火車車輪鍛造工藝分析(正式)(20210315040950)

1、火車車輪鍛造工藝分析 （正式） Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. 編訂： 單位： 時間： Word格式/完整/可編輯 執(zhí)行方案樣本| BUSINESS PLAN 文件編號：KG-A0-4032-19 火車車輪鍛造工藝分析（正式） 使用備注：本文檔可用在日常工作場景，通過對目的、要求、方式、方法、進度

2、等進行 具體、周密的部署，從而使得組織內(nèi)人員按照既定標準、規(guī)范的要求進行操作，使日常 工作或活動達到預期的水平。下載后就可自由編輯。 鐵路交通是我國運輸系統(tǒng)的重要組成部分，在國 民經(jīng)濟和社會發(fā)展過程中，鐵路運輸扮演著不可替代 的重要角色。我國一直以來都十分重視鐵路運輸?shù)陌l(fā) 展。最近幾年以來，隨著以高鐵為代表的新型鐵路運 輸技術(shù)的應用，我國鐵路運輸朝著高速、重載方向發(fā) 展，車輪在復雜的運行工況和惡劣的工作條件下，受 到來自于速度效應和制動方式的雙重影響，對其耐磨 性、強韌性以及抗疲勞性提出了更高的要求。但是我 國現(xiàn)有的車輪鍛壓生產(chǎn)技術(shù)，還不能完全滿足鐵路運 輸發(fā)展對火車車輪質(zhì)量的要求。尤其是我國

3、高速列車 的車輪，在車輪的制造中，還存在廢品率較高的現(xiàn)象。 因此，筆者認為，研究火車車輪鍛壓生產(chǎn)工藝，提高 我國火車車輪鍛壓生產(chǎn)技術(shù)水平,制造優(yōu)質(zhì)火車車輪, 對于降低我國火車整車生產(chǎn)成本，促進鐵路運輸?shù)陌l(fā) 展，有十分重要的現(xiàn)實意義。 1 .火車車輪概述。 1.我國火車車輪形制特征簡析 火車車輪是火車整車零件中的一個關鍵組成部分, 是火車機車生產(chǎn)中技術(shù)較高的環(huán)節(jié)之一。由于火車的 種類繁多，工作環(huán)境和機車構(gòu)造也不盡相同，所以火 車車輪的結(jié)構(gòu)形式和形制特征也多種多樣。一般由輪 轂、輪軸、輻板三個部分組成。 火車車輪屬于典型的金屬塑性成形產(chǎn)品，常常會 出現(xiàn)多種內(nèi)部和外部缺陷。比較常見的有偏心缺陷、 組

4、織和填充不完全等缺陷。所以車輪生產(chǎn)中對鍛壓技 術(shù)要求較高。 2我國現(xiàn)行車輪生產(chǎn)工藝。 當前包括我國在內(nèi)的世界各國普遍采用模鍛一一 軋制法（又稱整體輾鋼車輪生產(chǎn)法）進行火車車輪鍛 造生產(chǎn)，這一方法主要采用模鍛和軋制擴徑兩個主要 步驟來完成車輪主體的成形。和鑄造法相比較，該法 所生產(chǎn)的車輪內(nèi)在質(zhì)量要好很多，與全模鍛制造法相 比，該法的優(yōu)點在于對模鍛設備的要求較低。全世界 有20多個生產(chǎn)廠家，雖然各自的生產(chǎn)工藝有其獨有特 點，但是總體來說從流程來講可以分為三個主要步驟: 預成型及成型、軋制擴徑和壓彎沖孔。通過初步總結(jié)， 筆者認為，各廠家在工藝上的差別，主要體現(xiàn)在預成 型及成型的差異上，壓彎壓力機的配

5、置方面則基本相 同，沖孔設備的配置也只是稍有差別。 2.火車車輪鍛造工藝分析。 2.1 車輪預成型工藝。 車輪坯料采用圓柱形鋼坯下注，坯料直徑 介于380mm 406mm之間。使用高速鋸床對鋼坯進行 鋸切成段，成段坯料經(jīng)加熱后，有機械手夾持上料到 壓力機進行預成型工序。在預成型工序中，上磨具采 用成型模，下模具則選用中央突起的壓痕模，以此實 現(xiàn)對輪網(wǎng)、輪轂的金屬體積分配。在壓力機模鍛工序 采用的是靜壓力鍛造，整個鍛造過程在一次行程中完 成。優(yōu)異的車輪預成型工藝，不但能夠保證車輪初步 形狀的成形，同時還可以起到改善車輪內(nèi)部組織結(jié)構(gòu) 和金屬流線的雙重作用。但是如果此階段的工藝不合 理，則會直接導致

6、車輪偏心、填充不完全等缺陷。給 后續(xù)加工階段操作帶來困難，嚴重的還會直接導致車 輪報廢。 2. 2.車輪成型工藝。 在車輪的成型階段，主要得到的是輪轂和壓制輻 板的形狀，同時完成輪網(wǎng)主要部位的成形。其過程屬 于典型的開式無飛邊模鍛。模具壓下后，首先受壓的 是車輪的輻板處，車輪內(nèi)層金屬受到來自中央沖頭的 作用力，帶動外側(cè)金屬沿水平方向流動。隨著下壓量 的急劇增大，輪坯的最外側(cè)金屬和成形模的內(nèi)壁接觸。 在中央沖頭和成形模內(nèi)壁的共同作用下，輪坯內(nèi)的金 屬形成一個分流面，分別流向輪轂和輪輾I下側(cè)以及輪 網(wǎng)上側(cè)。在該流程中，輪軸下側(cè)的填充情況最佳。此 外，由于該工序中模具模膛的高度有所不同，所以直 接導

7、致輪坯中不同部分的金屬變形量不一樣，其中輻 板處變形量最為突出，而輪軸部分的變形量則最小。 車輪成形工藝是熱成形機組軋壓能力匹配的關鍵工藝。 合理科學的成形工藝，不僅要保證壓力機的壓力極限 數(shù)值滿足事先設定的工藝數(shù)值，同時還要滿足下道工 序中軋機的軋制能力需求。 2. 3.車輪壓彎工藝。 車輪壓彎工序一般情況下是和沖孔工序一 起在同一臺壓力機上進行，是火車車輪熱成形中的最 后一道工序。其主要目的是對輻板進行壓彎成形、對 輪軸表面進行平整以及確定車輪兩側(cè)和車輪內(nèi)徑等的 成形。 2. 4.輪坯各個部位加工余量的確定。 車輪加工中的鍛造余量，是整個車輪鍛造 工藝設計中非常重要的環(huán)節(jié)。它與車輪材料的利

8、用率、 成品率以及生產(chǎn)率密切相關，直接決定著車輪生產(chǎn)的 成本。因此，要合理確定輪坯合理的鍛造余量。 踏 面余量的確定。在確定輪坯踏面余量時，輪坯的橢圓 度和熱處理過程中直徑0.10.2%的變化量應該予以 充分考慮。但是，主要還是要注意踏面上表面氧化皮 壓入、裂紋以及結(jié)疤等的消除。經(jīng)過實踐中的反復摸 索，筆者認為，踏面鍛造余量的確定取8mm較為合適。 輪轂外徑余量確定。輪轂外徑余量的確定, 主要取決于設備對輪轂、輪軸偏心的精度控制。目前， 山西某重型機械集團公司在這一精度控制上可以達到 6mm以內(nèi)。為了確保最大偏心后，輪轂能有3mm的加 工余量，初期生產(chǎn)中，應該把輪轂余量確定為9mm。實 踐證明

9、，在設備正常情況下的批量生產(chǎn)中，輪轂外徑 余量取7mm比較適宜。 輪轂、輪網(wǎng)端面的余量確定。這兩項余量 的確定主要取決于端面氧化皮壓入、端面的不平整狀 況以及預成形時輪轂端面尖角部位填充不完全所造成 的輪轂端部圓角三個因素。在模具首次設計中，這一 余量一般取7mm和6mmo為了降低成本，曾經(jīng)試圖降 低這兩種余量，結(jié)果造成輪轂端面尖角部位加工不起 來。所以，最終仍然將輪轂、輪網(wǎng)的單邊余量設定至 7mm和6mm的初期水平。 輻板和輪軸內(nèi)徑加工余量的確定。由于在 淬火和冷卻處理過程中輻板會出現(xiàn)變形，因此輻板加 工余量的確定，不僅要考慮氧化皮壓入、表面裂紋等 缺陷的去除，還要格外重視輻板變形的影響。經(jīng)

10、生產(chǎn) 企業(yè)長期批量生產(chǎn)經(jīng)驗的積累，輻板單邊余量確定為 6mm最為適合。輪網(wǎng)內(nèi)徑也取相同尺寸為宜。 淬火下沉量的確定。車輪淬火后，輪軸的 增大量叫做淬火下沉量。壓彎模設計時，應該確保車 輪壓彎成形以后，轂輾I距減小一個淬火下沉量，以確 保淬火后的轂軸距符合要求尺寸。淬火下沉量的確定, 和火車輪的型號有關。據(jù)蘇聯(lián)資料介紹，915車輪淬 火下沉量為3-5mmo安徽某鋼廠在915車輪模具設計 時，淬火下沉量取6mm。 2. 5.車輪鍛造過程中的數(shù)值模擬分析。 由于火車車輪的鍛造工序繁多，各環(huán)節(jié)中對 輪坯不同部分的數(shù)據(jù)誤差要求較高，且由于涉及到材 料金屬物理化學性質(zhì)的變更，因此對鍛造過程中的數(shù) 據(jù)控制和

11、數(shù)值模擬要求較高，所以對于鍛造工作的每 個環(huán)節(jié)而言，建立數(shù)值模擬分析是十分必要的。 目前在數(shù)值分析方面，主要采取的是有限 元數(shù)值分析法，這是一種將連續(xù)體根據(jù)實際需要，分 化為若干個大小有限的單元個體集合，以方便分析連 續(xù)體力學問題相關數(shù)據(jù)的方法。這一方法應用在車輪 鍛造生產(chǎn)過程中，可以精確求解輪坯變形時內(nèi)部速度 場、應力場以及應變場等的變量，從而為車輪鍛造各 道工序，提供了科學的理論依據(jù)。在目前我國火車車 輪生產(chǎn)中，基于有限元理論和相關軟件支持，已經(jīng)普 遍建立起了火車輪預成形和成形工步數(shù)值模擬分析模 型、壓彎過程數(shù)值模擬分析模型、沖孔過程數(shù)值模擬 分析模型等一系列環(huán)節(jié)的模擬分析模型。使得工作人

12、 員能夠及時掌握各階段數(shù)值的變化，以及由此帶來的 對成品質(zhì)量的影響，實時調(diào)整參數(shù)設置，確保車輪最 終質(zhì)量得以實現(xiàn)。 2. 6.當前火車車輪鍛造工藝存在的問題。 隨著對火車車輪數(shù)量要求的增加和質(zhì)量要 求的提高，我國火車車輪鍛造工藝的缺陷也顯露出來。 目前主要問題在于各工步，尤其是在車輪預成形和壓 彎工步，對金屬變形量的分配以及模具結(jié)構(gòu)和尺寸的 設計等諸多問題，有待進一步研究和改進。這些問題 的存在不僅使得車輪鍛造工序和模具設計的周期更長、 對模具和車輪的調(diào)試以及模具維修的過程趨于復雜， 而且還會導致車輪輻板出現(xiàn)裂紋、車輪成形形狀和尺 寸滿足不了設計要求等一系列質(zhì)量問題，使得當前的 火車車輪生產(chǎn)，從數(shù)量到質(zhì)量都與實際需要存在相當 差距。 火車車輪的鍛造，是一個從材料選擇、模 具設計制造、到前期預成形、成形、再到后期壓彎和 沖孔的連續(xù)性工序系統(tǒng)。由于金屬在各工藝階段會發(fā) 生相應的物理和化學變化，因此常常會出現(xiàn)諸如填充 不充分和偏心等缺陷，導致產(chǎn)品質(zhì)量不能達到預期要 求，嚴重者產(chǎn)生廢品。從加工流程優(yōu)化、數(shù)值模擬分 析等方面加以完善，是彌補當前車輪鍛造工藝相關環(huán) 節(jié)缺陷，保證車輪最終質(zhì)量的有效途徑。以有限元理 論為基礎的數(shù)值模擬分析模型，是目前實現(xiàn)鍛造過程 數(shù)值模擬分析的可靠途徑，是實現(xiàn)對鍛造過程中相關 數(shù)值精確控