一種火車輪立式軋制異步強化變形方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種火車輪立式軋制異步強化變形方法及裝置，屬于環(huán)件軋制成形【技術領域】。本發(fā)明在現(xiàn)有車輪立式軋制工藝基礎上，通過軋制時在線調整主輥高度，主變形區(qū)進行軋輥錯位軋制，通過錯位量的調整實現(xiàn)輪輞金屬的流動控制，并強化主變形區(qū)的異步軋制變形效果，提高輪輞變形的深透性，細化輪輞心部的晶粒尺寸。主輥的高度在線調整通過液壓缸推動主輥軸承座的高向移動實現(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性能。
【專利說明】一種火車輪立式軋制異步強化變形方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)件軋制成形領域，具體涉及一種火車輪立式軋制方法以及實現(xiàn)該方法的裝置。
技術背景
[0002]車輪軋制是輾鋼整體車輪的熱成形的一個關鍵工步。車輪軋制過程中，車輪坯的輻板延展、輪輞外徑擴大，輪輞及輪緣逐漸成形。現(xiàn)有技術中，車輪立式軋制的主要工具包括I個主輥、2個輻板輥、2個軋邊輥、2個對中輥和2個導輥。軋制時，左右輻板輥驅動輪坯旋轉，輻板輥位置不變，主輥向車輪坯方向進給，輻板輥驅動，主輥被動旋轉。輪輞金屬在兩個軋制變形區(qū)內(nèi)連續(xù)反復變形，分別是:(I)左右輻板輥與主輥構成的主變形區(qū)，對輪輞和輪緣漸進成形并延展輻板、擴大車輪直徑；(2)兩個軋邊輥構成的軋邊變形區(qū)，對輪輞軸向壓縮并控制輪輞寬度。車輪的結構特點和軋制方式?jīng)Q定了車輪軋制變形的連續(xù)、多道次、非對稱、小變形特征。目前車輪立式軋制中存在以下主要問題:
[0003]第一，車輪軋制過程變形缺乏靈活有效的控制手段。車輪軋制初期應該使輪緣盡快充滿成形，尤其是輪緣局部“缺肉”處需要及時通過調控以利于金屬流向輪緣，提高輪緣成形效率。軋制中期，主要任務是輪輞擴徑，此時應控制主變形區(qū)的輪輞軸向寬展量，創(chuàng)造有利于輪輞金屬向周向延伸的條件，使輪輞擴徑效率提高。軋制末期，主輥停止進給，主要任務是對輪輞踏面和側面沿周向進行“精整”，減小輪輞沿周向的厚度差和寬度差?？梢?，車輪軋制各階段的變形任務不同，變形區(qū)內(nèi)金屬流動的準確控制對軋制各階段成形效率的提高起著至關重要的作用。目前主要是通過控制軋制過程主輥的進給速度，對金屬變形的流動分配難以靈活控制。
[0004]第二，輪輞軋態(tài)組織存在明顯的混晶問題。由于車輪軋制過程中輪輞近表面區(qū)域變形較大而心部變形較小，導致輪輞近表面區(qū)域晶粒較細而心部晶粒粗大，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)來實現(xiàn)。這種工藝不僅延長車輪產(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，是當前車輪軋制變形要解決的重要問題之一。車輪軋制過程輪輞變形的不深透是造成輪輞混晶問題的重要原因，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)明針對現(xiàn)有車輪軋制變形中的問題和不足，提供一種車輪立式軋制異步強化變形方法和裝置，以期對車輪軋制變形過程合理調控，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]為了解決以上技術問題，本發(fā)明是通過以下技術方案予以實現(xiàn)的。
[0007]本發(fā)明提供了一種火車輪立式軋制異步強化變形的方法，其通過調整車輪軋制時主輥高度，使主變形區(qū)兩側的主輥和輻板輥進行錯位軋制，增強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，增加輻板輥側壓入量的比例，利于輪輞擴徑和輻板延展；
[0010]C、軋制后期，將主輥高度回復原位將輪輞厚度軋到規(guī)定尺寸并對輪輞側面進行平
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[0011]本發(fā)明同時提供了一種實現(xiàn)上述火車輪立式軋制異步強化變形方法的裝置，包括機架、主輥、滑軌、滑架、主輥高度調節(jié)機構以及主輥進給液壓缸，所述滑軌設置在機架上，所述滑架安裝在滑軌上，所述主輥高度調節(jié)機構包括主輥軸承座和主輥高度調節(jié)液壓缸，通過主輥高度調節(jié)液壓缸可調節(jié)主輥的高度，所述主輥高度調節(jié)結構與滑架固定連接，所述主輥進給液壓缸推動滑架及主輥高度調節(jié)機構實現(xiàn)主輥的進給和后退。
[0012]本發(fā)明科學原理:
[0013]車輪立式軋制過程中，在道次進給量(車輪每旋轉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的分配及變形的分布。增加輻板輥側壓入量的比例有利于輻板延展；而增加主輥側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該合理控制主變形區(qū)內(nèi)外壓入量比例關系。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出通過軋制時調整主輥軸線高度，而輻板輥高度不變，使主變形區(qū)兩側的主輥和輻板輥發(fā)生錯位，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，進而控制變形區(qū)金屬在各方向流動的分配，并增強主變形區(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相比，本發(fā)明具有以下技術效果:
[0015]1、通過調整主輥高度，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，提高成形效率。
[0016]2、通過調整主輥高度使軋輥錯位，增加主變形區(qū)異步軋制效應，強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化，改善輪輞軋態(tài)混晶現(xiàn)象。此外，軋輥錯位利于輪輞金屬的周向流動，有助于形成周向金屬流線，提高車輪的力學性能。
[0017]3、車輪軋制中期，主輥軸線高度下移，增加輻板輥側接觸弧可改善咬入條件從而防止車輪打滑(輻板輥是驅動輥)，相應地可以適當增加主輥的進給速度，縮短軋制時間，提聞生廣能力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[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)明總體結構示意圖。
[0023]圖6為主輥高度調整對輪輞心部變形的影響趨勢圖。
[0024]圖7為主輥高度調整對輪輞軋制擴徑的影響趨勢圖。[0025]圖中:1、機架；2、主輥；3、車輪坯；4、輻板輥；5、軋邊輥；6、上對中輥；7、下對中輥；8、滑軌；9、滑架；10、主輥軸承座；11、主輥軸承；12、主輥高度調節(jié)機構；13、主輥高度調節(jié)液壓缸；14、主輥進給液壓缸；a、主輥壓入增加部分；b、主輥壓入減少部分。
【具體實施方式】
[0026]以下結合附圖對本發(fā)明的創(chuàng)新點及科學原理作進一步的說明。
[0027]如圖5所示，本發(fā)明裝置包括機架1、主輥2、滑軌8、滑架9、主輥軸承11以及主輥進給液壓缸14，所述滑軌8設置在機架I上，所述滑架9安裝在滑軌8上；在傳統(tǒng)車輪立式軋機上增加了一個主輥高度調節(jié)機構12，主輥高度調節(jié)機構12包括主輥軸承座10和主輥高度調節(jié)液壓缸13 ;通過主輥高度調節(jié)液壓缸13可調節(jié)主輥2的高度，主輥高度調節(jié)機構12與滑架9固定連接，主輥進給液壓缸14推動滑架9及主輥高度調節(jié)機構12實現(xiàn)主輥2的進給和后退。
[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，相應地主變形區(qū)內(nèi)外壓入比減小，主輥側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，有利于輪輞擴徑和輻板延展。軋制后期，主輥2停止進給時，將主輥2軸線高度調整到與輻板輥4軸線相同高度進行軋制，將輪輞厚度軋到規(guī)定尺寸，并對輪輞厚度方向和寬度方向進行精整。
[0029]以下結合附圖和具體車輪軋制過程對本發(fā)明作進一步的描述。但本發(fā)明不局限于下述具體實施例。
[0030]模鍛后的車輪坯3，通過機械手送入車輪立式軋機。車輪坯3和各軋輥就位后，輻板輥4驅動車輪坯3旋轉，車輪坯3與主輥2間的摩擦力帶動主輥2旋轉。主輥2在主輥進給液壓缸14的推動下實現(xiàn)進給，在主輥2和輻板輥4的輾壓作用下，輪輞、輪緣漸進成形并實現(xiàn)輪輞擴徑，軋制過程中主輥2和輻板輥4對輪輞厚度進行壓縮，軋邊輥5對輪輞寬度進行壓下或控制。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，通過主輥高度調節(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，變形的主要任務輪輞擴徑。此時通過液壓缸13將主輥2的高度下調，如圖3所示，主輥2高度下調量根據(jù)軋制變形需要設定，下調量越大，越有利于輪輞擴徑，也越能增大輪輞心部變形量。軋制后期緩慢將主輥2軸線高度調整到與輻板輥4軸線高度一致，使輪輞厚度達到要求，并在軋邊輥5的作用下對輪輞側面進行平整。
[0031]主輥軸線高度的調整范圍為-50?50mm。軋制過程中，根據(jù)輪輞外徑尺寸的增加情況對上對中輥6和下對中輥7進行控制，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車輪軋制初期和中期的輪輞心部變形及軋制擴徑量的影響。由圖6可見，軋輥錯位這種強化異步變形顯著提高輪輞心部的變形程度，尤其是主輥向下錯位。若考慮軋制后期主輥高度調回到正常位置，使輪輞厚度達到目標尺寸，則在車輪軋制后期還能對輪輞徑向進一步壓縮，進一步顯著提高輪輞心部變形量。由圖7可見，軋輥錯位軋制對車輪軋制擴徑速度有明顯影響，主輥高度向下調整有利于輪輞軋制擴徑。
【權利要求】
1.一種火車輪立式軋制異步強化變形方法，其特征在于，通過調整車輪軋制時主輥高度，使主變形區(qū)兩側的主輥和輻板輥進行錯位軋制，增強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，增加輻板輥側壓入量的比例，利于輪輞擴徑和輻板延展； C、軋制后期，將主輥高度回復原位將輪輞厚度軋到規(guī)定尺寸并對輪輞側面進行平整。
2.一種實現(xiàn)權利要求1所述火車輪立式軋制異步強化變形方法的裝置，包括機架(I)、主輥(2)、滑軌(8)、滑架(9)、主輥軸承(11)以及主輥進給液壓缸(14)，所述滑軌(8)設置在機架(I)上，所述滑架(9)安裝在滑軌(8)上，其特征在于，該裝置還包括一個主輥高度調節(jié)機構(12)，所述主輥高度調節(jié)機構(12)包括主輥軸承座(10)和主輥高度調節(jié)液壓缸(13)，通過主輥高度調節(jié)液壓缸(13)可調節(jié)主輥(2)的高度，所述主輥高度調節(jié)結構(12)與滑架(9)固定連接，所述主輥進給液壓缸(14)推動滑架(9)及主輥高度調節(jié)機構(12)實現(xiàn)主輥(2)的進給和后退。
【文檔編號】B21H1/08GK103962483SQ201410168887
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月24日 優(yōu)先權日:2014年4月24日
【發(fā)明者】沈曉輝, 周玉, 閆軍, 王會廷, 章靜, 曹杰, 潘紅波 申請人:安徽工業(yè)大學