论述摆辗机技术在火车轮制造中的应用
铁路运输靠车辆,火车轮是铁路运输车辆上重要的工作零件。随着国内铁路的高速化,要求车轮具有绝对的可靠性是毋庸置疑的。此外,还要求其重量更轻且具有高精度的品质。为了满足这些品质、性能方面的需求,必须有车轮形状的最佳设计和实现该设计的制造技术。
1 传统的车轮制造工艺及存在的问题
车轮由紧固车轴的轮毂、与钢轨接触的轮辋及连接两者的辐板三部分构成,其踏面直径一般在70mm以上,重量在300kg以上。
马钢现有的车轮制造工艺是钢锭切割、折断成钢坯,经锻造轧制后,再热处理、机加工而成。其中,锻造轧制部分的工艺流程。加热好的钢坯先在第一台30MN水压机镦粗、压痕,再在第二台80MN水压机上模锻成形,接着在车轮轧机上轧制成车轮形状,最后在第三台30MN水压机上冲孔、压弯及整形。该锻轧线生产率最高可达每小时100件。目前,生产中存在下列问题:
传统的车轮制造工艺
(1)车轮轧机用于车轮扩径、辐板延展、轮辋和踏面的成形。其结构型式为卧式,整体设计不合理,刚度差,液压控制系统有缺陷,轧制时不稳定,轮坯摆动严重,易产生偏心(即轮毂与轮辋中心的偏差),偏心量在6mm以上,有时甚至高达14mm。
(2)冲孔、压弯水压机用于轮辋冲孔、辐板压弯、轮辋内径修整和轮毂偏心的矫正。其下工作台为移动式结构,定位不准确,冲孔时易将轮孔撕裂;压弯方式不合理,易造成辐板形状不准确;而且无法对轮辋外径的尺寸矫正,不能减少偏心量。
为了保证成品尺寸精度,只得采用加大坯重、增加机加工余量的方法,坯重增加25kg左右,有时可达50kg以上,增加了金属消耗和能耗。
2 摆辗机的应用
由于传统的车轮生产工艺存在着产品尺寸精度低、偏心严重以及设备数量多、投资大等缺点,有必要研究开发新工艺来改造老的生产线。摆辗由于具有省力、产品质量高、设备投资少、易于实现机械化自动化等优点,成为替代老工艺的首选技术。
2.1 摆辗用于整形
摆辗替换传统制造工艺的最后工序中的30MN水压机,在这之前的工序不变。所使用的摆辗机成形能力为6.3MN,相当于100MN级水压机的成形能力,对于车轮的冲孔、压弯工序,其能力非常充裕。该设备上模摆动旋转,下模不旋转,仅向上施压。
由于大变形在摆辗以前就已完成,进入摆辗机的轮坯很接近最终形状,留给摆辗的加工余量很小,摆辗只起着对车轮整形、矫正偏心和冲孔的作用。该设备能够生产大直径车轮。但是,要在现有生产线上使用摆辗机,需要在摆辗机的前后各增加上、下料设备。
由于下模不能旋转,上模摆动,上下模难以定位,因而不能加工复杂形状的辐板(如波状车轮的辐板)。如果要辗压波状辐板,就必须使上下模同时旋转,而且上下模的位相必须正确一致;另外,冲出块的排出需要在停止时使下模的位相与冲出块的排出口相吻合,这就需要液压伺服机构和机械制动的联合作用才能实现。
2.2 摆辗用于主变形
摆辗替换传统制造工艺的车轮轧机和最后工序中的30MN水压机。为了生产大规格的车轮,所使用的摆辗机成形能力应在10MN以上。
摆辗作为主变形和整形的车轮制造工艺
由于不用车轮轧机和冲孔、压弯水压机,摆辗机承担车轮扩径、成形、辐板减薄及压弯、冲孔等绝大部分的工作。为了生产复杂形状的辐板车轮的需要,在摆辗机的设计上一定要采用上下模均旋转的结构形式;为了保证上下模的同步,上模不能作摆动运动,且需采用液压伺服系统等措施。
2.3 模具设计
摆辗模具采用镶块结构,以便镶块磨损或损坏时,只需更换镶块,减少了费用。镶块固定在模套内,下模采用顶杆顶出工件,模具结构。模具采用水冷与石墨润滑。另外,为了减少换模时间,最好采用快速换模装置。
模具结构
对于摆辗整形,因摆辗的加工量不大,对轮坯形状没有特别要求;但对于摆辗作为主成形设备时,进入摆辗机的轮坯形状设计很重要。因在摆辗时易造成轮毂、轮辋的角部充不满,导致废品;或在轮缘处产生飞边,给后续的机加工带来困难。
2.4 产品质量
传统生产工艺中,30MN水压机因能力不够,不能进行车轮全部尺寸的矫正,轮辋外径处于自由状态,不能减少偏心,生产出来的车轮偏心为5~14mm,大部分在10mm左右,机加工余量12~30mm,大部分在20mm左右。
采用摆辗成形,由于摆辗机的巨大成形能力,可以对车轮所有尺寸进行约束,是一种闭式模锻,上下模对中良好,理论上是不会产生偏心的,而且表面质量很好。在摆辗用于整形的情况下,偏心量为2~5mm,大部分在4mm左右,机加工余量8~12mm,大部分在10mm左右。摆辗用于主变形的情况下,试验得出的偏心量在0~1.5mm以内。
3 结束语
随着铁道车辆的多样化,其车轮的形状也多样化,有些车轮用传统方法是难以生产的,这就必须采用摆辗技术,尤其是用摆辗机替代车轮轧机和压弯、冲孔水压机的方法,更值得关注。但是由于车轮产品的复杂性,摆辗用于制造车轮也才处于起步阶段,因此,有必要在设备和工艺方面作进一步的工作。
 


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