CN109013993B - 一种快锻制圆-楔横轧精确成形铁道车辆车轴的方法 - Google Patents

一种快锻制圆-楔横轧精确成形铁道车辆车轴的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种快锻制圆‑楔横轧精确成形铁道车辆车轴的方法，属于金属塑性成形技术领域。该方法包括：1）将原材料方坯加热到锻造温度，送入快锻机，坯料在快锻机上被锻造成圆棒料，所述圆棒料的一端为预成型端，另一端为大端；2）将带预成型端的圆棒料送入楔横轧机，棒料在楔横轧模具作用下做回转运动，轧制成车轴。通过本方法，能提高车轴的生产效率一倍以上，节约材料，同时保证车轴零件的锻透性，避免质量缺陷。

Description

一种快锻制圆-楔横轧精确成形铁道车辆车轴的方法
技术领域
本发明属于金属塑性成形技术领域，特别提供了一种快锻制圆-楔横轧精确成形铁道车辆车轴的方法。
背景技术
车轴是铁道车辆的关键零件，随着铁路运输的发展，对车轴的需求量很大。车轴现有的主要生产工艺是快锻和精锻:快锻效率低(8-10分钟/件)，精度低(加工余量8-9mm)，但是车轴的锻透性好；精锻机效率较高(4-5分钟/件)，精度较高(加工余量6-7mm)，但设备投资大，锻透性差。楔横轧工艺因具有高效、节材，产品综合机械性能好等优点，在成形汽车、拖拉机、发动机等轴类零件上得到了广泛的应用。采用楔横轧工艺成形铁道车辆车轴，可以显著提高生产效率、节约材料、降低生产成本。但是，将楔横轧工艺应用于铁道车辆车轴的成形，需要解决两个主要问题：(1)楔横轧采用圆棒料作为原材料，现有车轴的原材料是方坯；(2)为了保证铁道车辆的运行安全，车轴的成形质量需要经过严格的检验。每成形20根车轴中，有一根轴径位置增加135-200mm的成形长度用于取样检验，所以楔横轧成形必须考虑取样长度部分的成形。
发明内容
为了解决以上问题以及可能存在的潜在问题，本发明提供一种快锻制圆-楔横轧精确成形铁道车辆车轴的方法，适用于解决楔横轧铁道车辆车轴的圆棒料制备和采用同一副模具实现两种轴径长度的车轴的精确成形问题，适用于铁道车辆车轴的塑性成形。
根据本发明的第一方面，提供了一种快锻制圆-楔横轧精确成形铁道车辆车轴的方法，所述方法以方坯为原料，并采用同一副模具实现两种轴径长度，所述方法包括以下步骤：
1)将原材料方坯加热到锻造温度，送入快锻机，坯料在快锻机上被锻造成圆棒料，所述圆棒料的一端为预成型端，另一端为大端；
2)将带预成型端的圆棒料送入楔横轧机，棒料在楔横轧模具作用下做回转运动，轧制成车轴，
当轧制不带取样长度的短料时，轧件没有料头，端部也被轧制成形，端部较小的凹心产生少量的材料损失；
当轧制带取样长度的长料时，成形的轧件带有圆棒料预成型端的圆柱体部分直径的小料头。
进一步的，所述锻造温度为1100-1200℃。
进一步的，所述预成型端为沿圆棒料中心线方向向外的截顶圆锥体与圆柱体组合形状。
进一步的，所述圆棒料的预成型端锻造的形状和尺寸满足如下条件：所述截顶圆锥体部分与圆棒料中心线之间的角度等于快锻锤头的倾角，范围为15-20°；所述圆柱体部分的直径大于成形的轴径直径，范围约为160-210mm；所述圆柱体部分的长度小于快锻锤头的平直段的长度，预成型端的体积小于车轴轴径部分的体积。
进一步的，所述大端的直径等于车轴最大外径，范围约为200-265mm。
进一步的，车轴轧件的左端保留大直径的料头，成形为直角台阶；车轴轧件右端轴径对应模具上的展宽长度为正常的轴径长度与取样长度的和。
进一步的，楔横轧车轴轴径的直径约为130-200mm，长度约为150-300mm。
进一步的，楔横轧车轴轴径的取样长度为135-200mm。
根据本发明的第二方面，提供了一种铁道车辆车轴，所述车轴以方坯为原材料，通过前述任一项方法精确成形。
本发明的有益效果：
本发明的技术方案适用于采用方坯原材料楔横轧精确成形铁道车辆车轴，采用这种快锻制圆-楔横轧成形方法生产出的铁道车辆车轴，能提高车轴的生产效率一倍以上，节约材料40-80kg/件，同时保证车轴零件的锻透性，避免质量缺陷。
附图说明
图1示出根据本发明的快锻制圆-楔横轧精确成形铁道车辆车轴的方法流程图；
图2a示出方坯示意图；
图2b示出快锻圆棒料示意图；
图3示出快锻锤头的示意图；
图4示出成形铁道车辆车轴的楔横轧模具图；
图5a示出轴径为正常长度的楔横轧成形的铁道车辆车轴；
图5b示出轴径为正常长度+取样长度的楔横轧成形的铁道车辆车轴；
图6a示出直型圆棒料；
图6b示出楔横轧直棒料成形铁道车辆车轴的端部凹心示意图。
具体实施方式
下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
如图1所示，根据本发明的快锻制圆-楔横轧精确成形铁道车辆车轴的方法包括：
在步骤102，将原材料方坯(如图2a所示)加热到锻造温度，送入快锻机，坯料在快锻机上被锻造成圆棒料(如图2b所示)。
该圆棒料的一端为预成型端，所述预成型端为沿圆棒料中心线方向向外的截顶圆锥体与圆柱体组合形状，所述截顶圆锥体部分与圆棒料中心线之间的角度为θ1，所述圆柱体部分直径为D1、长度为L1；所述圆棒料的另一端为大端，所述大端直径为D0。为了保证车轴成形精度，提高锻造效率，圆棒料预成型端锻造的形状和尺寸要适应快锻机的要求，匹配锤头的形状和尺寸(如图3所示)，满足如下条件：角度θ1等于快锻锤头的倾角θ2，直径D1大于成形的轴径直径D2(如图5a所示)，长度L1小于快锻锤头的平直段L2的长度，预成型端的体积V1小于车轴轴径部分的体积V2。
在步骤104，将带预成型端的圆棒料送入楔横轧机，棒料在楔横轧模具作用下做回转运动，轧制成车轴(如图5a及5b所示)。
楔横轧模具如图4所示，该楔横轧模具采用本领域公知常识进行设计，不再文中赘述。模具对应成形的车轴形状如图5a及5b所示。车轴轧件的左端保留大直径的料头，成形为直角台阶，以便于在该侧的轴径位置装配用于吊装的卡箍，代替了原工艺打孔吊装的方式，省略了打孔时间，提高了工艺效率。车轴轧件右端的成形考虑了取样长度的影响，模具上轴径的展宽长度Lm为正常的轴径长度Lj+取样长度。当轧制不带取样长度的短料时，轧件没有料头，端部也被轧制成形(如图5a所示)，端部较小的凹心产生少量的材料损失；当轧制带取样长度的长料时，成形的轧件带有圆棒料预成型端的圆柱体部分直径D1的小料头(如图5b所示)。
本发明的实现原理如下:
楔横轧铁道车辆车轴需要圆棒料，但是目前车轴的原材料都是方坯。而且由于楔横轧局部变形的特征，轧件外层的金属轴向流动大于轧件内层，所以如果采用直型圆棒料(如图6.a的图)成形不带取样长度的车轴时，车轴轧件端部由于没有料头的支撑而形成显著的凹心(如图6.b的图)，导致明显的材料损失，并且在轧件凹心底部位置附近容易形成心部损伤缺陷，使轴径的质量性能显著降低。采用快锻可以将方坯锻成圆棒料，同时快锻制圆可以优化圆棒料的形状和尺寸，将轧件凹心侧锻出截顶圆锥体与圆柱体组合形状的预成形端。通过该截顶圆锥体部分，可以改善轧件内外金属流动的差异，平衡轧件外层金属和内层金属的轴向流动，从而显著减小楔横轧成形后的轧件端部凹心，以减少材料损失，并且避免凹心底部容易形成的心部损伤缺陷；该圆柱体部分可以减小锻锥过程中对快锻操作机产生轴向力。预成形端形状的设计兼顾快锻效率和减小楔横轧成形车轴端部凹心两方面因素。在楔横轧成形车轴时，楔横轧模具右侧轴径部分的展宽长度Lm要包括正常的轴径长度Lm和取样长度，实现使用同一副模具完成正常轴径长度和带取样长度的两种车轴形状的精确轧制成形。通过上述方法，解决了楔横轧铁道车辆车轴的圆棒料问题，实现了在现有方坯条件下，同一副楔横轧模具完成正常轴径长度和带取样长度的两种形状的铁道车辆车轴的精确成形。同时快锻与楔横轧工艺的结合，保证了车轴具有小断面收缩率的轴身部位轧制成形时的锻透性。
实施例1
采用快锻制圆-楔横轧成形相结合的工艺，实现铁道车辆车轴的精确成形。楔横轧车轴的最大直径D0为228mm,轴径的直径D2为162mm，长度Lj为180mm。将原材料方坯加热到锻造温度1150℃，送入快锻机，坯料在快锻机上被锻造成一端带预成形端的圆棒料，大端直径D0为228mm。快锻锤头的倾角θ2为20°，平直段长度L2为240mm。圆棒料截顶圆锥体部分与圆棒料中心线之间的角度θ1即为20°，圆柱体部分长度L1为70mm,直径D1为188mm，预成形端的体积V1小于车轴轴径部分的体积V2。将带锥的圆棒料送入楔横轧机，棒料在楔横轧模具作用下做回转运动，轧制成车轴。模具上车轴轧件右端轴径的展宽长度为轴径长度180mm+取样长度145mm。使用同一副模具完成了正常轴径长度和带取样长度的两种车轴形状的精确轧制成形。
实施例2
采用快锻制圆-楔横轧成形相结合的工艺，实现铁道车辆车轴的精确成形。楔横轧车轴的最大直径D0为212mm，轴径的直径D2为142mm，长度Lj为160mm。将原材料方坯加热到锻造温度1200℃，送入快锻机，坯料在快锻机上被锻造成一端带预成形端的圆棒料，大端直径D0为212mm。快锻锤头的倾角θ2为20°，平直段长度L2为240mm。圆棒料截顶圆锥体部分与圆棒料中心线之间的角度θ1即为20°，圆柱体部分长度L1为60mm,直径D1为170mm，预成形端的体积V1小于车轴轴径部分的体积V2。将带锥的圆棒料送入楔横轧机，棒料在楔横轧模具作用下做回转运动，轧制成车轴。模具上车轴轧件右端轴径的展宽长度为轴径长度160mm+取样长度135mm。使用同一副模具完成了正常轴径长度和带取样长度的两种车轴形状的精确轧制成形。
实施例3
采用快锻制圆-楔横轧成形相结合的工艺，实现铁道车辆车轴的精确成形。楔横轧车轴最大直径D0为260mm，轴径的直径D2为190mm，长度Lj为280mm。将原材料方坯加热到锻造温度1100℃，送入快锻机，坯料在快锻机上被锻造成一端带预成形端的圆棒料，大端直径D0为260mm。快锻锤头的倾角θ2为15°，平直段长度L2为200mm。圆棒料截顶圆锥体部分与圆棒料中心线之间的角度θ1即为15°，圆柱体部分长度L1为135mm,直径D1为200mm，预成形端的体积V1小于车轴轴径部分的体积V2。将带锥的圆棒料送入楔横轧机，棒料在楔横轧模具作用下做回转运动，轧制成车轴。模具上车轴轧件右端轴径的展宽长度为轴径长度280mm+取样长度200mm。使用同一副模具完成了正常轴径长度和带取样长度的两种车轴形状的精确轧制成形。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (9)

1.一种快锻制圆-楔横轧精确成形铁道车辆车轴的方法，其特征在于，所述方法以方坯为原材料，并采用同一副模具实现两种轴径长度，所述方法包括以下步骤：
1)将原材料方坯加热到锻造温度，送入快锻机，坯料在快锻机上被锻造成圆棒料，所述圆棒料的一端为预成型端，另一端为大端；
2)将带预成型端的所述圆棒料送入楔横轧机，所述圆棒料在楔横轧模具作用下做回转运动，轧制成车轴，
当轧制不带取样长度的短料时，轧件没有料头，端部也被轧制成形，端部较小的凹心产生少量的材料损失；
当轧制带取样长度的长料时，成形的轧件带有圆棒料预成型端的圆柱体部分直径的小料头。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述锻造温度为1100-1200℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预成型端为沿圆棒料中心线方向向外的截顶圆锥体与圆柱体组合形状。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预成型端的形状和尺寸满足如下条件：所述截顶圆锥体部分与圆棒料中心线之间的角度等于快锻锤头的倾角，范围为15-20°；所述圆柱体部分的直径大于成形的轴径直径，范围为160-210mm；所述圆柱体部分的长度小于快锻锤头的平直段的长度，预成型端的体积小于车轴轴径部分的体积。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述大端的直径等于车轴最大外径，范围为200-265mm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，车轴轧件的左端保留大直径的料头，成形为直角台阶；车轴轧件右端轴径对应模具上的展宽长度为正常的轴径长度与取样长度的和。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，楔横轧车轴轴径的直径为130-200mm，长度为150-300mm。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，楔横轧车轴轴径的取样长度为135-200mm。
9.一种铁道车辆车轴，其特征在于，所述车轴以方坯为原材料，通过根据权利要求1至8中任一项所述的方法精确成形。
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