CN115431007A - 一种弹性车轮的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种该弹性车轮的制造方法，包括轮芯、轮箍以及压盖，所述轮箍和压盖均设在轮芯上，所述轮芯和轮箍以及压盖均通过锻压→冲孔→轧机扩径轧制→热处理→机加工的工艺流程制造。该弹性车轮的制造方法设计合理，可获得更好的力学性能，部件中较大夹杂物可被碾碎，由夹杂引起的应力集中会变小，进而提高运行安全性；可节约金属投料，降低生产成本；采用新锻造方法，锻造后钢锭心部夹杂随着金属的流动，流向部件最内侧，发生聚集，最后在冲孔工序被冲头切除，粗晶粒流向部件表面，最后在加工工序被去除，确保部件高纯净度和细晶粒，从而提高车轮的力学性能。

Description

一种弹性车轮的制造方法

技术领域

本发明涉及轨道车辆车轮技术领域，尤其是涉及一种弹性车轮的制造方法。

背景技术

轨道车辆线路试验表明，相较辗钢整体车轮，橡胶弹性车轮可有效降低铁路车辆运行时产生的振动及噪声。相较目前运用较多的轨道减振手段，弹性车轮使用成本更低，更换弹性车轮时仅影响1列车的运行，不影响线路运行。

但弹性车轮一般用于轴重较轻的低地板有轨电车上，国内有轨电车数量较少；弹性车轮为组合件，主要包括轮箍、轮芯、压盖以及橡胶件，轮箍、轮芯以及压盖为金属件，现有制造工艺多为锻压→冲孔→机加工，部件中具有较大的夹杂物，应力集中较大，影响运行的安全可靠性；并且现在制造方法需要金属投料多，生产成本高。

发明内容

针对现有技术不足，本发明是提供一种弹性车轮的制造方法，以达到力学性能好，生产成本低的目的。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

该弹性车轮的制造方法，包括轮芯、轮箍以及压盖，所述轮箍和压盖均设在轮芯上，所述轮芯和轮箍以及压盖均通过锻压→冲孔→轧机扩径轧制→热处理→机加工的工艺流程制造。

所述轮箍的制造方法包括以下步骤：

S1：轧前加热：钢坯在加热炉中，预热、加热和均热总时间控制6.0h～11.0h；所述均热，温度控制在1220～1280℃，加热保温≥3.5h；目的是让钢坯内外受热均匀，易于轧制，钢坯超过1280℃有脱碳的风险；

S2：镦粗及冲孔：在压力机上分两步进行，首先，使用压力机将钢锭镦粗，其次，压力机上的冲头将锻压件的芯部切除；

S3：粗轧：在环件粗轧机上，将锻压件扩径，并将踏面及轮缘成型，粗轧制环件的尺寸公差不做要求；

S4：精轧：在环件精轧机机上，再次对粗轧制环件进行扩径，扩径后的轮箍，尺寸公差控制在-3～+3mm。

所述轮芯的制造方法包括以下步骤：

S1：轧前加热：钢坯在加热炉中，预热、加热和均热总时间控制6.0h～11.0h；所述均热，温度控制在1250～1280℃，加热保温≥3.5h；

S2：镦粗：在第一台压力机或压力机的第一工步上进行镦粗，并冲孔，压力机力能≥6000吨；镦粗的坯料在第二台压力机或压力机的第二工步上进行近终形的闭模锻造；

S3：冲孔及平整：在平整压力机上，将锻件冲孔，并对锻件进行平整。

所述轮芯的热处理工艺为：在井式炉进行调质处理。

所述压盖的制造方法包括以下步骤：

S1：轧前加热：钢坯在加热炉中，预热、加热和均热总时间控制6.0h～11.0h；所述均热，温度控制在1250～1280℃，加热保温≥3.5h；

S2：镦粗及冲孔：在压力机上分两步进行，首先，使用压力机将钢锭镦粗，其次，压力机上的冲头将锻压件的芯部切除；

S3：轧制：在箍环轧机上，对锻压件进行扩径轧制，扩径后的压盖，尺寸公差控制在-3～+3mm。

所述轮箍的热处理包括淬火处理，所述淬火处理为：将完成精轧后的毛坯装入加热炉进行等温，等温后加热至850±20℃的温度2.5-3.5小时，进行充分奥氏体化；将完成加热的车轮转运至淬火池，进行水浸淬火处理。

所述轮箍的热处理包括回火处理，所述回火处理为：将完成淬火的车轮转运至回火炉中，在560±20℃温度下加热≥2.5小时，用于细化晶粒，增强韧性及力学性能。

所述轮芯的热处理包括淬火处理，所述淬火处理为：将粗加工后的毛坯装入加热炉，加热至860±20℃的温度1.5-2.5小时，进行充分奥氏体化；将完成加热的轮芯转运至淬火池，进行水浸淬火处理。

所述轮芯的热处理包括回火处理，所述回火处理为：将完成淬火的车轮转运至回火炉中，在620±20℃温度下加热3-4小时；用于细化晶粒，增强韧性及力学性能。

所述压盖的热处理包括淬火处理和回火处理：

所述淬火处理为：将粗加工后的毛坯装入加热炉，加热至860±20℃的温度1.5-2.5小时，进行充分奥氏体化；将完成加热的轮芯转运至淬火池，进行水浸淬火处理；

所述回火处理处理为：将完成淬火的车轮转运至回火炉中，在610±20℃温度下加热2-3小时；用于细化晶粒，增强韧性及力学性能。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

该弹性车轮的制造方法设计合理，可获得更好的力学性能，部件中较大夹杂物可被碾碎，由夹杂引起的应力集中会变小，进而提高运行安全性；可节约金属投料，降低生产成本；采用新锻造方法，锻造后钢锭心部夹杂随着金属的流动，流向部件最内侧，发生聚集，最后在冲孔工序被冲头切除，粗晶粒流向部件表面，最后在加工工序被去除，确保部件高纯净度和细晶粒，从而提高车轮的力学性能。

附图说明

下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1至图4为轮箍制造过程示意图。

图5为本发明轮箍显微组织图。

图6至图9为轮芯制造过程示意图。

图10为本发明轮芯显微组织图。

图11至图13为轮盖制造过程示意图。

图14为本发明轮盖显微组织图。

图15为本发明弹性车轮结构示意图。

图中：

1-轮箍；2-踏面；3-轮缘；4A-外辋面；4B-内辋面；5-磨耗槽；6-导线槽；7-螺纹孔；8A、8B、8C-环形挡圈；9A、9B-环形槽；10A、10B-环形槽长边；Φ1、Φ2-夹角；L-轮辋高度；

21-轮芯；22-轮毂；23-辐板；24-轮辋；25-注油孔；26-油槽；27-轮孔；28-辐板孔；29-压盖槽；210-螺纹孔；211-挡圈；212A、212B、213A、213B-卸荷槽；214-橡胶槽Ⅰ；

31-压盖；32-通孔；33-沉孔；34-挡圈；35-内壁；36-倒角；37-橡胶槽Ⅱ。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1至图15所示，该弹性车轮的制造方法，包括轮芯、轮箍、橡胶件以及压盖，轮箍和压盖均设在轮芯上，橡胶件设在轮箍和压盖以及轮芯形成的槽腔内；其中，轮芯和轮箍以及压盖均通过锻压→冲孔→轧机扩径轧制→热处理→机加工的工艺流程制造，各个部件制造完成后进行组装形成弹性车轮。

如图1至图4所示，轮箍为弹性车轮重要组成部分，用于支撑轨道车辆并起导向作用。使用含碳量0.45～0.77％的碳钢制造本发明提供的上述轮箍。轮箍制造方法包括如下步骤：

S1：轧前加热：钢坯在加热炉中，预热、加热和均热总时间控制6.0h～11.0h；所述均热，温度控制在1220～1280℃，加热保温≥3.5h；目的是让钢坯内外受热均匀，易于轧制，钢坯超过1280℃有脱碳的风险。

S2：镦粗及冲孔：在压力机上分两步进行，首先，使用压力机将钢锭镦粗，其次，压力机上的冲头将锻压件的芯部切除。

S3：粗轧：在环件粗轧机上，将锻压件扩径，并将踏面及轮缘成型，粗轧制环件的尺寸公差不做要求。

S4：精轧：在环件精轧机机上，再次对粗轧制环件进行扩径，扩径后的轮箍，尺寸公差控制在-3～+3mm。

轮箍的热处理包括淬火处理；淬火处理为：将完成精轧后的毛坯装入加热炉进行等温，等温后加热至850±20℃的温度3小时左右，进行充分奥氏体化；将完成加热的车轮转运至淬火池，进行水浸淬火处理。

轮箍的热处理包括回火处理；回火处理为：将完成淬火的车轮转运至回火炉中，在560±20℃温度下加热≥2.5小时。用于细化晶粒，增强韧性及力学性能。

之后进行机加工处理；完成回火的轮箍被转运至机床进行机加工，获得符最终合尺寸要求的成品轮箍。

机加工完成后进行涂装防护；根据使用要求，在环形槽长边涂刷油漆用于防锈及防滑，在外辋面及内辋面涂刷油漆或防锈油用于防锈。

本发明形成的弹性车轮用轮箍，包括踏面2、轮缘3、磨耗槽5、导线槽6、螺纹孔7、环形挡圈8A及8B及8C、环形槽9A及9B。Φ1＝Φ2夹角范围12°～18°，优选的Φ1＝Φ2＝15°。本发明的车轮可应用于弹性车轮上，适用于踏面制动或轴盘制动，且易于批量生产。

轮辋高度105mm≤L≤140mm；轮箍1上设有踏面2及轮缘3，用于支持车辆在轨道上运行及导线；轮箍1的外辋面4A上设有磨耗槽5，用于指示轮箍1的磨耗情况。

轮箍1的外辋面4A上设有环形槽6，环形槽6上设有周向均布的螺纹孔7用于紧固导线的一端，螺纹孔7的数量≥2，优选的，螺纹孔7的数量为4。轮箍1的内径面上设有3个环形挡圈8A、8B、8C，将轮箍1的内径面分为2个环形槽9A、9B，用于放置橡胶件。

环形槽9A、9B表面涂刷有油漆或涂层。用于防锈及增大橡胶与金属面间的摩擦力。

采用EN 13262:2020标准中的ER9材质，对弹性车轮用轮箍进行了试制，检验结果如下：

(1)拉伸试验

(2)冲击试验

(3)硬度试验

(4)夹杂物试验

(5)显微试验，结果如图5所示

规格	晶粒度	显微组织
			标准要求	优于6级	铁素体/细珠光体
检验值	优于6级	铁素体/细珠光体
			检验依据	GB 6394	GB/T 13298

(6)宏观检验

上述轮箍检验方法利用GB/T 226-2015。

应用本发明制造的轮箍，可通过轧制手段，碾碎体积较大的夹杂物，减小应力集中，去除内部夹杂和内部粗晶，增强车轮运用安全性。此外，可减少投料，大幅降低生产成本。利用本发明制造的轮箍可适用于轴重≥14吨的地铁及轻轨车辆。

节约金属投料，降低生产成本。对于Φ840mm轮箍，采用现用工艺制造，投料为672kg，采用发明所述工艺只在，投料为385kg，节约287kg金属；降低使用成本，安装此轮箍的弹性车轮，轮箍使用寿命与同规格整体车轮一致，但在轮箍磨耗到限后，仅需跟换轮箍，不用跟换轮芯、压盖等。相交整体车轮磨耗到限后需要更换整个车轮；使用轮箍可节约≥10％的使用成本。

如图6至9所示，轮芯为弹性车轮重要组成部分，用于支撑轨道车辆并起导向作用。使用含碳量0.45～0.77％的碳钢制造本发明提供的上述轮芯。轮芯制造方法包括如下步骤：

锻造包括：

S1：轧前加热：钢坯在加热炉中，预热、加热和均热总时间控制6.0h～11.0h；所述均热，温度控制在1250～1280℃，加热保温≥3.5h；目的是让钢坯内外受热均匀，易于轧制，钢坯超过1280℃有脱碳的风险。

S2：镦粗：在第一台压力机或压力机的第一工步上进行镦粗，并冲孔，推荐的压力机力能≥6000吨。镦粗的坯料在第二台压力机或压力机的第二工步上进行近终形的闭模锻造。

S3：冲孔及平整：在平整压力机上，将锻件冲孔，并对锻件进行平整。

热处理：

弹性车轮用轮芯制造方法，包括淬火处理：将粗加工后的毛坯装入加热炉，加热至860±20℃的温度2小时左右，进行充分奥氏体化；将完成加热的轮芯转运至淬火池，进行水浸淬火处理。

弹性车轮用轮芯制造方法，包括回火处理：将完成淬火的车轮转运至回火炉中，在620±20℃温度下加热3.5小时左右。用于细化晶粒，增强韧性及力学性能。

后续通过机加工：完成回火的轮芯被转运至机床进行机加工，获得符最终合尺寸要求的成品轮芯。

最后进行涂装防护；根据使用要求，在环形槽长边涂刷油漆用于防锈及防滑，在外辋面及内辋面涂刷油漆或防锈油用于防锈。

本发明形成的弹性车轮用轮芯21，包括轮毂22，辐板23，轮辋24，注油孔52，油槽26；轮孔27，辐板孔28，压盖槽29，螺纹孔210，挡圈211，卸荷槽212A、212B、213A、213B，橡胶槽214等。本发明的车轮可应用于弹性车轮上，且易于批量生产。

根据轮对压装及退轮工艺需求，可在轮毂22上设置注油孔25及油槽26。轮辋24上设有压盖槽29，用于与弹性车轮的压盖进行安装配合。压盖槽29的垂直于回转轴线A-A’的面上设有周向均布的螺纹孔210。螺纹孔210的数量≥10，具体数量由弹性车轮的强度计算决定。

在轮辋的轴向靠近内侧除，还设有挡圈211，用于形成橡胶槽214。橡胶槽214的表面涂刷有油漆或涂层。用于防锈及增大橡胶与金属面间的摩擦力。

对于轮盘制动，在辐板23上设置周向均布的辐板孔28及卸荷槽212A、212B、213A、213B。对于轮盘制动及踏面制动。不需要在辐板23上设置辐板孔28及卸荷槽。

采用EN 13262:2020标准中的ER9材质，对弹性车轮用轮芯进行了试制，检验结果如下：

(1)拉伸试验

(2)冲击试验

(3)夹杂物试验

(4)显微试验，结果如图10所示

规格	晶粒度
		标准要求	优于6级
检验值	优于6级
		验依据	GB 6394

应用本发明制造的轮芯，可通过多工步、大锻压力闭模锻造手段，减少投料，大幅降低生产成本。此外，可碾碎体积较大的夹杂物，减小应力集中，去除内部夹杂和内部粗晶，增强车轮运用安全性。

节约金属投料，降低生产成本；对于Φ840mm弹性车轮使用的Φ680mm轮芯，采用现用自由锻工艺制造，投料为519kg，采用本发明所述闭模锻工艺制造，投料为230kg，节约289kg金属；降低使用成本，安装此轮芯的弹性车轮，弹性车轮的轮箍使用寿命与同规格整体车轮一致，在轮箍磨耗到限后，仅需更换轮箍，不用更换轮芯、压盖等，轮芯及压盖的寿命与车体寿命一致，为30年；相较整体车轮磨耗到限后需要更换完整的车轮。相较整体车轮，使用同规格弹性车轮可节约≥50％使用成本。

如11至图13所示，压盖为弹性车轮重要组成部分，用于支撑轨道车辆并起导向作用。使用含碳量0.45～0.77％的碳钢制造本发明提供的上述压盖。压盖数制造方法包括如下步骤：

S1：轧前加热：钢坯在加热炉中，预热、加热和均热总时间控制6.0h～11.0h；所述均热，温度控制在1250～1280℃，加热保温≥3.5h；目的是让钢坯内外受热均匀，易于轧制，钢坯超过1280℃有脱碳的风险。

S2：镦粗及冲孔：在压力机上分两步进行，首先，使用压力机将钢锭镦粗，其次，压力机上的冲头将锻压件的芯部切除。

S3：轧制：在箍环轧机上，对锻压件进行扩径轧制，扩径后的压盖，尺寸公差控制在-3～+3mm。

压盖制造方法，包括淬火处理：将粗加工后的毛坯装入加热炉，加热至860±20℃的温度2小时左右，进行充分奥氏体化；将完成加热的轮芯转运至淬火池，进行水浸淬火处理。

进一步的还包括回火处理：将完成淬火的车轮转运至回火炉中，在610±20℃温度下加热2.5小时左右。用于细化晶粒，增强韧性及力学性能。

热处理完成进行机加工；完成回火的压盖被转运至机床进行机加工，获得符最终合尺寸要求的成品压盖。

最后进行涂装防护处理；根据使用要求，在橡胶槽的长边涂刷油漆用于防锈及防滑。

本发明形成的弹性车轮用压盖，包括压盖31，通孔32，沉孔33，挡圈34，内壁35，倒角36，橡胶槽37。本发明的压盖可应用于弹性车轮上，适用于踏面制动或轴盘制动，且易于批量生产。

沉孔33及通孔32为周向均布，用于容纳螺栓。压盖31外径面上的挡圈用于形成橡胶槽37，容纳橡胶件。压盖31内壁35的内侧设有倒角36，将压盖压入轮芯时，起到导卫作用。

采用EN 13262:2020标准中的ER9材质，对弹性车轮用压盖进行了试制，检验结果如下：

(1)拉伸试验

(2)夹杂物试验

(3)显微试验，结果如图14所示

应用本发明制造的压盖，可通过轧制手段，碾碎体积较大的夹杂物，去除内部夹杂和内部粗晶，减小应力集中，增强车轮运用安全性。此外，可减少投料，大幅降低生产成本。利用本发明制造的压盖可适用于轴重≥14吨的地铁及轻轨车辆。

节约金属投料，降低生产成本；对于Φ840mm压盖，采用现用工艺制造，投料为672kg，采用发明所述工艺只在，投料为385kg，节约287kg金属；降低使用成本，安装此压盖的弹性车轮，压盖使用寿命与同规格整体车轮一致，但在压盖磨耗到限后，仅需跟换压盖，不用跟换轮芯、压盖等。相交整体车轮磨耗到限后需要跟换完成车轮。使用压盖可节约≥50％使用成本。

本发明弹性车轮的制造方法设计合理，可获得更好的力学性能，部件中较大夹杂物可被碾碎，由夹杂引起的应力集中会变小，进而提高运行安全性；可节约金属投料，降低生产成本；采用新锻造方法，锻造后钢锭心部夹杂随着金属的流动，流向部件最内侧，发生聚集，最后在冲孔工序被冲头切除，粗晶粒流向部件表面，最后在加工工序被去除，确保部件高纯净度和细晶粒，从而提高车轮的力学性能。

上述仅为对本发明较佳的实施例说明，上述技术特征可以任意组合形成多个本发明的实施例方案。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种弹性车轮的制造方法，包括轮芯、轮箍以及压盖，所述轮箍和压盖均设在轮芯上，其特征在于：所述轮芯和轮箍以及压盖均通过锻压→冲孔→轧机扩径轧制→热处理→机加工的工艺流程制造。

2.如权利要求1所述弹性车轮的制造方法，其特征在于：所述轮箍的制造方法包括以下步骤：

S1：轧前加热：钢坯在加热炉中，预热、加热和均热总时间控制6.0h～11.0h；所述均热，温度控制在1220～1280℃，加热保温≥3.5h；目的是让钢坯内外受热均匀，易于轧制，钢坯超过1280℃有脱碳的风险；

S2：镦粗及冲孔：在压力机上分两步进行，首先，使用压力机将钢锭镦粗，其次，压力机上的冲头将锻压件的芯部切除；

S3：粗轧：在环件粗轧机上，将锻压件扩径，并将踏面及轮缘成型，粗轧制环件的尺寸公差不做要求；

S4：精轧：在环件精轧机机上，再次对粗轧制环件进行扩径，扩径后的轮箍，尺寸公差控制在-3～+3mm。

3.如权利要求1所述弹性车轮的制造方法，其特征在于：所述轮芯的制造方法包括以下步骤：

S1：轧前加热：钢坯在加热炉中，预热、加热和均热总时间控制6.0h～11.0h；所述均热，温度控制在1250～1280℃，加热保温≥3.5h；

S2：镦粗：在第一台压力机或压力机的第一工步上进行镦粗，并冲孔，压力机力能≥6000吨；镦粗的坯料在第二台压力机或压力机的第二工步上进行近终形的闭模锻造；

S3：冲孔及平整：在平整压力机上，将锻件冲孔，并对锻件进行平整。

4.如权利要求1所述弹性车轮的制造方法，其特征在于：所述轮芯的热处理工艺为：在井式炉进行调质处理。

5.如权利要求1所述弹性车轮的制造方法，其特征在于：所述压盖的制造方法包括以下步骤：

S1：轧前加热：钢坯在加热炉中，预热、加热和均热总时间控制6.0h～11.0h；所述均热，温度控制在1250～1280℃，加热保温≥3.5h；

S2：镦粗及冲孔：在压力机上分两步进行，首先，使用压力机将钢锭镦粗，其次，压力机上的冲头将锻压件的芯部切除；

S3：轧制：在箍环轧机上，对锻压件进行扩径轧制，扩径后的压盖，尺寸公差控制在-3～+3mm。

6.如权利要求2所述弹性车轮的制造方法，其特征在于：所述轮箍的热处理包括淬火处理，所述淬火处理为：将完成精轧后的毛坯装入加热炉进行等温，等温后加热至850±20℃的温度2.5-3.5小时，进行充分奥氏体化；将完成加热的车轮转运至淬火池，进行水浸淬火处理。

7.如权利要求2所述弹性车轮的制造方法，其特征在于：所述轮箍的热处理包括回火处理，所述回火处理为：将完成淬火的车轮转运至回火炉中，在560±20℃温度下加热≥2.5小时，用于细化晶粒，增强韧性及力学性能。

8.如权利要求3所述弹性车轮的制造方法，其特征在于：所述轮芯的热处理包括淬火处理，所述淬火处理为：将粗加工后的毛坯装入加热炉，加热至860±20℃的温度1.5-2.5小时，进行充分奥氏体化；将完成加热的轮芯转运至淬火池，进行水浸淬火处理。

9.如权利要求3所述弹性车轮的制造方法，其特征在于：所述轮芯的热处理包括回火处理，所述回火处理为：将完成淬火的车轮转运至回火炉中，在620±20℃温度下加热3-4小时；用于细化晶粒，增强韧性及力学性能。

10.如权利要求5所述弹性车轮的制造方法，其特征在于：所述压盖的热处理包括淬火处理和回火处理：

所述淬火处理为：将粗加工后的毛坯装入加热炉，加热至860±20℃的温度1.5-2.5小时，进行充分奥氏体化；将完成加热的轮芯转运至淬火池，进行水浸淬火处理；

所述回火处理处理为：将完成淬火的车轮转运至回火炉中，在610±20℃温度下加热2-3小时；用于细化晶粒，增强韧性及力学性能。

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