雙輪緣行車輪的軋制成形工藝

   雙輪緣行車輪被廣泛應(yīng)用于港口、船舶、礦山、工程機(jī)械等領(lǐng)域,具有形狀復(fù)雜、承受載荷大、工作環(huán)境惡劣等特點(diǎn)。目前,隨著港口機(jī)械市場(chǎng)復(fù)蘇,雙輪緣行車輪已占據(jù)市場(chǎng)一定比例,呈現(xiàn)出品種多、數(shù)量大、尺寸差異大等特點(diǎn)。尋求一種經(jīng)濟(jì)、可行、成材率高的生產(chǎn)方式尤為必要。

   本公司成熟的火車輪生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),對(duì)雙輪緣行車大輪的成形工藝進(jìn)行了深入研究,以提高成材率,降低制造成本,提高了產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率。

   行車輪通常采用“模鍛 + 軋制復(fù)合成形”進(jìn)行生產(chǎn)，對(duì)于現(xiàn)有裝備而言,雙輪緣行車輪的結(jié)構(gòu)尺寸具有很顯著的特殊性。選取典型的Ф900mm行車輪作為研究對(duì)象,其結(jié)構(gòu)尺寸給鍛軋成形帶來(lái)的難度主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

   (1)雙輪緣結(jié)構(gòu),成品槽寬173mm,兩側(cè)輪緣厚度為30.5mm;

   (2)輞寬高,成品輞寬234mm,熱鍛件輞寬為250mm,嚴(yán)重超出現(xiàn)有軋機(jī)設(shè)備開(kāi)檔極限尺寸;

   (3) 外徑大、下料重量大,該行車輪外圓直徑較大,熱態(tài)鍛件外圓直徑達(dá)到Ф980mm,所需軋制力較大,成形時(shí)易出現(xiàn)邊角缺肉等缺陷。

   根據(jù)上述行車輪鍛件成形工藝難點(diǎn)分析,其輞寬嚴(yán)重超出現(xiàn)有軋機(jī)設(shè)備極限,因此,需對(duì)軋機(jī)設(shè)備進(jìn)行改造,設(shè)計(jì)了加寬(加寬70 mm)的軋機(jī)機(jī)架及其配套的壓緊輥銷軸及隔套,滿足了軋制高寬度行車輪的最基本條件。

   考慮到直接軋制雙輪緣存在較大質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn),決定分兩階段開(kāi)展雙輪緣行車輪軋制成形工藝的研究。第1階段,采用軋制直踏面行車輪的方案,雙輪緣部位由機(jī)加工完成。待工藝成熟以后,再開(kāi)展第2階段研究,進(jìn)行雙輪緣軋制。這樣一方面可降低下料重量,進(jìn)一步提高成材率;另一方面亦可減小機(jī)加工余量,提高加工效率。

   出于質(zhì)量安全方面的考慮,首先對(duì)直踏面行車輪軋制工藝進(jìn)行研究,初步工藝方案確定后,開(kāi)始嘗試進(jìn)行小批量生產(chǎn)試制。試制過(guò)程存在的問(wèn)題有:輪坯在軋制時(shí)“上下躥動(dòng)”,不能在軋機(jī)上穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn),導(dǎo)致出現(xiàn)內(nèi)側(cè)輞輻距偏大、輻板厚度偏小、內(nèi)側(cè)輻板出現(xiàn)較深臺(tái)階等諸多質(zhì)量問(wèn)題;另外,也出現(xiàn)了內(nèi)輞面金屬折疊、壓緊輥下側(cè)軸承異常頻繁損壞等問(wèn)題。針對(duì)出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題,分析其產(chǎn)生原因,并采取如下措施加以改進(jìn)。為盡可能減少輪坯在軋機(jī)上不能穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況,增加了主軋輥外圓角度,由0°增加到8°,以期將輪坯進(jìn)行機(jī)械限位,改善輪坯“上下躥動(dòng)”的情況,從而改善由此造成的質(zhì)量問(wèn)題。

   成形坯外圓因考慮脫模的原因,常規(guī)設(shè)置為10°的拔模斜度,成形時(shí)外圓與內(nèi)輞面過(guò)渡的自由倒角處填充較好。由于該行車輪高輞寬(成形坯輞寬為 253.5 mm)的尺寸特點(diǎn), 成形坯外側(cè)輪輞面與外圓倒角直徑較內(nèi)側(cè)輪輞面與踏面倒角直徑小約73mm。在后續(xù)軋制過(guò)程中,內(nèi)側(cè)直徑過(guò)早達(dá)到軋制坯外形尺寸要求,為保證外側(cè)直徑處填充飽滿,繼續(xù)軋制時(shí)極易使內(nèi)側(cè)直徑處多余金屬順延至內(nèi)輞面區(qū)域從而在內(nèi)輞面形成折疊缺陷。

   另外,同樣的原因?qū)е聣壕o輥上、下側(cè)軸承受力不均勻,下側(cè)軸承受力較大,且軋制過(guò)程接觸時(shí)間過(guò)長(zhǎng),極易出現(xiàn)異常磨損現(xiàn)象，綜上考慮,將成形坯的角度由10°更改為6°,并相應(yīng)地將成形環(huán)模具由10°更改為 6°,以此來(lái)減小成形坯的直徑差值,從而減緩內(nèi)輞面折疊以及壓緊輥下部軸承受力不均勻的問(wèn)題。

   鑒于直踏面行車輪軋制工藝已基本趨于穩(wěn)定,開(kāi)始進(jìn)入軋制雙輪緣階段,通過(guò)在模具中的壓緊輥和主軋輥外圓上設(shè)置“凸臺(tái)”結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)雙輪緣的軋制。另外,“凸臺(tái)”結(jié)構(gòu)在軋制過(guò)程中可將輪坯進(jìn)行較好的“卡位”,能更好地防止輪坯在軋機(jī)上“上下躥動(dòng)”;同時(shí),也可對(duì)壓緊輥受力不均勻起到一定的緩和作用, 可有效解決壓緊輥下側(cè)軸承異常損壞的問(wèn)題。

   在Ф900mm雙輪緣行車輪壓機(jī)分體模具工藝得到良好使用效果的基礎(chǔ)上,還對(duì)其他雙輪緣行車輪進(jìn)行了批量生產(chǎn)驗(yàn)證,合格率較高,大幅度節(jié)約了下料重量,極大提高了成材率。相比一次模鍛成形而言,下料重量減少程度非常顯著。

   因雙輪緣行車輪均為直輻板,且具有高度對(duì)稱特點(diǎn),因此,對(duì)多種行車輪的輞寬、輞輻距、轂輻距、孔徑、踏面槽寬、內(nèi)外轂徑等關(guān)鍵尺寸進(jìn)行了分類識(shí)別,設(shè)計(jì)了通用的上下沖孔模具、上下斜輥、壓緊輥、主軋輥、上壓彎模等,滿足了沖孔、軋制、壓彎等工序模具的通用化,極大地縮短了模具制造周期,從而提高了生產(chǎn)效率。

   針對(duì)雙輪緣行車輪高寬度、大輪徑、雙輪緣、裝備與工裝受限等成形工藝難點(diǎn),創(chuàng)造性地通過(guò)改造設(shè)備,將壓機(jī)上成形模拆分為分體結(jié)構(gòu)模具,增加打料裝置,設(shè)計(jì)特殊結(jié)構(gòu)模具,使原本不適合在本條車輪生產(chǎn)線生產(chǎn)的雙輪緣行車輪得以成功開(kāi)發(fā), 極大地提高了產(chǎn)品成材率,并經(jīng)過(guò)批量生產(chǎn)試制,獲得了較高的合格率,證明了該鍛軋成形工藝及設(shè)計(jì)的模具穩(wěn)定可靠、切實(shí)可行。雙輪緣行車輪的成功開(kāi)發(fā),是一個(gè)典形的降本增效的方案,對(duì)公司適應(yīng)新的經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢(shì)、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品多元化、培育新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。