一種火車輪立式軋制異步強(qiáng)化變形方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種火車輪立式軋制異步強(qiáng)化變形方法及裝置，屬于環(huán)件軋制成形【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明在現(xiàn)有車輪立式軋制工藝基礎(chǔ)上，通過(guò)軋制時(shí)在線調(diào)整主輥高度，主變形區(qū)進(jìn)行軋輥錯(cuò)位軋制，通過(guò)錯(cuò)位量的調(diào)整實(shí)現(xiàn)輪輞金屬的流動(dòng)控制，并強(qiáng)化主變形區(qū)的異步軋制變形效果，提高輪輞變形的深透性，細(xì)化輪輞心部的晶粒尺寸。主輥的高度在線調(diào)整通過(guò)液壓缸推動(dòng)主輥軸承座的高向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明不但可以根據(jù)需要提高車輪軋制成形效率、顯著增加輪輞變形深透性，還可有利于形成周向金屬流線而提高車輪的力學(xué)性能。
【專利說(shuō)明】一種火車輪立式軋制異步強(qiáng)化變形方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)件軋制成形領(lǐng)域，具體涉及一種火車輪立式軋制方法以及實(shí)現(xiàn)該方法的裝置。
技術(shù)背景
[0002]車輪軋制是輾鋼整體車輪的熱成形的一個(gè)關(guān)鍵工步。車輪軋制過(guò)程中，車輪坯的輻板延展、輪輞外徑擴(kuò)大，輪輞及輪緣逐漸成形?，F(xiàn)有技術(shù)中，車輪立式軋制的主要工具包括I個(gè)主輥、2個(gè)輻板輥、2個(gè)軋邊輥、2個(gè)對(duì)中輥和2個(gè)導(dǎo)輥。軋制時(shí)，左右輻板輥驅(qū)動(dòng)輪坯旋轉(zhuǎn)，輻板輥位置不變，主輥向車輪坯方向進(jìn)給，輻板輥驅(qū)動(dòng)，主輥被動(dòng)旋轉(zhuǎn)。輪輞金屬在兩個(gè)軋制變形區(qū)內(nèi)連續(xù)反復(fù)變形，分別是:(I)左右輻板輥與主輥構(gòu)成的主變形區(qū)，對(duì)輪輞和輪緣漸進(jìn)成形并延展輻板、擴(kuò)大車輪直徑；(2)兩個(gè)軋邊輥構(gòu)成的軋邊變形區(qū)，對(duì)輪輞軸向壓縮并控制輪輞寬度。車輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和軋制方式?jīng)Q定了車輪軋制變形的連續(xù)、多道次、非對(duì)稱、小變形特征。目前車輪立式軋制中存在以下主要問(wèn)題:
[0003]第一，車輪軋制過(guò)程變形缺乏靈活有效的控制手段。車輪軋制初期應(yīng)該使輪緣盡快充滿成形，尤其是輪緣局部“缺肉”處需要及時(shí)通過(guò)調(diào)控以利于金屬流向輪緣，提高輪緣成形效率。軋制中期，主要任務(wù)是輪輞擴(kuò)徑，此時(shí)應(yīng)控制主變形區(qū)的輪輞軸向?qū)捳沽?，?chuàng)造有利于輪輞金屬向周向延伸的條件，使輪輞擴(kuò)徑效率提高。軋制末期，主輥停止進(jìn)給，主要任務(wù)是對(duì)輪輞踏面和側(cè)面沿周向進(jìn)行“精整”，減小輪輞沿周向的厚度差和寬度差?？梢?jiàn)，車輪軋制各階段的變形任務(wù)不同，變形區(qū)內(nèi)金屬流動(dòng)的準(zhǔn)確控制對(duì)軋制各階段成形效率的提高起著至關(guān)重要的作用。目前主要是通過(guò)控制軋制過(guò)程主輥的進(jìn)給速度，對(duì)金屬變形的流動(dòng)分配難以靈活控制。
[0004]第二，輪輞軋態(tài)組織存在明顯的混晶問(wèn)題。由于車輪軋制過(guò)程中輪輞近表面區(qū)域變形較大而心部變形較小，導(dǎo)致輪輞近表面區(qū)域晶粒較細(xì)而心部晶粒粗大，軋后輪輞斷面呈現(xiàn)一定程度的混晶。輪輞混晶現(xiàn)象對(duì)熱處理后的車輪斷裂韌性的發(fā)揮極度不利。在現(xiàn)有車輪軋制技術(shù)下，為了滿足高速車輪的斷裂韌性的要求，不得不采取二次熱處理工藝(增加一次正火)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種工藝不僅延長(zhǎng)車輪產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，還顯著增加能耗。因此，提高輪輞軋態(tài)組織分布均勻性，為后繼熱處理工藝提供良好的軋態(tài)組織，是當(dāng)前車輪軋制變形要解決的重要問(wèn)題之一。車輪軋制過(guò)程輪輞變形的不深透是造成輪輞混晶問(wèn)題的重要原因，要消除輪輞斷面的軋態(tài)混晶現(xiàn)象，必須使變形深透到輪輞心部。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有車輪軋制變形中的問(wèn)題和不足，提供一種車輪立式軋制異步強(qiáng)化變形方法和裝置，以期對(duì)車輪軋制變形過(guò)程合理調(diào)控，并增加輪輞心部的剪切變形程度，提高輪輞心部的等效變形。
[0006]為了解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的。
[0007]本發(fā)明提供了一種火車輪立式軋制異步強(qiáng)化變形的方法，其通過(guò)調(diào)整車輪軋制時(shí)主輥高度，使主變形區(qū)兩側(cè)的主輥和輻板輥進(jìn)行錯(cuò)位軋制，增強(qiáng)輪輞變形深透性并根據(jù)車輪成形需要控制變形區(qū)金屬在各方向的流動(dòng)分配，具體步驟為:
[0008]a、軋制初期，將主輥的位置升高，增加主輥側(cè)壓入量的比例，利于輪緣充型；
[0009]b、軋制中期，將主輥的位置降低，增加輻板輥側(cè)壓入量的比例，利于輪輞擴(kuò)徑和輻板延展；
[0010]C、軋制后期，將主輥高度回復(fù)原位將輪輞厚度軋到規(guī)定尺寸并對(duì)輪輞側(cè)面進(jìn)行平
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[0011]本發(fā)明同時(shí)提供了一種實(shí)現(xiàn)上述火車輪立式軋制異步強(qiáng)化變形方法的裝置，包括機(jī)架、主輥、滑軌、滑架、主輥高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以及主輥進(jìn)給液壓缸，所述滑軌設(shè)置在機(jī)架上，所述滑架安裝在滑軌上，所述主輥高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括主輥軸承座和主輥高度調(diào)節(jié)液壓缸，通過(guò)主輥高度調(diào)節(jié)液壓缸可調(diào)節(jié)主輥的高度，所述主輥高度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)與滑架固定連接，所述主輥進(jìn)給液壓缸推動(dòng)滑架及主輥高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)主輥的進(jìn)給和后退。
[0012]本發(fā)明科學(xué)原理:
[0013]車輪立式軋制過(guò)程中，在道次進(jìn)給量(車輪每旋轉(zhuǎn)一圈輪輞厚度方向的壓下量)確定條件下，主變形區(qū)中的輻板輥壓入量與主輥壓入量的比例(內(nèi)外壓入比)直接影響輪輞金屬在各方向流動(dòng)的分配及變形的分布。增加輻板輥側(cè)壓入量的比例有利于輻板延展；而增加主輥側(cè)壓入量的比例則有利于輪緣充型。因此在車輪軋制不同階段應(yīng)該合理控制主變形區(qū)內(nèi)外壓入量比例關(guān)系。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出通過(guò)軋制時(shí)調(diào)整主輥軸線高度，而輻板輥高度不變，使主變形區(qū)兩側(cè)的主輥和輻板輥發(fā)生錯(cuò)位，改變軋輥的接觸狀態(tài)，使變形區(qū)內(nèi)外壓入量的比例發(fā)生變化，進(jìn)而控制變形區(qū)金屬在各方向流動(dòng)的分配，并增強(qiáng)主變形區(qū)中異步軋制變形效果，提高變形深透性。
[0014]與現(xiàn)有車輪立式軋制技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果:
[0015]1、通過(guò)調(diào)整主輥高度，在軋制的不同階段根據(jù)需要改變主變形區(qū)內(nèi)外壓入量之比，靈活控制金屬流動(dòng)，提高成形效率。
[0016]2、通過(guò)調(diào)整主輥高度使軋輥錯(cuò)位，增加主變形區(qū)異步軋制效應(yīng)，強(qiáng)化變形使輪輞心部變形更為深透，利于輪輞心部晶粒尺寸細(xì)化，改善輪輞軋態(tài)混晶現(xiàn)象。此外，軋輥錯(cuò)位利于輪輞金屬的周向流動(dòng)，有助于形成周向金屬流線，提高車輪的力學(xué)性能。
[0017]3、車輪軋制中期，主輥軸線高度下移，增加輻板輥側(cè)接觸弧可改善咬入條件從而防止車輪打滑(輻板輥是驅(qū)動(dòng)輥)，相應(yīng)地可以適當(dāng)增加主輥的進(jìn)給速度，縮短軋制時(shí)間，提聞生廣能力。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為主輥高度上移示意圖。
[0019]圖2為圖1中主變形區(qū)的局部放大圖。
[0020]圖3為主輥高度下移示意圖。
[0021]圖4為圖3中主變形區(qū)的局部放大圖。
[0022]圖5為本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖6為主輥高度調(diào)整對(duì)輪輞心部變形的影響趨勢(shì)圖。
[0024]圖7為主輥高度調(diào)整對(duì)輪輞軋制擴(kuò)徑的影響趨勢(shì)圖。[0025]圖中:1、機(jī)架；2、主輥；3、車輪坯；4、輻板輥；5、軋邊輥；6、上對(duì)中輥；7、下對(duì)中輥；8、滑軌；9、滑架；10、主輥軸承座；11、主輥軸承；12、主輥高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；13、主輥高度調(diào)節(jié)液壓缸；14、主輥進(jìn)給液壓缸；a、主輥壓入增加部分；b、主輥壓入減少部分。
【具體實(shí)施方式】
[0026]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)及科學(xué)原理作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0027]如圖5所示，本發(fā)明裝置包括機(jī)架1、主輥2、滑軌8、滑架9、主輥軸承11以及主輥進(jìn)給液壓缸14，所述滑軌8設(shè)置在機(jī)架I上，所述滑架9安裝在滑軌8上；在傳統(tǒng)車輪立式軋機(jī)上增加了一個(gè)主輥高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)12，主輥高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)12包括主輥軸承座10和主輥高度調(diào)節(jié)液壓缸13 ;通過(guò)主輥高度調(diào)節(jié)液壓缸13可調(diào)節(jié)主輥2的高度，主輥高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)12與滑架9固定連接，主輥進(jìn)給液壓缸14推動(dòng)滑架9及主輥高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)12實(shí)現(xiàn)主輥2的進(jìn)給和后退。
[0028]在軋制初始階段為提高輪緣充型效率，主輥2高度上移(圖1所示)，此時(shí)主輥2軸心與輻板輥4軸心的連線向上偏移，輻板輥4與輪輞接觸弧減小而主輥2接觸弧增加，相應(yīng)地主變形區(qū)內(nèi)外壓入比減小，主輥側(cè)壓入量所占比重增加(圖2中區(qū)域a所示為主輥壓入增加部分)，利于輪輞外層金屬填充輪緣。軋制中期，將主輥2高度下移(圖3所示)，此時(shí)主輥2軸心與輻板輥4軸心的連線向下偏移，輻板輥4的接觸弧增加而主輥2接觸弧減小(圖4中區(qū)域b所示為主輥壓入減少部分)，相應(yīng)地主變形區(qū)內(nèi)外壓入比增加，即輻板輥4的壓入量所占比例增加，有利于輪輞擴(kuò)徑和輻板延展。軋制后期，主輥2停止進(jìn)給時(shí)，將主輥2軸線高度調(diào)整到與輻板輥4軸線相同高度進(jìn)行軋制，將輪輞厚度軋到規(guī)定尺寸，并對(duì)輪輞厚度方向和寬度方向進(jìn)行精整。
[0029]以下結(jié)合附圖和具體車輪軋制過(guò)程對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。但本發(fā)明不局限于下述具體實(shí)施例。
[0030]模鍛后的車輪坯3，通過(guò)機(jī)械手送入車輪立式軋機(jī)。車輪坯3和各軋輥就位后，輻板輥4驅(qū)動(dòng)車輪坯3旋轉(zhuǎn)，車輪坯3與主輥2間的摩擦力帶動(dòng)主輥2旋轉(zhuǎn)。主輥2在主輥進(jìn)給液壓缸14的推動(dòng)下實(shí)現(xiàn)進(jìn)給，在主輥2和輻板輥4的輾壓作用下，輪輞、輪緣漸進(jìn)成形并實(shí)現(xiàn)輪輞擴(kuò)徑，軋制過(guò)程中主輥2和輻板輥4對(duì)輪輞厚度進(jìn)行壓縮，軋邊輥5對(duì)輪輞寬度進(jìn)行壓下或控制。軋制初始階段，根據(jù)車輪坯3輪緣的初始充滿程度及成形需要，通過(guò)主輥高度調(diào)節(jié)液壓缸13，將主輥2高度上移，如圖1所示，增加主輥2側(cè)金屬壓入量的比重，利于輪緣附近金屬充型。主輥2上移量根據(jù)輪緣欠充滿程度確定，欠充滿越嚴(yán)重，主輥2上移量越大。待輪緣充滿主輥型腔后，變形的主要任務(wù)輪輞擴(kuò)徑。此時(shí)通過(guò)液壓缸13將主輥2的高度下調(diào)，如圖3所示，主輥2高度下調(diào)量根據(jù)軋制變形需要設(shè)定，下調(diào)量越大，越有利于輪輞擴(kuò)徑，也越能增大輪輞心部變形量。軋制后期緩慢將主輥2軸線高度調(diào)整到與輻板輥4軸線高度一致，使輪輞厚度達(dá)到要求，并在軋邊輥5的作用下對(duì)輪輞側(cè)面進(jìn)行平整。
[0031]主輥軸線高度的調(diào)整范圍為-50?50mm。軋制過(guò)程中，根據(jù)輪輞外徑尺寸的增加情況對(duì)上對(duì)中輥6和下對(duì)中輥7進(jìn)行控制，使得車輪軸線高度與輻板輥軸線高度一致，并保證車輪軋制的穩(wěn)定性。
[0032]以CCD890車輪軋制成形為例，模擬分析主輥高度變化對(duì)車輪軋制初期和中期的輪輞心部變形及軋制擴(kuò)徑量的影響。由圖6可見(jiàn)，軋輥錯(cuò)位這種強(qiáng)化異步變形顯著提高輪輞心部的變形程度，尤其是主輥向下錯(cuò)位。若考慮軋制后期主輥高度調(diào)回到正常位置，使輪輞厚度達(dá)到目標(biāo)尺寸，則在車輪軋制后期還能對(duì)輪輞徑向進(jìn)一步壓縮，進(jìn)一步顯著提高輪輞心部變形量。由圖7可見(jiàn)，軋輥錯(cuò)位軋制對(duì)車輪軋制擴(kuò)徑速度有明顯影響，主輥高度向下調(diào)整有利于輪輞軋制擴(kuò)徑。
【權(quán)利要求】
1.一種火車輪立式軋制異步強(qiáng)化變形方法，其特征在于，通過(guò)調(diào)整車輪軋制時(shí)主輥高度，使主變形區(qū)兩側(cè)的主輥和輻板輥進(jìn)行錯(cuò)位軋制，增強(qiáng)輪輞變形深透性并根據(jù)車輪成形需要控制變形區(qū)金屬在各方向的流動(dòng)分配，具體步驟為: a、軋制初期，將主輥的位置升高，增加主輥側(cè)壓入量的比例，利于輪緣充型； b、軋制中期，將主輥的位置降低，增加輻板輥側(cè)壓入量的比例，利于輪輞擴(kuò)徑和輻板延展； C、軋制后期，將主輥高度回復(fù)原位將輪輞厚度軋到規(guī)定尺寸并對(duì)輪輞側(cè)面進(jìn)行平整。
2.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述火車輪立式軋制異步強(qiáng)化變形方法的裝置，包括機(jī)架(I)、主輥(2)、滑軌(8)、滑架(9)、主輥軸承(11)以及主輥進(jìn)給液壓缸(14)，所述滑軌(8)設(shè)置在機(jī)架(I)上，所述滑架(9)安裝在滑軌(8)上，其特征在于，該裝置還包括一個(gè)主輥高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(12)，所述主輥高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(12)包括主輥軸承座(10)和主輥高度調(diào)節(jié)液壓缸(13)，通過(guò)主輥高度調(diào)節(jié)液壓缸(13)可調(diào)節(jié)主輥(2)的高度，所述主輥高度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)(12)與滑架(9)固定連接，所述主輥進(jìn)給液壓缸(14)推動(dòng)滑架(9)及主輥高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(12)實(shí)現(xiàn)主輥(2)的進(jìn)給和后退。
【文檔編號(hào)】B21H1/08GK103962483SQ201410168887
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月24日
【發(fā)明者】沈曉輝, 周玉, 閆軍, 王會(huì)廷, 章靜, 曹杰, 潘紅波 申請(qǐng)人:安徽工業(yè)大學(xué)