CN113787158B - 一种铁道车辆车轴楔横轧成形轧机组及成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铁道车辆车轴楔横轧成形轧机组及成形方法，属于金属塑性成形技术领域。该方法包括：加热到轧制温度的轧件送入第一楔横轧机的进料侧；轧机停在进料位置，将轧件送入第一楔横轧机上轧辊的接料口；变频电机驱动第一楔横轧机进行第一次轧制，完成轧件的中间部分轧制成形，轧制完成后，轧件滚落到第二楔横轧机的进料侧；第二楔横轧机重复上述步骤进行第二次轧制，将轧件的两侧部分轧制成形，由此完成整个铁道车辆车轴的轧制成形过程，轧件滚落到第二楔横轧机的出料侧。该方法适用于实现楔横轧铁道车辆车轴的成形问题。

Description

一种铁道车辆车轴楔横轧成形轧机组及成形方法

技术领域

本发明属于金属塑性成形技术领域，特别涉及一种铁道车辆车轴楔横轧成形轧机组及成形方法。

背景技术

轨道交通作为公共交通和大宗运输载体发展迅速，车轴是铁路车辆关键零部件，市场需求量大。采用先进高效的楔横轧近净成形技术生产铁道车辆车轴，与原锻造比较，具有高效、节材和环境友好等优点。但是铁道车辆车轴是超大型轴类零件，不但直径大，而且轴向尺寸很长，采用一台楔横轧机成形，设备庞大、模具制造和调试难度大。采用两台轧机并联布置的楔横轧机组通过两次轧制实现铁道车辆车轴的成形是一种解决途径。但是该楔横轧机组涉及到两次轧制、轧件反复进出料和轧件在机组间传递等多重环节，尤其轧件进出料及传递的过程会显著影响机组的工作效率，增加第二次轧制时的温降，致使第二架轧机的设备负载增大。针对上述问题，需要提供一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种铁道车辆车轴楔横轧成形轧机组及成形方法，所述方法采用两架楔横轧机并联式布置，轧制成形铁道车辆车轴。该方法通过变频电机和轧辊进出料的设计解决了楔横轧机并联机组进出料的控制问题，能显著地缩短工艺流程，提高楔横轧并联机组的工作效率。适用于实现楔横轧铁道车辆车轴的成形问题。

根据本发明技术方案的第一方面，提供一种铁道车辆车轴楔横轧成形轧机组，所述铁道车辆车轴楔横轧成形轧机组包括并联布置的第一楔横轧机和第二楔横轧机，所述铁道车辆车轴楔横轧成形轧机组由变频电机驱动控制先后完成第一架楔横轧机的进料、轧制、出料的工艺过程，将铁道车辆车轴轧制成形，无需对轧件进行反复进出料以及在机组间传递。

进一步地，所述第一楔横轧机和第二楔横轧机由变频电机经过减速器、齿轮座实现驱动和控制。

进一步地，所述第一楔横轧机和第二楔横轧机的上轧辊模具设置接料口、挡块和落料口，接料口是进料时轧件在模具上的存放位置，轧件落在挡块上；落料口是轧制完成后轧件落下的位置。

进一步地，为保持轧件放置稳定，挡块与水平夹角15°≤θ≤30°。

进一步地，所述第一楔横轧机和第二楔横轧机的下轧辊模具在模具楔入段前端设置接料段，用于轧制开始前托住从上轧辊接料口落下来的轧件，接料段的直径等于模具基圆，模具后端设置出料口，轧件轧制成形后落入出料口。

进一步地，所述第一楔横轧机和第二楔横轧机的上轧辊接料口对应下轧辊接料段，圆周角相等，为θ₁，对应的弧长L1＝1.2～1.5d，d为轧制直径，θ₁＝360L1/(πD)，D为轧辊模具内径。

进一步地，所述第一楔横轧机和第二楔横轧机的上轧辊落料口对应下轧辊出料口，圆周角相等，为θ₂，为θ₂，对应的弧长L2＝1.5～1.8d，θ₂＝360L2/(πD)。

根据本发明技术方案的第二方面，提供一种控制铁道车辆车轴楔横轧成形轧机组进出料的成形方法，所述成形方法采用根据以上任一方面所述的铁道车辆车轴楔横轧成形轧机组进行操作，包括以下步骤：

S1，加热到轧制温度的轧件送入第一楔横轧机的进料侧；

S2，轧机停在进料位置，将轧件送入第一楔横轧机上轧辊的接料口；

S3，变频电机驱动第一楔横轧机进行第一次轧制，完成轧件的中间部分轧制成形，轧制完成后，轧件滚落到第二楔横轧机的进料侧；

S4，第二楔横轧机重复上述S2～S3进行第二次轧制，将轧件的两侧部分轧制成形，由此完成整个铁道车辆车轴的轧制成形过程，轧件滚落到第二楔横轧机的出料侧。

进一步地，所述S3具体包括：

S31，变频电机驱动第一楔横轧机上下轧辊正向旋转，接料口内的轧件随着所述上轧辊旋转到起始轧制位置，轧件落在下轧辊的接料段上、两导板之间；

S32，轧辊继续正向旋转，轧件经上下轧辊上的模具轧制成形后，掉入下辊的出料口；

S33，变频电机驱动第一楔横轧机上下轧辊反向旋转，返回上轧辊的接料的位置，同时也是轧件在下轧辊的出料位置，轧件从下轧辊的出料口滚落下来，由此完成轧件的中间部分轧制成形，轧制完成后，轧件滚落到第二楔横轧机的进料侧。

进一步地，所述成形方法中，铁道车辆车轴楔横轧成形轧机组轧制完成同时轧件从第一楔横轧机/第二楔横轧机的进料侧被传递到出料侧。

进一步地，所述成形方法中，第二楔横轧机进行第二次轧制的同时，下一个轧件在第一楔横轧机进行第一次轧制，两台楔横轧机能够同时并联工作。

本发明的有益效果：

本发明的技术方案适用于铁道车辆车轴楔横轧成形轧机组进出料的控制，采用这种基于变频电机的进出料控制方法，使楔横轧机组具备轧制完成同时轧件被传递的功能，能显著地缩短工艺流程，提高楔横轧并联机组的工作效率，更好地发挥楔横轧工艺在轴类零件成形上的优势。

附图说明

图1为根据本发明实施例的楔横轧并联机组的布置图。

图2为根据本发明实施例的成形方法流程图。

图3为根据本发明实施例的图1的A向楔横轧辊进出料过程示意图，其中，(a)为接料位置，(b)为起始轧制位置，(c)为轧制完成落料位置，(d)为返回接料位置。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例及说明书附图，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效教学方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

本发明的铁道车辆车轴楔横轧成形轧机组及成形方法，解决铁道车辆车轴成形轧机组的进出料控制问题，提高楔横轧并联机组的工作效率，实现楔横轧铁道车辆车轴成形轧机组的短流程高效作业。

实施例1

根据本发明的一套有两台楔横轧机并联布置的铁道车辆车轴成形轧机组，铁道车辆车轴楔横轧成形轧机组由变频电机驱动控制先后完成两架楔横轧机进料、轧制、出料的工艺过程，将铁道车辆车轴轧制成形。

该铁道车辆车轴楔横轧成形轧机组包括两架并联布置的楔横轧机，轧机由变频电机经过减速器、齿轮座实现驱动和控制；铁道车辆车轴楔横轧成形轧机上轧辊模具设置接料口、挡块和落料口，接料口是进料时轧件在模具上的存放位置，轧件落在挡块上。为保持轧件放置稳定，挡块与水平夹角15°≤θ≤30°。落料口是轧制完成后轧件落下的位置。

铁道车辆车轴楔横轧成形轧机下轧辊模具在模具楔入段前端设置接料段，用于轧制开始前托住从上轧辊接料口落下来的轧件，接料段的直径等于模具基圆，模具后端设置出料口，轧件轧制成形后落入出料口。

优选地，上轧辊接料口对应下轧辊接料段，圆周角相等，为θ₁，对应的弧长L1＝1.2～1.5d，d为轧制直径，θ₁＝360L1/(πD)，D为轧辊模具内径；进一步优选地，上轧辊落料口对应下轧辊出料口，圆周角相等，为θ₂，为θ₂，对应的弧长L2＝1.5～1.8d，θ₂＝360L2/(πD)。

如图2所示，本发明提供的一种控制铁道车辆车轴楔横轧成形轧机组进出料的方法包括以下步骤：

S1，加热到轧制温度的轧件送入第一架楔横轧机的进料侧；

S2，轧机停在进料位置(如图3中(a))，将轧件送入楔横轧机上轧辊的接料口；

S3，变频电机驱动楔横轧机上下轧辊正向旋转，接料口内的轧件随着所述上轧辊旋转到起始轧制位置，轧件落在下轧辊的接料段上、两导板之间(如图3中(b))；轧辊继续正向旋转，轧件经上下轧辊上的模具轧制成形后，掉入下辊的出料口(如图3中(c))；变频电机驱动楔横轧机上下轧辊反向旋转，返回上轧辊的接料的位置，同时也是轧件在下轧辊的出料位置，轧件从下轧辊的出料口滚落下来(如图3中(d))；第一架楔横轧机将轧件的中间部分轧制成形，轧制完成后，轧件滚落到第二架楔横轧机的进料侧；

S4，第二架轧机重复上述S1～S3，将轧件的两侧部分轧制成形，从而完成整个铁道车辆车轴的轧制成形过程，轧件滚落到第二架楔横轧机的出料侧。

该方法中，楔横轧机组轧制完成同时轧件从楔横轧机的进料侧被传递到出料侧。楔横轧机组第二架轧机进行第二次轧制的同时，下一个轧件在楔横轧机组的第一架轧机进行第一次轧制，两台楔横轧机可同时并联工作。

本实施例的一种铁道车辆车轴楔横轧成形轧机组及成形方法，其实现原理如下：

采用楔横轧并联机组成形铁道车辆车轴，涉及到两次轧制、轧件反复进出料和轧件在机组间传递等多重环节，各环节间的高效衔接，是保证机组工作效率，控制轧件成形过程中温降的必要条件。在本发明的并联机组中，按图1的位置和顺序实现轧件的进出料和轧制过程。首先考虑到铁道车辆车轴较长，采用常规的轴向进料会占用轧机左侧很大的空间放置进料装置，所以轧件进料侧安排在机组平行于轧机的位置，通过在上辊设置接料口、挡块和落料口，在下轧辊设置接料段和出料口，与变频电机的驱动控制相配合，使第一/二楔横轧机完成车轴的轧制并实现异侧进出料，实现轧件在第一轧机的轧制完成同时直接被传递到第二轧机。传统的楔横轧生产中，楔横轧机在工作过程中始终正向旋转，如果在并联机组中使用这种方案，轧件在第一架轧机轧制完成后,下辊的出料口会旋转到轧件进料侧，轧件从进料侧滚落下来，因此需要配置专门的输送装置将轧件运送到第二架轧机的进料侧，输送路径长，装置复杂且效率低。本发明采用变频电机在轧件轧制成形后通过将轧辊反向旋转，一方面使上辊的接料口返回到接料位置,另一方面使下辊的落料口旋转到出料侧，通过这种方式，轧机实现了的异侧出料和两轧机之间短流程的轧件传递，解决了楔横轧机并联机组进出料的控制问题，显著地缩短工艺流程，提高楔横轧并联机组的工作效率。而且轧件在楔横轧机组第二架轧机进行第二次轧制的同时，下一个轧件在楔横轧机组的第一架轧机进行第一次轧制，两台楔横轧机可同时并联工作。

本实施例中，根据上述的控制铁道车辆车轴楔横轧成形轧机组进出料的方法，选取轧件直径d为Φ198mm，轧辊模具内径D为1450mm,挡块与水平夹角θ＝30°，上轧辊接料口和下轧辊接料段对应的弧长L1＝297mm，θ₁＝23.47°。上轧辊落料口和下轧辊出料口对应的弧长L2＝356mm，θ₂＝28.13°。

实施例2

本实施例的一种控制铁道车辆车轴楔横轧成形轧机组进出料的方法与实施例1基本相同，唯不同的是：

选取轧件直径d为Φ234mm，轧辊模具内径D为1550mm,挡块与水平夹角θ＝15°，上轧辊接料口和下轧辊接料段对应的弧长L1＝281mm，θ₁＝20.77°。上轧辊落料口和下轧辊出料口对应的弧长L2＝351mm，θ₂＝25.95°。

实施例3

本实施例的一种控制铁道车辆车轴楔横轧成形轧机组进出料的方法与实施例1基本相同，唯不同的是：

选取轧件直径d为Φ214mm，轧辊模具内径D为1500mm,挡块与水平夹角θ＝25°，上轧辊接料口和下轧辊接料段对应的弧长L1＝289mm，θ₁＝22.08°。上轧辊落料口和下轧辊出料口对应的弧长L2＝375mm，θ₂＝28.65°。

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 (8)

1.一种铁道车辆车轴楔横轧成形轧机组，其特征在于，所述铁道车辆车轴楔横轧成形轧机组包括并联布置的第一楔横轧机和第二楔横轧机，所述铁道车辆车轴楔横轧成形轧机组由变频电机驱动控制先后完成第一架楔横轧机的进料、轧制、出料的工艺过程，将铁道车辆车轴轧制成形，实现轧件短流程的进出料以及在机组间传递，

其中，所述第一楔横轧机和第二楔横轧机的上轧辊模具设置接料口、挡块和落料口，接料口是进料时轧件在上轧辊模具上的存放位置，轧件落在挡块上；落料口是轧制完成后轧件落下的位置；

其中，所述第一楔横轧机和第二楔横轧机的下轧辊模具在模具楔入段前端设置接料段，用于轧制开始前托住从上轧辊接料口落下来的轧件，接料段的直径等于模具基圆，模具后端设置出料口，轧件轧制成形后落入出料口；

其中，所述第一楔横轧机和第二楔横轧机的上轧辊接料口对应下轧辊接料段；所述第一楔横轧机和第二楔横轧机的上轧辊落料口对应下轧辊出料口；

其中，所述变频电机首先驱动楔横轧机上下轧辊正向旋转，实现轧件轧制成形，并在轧件轧制成形后通过将轧辊反向旋转，一方面使上轧辊的接料口返回到接料位置，另一方面使下轧辊的落料口旋转到出料侧，通过这种方式，轧机实现异侧出料和两轧机之间短流程的轧件传递。

2.根据权利要求1所述的铁道车辆车轴楔横轧成形轧机组，其特征在于，所述第一楔横轧机和第二楔横轧机由变频电机经过减速器、齿轮座实现驱动和控制。

3.根据权利要求1所述的铁道车辆车轴楔横轧成形轧机组，其特征在于，所述第一楔横轧机和第二楔横轧机的上轧辊接料口与下轧辊接料段的圆周角相等，为θ ₁，对应的弧长L1=1.2~1.5d，d为轧件直径，θ ₁=360L1/(πD)，D为轧辊模具内径。

4.根据权利要求1所述的铁道车辆车轴楔横轧成形轧机组，其特征在于，所述第一楔横轧机和第二楔横轧机的上轧辊落料口与下轧辊出料口的圆周角相等，为θ ₂，对应的弧长L2=1.5~1.8d，d为轧件直径，θ ₂=360L2/(πD)，D为轧辊模具内径。

5.一种控制铁道车辆车轴楔横轧成形轧机组进出料的成形方法，其特征在于，所述成形方法采用根据权利要求1至4中任一项所述的铁道车辆车轴楔横轧成形轧机组进行操作，包括以下步骤：

S1，加热到轧制温度的轧件送入第一楔横轧机的进料侧；

S2，第一楔横轧机停在进料位置，将轧件送入第一楔横轧机上轧辊的接料口；

S3，变频电机驱动第一楔横轧机进行第一次轧制，完成轧件的中间部分轧制成形，轧制完成后，轧件滚落到第二楔横轧机的进料侧；

S4，第二楔横轧机重复上述S2~S3进行第二次轧制，将轧件的两侧部分轧制成形，由此完成整个铁道车辆车轴的轧制成形过程，轧件滚落到第二楔横轧机的出料侧。

6.根据权利要求5所述的成形方法，其特征在于，所述S3具体包括：

S31，变频电机驱动第一楔横轧机上下轧辊正向旋转，接料口内的轧件随着所述上轧辊旋转到起始轧制位置，轧件落在下轧辊的接料段上、两导板之间；

S32，轧辊继续正向旋转，轧件经上下轧辊上的模具轧制成形后，掉入下辊的出料口；

S33，变频电机驱动第一楔横轧机上下轧辊反向旋转，返回上轧辊的接料位置，同时也是轧件在下轧辊的出料位置，轧件从下轧辊的出料口滚落下来，由此完成轧件的中间部分轧制成形，轧制完成后，轧件滚落到第二楔横轧机的进料侧。

7.根据权利要求5所述的成形方法，其特征在于，所述成形方法中，铁道车辆车轴楔横轧成形轧机组轧制完成同时轧件从第一楔横轧机/第二楔横轧机的进料侧被传递到出料侧。

8.根据权利要求5所述的成形方法，其特征在于，所述成形方法中，第二楔横轧机进行第二次轧制的同时，下一个轧件在第一楔横轧机进行第一次轧制，两台楔横轧机能够同时并联工作。

Images