的精整模具对所述轮廓成型件实施平整操作。

7.轮圈制作用轧辊组，其特征在于，包括两个轧辊(700)，两个轧辊(700)相对布置形成轧制孔型(800)；其中：

所述轧制孔型(800)包括依次分布的轮辋轧制段(810)、轮辐板轧制段(820)和过渡轧制段；

所述过渡轧制段用于轧制薄层连皮结构和所述轮圈的轮辐板交接处；

所述轧辊(700)位于所述过渡轧制段的端部设置有凸起(710)，两个轧辊(700)的所述凸起(710)相对布置，且两者之间所形成的缝隙(830)宽度与所述薄层连皮结构的厚度相等。