CN111604447B - 一种改善车轮轧制中轮辋角部成形和宽度均匀性的方法 - Google Patents
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Abstract
一种改善车轮轧制中轮辋角部成形和宽度均匀性的方法，属于车轮轧制成形技术领域，该方法包括1)在轧制初期，上定心辊和下定心辊上移，车轮轴线升高到主辊轴线高度之上15～30mm范围内进行轧制；2)在轧制中期，上定心辊和下定心辊下移，车轮轴线降低到主辊轴线高度之下10～30mm范围内进行轧制；3)在轧制末期，将车轮轴线调至与主辊轴线高度一致，主辊无进给量，轧制2～3圈进行均整，本发明的有益效果是，本发明在不改变车轮立式轧制基本工艺和轧辊形状尺寸的条件下，通过在轧制不同阶段调整车轮轴线相对于主辊轴线的高度，促进了车轮立式轧制轮辋成形并改善轮辋宽度沿周向分布的均匀性，提高了车轮轧制的质量。
Description
技术领域
本发明涉及车轮轧制成形技术领域，尤其涉及一种改善车轮轧制中轮辋角部成形和宽度均匀性的方法。
背景技术
整体辗钢车轮的生产过程中，需要对模锻车轮(压制坯)进行轧制扩径，轧制扩径的同时实现轮辋的准确成形。车轮立式轧制中有两个变形区：径向轧制变形区和轴向轧制变形区。径向轧制变形区由主辊和左右两个辐板辊构成。在径向轧制变形区中，轮辋径向压缩，周向延伸，并在轴向(轮辋宽度方向)宽展，还有小部分金属流向辐板。轴向轧制变形区由左右轧边辊构成，在轴向轧制变形区，轮辋宽度得以压缩，使得轮辋厚度增加，并有少量轮辋金属沿周向流动。通常情况下轴向轧制变形区的变形量较小，其主要作用是控制轮辋宽度。
一般情况下，轧制过程中轮辋内径圆的角部成形相对迟缓，特别是在压制坯有一定程度的偏心时，偏心部位的轮辋角部更难以成形。而且在生成大直径车轮时，往往会出现模锻压制坯的轮辋充满度不够，内外圆面与轮辋侧面存在较大半径的过渡圆弧，需要通过轧制成形轮缘和轮辋角部。如果轧制过程中轮辋角部不能成形，因角部“缺肉”而导致废品，而且由于模具中心、车轮阴阳面、对中臂不同步等原因，使轮辋金属如果不能有效沿周向延伸，会造成部分金属在两个变形区之间反复变形，且不能有效扩径，从而造成沿周向不同角度的轮辋宽度存在显著的差异，使车轮沿周向轮辋宽度分布不均，使车轮轮辋轧制偏心，因此，轮辋角部欠充满和轮辋宽度沿周向分布不均匀问题是目前车轮轧制急需解决的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种改善车轮轧制中轮辋角部成形和宽度均匀性的方法，通过分析造成轮辋角部欠充满和轮辋宽度沿周向分布不均匀产生的机理，通过在轧制的不同阶段来调整车轮轴线相对于主辊轴线的高度范围，可促进轮辋角部成形和轮辋宽度沿周向均匀分布。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述改善车轮轧制中轮辋角部成形和宽度均匀性的方法，所述的车轮包括轮辋和辐板，所述轮辋和辐板之间相连的部位形成轮辋角部，所述方法包括以下步骤：
1)在轧制初期，上定心辊和下定心辊上移，带动车轮轴线升高，并升高到主辊轴线高度之上15～30mm范围内进行轧制，促进轮辋金属流向轮辋角部；
2)在轧制中期，上定心辊和下定心辊下移，带动车轮轴线降低，并降低到主辊轴线高度之下10～30mm范围内进行轧制，促进轮辋金属沿周向流动；
3)在轧制末期，将车轮轴线调至与主辊轴线高度一致，主辊无进给量，轧制2～3圈进行均整。
进一步地，所述轧制初期为主辊总进给量的50％～75％之前；所述轧制中期为主辊总进给量的50％～25％之后。
进一步地，所述车轮轴线保持高于主辊轴线高度之上15～30mm进行轧制后，轮辋角部的欠充满影响区的尺寸不大于3mm，轮辋最大对向辋厚差增加至4～8mm。
进一步地，所述车轮轴线保持低于主辊轴线高度之上10～30mm进行轧制后，轮辋最大对向辋厚差不大于5mm。
进一步地，在轧制末期进行均整后，轮辋角部的欠充满影响区消失，轮辋最大对向辋厚差不大于3mm。
进一步地，所述欠充满影响区为轮辋角部的圆弧边缘与轮辋角部充满后的交点之间的距离；所述对向辋厚差的测量方法是，运用测量工具测量车轮径向的对边上轮辋的内侧内径面指定位置与踏面指定位置间的径向距离后得到两个轮辋厚度，两个轮辋厚度之差即可得到轮辋的对向辋厚差。
本发明的有益效果是：
1、轧制初期使车轮轴线高度高于主辊轴线一定距离进行轧制，相对于常规轧制，增加了主辊的接触角并减小了辐板辊的接触角，一方面，主辊接触角增加使得主辊的接触弧长增加，导致轮辋变形时周向延伸阻力增加，使得轮辋宽展增加，另一方面，辐板辊接触角减小，导致辐板辊对轮辋压入量的减小，减小轮辋内径侧的变形深透性，减小轧制时轮辋周向延伸，增加轮辋靠近内径圆宽展，径向轧制变形区宽展的增加，将促使轮辋角部成形，对改善轮辋欠充满或者轮辋偏心导致局部欠充满具有显著的作用，但是车轮轴线高于主辊轴线的数值越大，则会影响轮辋宽度沿周向分布的均匀性。
2、轮辋角部成形后，轧制后期使车轮轴线高度低于主辊轴线一定距离进行轧制，由于减小了主辊的接触角并增加了辐板辊的接触角，有利于减小径向轧制变形区轮辋的宽展，从而提高了轧制结束后轮辋宽度沿周向分布的均匀性。
综上，本发明在不改变车轮立式轧制基本工艺和轧辊形状尺寸的条件下，通过在轧制不同阶段调整车轮轴线相对于主辊轴线的高度，促进了车轮立式轧制轮辋成形并改善轮辋宽度沿周向分布的均匀性，提高了车轮轧制的质量。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明中车轮轴线高度升高的结构示意图；
图2为车轮的全剖视图；
图3为图1的A-A向剖视图；
图4为图1中B-B向剖视图；
上述图中的标记均为：1.主辊，2.左侧辐板辊，3.右侧辐板辊，4.左侧轧边辊，5.右侧轧边辊，6.上定心辊，7.下定心辊，8.车轮，81.轮辋，82.辐板，9.运动轨迹Ⅰ，10.运动轨迹Ⅱ，11.轮辋角部，12.欠充满影响区，α1.车轮轴线升高前的主辊接触角，α2.车轮轴线升高后的主辊接触角，β1.车轮轴线升高前的辐板辊接触角，β2.车轮轴线升高后的辐板辊接触角。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明具体的实施方案为：立式车轮轧制如图1所示，包括主辊1、左侧辐板辊2、右侧辐板辊3、左侧轧边辊4、右侧轧边辊5、上定心辊6和下定心辊7。如图2所示，车轮8包括轮辋81及辐板82。如图3所示，车轮轧制时轮辋主要在主辊1和两个分别位于左右且对称设置的左侧辐板辊2及右侧辐板辊3之间进行辗压扩径，从而形成径向轧制变形区，轮辋厚度方向压下的金属朝三个方向流动：大部分金属沿周向流动，增大轮辋81外径，部分金属沿轮辋81宽度方向流动，导致轮辋81内外侧面的宽展，少部分金属通过左侧辐板辊2及右侧辐板辊3之间的辊缝流向辐板82，但是在轧制大直径车轮时，往往会出现沿轮辋81宽度方向流动的金属量不足，使模锻压制坯的轮辋81充满度不够，内外圆面与轮辋81侧面存在较大半径的过渡圆弧(如图2中的虚线所示)。如图4所示，两个分别位于左右且对称设置的左侧轧边辊4及右侧轧边辊5用于控制轮辋81的宽度，从而形成轴向轧制变形区，经过轴向轧制变形区后轮辋81宽度减小并轮辋81厚度相应增加，轮辋金属如果不能有效沿周向延伸，会造成部分金属在两个变形区之间反复变形，且不能有效扩径，从而造成沿周向不同角度的轮辋宽度存在显著的差异，使车轮沿周向轮辋宽度分布不均，使轮辋轧制偏心。
因此，本发明在不改变车轮立式轧制基本工艺和轧辊形状尺寸的条件下，通过在轧制不同阶段调整车轮轴线相对于主辊轴线的高度，来促进车轮立式轧制轮辋角部成形并改善轮辋宽度沿周向分布的均匀性，轮辋角部成形的衡量指标为轮辋角部的欠充满影响区12的尺寸，如图2所示，其中的欠充满影响区12的尺寸为轮辋角部的圆弧边缘与轮辋角部充满后的交点之间的距离范围值，可通过分度尺进行测量；轮辋宽度沿周向分布的均匀性的衡量指标为轮辋的对向辋厚差，其测量方法为通过测厚规或其他测量工具测量车轮径向的对边上轮辋的内侧内径面指定位置与踏面指定位置间的径向距离后得到两个轮辋厚度，两个轮辋厚度之差即可得到轮辋的对向辋厚差，可测多组对边上的对向辋厚差，提高衡量的精确度，具体实施例如下所示：
实施例1：1)在轧制前，使用机械手将车轮8送入轧机，在主辊1总进给量的50％～75％之前的轧制初期，通过液压机构驱动下定心辊7沿着运动轨迹Ⅰ9向上运动，同时另外的液压机构驱动上定心辊6沿着运动轨迹Ⅱ10向上运动上移，从而带动车轮轴线升高，并升高到主辊1轴线高度之上15mm开始轧制，其中的主辊1、左侧辐板辊2、右侧辐板辊3的水平轴线的高度不变，增加了主辊1的接触角(α2>α1)并减小了左侧辐板辊2、右侧辐板辊3的接触角(β2<β1)。主辊接触角增加使得主辊的接触弧长增加，导致轮辋变形时周向延伸阻力增加，使得轮辋宽展增加；左侧辐板辊2、右侧辐板辊3的接触角减小，导致左侧辐板辊2、右侧辐板辊3对轮辋81压入量的减小，减小轮辋81内径侧的变形深透性，减小轧制时轮辋81周向延伸，增加了轮辋81靠近内径圆宽展，径向轧制变形区宽展的增加，将促使轮辋角部11成形，通过测量，此时轮辋角部11的欠充满影响区a和欠充满影响区b的尺寸将由约6～10mm改善为≤3mm，轮辋最大对向辋厚差达到4～5mm；
2)在轮辋角部11成形以后，且在主辊1总进给量的50％～25％之后的轧制中期，通过液压机构驱动上定心辊6和下定心辊7下移，带动车轮轴线降低，并降低到主辊1轴线高度之下10mm继续轧制，其中的主辊1、左侧辐板辊2、右侧辐板辊3的水平轴线的高度不变，减小了主辊的接触角并增加了辐板辊的接触角(图中未显示，但是与图1所示的示意图中接触角的变化相反)，使轮辋宽展减小，促进轮辋金属沿周向流动，有利于沿轮辋周向宽度均匀性的提高，此时通过测量后的轮辋最大对向辋厚差将改善为≤4mm；
3)在轧制末期，将车轮轴线调至与主辊轴线高度一致，主辊无进给量，轧制2～3圈进行均整，轮辋角部11的欠充满影响区消失，轮辋最大对向辋厚差将改善为≤3mm。
实施例2：1)在轧制初期，液压机构带动上定心辊6和下定心辊7上移，带动车轮轴线升高，并升高到主辊1轴线高度之上20mm时开始进行轧制，促进轮辋金属流向轮辋角部11，此时轮辋角部11的欠充满影响区尺寸将由约6～10mm改善为≤2mm，轮辋最大对向辋厚差将增至5～7mm；2)在轮辋角部成形以后的轧制中期，上定心辊6和下定心辊7下移，带动车轮轴线降低，并降低到主辊轴线高度之下20mm进行轧制，促进轮辋金属沿周向流动，此时通过测量后的轮辋最大对向辋厚差将改善为≤5mm；3)在轧制末期，将车轮轴线调至与主辊轴线高度一致，主辊无进给量，轧制2～3圈进行均整，轮辋角部11的欠充满影响区消失，轮辋最大对向辋厚差将改善为≤3mm。
实施例3：1)在轧制初期，液压机构带动上定心辊6和下定心辊7上移，带动车轮轴线升高，并升高到主辊1轴线高度之上30mm时开始进行轧制，促进轮辋金属流向轮辋角部，此时轮辋角部11的欠充满影响区的尺寸将由6～10mm改善为≤2mm，轮辋最大对向辋厚差将增至6～8mm；2)在轮辋角部11成形以后的轧制中期，上定心辊6和下定心辊7下移，带动车轮轴线降低，并降低到主辊轴线高度之下30mm进行轧制，促进轮辋金属沿周向流动，此时通过测量后的轮辋最大对向辋厚差将改善为≤4mm；3)在轧制末期，将车轮轴线调至与主辊轴线高度一致，主辊无进给量，轧制2～3圈进行均整，轮辋角部11的欠充满影响区消失，轮辋最大对向辋厚差将改善为≤3mm。
综上，可以得出以下结论，轧制初期使车轮轴线高度高于主辊轴线进行轧制，有利于轮辋角部成形，对改善轮辋欠充满或者轮辋偏心导致局部欠充满具有显著的作用，但是车轮轴线高于主辊轴线的数值越大，使轮辋的对向辋厚差增大，则会影响轮辋宽度沿周向分布的均匀性，轧制中期使车轮轴线高度低于主辊轴线进行轧制，有利于减小径向轧制变形区轮辋的宽展，从而提高了轧制结束后轮辋宽度沿周向分布的均匀性。
综上，本发明在不改变车轮立式轧制基本工艺和轧辊形状尺寸的条件下，通过在轧制不同阶段调整车轮轴线相对于主辊轴线的高度，促进了车轮立式轧制轮辋成形并改善轮辋宽度沿周向分布的均匀性，提高了车轮轧制的质量。
以上所述，只是用图解说明本发明的一些原理，本说明书并非是要将本发明局限在所示所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。
Claims (2)
1.一种改善车轮轧制中轮辋角部成形和宽度均匀性的方法，所述的车轮包括轮辋和辐板，所述轮辋和辐板之间相连的部位形成轮辋角部，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1）在轧制初期，上定心辊和下定心辊上移，带动车轮轴线升高，并升高到主辊轴线高度之上15mm时开始进行轧制，促进轮辋金属流向轮辋角部；所述车轮轴线保持高于主辊轴线高度之上15mm进行轧制后，轮辋角部的欠充满影响区的尺寸≤3mm，轮辋最大对向辋厚差增加至4~5mm；
2）在轧制中期，上定心辊和下定心辊下移，带动车轮轴线降低，并降低到主辊轴线高度之下10mm进行轧制，促进轮辋金属沿周向流动；所述车轮轴线保持低于主辊轴线高度之下10mm进行轧制后，轮辋最大对向辋厚差≤4mm；
3）在轧制末期，将车轮轴线调至与主辊轴线高度一致，主辊无进给量，轧制2~3圈进行均整；在轧制末期进行均整后，轮辋角部的欠充满影响区消失，轮辋最大对向辋厚差≤3mm；
或1）在轧制初期，上定心辊和下定心辊上移，带动车轮轴线升高，并升高到主辊轴线高度之上30mm时开始进行轧制，促进轮辋金属流向轮辋角部；所述车轮轴线保持高于主辊轴线高度之上30mm进行轧制后，轮辋角部的欠充满影响区的尺寸≤2mm，轮辋最大对向辋厚差增加至6~8mm；
2）在轧制中期，上定心辊和下定心辊下移，带动车轮轴线降低，并降低到主辊轴线高度之下30mm进行轧制，促进轮辋金属沿周向流动；所述车轮轴线保持低于主辊轴线高度之下30mm进行轧制后，轮辋最大对向辋厚差≤4mm；
3）在轧制末期，将车轮轴线调至与主辊轴线高度一致，主辊无进给量，轧制2~3圈进行均整；在轧制末期进行均整后，轮辋角部的欠充满影响区消失，轮辋最大对向辋厚差≤3mm。
2.根据权利要求1所述的改善车轮轧制中轮辋角部成形和宽度均匀性的方法，其特征在于：所述欠充满影响区的尺寸为轮辋角部的圆弧边缘与轮辋角部充满后的交点之间的距离；所述对向辋厚差的测量方法是，运用测量工具测量车轮径向的对边上轮辋的内侧内径面指定位置与踏面指定位置间的径向距离后得到两个轮辋厚度，两个轮辋厚度之差即可得到轮辋的对向辋厚差。
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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