CN108237193A - 火车车轮摆辗成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于轮形件热锻成形领域，具体涉及火车车轮摆辗成形方法。包括以下步骤：a、连铸钢坯切割得到Ф380×432mm的坯料，并加热至1200℃；b、压力机预制坯：坯料在50MN压力机上镦粗、冲孔得到预制坯,此工序要控制预制坯孔径及外径接近摆辗终成形的型腔尺寸；c、摆辗预成形：预制坯在第一台摆辗机上得到预成形坯料，预成形坯料要合理分配辐板、轮毂、轮辋处的金属，以便于在摆辗终成形时，金属能够完全充填模具型腔；d、摆辗终成形：预成形坯料在第二台摆辗机上成形得到火车轮摆辗件。本发明很好的解决了现有火车轮成形方法存在的问题及不足，能提高火车轮尺寸精度，改善同心度，减少切削量，同时不需要大功率的成形设备，改善了工人的劳动环境。

Description

火车车轮摆辗成形方法

技术领域

本发明属于轮形件热锻成形领域，具体涉及火车车轮摆辗成形方法。

背景技术

火车车轮是铁路车辆重要的行走部件，它在铁路运输中担负着：承担车体重量；传递驱动力、制动力；吸收摩擦热等作用，对铁路车辆的安全运输极为重要。而铁路运输向高速化、重载化方向的发展趋势，对火车车轮的机械性能，形状尺寸精度提出了更高的要求。因此研究新的火车车轮的成形方法，提高火车轮机械性能和质量，对于我国铁路运输事业有重要的意义。

现有火车车轮主要分为铸钢车轮和辗钢车轮。铸钢车轮生产工艺为熔炼-石墨铸型-热处理-机加工，该工艺简单，材料利用率高，但生产的车轮塑性、韧性差，不能满足铁路运输的需求。辗钢车轮的制造方法主要有全模锻法和模锻轧制法。全模锻法是坯料镦粗制坯后，在锻模内将整个车轮直接模锻成形。全模锻车轮机械性能好，车轮形状尺寸精确，且材料利用率高，但是需要大功率的锻压设备，生产率低，没有得到广泛应用。模锻轧制法在世界范围内得到了广泛应用。目前我国马鞍山钢铁公司火车车轮模锻轧制的制造工艺流程为：热钢坯→90MN液压机镦粗、成形→立式轧机轧制→50MN液压机辐板压弯、冲孔。90MN液压机用于镦粗、预成形，车轮轧机用于车轮扩径、辐板延展、轮辋和踏面的形成，50MN液压机用于冲孔、辐板压弯、车轮偏心矫正。此工艺存在以下问题：1.在热钢坯镦粗、预成形过程中需要大功率的压力机；2.轧机轧制过程易产生偏心；3.冲孔压弯水压机下工作台为移动式结构，定位不准确，冲孔时易将轮毂撕裂；4.压弯方式不合理，易造成辐板形状不准确。

上世纪90年代，日本住友金属制钢所在传统的模锻轧制工艺上引进了摆辗机即模锻-轧制-摆辗法，其工艺流程为：热钢坯→90MN液压机镦粗、预成形→立式轧机轧制→摆辗机整形、冲孔。与目前我国的模锻轧制工艺相比，采用摆辗机替代最后工序中50MN辐板压弯、冲孔的液压机，解决了模锻轧制车轮易产生偏心，车轮形状尺寸精度低的问题。但热钢坯在液压机上镦粗、预成形两个工步后，在轧机上主变形，最后摆辗整形、冲孔。由于大变形在摆辗以前就已经完成，进入摆辗机的轮坯形状已经很接近最终形状，摆辗的加工余量很小，未能充分发挥摆辗机效能。2000年马钢公司设计研究院发表论文《摆辗技术在火车轮制造中的应用》，提出一种模锻-摆辗火车轮成形方法，工艺流程为：热钢坯→30MN液压机镦粗、压痕→80MN液压机预成形→摆辗机成形。其工艺特点为不用车轮轧机和最后工序的冲孔、压弯液压机，摆辗机承担车轮扩径、辐板减薄及压弯、冲孔等绝大部分的变形量。以上两种火车轮成形方法预成形工序都需要大吨位的压力机，机器噪声和振动大，工人工作环境差。

2012年中华人民共和国知识产权局公开了名为《采用摆轧成形技术的火车轮坯制造工艺》专利，提出了一种火车轮摆辗成形工艺：热钢锭→压力机镦粗、冲孔→摆轧成形。其工艺特点是热钢坯通过压力机镦粗、冲孔获得带孔的圆板坯料后，未进行预成形，直接一次摆辗成形火车轮。由于车轮摆辗过程金属变形量大，易出现轮毂、轮辋角隅以及轮缘填充不满的情况，形成废品。

发明内容

针对现有火车轮成形方法存在的问题及不足，本发明提供了一种火车轮摆辗成形方法。该成形方法能提高火车轮尺寸精度，改善同心度，减少切削量，同时不需要大功率的成形设备，改善工人的劳动环境。

为达到上述目的本发明提供的技术方案为：火车轮摆辗成形方法，其步骤如下：

一总种火车轮摆辗成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、连铸钢坯切割得到Ф380×432mm的坯料，并加热至1200℃；

b、压力机预制坯：坯料在50MN压力机上镦粗、冲孔得到预制坯,此工序要控制预制坯外径以及孔径大小，为减少坯料在后续摆辗成形过程中因偏心载荷产生偏歪，在保证坯料顺利放入摆辗机型腔的前提下，预制坯孔径及外径接近摆辗终成形的型腔尺寸；

c、摆辗预成形：预制坯在第一台摆辗机上得到预成形坯料，预成形坯料要合理分配辐板、轮毂、轮辋处的金属，以便于在摆辗终成形时，金属能够完全充填模具型腔；

d、摆辗终成形：预成形坯料在第二台摆辗机上成形得到火车轮摆辗件。

步骤b所述预制坯尺寸：外径Ф846mm，内径Ф198mm,厚度为86.9mm。

所述步骤c具体操作是：通过机械手将预制坯放入第一台摆辗机下模，下模固定不动，摆头摆动的同时向下做进给运动，对坯料施压，得到预成形坯料；该工序使坯料辐板处有一定程度的减薄，同时成形了部分的轮毂及轮辋。

所述预成形坯料内径Ф194mm；轮毂高147mm，宽49mm；轮辋高122.5mm，上侧宽54mm、下侧宽56mm；辐板与轮毂、轮辋通过R45mm的圆弧连接，辐板厚度51mm。

所述轮辋左右两侧为斜面，有利于第一次摆辗成形的脱膜以及第二次摆辗成形时轮缘的填充。

所述步骤d的具体操作是：机械手将第一台摆辗机得到的预成形坯料放入第二台摆辗机固定下模，摆头摆动的同时向下做进给运动，对坯料施压，得到火车轮摆辗件。

本发明与现有的火车轮成形方法相比有益效果如下：

1.与传统的模锻轧制法相比，摆辗成形可以对火车轮所有尺寸进行约束，是一种闭式模锻，上下模对中良好，不易产生偏心。能够解决模锻轧制法易产生偏心、辐板形状不准确、易撕裂轮毂的问题；

2.与模锻-轧制-摆辗工艺及模锻摆辗工艺相比，摆辗变形力小，能够代替标称压力是其5-20倍的压力机，用第一台摆辗机预成形坯料代替油压机预成形坯料阶段，能够降低预成形过程设备吨位，且摆辗属于静压成形，噪音小，改善了工人的工作环境；

3.与采用摆轧成形技术的火车轮坯制造工艺相比，通过两次摆辗分配变形量，能够解决由于变形量大，一次摆辗成形轮毂、轮辋角隅及轮缘填充不满，易出现废品的问题。

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图；

图2为本发明的摆辗预成形模具示意图

图3为本发明的摆辗终成形模具示意图

具体实施方式

以下结合附图对本发明进一步叙述。

a.连铸钢坯切割得到Ф380×432mm的坯料，并加热至1200℃；

b.压力机预制坯：在50MN压力机上对坯料镦粗、冲孔得到预制坯，预制坯尺寸为：外径Ф846mm，内径Ф198mm,厚度86.9mm；

c.摆辗预成形：预制坯在第一台摆辗机上得到预成形坯料，预成形坯料需合理分配辐板、轮毂、轮辋处的金属，以便于在摆辗终成形时，金属能够完全充填模具型腔；

d摆辗终成形：加热后的预成形坯料在第二台摆辗机上终成形得到火车轮摆辗件。

本实施例步骤c具体操作是：通过机械手将预制坯放入第一台摆辗机下模，下模固定不动，摆头摆动的同时向下做进给运动，对坯料施压，得到预成形坯料。预成形坯料内径Ф194mm；轮毂高147mm，宽49mm；轮辋高122.5mm，上侧宽54、下侧宽56。辐板与轮毂、轮辋通过R45mm的圆弧连接，辐板厚度51mm。轮辋左右两侧为斜面，有利于第一次摆辗成形的脱膜以及第二次摆辗成形时轮缘的填充。

本实施例步骤d的具体操作是：通过机械手将第一台摆辗机得到的预成形坯料放入第二台摆辗机的固定下模，摆头摆动的同时向下做进给运动，对坯料施压，得到火车轮摆辗件。

Claims (6)

1.一总种火车轮摆辗成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、连铸钢坯切割得到Ф380×432mm的坯料，并加热至1200℃；

b、压力机预制坯：坯料在50MN压力机上镦粗、冲孔得到预制坯,此工序要控制预制坯外径以及孔径大小，为减少坯料在后续摆辗成形过程中因偏心载荷产生偏歪，在保证坯料顺利放入摆辗机型腔的前提下，预制坯孔径及外径接近摆辗终成形的型腔尺寸；

c、摆辗预成形：预制坯在第一台摆辗机上得到预成形坯料，预成形坯料要合理分配辐板、轮毂、轮辋处的金属，以便于在摆辗终成形时，金属能够完全充填模具型腔；

d、摆辗终成形：预成形坯料在第二台摆辗机上成形得到火车轮摆辗件。

2.根据权利要求1所述的一种火车轮摆辗成形方法，其特征在于：

步骤b所述预制坯尺寸：外径Ф846mm，内径Ф198mm,厚度为86.9mm。

3.根据权利要求1所述的一种火车轮摆辗成形方法，其特征在于：

所述步骤c具体操作是：通过机械手将预制坯放入第一台摆辗机下模，下模固定不动，摆头摆动的同时向下做进给运动，对坯料施压，得到预成形坯料；该工序使坯料辐板处有一定程度的减薄，同时成形了部分的轮毂及轮辋。

4.根据权利要求3所述的一种火车轮摆辗成形方法，其特征在于：

所述预成形坯料内径Ф194mm；轮毂高147mm，宽49mm；轮辋高122.5mm，上侧宽54mm、下侧宽56mm；辐板与轮毂、轮辋通过R45mm的圆弧连接，辐板厚度51mm。

5.根据权利要求3所述的一种火车轮摆辗成形方法，其特征在于：

所述轮辋左右两侧为斜面，有利于第一次摆辗成形的脱膜以及第二次摆辗成形时轮缘的填充。

6.根据权利要求1所述的火车轮摆辗成形方法，其特征在于：

所述步骤d的具体操作是：机械手将第一台摆辗机得到的预成形坯料放入第二台摆辗机固定下模，摆头摆动的同时向下做进给运动，对坯料施压，得到火车轮摆辗件。