CN117583538A - 车轴辊锻工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种车轴辊锻工艺，对加热后的横截面为方形的金属坯料进行两道次精密辊锻后成型。本发明有效提高车轴锻件质量，能降低废品率，获得形状、尺寸和表面质量较好的毛坯，避免因制坯形状问题造成的锻件折叠、充不满等缺陷，而且辊锻过程中的连续局部变形，使得金属纤维的走向和锻件形状一致，金相组织均匀、致密、机械性能高，有利于得到机械性能良好的锻件；另外，由于辊锻机的节拍稳定，辊锻坯料温度一致性好，有利于得到尺寸稳定的锻件产品。
Description
技术领域
本发明涉及车轴加工技术领域，特别是涉及一种轨道交通用车轴辊锻工艺。
背景技术
目前，国内外生产轨道交通用车轴的方法有自由锻造和径向锻造两种工艺：
1）自由锻造成形：锻打速度慢，生产效率低，材料利用率低，锻件加工余量大，噪音大，锻造时的噪音大于 100dB，对生产环境造成极大污染，工作环境差。 2）径向锻造成形：生产车轴的锻透效果差，端头锻后常有裂纹出现，自动化程度低，噪音大，工作环境差，其核心设备径向锻造机目前仍需进口，设备造价比较高，配套设施投入大，对技术水平和专业人才水平要求较高。
发明内容
本发明的目的是针对目前自由锻造和径向锻造工艺的缺陷，提供一种轨道交通用车轴辊锻工艺，采用两道次辊锻成形工艺，利用辊锻对工件连续局部成形，直接成型轨道交通用车轴，提高车轴生产效率和材料利用率，降低设备投资成本和车轴后续机加工量。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种车轴辊锻工艺，对加热后的横截面为方形的金属坯料进行两道次精密辊锻后成型。
其中，在一道次辊锻模具上对工件一道次辊锻加工完成后，将工件沿其轴线方向翻转90度，在二道次辊锻模具上进行二道次辊锻加工，成型。
其中，所述一道次辊锻模具与二道次辊锻模具的宽度相同，一道次辊锻模具的型槽最宽为450mm，旋转90度后宽度尺寸为250mm。
其中，所述一道次辊锻模具的型槽扇形角小于二道次辊锻模具的型槽扇形角。
其中，所述一道次辊锻模具的型槽扇形角165度。
其中，所述二道次辊锻模具的型槽扇形角220度。
其中，所述一道次辊锻模具与二道次辊锻模具的型槽形状相同，所述型槽的形状与轨道交通用车轴的外形相适应。
其中，所述金属坯料为外表面四角的位置为圆角的坯料。
其中，采用中频加热炉对所述金属坯料加热到需要的温度。
其中，所述对加热后的横截面为方形的金属坯料进行两道次精密辊锻后成型后，还包括热处理的步骤。
本发明种车轴辊锻工艺，对加热后的横截面为方形的金属坯料进行两道次精密辊锻后成型，有效提高车轴锻件质量，能降低废品率，获得形状、尺寸和表面质量较好的毛坯，避免因制坯形状问题造成的锻件折叠、充不满等缺陷，而且辊锻过程中的连续局部变形，使得金属纤维的走向和锻件形状一致，金相组织均匀、致密、机械性能高，有利于得到机械性能良好的锻件；另外，由于辊锻机的节拍稳定，辊锻坯料温度一致性好，有利于得到尺寸稳定的锻件产品。
附图说明
图1是本发明实施例的车轴辊锻工艺的流程图。
图2、图3分别是本发明的车轴辊锻坯料的主视及侧面示意图。
图4是本发明的车轴辊锻坯料二道次辊锻后形变过程示意图。
图5-图6分别是本发明的一道次辊锻模具的俯视以及轴测示意图。
图7-图8分别是本发明的二道次辊锻模具的俯视以及轴测示意图。
图9-图11分别是本发明的一道次辊锻模具对应图12中三个位置的参数示意图。
图12是本发明加工的RE2B型车轴的辊锻成型模拟结果图。
图13-图15分别是图8的A-A线、B-B线、C-C线的剖面图。
图16-图17分别是本发明加工的RE2B型车轴锻件的轴颈端面不同视角下的示意图。
实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例的车轴辊锻工艺，是首先对要加工的横截面为方形的金属坯料加热，然后对加热后的横截面为方形的金属坯料，通过辊锻机进行两道次精密辊锻后成型辊锻件。通过在金属坯料辊锻前加热的目的是为了提高金属塑性,降低变形抗力,即增加金属的可锻性,从而使金属易于流动成形,并使辊锻件获得良好的锻后组织和力学性能。
其中，在金属坯料进行两道次精密辊锻后成型，是在一道次辊锻模具上对工件一道次辊锻加工完成后，将工件沿其轴线方向翻转90度，在二道次辊锻模具上进行二道次辊锻加工，成型，这样经过两道次，实现一个车轴的辊锻件的成型，通过辊锻加工，使工件在轴线方向上延展，由辊锻模具上的型槽对工件表面通过旋转挤压，在工件的表面形成需要形状，如车轴辊锻件的表面形成部分直径大，部分直径小的圆柱状的车轴的辊锻件，参见图4所示。
本发明采用辊锻两道次，直接对车轴辊锻件成型，生产工艺简单，有效提高车轴锻件质量，能降低废品率，获得形状、尺寸和表面质量较好的毛坯，避免因制坯形状问题造成的锻件折叠、充不满等缺陷，而且辊锻过程中的连续局部变形，使得金属纤维的走向和锻件形状一致，金相组织均匀、致密、 机械性能高，有利于得到机械性能良好的锻件；另外，由于辊锻机的节拍稳定，辊锻坯料温度一致性好，有利于得到尺寸稳定的锻件产品。
在对车轴进行辊锻前，要设计好相应的辊锻模具，在已知原始毛坯尺寸和产品热锻件图的前提下，先确定一道次辊锻模具的型槽尺寸，然后再确定二道次辊锻模具的型槽尺寸，设计模具，之后用辊锻模具对工件进行辊锻加工。其中，一道次辊锻模具对应图12中A-A线、B-B线、C-C线三个位置的开槽的参数，请参见图9-11所示，三个位置的型槽的槽深分别为150 mm、205 mm及173 mm，半径分别为301.6mm、200 mm、以及241.3 mm。
其中，所述一道次辊锻模具与二道次辊锻模具的宽度相同，所述宽度即图4、6中所示的辊锻模具的左右侧面间距离，如为600mm，所述一道次辊锻模具的型槽扇形角小于二道次辊锻模具的型槽扇形角，如所述一道次辊锻模具的型槽扇形角165度，所述二道次辊锻模具的型槽扇形角220度。
其中，所述一道次辊锻模具与二道次辊锻模具的型槽形状相同，所述型槽的形状与轨道交通用车轴的外形相适应，更为优选的，所述一道次辊锻模具周面上的型槽的宽度大于二道次辊锻模具的型槽的槽宽，参见图5、6、7、8所示，一道次辊锻模具的型槽最宽为450mm，旋转90度后宽度尺寸为250mm。
本发明的实施例中，所述方形坯料为外表面四角的位置为圆角的金属坯料，如1所示1290 mm，四个侧面的高度相同，均为250 mm，参见图2、3所示，可以是铝合金材料或是金属或是合金材料。
其中，在生产时，在辊锻前，采用中频加热炉对所述金属坯料加热到需要的温度，如1150～1180℃度的温度，然后送入辊锻机，通过前面所述的两道次精密辊锻成型车轴的辊锻件，通过辊锻加工，使工件在轴线方向上延展，由辊锻模具上的型槽对工件表面通过旋转挤压，在工件的表面形成需要形状，如车轴辊锻件的表面形成部分直径大，部分直径小的辊锻件，参见图4所示。
其中，本发明的实施例中，所述对加热后的横截面为方形的金属坯料进行两道次精密辊锻后成型后，还包括后续的热处理（包括一次正火与一次回火；正火保温区设定830℃-870℃，回火保温区设定520℃-560℃，生产节拍50分钟）的步骤，即二道次辊锻成型件进行后续热处理，通过后续热处理工艺，能改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能，工艺包括将材料在固态下，通过加热、保温和冷却的手段，以获得预期组织和性能的，最终使辊锻件的晶粒得到细化,超声波探伤合格，产品质量得以保证。
进一步的，在所述后续热处理工艺完成后，包括检验的步骤，检验所生产的辊锻件是否合格，如果合格即下线到下一工艺，包括如超声探伤检测等。
在检验完成后，对合格的工件还需要进行后续的机加工，机加工包括切边、冲孔、矫正中的一种或多种等，最终实现产品的最终成型。
参见图12、13、14、15所示，本发明采用数值模拟软件对成形过程进行数值模拟分析，从模拟结果可以看出，本发明车轴辊锻件外形规则，过度圆滑，无飞边、折叠等缺陷，分别对轴颈、轮座、轴身部位截面进行了分析，可以看到每个部位截面圆整度较好，与实际通过辊锻生产的车轴的效果相符。
参见图16、17所示，本发明采用精密辊锻成形技术形成车轴颈端面平整，无明显的凹凸和花瓣形状，锻后火车轴锻件端头不会有裂纹缺陷的产生。而采用快锻液压机生产的车轴端面现场实物照片，有明显的凹坑和花瓣形状。
本发明种车轴辊锻工艺，对加热后的横截面为方形的方形坯料进行两道次精密辊锻后成型，有效提高车轴锻件质量，能降低废品率，获得形状、尺寸和表面质量较好的毛坯，避免因制坯形状问题造成的锻件折叠、充不满等缺陷，而且辊锻过程中的连续局部变形，使得金属纤维的走向和锻件形状一致，金相组织均匀、致密、 机械性能高，有利于得到机械性能良好的锻件；
另外，由于辊锻机的节拍稳定，辊锻坯料温度一致性好，有利于得到尺寸稳定的锻件产品
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；
因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.轨道交通用车轴辊锻工艺，其特征在于，对加热后的横截面为方形的金属坯料进行两道次精密辊锻后成型。
2.根据权利要求1所述轨道交通用车轴辊锻工艺，其特征在于，在一道次辊锻模具上对工件一道次辊锻加工完成后，将工件沿其轴线方向翻转90度，在二道次辊锻模具上进行二道次辊锻加工，成型。
3.根据权利要求2所述轨道交通用车轴辊锻工艺，其特征在于，所述一道次辊锻模具与二道次辊锻模具的宽度相同，一道次辊锻模具的型槽最宽为450mm，旋转90度后宽度尺寸为250mm。
4.根据权利要求2所述轨道交通用车轴辊锻工艺，其特征在于，所述一道次辊锻模具的型槽扇形角小于二道次辊锻模具的型槽扇形角。
5.根据权利要求4所述轨道交通用车轴辊锻工艺，其特征在于，所述一道次辊锻模具的型槽扇形角165度。
6.根据权利要求5所述轨道交通用车轴辊锻工艺，其特征在于，所述二道次辊锻模具的型槽扇形角220度。
7.根据权利要求2所述轨道交通用车轴辊锻工艺，其特征在于，所述一道次辊锻模具与二道次辊锻模具的型槽形状相同，所述型槽的形状与轨道交通用车轴的外形相适应。
8.根据权利要求1所述轨道交通用车轴辊锻工艺，其特征在于，所述金属坯料为外表面四角的位置为圆角的坯料。
9.根据权利要求1所述轨道交通用车轴辊锻工艺，其特征在于，采用中频加热炉对所述金属坯料加热到需要的温度。
10.根据权利要求1所述轨道交通用车轴辊锻工艺，其特征在于，所述对加热后的横截面为方形的金属坯料进行两道次精密辊锻后成型后，还包括热处理的步骤。
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