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摘要 分析了傳統(tǒng)的火車輪鍛軋生產(chǎn)中存在的主要問題，對(duì)擺輾在火車輪制 造中的應(yīng)用進(jìn)行了研究和探討。采用擺輾能生產(chǎn)出高質(zhì)量的火車輪。
關(guān)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(yùn)輸靠車輛，火車輪是鐵路運(yùn)輸車輛上重要的工作零件。隨著國內(nèi)鐵路的高速化，要求車輪具有絕對(duì)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(zhì)。為了滿足這些品質(zhì)、性能方面的需求，必須有車輪形狀的最佳設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)該設(shè)計(jì)的制造技術(shù)。
1 傳統(tǒng)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(gòu)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(nèi)側(cè)面 2.輪轂 3.輪緣 4.輪輞
5.輻板 6.車輪外側(cè)面 7.踏面
馬鋼現(xiàn)有的車輪制造工藝是鋼錠切割、折斷成鋼坯，經(jīng)鍛造軋制后，再熱處理、機(jī)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(tái)30MN水壓機(jī)鐓粗、壓痕，再在第二臺(tái)80MN水壓機(jī)上模鍛成形，接著在車輪軋機(jī)上軋制成車輪形狀，最后在第三臺(tái)30MN水壓機(jī)上沖孔、壓彎及整形。該鍛軋線生產(chǎn)率最高可達(dá)每小時(shí)100件。目前，生產(chǎn)中存在下列問題：
圖2 傳統(tǒng)的車輪制造工藝
1.鋼坯 2.環(huán)內(nèi)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(jī)用于車輪擴(kuò)徑、輻板延展、輪輞和踏面的成形。其結(jié)構(gòu)型式為臥式，整體設(shè)計(jì)不合理，剛度差，液壓控制系統(tǒng)有缺陷，軋制時(shí)不穩(wěn)定，輪坯擺動(dòng)嚴(yán)重，易產(chǎn)生偏心(即輪轂與輪輞中心的偏差)，偏心量在6mm以上，有時(shí)甚至高達(dá)14mm。
(2)沖孔、壓彎水壓機(jī)用于輪輞沖孔、輻板壓彎、輪輞內(nèi)徑修整和輪轂偏心的矯正。其下工作臺(tái)為移動(dòng)式結(jié)構(gòu)，定位不準(zhǔn)確，沖孔時(shí)易將輪孔撕裂；壓彎方式不合理，易造成輻板形狀不準(zhǔn)確；而且無法對(duì)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(jī)加工余量的方法，坯重增加25kg左右，有時(shí)可達(dá)50kg以上，增加了金屬消耗和能耗。
2 擺輾的應(yīng)用
由于傳統(tǒng)的車輪生產(chǎn)工藝存在著產(chǎn)品尺寸精度低、偏心嚴(yán)重以及設(shè)備數(shù)量多、投資大等缺點(diǎn)，有必要研究開發(fā)新工藝來改造老的生產(chǎn)線。擺輾由于具有省力、產(chǎn)品質(zhì)量高、設(shè)備投資少、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，成為替代老工藝的首選技術(shù)。
2.1 擺輾用于整形
擺輾替換傳統(tǒng)制造工藝的最后工序中的30MN水壓機(jī)，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(jī)成形能力為6.3MN，相當(dāng)于100MN級(jí)水壓機(jī)的成形能力，對(duì)于車輪的沖孔、壓彎工序，其能力非常充裕。該設(shè)備上模擺動(dòng)旋轉(zhuǎn)，下模不旋轉(zhuǎn)，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(huán)內(nèi)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(jìn)入擺輾機(jī)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(duì)車輪整形、矯正偏心和沖孔的作用。該設(shè)備能夠生產(chǎn)大直徑車輪。但是，要在現(xiàn)有生產(chǎn)線上使用擺輾機(jī)，需要在擺輾機(jī)的前后各增加上、下料設(shè)備。
由于下模不能旋轉(zhuǎn)，上模擺動(dòng)，上下模難以定位，因而不能加工復(fù)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(shí)旋轉(zhuǎn)，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(shí)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(jī)構(gòu)和機(jī)械制動(dòng)的聯(lián)合作用才能實(shí)現(xiàn)。
2.2 擺輾用于主變形
擺輾替換傳統(tǒng)制造工藝的車輪軋機(jī)和最后工序中的30MN水壓機(jī)，其工藝過程如圖4所示。為了生產(chǎn)大規(guī)格的車輪，所使用的擺輾機(jī)成形能力應(yīng)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(huán)內(nèi)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(jī)和沖孔、壓彎水壓機(jī)，擺輾機(jī)承擔(dān)車輪擴(kuò)徑、成形、輻板減薄及壓彎、沖孔等絕大部分的工作。為了生產(chǎn)復(fù)雜形狀的輻板車輪的需要，在擺輾機(jī)的設(shè)計(jì)上一定要采用上下模均旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)形式；為了保證上下模的同步，上模不能作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，且需采用液壓伺服系統(tǒng)等措施。
2.3 模具設(shè)計(jì)
擺輾模具采用鑲塊結(jié)構(gòu)，以便鑲塊磨損或損壞時(shí)，只需更換鑲塊，減少了費(fèi)用。鑲塊固定在模套內(nèi)，下模采用頂桿頂出工件，模具結(jié)構(gòu)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(shí)間，最好采用快速換模裝置。
圖5 模具結(jié)構(gòu)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(duì)于擺輾整形，因擺輾的加工量不大，對(duì)輪坯形狀沒有特別要求；但對(duì)于擺輾作為主成形設(shè)備時(shí)，進(jìn)入擺輾機(jī)的輪坯形狀設(shè)計(jì)很重要。因在擺輾時(shí)易造成輪轂、輪輞的角部充不滿，導(dǎo)致廢品；或在輪緣處產(chǎn)生飛邊，給后續(xù)的機(jī)加工帶來困難。
2.4 產(chǎn)品質(zhì)量
傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝中，30MN水壓機(jī)因能力不夠，不能進(jìn)行車輪全部尺寸的矯正，輪輞外徑處于自由狀態(tài)，不能減少偏心，生產(chǎn)出來的車輪偏心為5～14mm，大部分在10mm左右，機(jī)加工余量12～30mm，大部分在20mm左右。
采用擺輾成形，由于擺輾機(jī)的巨大成形能力，可以對(duì)車輪所有尺寸進(jìn)行約束，是一種閉式模鍛，上下模對(duì)中良好，理論上是不會(huì)產(chǎn)生偏心的，而且表面質(zhì)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(jī)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(yàn)得出的偏心量在0～1.5mm以內(nèi)。
3 結(jié)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(tǒng)方法是難以生產(chǎn)的，這就必須采用擺輾技術(shù)，尤其是用擺輾機(jī)替代車輪軋機(jī)和壓彎、沖孔水壓機(jī)的方法，更值得關(guān)注。但是由于車輪產(chǎn)品的復(fù)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(shè)備和工藝方面作進(jìn)一步的工作。
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