CN108465770B - 一种流线分布合理的动车组轴承内外圈锻造成形方法 - Google Patents
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Abstract
一种流线分布合理的动车组轴承内外圈锻造成形方法，利用deform软件优化设计锻造成形过程中所用模具的结构尺寸，模拟金属流线分布，获得更合理的模具结构尺寸、配合间隙，再利用纯度低的渗碳钢代替纯度高不易观察到流线分布的新型渗碳钢进行流线分布模拟制造，获得分布合理的金属流线，提高产品的力学性能、接触疲劳寿命。此种方法的研制，保证了动车组轴承内外圈批量生产锻造成形的实物质量，实现了动车组轴承的套圈锻件的批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种轴承内外圈锻造成形方法,主要涉及到一种流线分布合理的动车组轴承内外圈锻造成形方法。
背景技术
高速动车组轴箱轴承具有高转速、大载荷、强冲击、长寿命、高可靠的特点，制作难度极大。过去，国内高铁专用轴承均高价采购日本NTN、瑞典SKF以及德国FAG产品，高铁轴承国产化成为迫在眉睫的事情。按照中国铁路总公司提出的“紧凑形双列圆锥滚子轴承组件”作为标准动车高铁轴箱轴承的设计方案，目前，我公司对时速250公里的高速动车组轴箱轴承已经开展了工艺研究，现已完成了小批量轴承的生产与制造。动车组轴箱轴承内外圈的加工工艺流程：原材料进厂检验→锻造成形及退火热处理→车加工→渗碳及二次淬、回火→初磨→细磨→探伤→防护性磷化处理。锻造工序作为轴承加工制造的第一加工环节，锻造质量的好坏直接影响着产品的使用寿命，而合理的流线分布可以提高轴承的接触疲劳寿命。
金属流线也称流纹，在锻造时,金属的脆性杂质被打碎 ,顺着金属主要伸长方向呈碎粒状或链状分布；塑性杂质随着金属变形沿主要伸长方向呈带状分布,这样热锻后的金属组织就具有一定的方向性。锻件合理的流线分布可以提高轴承的接触疲劳寿命，流线分布可根据锻造工艺改进进行优化。相反，如果流线有缺陷，如乱流、穿流、金属流线乱等现象出现，则会影响的锻件力学性能。现有技术中，并无有效的工艺保证锻件的流线分布。因此，在批量锻造成形加工工艺方面，需要重点研究如何保证比较理想的金属流线，提高产品合格率及其使用寿命。
发明内容
为解决背景技术问题，本发明提供了一种流线分布合理的动车组轴承内外圈锻造成形方法。
为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：
1)利用工艺仿真系统deform模拟：在计算机上模拟整个加工过程，分析金属成形及其相关工业的各种成形工艺和热处理工艺，进而模拟优化冲头、调整模具之间的配合间隙；
2)流线分布模拟及显示：采用纯净度低的渗碳钢代替新开发的纯净度高的DZC1渗碳轴承钢，制造同结构同尺寸的锻件，对于成形过程中不同状态的锻坯，沿套圈高度方向进行线切割加工，对其纵断面进行磨削加工后，采用热酸煮的方法进行金属流线的显示；
3)锯切下料：棒料均采用锯切下料，保证料段端面的尺寸精度；
4)加热：在中频感应炉中加热，始锻温度≤1200℃，终锻温度≥850℃，外圈锻坯加热炉中频电压为0.60KV～0.65KV,生产节拍为48件/小时，内圈锻坯加热炉中频电压0.95KV～1.0KV,生产节拍为30件/小时；
5)镦粗：对原坯料沿轴向锻打，使其高度减低、横截面增大，时速250高铁轴承内外圈镦粗锻造比约为1.5；
6)成形和穿孔：将锻坯固放于在模具内，利用冲头挤压，使锻坯材料在其中成形，成形后的内外圈均采用仿形模具进行穿孔，切除热锻坯中心多余料。对于外圈的镦粗料段，成形时按照等截面原则进行双向挤压变形，且通过压力机实现外圈闭式合模成形；内圈成形则是在压力机上实现反挤成形；
7)辗扩形变：将内外圈热锻固定在倾斜立式辗扩机上，利用辗压辊和芯辊将内外圈辗扩至所需形状及尺寸，外圈中径处辗扩比约为2.3，内圈内径辗扩比约为1.8；
8)退火热处理：将室温锻件装盘，采用氮基保护气氛辊底式DRES-115-150-50退火炉，对锻件进行球化退火，进料周期（60～70min）/盘，氧势毫伏值为980～1050mv。工艺参数：①随炉升温3小时后到达790℃，并在该温度保温3小时，接着采用快冷到720℃，共2小时。②先后在710℃、690℃和680℃，均保温1小时，进行球化处理；然后快冷到400℃，时间为2小时；最终采用缓冷到200℃，时间为3小时。
有益效果：本发明利用deform软件优化设计锻造成形过程中所用模具的结构尺寸，模拟金属流线分布，获得更合理的模具结构尺寸、配合间隙，再利用纯度低的渗碳钢代替纯度高不易观察到流线分布的新型渗碳钢进行流线分布模拟制造，获得分布合理的金属流线，提高产品的力学性能、接触疲劳寿命。此种方法的研制，保证了动车组轴承内外圈批量生产锻造成形的实物质量，实现了动车组轴承的套圈锻件的批量生产。
附图说明
图1外圈锻坯加热后成形流程简图；
图2内圈加热后锻坯成形流程简图；
图3外圈锻坯闭式合模成形结构简图。
图3中，1、成形上冲头；2、上卸料套；3、成形上凹模；4、外圈锻坯；5、成形下凹模；6、下卸料套；7、成形下冲头；8、双滚道面。
具体实施方式
以下结合图1～图3以及具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。
本发明实施的具体步骤如下：
1)利用工艺仿真系统deform模拟：在计算机上模拟整个加工过程，分析金属成形及其相关工业的各种成形工艺和热处理工艺，进而模拟优化冲头、调整模具之间的配合间隙；
2)流线分布模拟及显示：采用纯净度低的渗碳钢代替新开发的纯净度高的DZC1渗碳轴承钢，制造同结构同尺寸的锻件，对于成形过程中不同状态的锻坯，沿套圈高度方向进行线切割加工，对其纵断面进行磨削加工后，采用热酸煮的方法进行金属流线的显示；
3)锯切下料：棒料均采用锯切下料，保证料段端面的尺寸精度；
4)加热：将锻坯在中频感应炉中加热至1100℃～1200℃（优选为1120℃～1150℃），外圈锻坯加热炉中频电压为0.63KV,生产节拍为48件/小时，内圈锻坯加热炉中频电压为0.98KV,生产节拍为30件/小时；
5)镦粗：对原坯料沿轴向锻打，使其高度减低、横截面增大，高铁轴承内外圈镦粗锻造比约为1.5；
6)成形和穿孔：将锻坯固放于在模具内，利用冲头挤压，使锻坯材料在其中成形，成形后的内外圈均采用仿形模具进行穿孔，切除热锻坯中心多余料。对于外圈的镦粗料段，成形时按照等截面原则进行双向挤压变形，且通过压力机实现外圈闭式合模成形；内圈成形则是在压力机上实现反挤成形；
7)辗扩形变：将内外圈热锻件固定在倾斜立式辗扩机上，利用辗压辊和芯辊将内外圈辗扩至所需尺寸，外圈中径处辗扩比约为2.3，内圈内径辗扩比约为1.8；
8)退火热处理：将室温锻件装盘，采用氮基保护气氛辊底式DRES-115-150-50退火炉，对锻件进行球化退火，进料周期（60～70min）/盘，氧势毫伏值为980～1050mv。工艺参数：①随炉升温3小时后到达790℃，并在该温度保温3小时，接着采用快冷到720℃，共2小时。②先后在710℃、690℃和680℃，均保温1小时，进行球化处理；然后快冷到400℃，时间为2小时；最终采用缓冷到200℃，时间为3小时；
一种专用于时速250公里的高铁动车组轴箱轴承内外圈规格分别为φ90mm和φ120mm，材料采用新开发DZC1渗碳轴承钢，该材料采用真空自耗重熔方法冶炼，该材料纯净度高，不允许出现任何硅酸盐夹杂。一般材料锻造后，使用热酸煮的方法进行金属流线的显示，但DZC1渗碳轴承钢由于纯度极高，即便采用此种方法也不能清晰反映其流线的分布状况。为了获得清晰的流线显示，验证冲头、模具尺寸、间隙选择合理，为此我们采用了纯净度较低的渗碳钢，按照图1、图2的加工方法，制造同结构同尺寸的锻件来模拟，进一步显示套圈的实际流线。
如图3所示，外圈采用闭式合模成形的方式，上卸料套2与下卸料套6将外圈锻坯固定，上凹模3与成形下凹模5端面相对，其内部所形成的空间为外圈外形，成形上冲头1、成形下冲头7同时向外圈锻坯4中部挤压，外圈锻坯4在成形上凹模3与成形下凹模5之间的空间内流动成形，靠近锻坯中部位置，锻坯形变最大，壁厚最大，此处的金属流线分布最明显；图2中，内圈锻坯成形采用反向挤压成形方式；
在加热炉、压力机生产线及辗扩工序的关键部位设置有红内外温度计监控装置及控温显示装置，当始锻及终锻温度超出标准值后，声控温度报警装置予以报警，而设备报警后则会停止下一工位的正常动作，可以将生产线上的不合格品挑出，避免生产线上的不合格锻件混入合格锻件区。
本发明未详述部分为现有技术。
为了公开本发明的发明目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。
Claims (1)
1.一种流线分布合理的动车组轴承内外圈锻造成形方法,其特征在于：包含如下步骤，
1)利用工艺仿真系统deform模拟：在计算机上模拟整个加工过程，分析金属成形及其相关工业的各种成形工艺和热处理工艺，进而模拟优化冲头、调整模具之间的配合间隙；
2)流线分布模拟及显示：采用纯净度低的渗碳钢代替新开发的纯净度高的DZC1渗碳轴承钢，制造同结构同尺寸的锻件，对于成形过程中不同状态的锻坯，沿套圈高度方向进行线切割加工，对其纵断面进行磨削加工后，采用热酸煮的方法进行金属流线的显示；
3)锯切下料：棒料均采用锯切下料，保证料段端面的尺寸精度；
4)加热：在中频感应炉中加热，始锻温度≤1200℃，终锻温度≥850℃，外圈锻坯加热炉中频电压为0.60KV～0.65KV,生产节拍为48件/小时，内圈锻坯加热炉中频电压0.95KV～1.0KV,生产节拍为30件/小时；
5)镦粗：对坯料沿轴向锻打，使其高度减低、横截面增大，高铁轴承内外圈镦粗锻造比约为1.5；
6)成形和穿孔：将锻坯固放于模具内，利用冲头挤压，使锻坯材料在其中成形，成形后的内外圈均采用仿形模具进行穿孔，切除热锻坯中心多余料；对于外圈的镦粗料段，成形时按照等截面原则进行双向挤压变形，且通过压力机实现外圈闭式合模成形；内圈成形则是在压力机上实现反挤成形；
7)辗扩形变：将内外圈热锻件固定在倾斜立式辗扩机上，利用辗压辊和芯辊将锻件辗扩至所需形状及尺寸，外圈中径处辗扩比约为2.3，内圈内径辗扩比约为1.8；
8)退火热处理：将室温锻件装盘，采用氮基保护气氛辊底式DRES-115-150-50退火炉，对锻件进行球化退火，进料周期（60～70min）/盘，氧势毫伏值为980～1050mv；工艺参数：①随炉升温3小时后到达790℃，并在该温度保温3小时，接着采用快冷到720℃，共2小时；②先后在710℃、690℃和680℃，均保温1小时，进行球化处理；然后快冷到400℃，时间为2小时；最终采用缓冷到200℃，时间为3小时。
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