|
摘要 分析了傳統的火車輪鍛軋生產中存在的主要問題，對擺輾在火車輪制 造中的應用進行了研究和探討。采用擺輾能生產出高質量的火車輪。
關鍵詞 火車輪 擺輾
Application of the rotary forging technology in the solid wheel manufacturing
Zhang Gaoping
Abstract:The key problems existing in producing the solid wheels are analyzed in common t rain wheel forging. With to apply in the manufacturing,research work done, and f urther discussed. Using the rotary forging technology that can be produced quali ty wheels.
Key Words: solid wheel, rotary forging
鐵路運輸靠車輛，火車輪是鐵路運輸車輛上重要的工作零件。隨著國內鐵路的高速化，要求車輪具有絕對的可靠性是毋庸置疑的。此外，還要求其重量更輕且具有高精度的品質。為了滿足這些品質、性能方面的需求，必須有車輪形狀的最佳設計和實現該設計的制造技術。
1 傳統的車輪制造工藝及存在的問題
車輪由緊固車軸的輪轂、與鋼軌接觸的輪輞及連接兩者的輻板三部分構成，形狀如圖1所示，其踏面直徑一般在70mm以上，重量在300kg以上。
圖1 車輪示意圖
1.車輪內側面 2.輪轂 3.輪緣 4.輪輞
5.輻板 6.車輪外側面 7.踏面
馬鋼現有的車輪制造工藝是鋼錠切割、折斷成鋼坯，經鍛造軋制后，再熱處理、機加工而成。其中，鍛造軋制部分的工藝流程如圖2所示。加熱好的鋼坯先在第一臺30MN水壓機鐓粗、壓痕，再在第二臺80MN水壓機上模鍛成形，接著在車輪軋機上軋制成車輪形狀，最后在第三臺30MN水壓機上沖孔、壓彎及整形。該鍛軋線生產率最高可達每小時100件。目前，生產中存在下列問題：
圖2 傳統的車輪制造工藝
1.鋼坯 2.環內鐓粗 3.壓痕4.模鍛 5.軋制 6.沖孔 7.輻板壓彎和校正
(1)車輪軋機用于車輪擴徑、輻板延展、輪輞和踏面的成形。其結構型式為臥式，整體設計不合理，剛度差，液壓控制系統有缺陷，軋制時不穩定，輪坯擺動嚴重，易產生偏心(即輪轂與輪輞中心的偏差)，偏心量在6mm以上，有時甚至高達14mm。
(2)沖孔、壓彎水壓機用于輪輞沖孔、輻板壓彎、輪輞內徑修整和輪轂偏心的矯正。其下工作臺為移動式結構，定位不準確，沖孔時易將輪孔撕裂；壓彎方式不合理，易造成輻板形狀不準確；而且無法對輪輞外徑的尺寸矯正，不能減少偏心量。
為了保證成品尺寸精度，只得采用加大坯重、增加機加工余量的方法，坯重增加25kg左右，有時可達50kg以上，增加了金屬消耗和能耗。
2 擺輾的應用
由于傳統的車輪生產工藝存在著產品尺寸精度低、偏心嚴重以及設備數量多、投資大等缺點，有必要研究開發新工藝來改造老的生產線。擺輾由于具有省力、產品質量高、設備投資少、易于實現機械化自動化等優點，成為替代老工藝的首選技術。
2.1 擺輾用于整形
擺輾替換傳統制造工藝的最后工序中的30MN水壓機，在這之前的工序不變，其工藝過程如圖3所示。所使用的擺輾機成形能力為6.3MN，相當于100MN級水壓機的成形能力，對于車輪的沖孔、壓彎工序，其能力非常充裕。該設備上模擺動旋轉，下模不旋轉，僅向上施壓。
圖3 擺輾作為整形的車輪制造工藝
1.鋼坯 2.環內鐓粗 3.壓痕 4.模鍛
5.軋制 6.擺輾沖孔、輻板壓彎和校正
由于大變形在擺輾以前就已完成，進入擺輾機的輪坯很接近最終形狀，留給擺輾的加工余量很小，擺輾只起著對車輪整形、矯正偏心和沖孔的作用。該設備能夠生產大直徑車輪。但是，要在現有生產線上使用擺輾機，需要在擺輾機的前后各增加上、下料設備。
由于下模不能旋轉，上模擺動，上下模難以定位，因而不能加工復雜形狀的輻板(如波狀車輪的輻板)。如果要輾壓波狀輻板，就必須使上下模同時旋轉，而且上下模的位相必須正確一致；另外，沖出塊的排出需要在停止時使下模的位相與沖出塊的排出口相吻合，這就需要液壓伺服機構和機械制動的聯合作用才能實現。
2.2 擺輾用于主變形
擺輾替換傳統制造工藝的車輪軋機和最后工序中的30MN水壓機，其工藝過程如圖4所示。為了生產大規格的車輪，所使用的擺輾機成形能力應在10MN以上。
圖4 擺輾作為主變形和整形的車輪制造工藝
1.鋼坯 2.環內鐓粗 3.壓痕 4.模鍛
5.擺輾沖孔、輻板壓彎和校正
由于不用車輪軋機和沖孔、壓彎水壓機，擺輾機承擔車輪擴徑、成形、輻板減薄及壓彎、沖孔等絕大部分的工作。為了生產復雜形狀的輻板車輪的需要，在擺輾機的設計上一定要采用上下模均旋轉的結構形式；為了保證上下模的同步，上模不能作擺動運動，且需采用液壓伺服系統等措施。
2.3 模具設計
擺輾模具采用鑲塊結構，以便鑲塊磨損或損壞時，只需更換鑲塊，減少了費用。鑲塊固定在模套內，下模采用頂桿頂出工件，模具結構如圖5所示。模具采用水冷與石墨潤滑。另外，為了減少換模時間，最好采用快速換模裝置。
圖5 模具結構示意圖
1.上模座 2.上模套 3,4,7,8.鑲塊 5.下模座
6.下模套 9.車輪 10.頂桿
對于擺輾整形，因擺輾的加工量不大，對輪坯形狀沒有特別要求；但對于擺輾作為主成形設備時，進入擺輾機的輪坯形狀設計很重要。因在擺輾時易造成輪轂、輪輞的角部充不滿，導致廢品；或在輪緣處產生飛邊，給后續的機加工帶來困難。
2.4 產品質量
傳統生產工藝中，30MN水壓機因能力不夠，不能進行車輪全部尺寸的矯正，輪輞外徑處于自由狀態，不能減少偏心，生產出來的車輪偏心為5～14mm，大部分在10mm左右，機加工余量12～30mm，大部分在20mm左右。
采用擺輾成形，由于擺輾機的巨大成形能力，可以對車輪所有尺寸進行約束，是一種閉式模鍛，上下模對中良好，理論上是不會產生偏心的，而且表面質量很好。在擺輾用于整形的情況下，偏心量為2～5mm，大部分在4mm左右，機加工余量8～12mm，大部分在10mm左右。擺輾用于主變形的情況下，試驗得出的偏心量在0～1.5mm以內。
3 結束語
隨著鐵道車輛的多樣化，其車輪的形狀也多樣化，有些車輪用傳統方法是難以生產的，這就必須采用擺輾技術，尤其是用擺輾機替代車輪軋機和壓彎、沖孔水壓機的方法，更值得關注。但是由于車輪產品的復雜性，擺輾用于制造車輪也才處于起步階段，因此，有必要在設備和工藝方面作進一步的工作。
|