专利名称：一种减小锻压力的火车车轮预成形方法
技术领域：
本发明属于轮形锻件热成形技术领域，具体涉及一种减小锻压力的火车车轮预成形方法。
背景技术：
辗钢火车车轮成形主要包括模锻预成形和轮辋轧制扩径两个工序。预成形完成车轮成形的主要变形量，预成形往往分初锻和终锻两个工步。预成形终锻的模腔充满情况直接关系到车轮的成形质量。而模腔的充满情况很大程度上决定于预成形压力机的吨位。目前车轮的预成形存在以下问题第一，初锻坯在上模和下模间一次成形，完成终锻。终锻临结束时，由于轮辋和轮毂基本充满，金属流动受到模具强烈限制，锻压力急剧上升。现有压力机由于吨位的限制对车轮预成形坯的直径上限有严格限制，超过一定尺寸的车轮将无法完成预成形；第二，实际操作中，由于各种因素的干扰，为保证较大尺寸的预成形坯能够充满模腔，往往提高坯料的加热温度，有的甚至加热至1250°C以上，以降低金属的变形抗力。而加热温度提高严重浪费了能源。第三，从锻件的组织性能考虑，应该降低锻造温度，而温度的降低，锻造压力上升， 往往使得现有压力机无法完成车轮的预成形。即使压力机吨位能够满足时，由于成形力很大，造成模具及压力机结构的弹性变形较大，从而使得锻件的尺寸精度控制水平低。对于新造压力机，大幅度提升设备能力也会使制造成本急剧上升。因此，在不提高锻造温度，保证车轮预成形模腔充满而又降低锻压力的预成形方法对火车车轮的生产具有重要意义。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提供一种减小锻压力的火车车轮预成形方法。 该方法的核心是将现有的终锻成形分成两步完成，分别完成辐板和轮辋轮毂成形，以达到显著降低车轮预成形锻压力的目的。本发明所提供的预成形方法是在终锻模下模外台面3、终锻模下模内台面4上分别设置外模环5、内模环6，外模环5、内模环6的内外径分别与所述终锻模下模外台面3、终锻模下模内台面4的内外径一致，该方法分两步完成车轮的预成形终锻，首先将辐板压到目标厚度，再将轮辋和轮毂压到目标高度并充满型腔，该发明方法的具体步骤如下(1)去除外模环5、内模环6，将初锻坯放置到终锻模下模2上，对中后，终锻模上模 1下压，把辐板8压到目标厚度，由于去除外模环5、内模环6，相应增加轮辋型腔高度hi和轮毂型腔高度h2，此时轮辋7和轮毂9的下部没有充满，正由于轮辋7和轮毂9的下部没有充满，辐板部位金属流动阻力较小；此外，轮毂9的下部没有和下模内台面4接触或接触面积很小，轮辋7和下模外台面3的接触面积也很小，此时锻压力较小；(2)在终锻模下模外台面3、终锻模下模内台面4上分别放置外模环5、内模环6，将步骤(1)锻造得到的工件10放到终锻模下模2上，终锻模上模1压下将轮辋7和轮毂9 压到目标高度，且轮辋、轮毂型腔充满，得到车轮预成形坯，完成预成形，该步骤锻压中辐板部位基本没有受压力，仅是轮毂下部和轮辋成形，锻压力显著减小。本发明终锻模下模设计成图3所示结构，下模外台面3、内台面4上分别设置外模环5、内模环6。模环的内外直径分别与下模台面3、4的内外径一致，模环的厚度为15-30mm， 上下模锻合时，保证轮辋型腔高度、轮毂型腔高度和辐板型腔高度达到车轮预成形坯尺寸要求。模环厚度在上述步骤中对金属变形具有重要影响。当模环厚度小于15mm，在第一步的辐板成形时，轮辋下部与下模外台面3的接触面积过大，对锻压力减小不利。当模环厚度大于30mm时，在第一步辐板成形时，轮辋下部与下模外面3不能接触，对轮辋金属变形不利，还会提高模具制造成本和操作难度。本发明采用上述方案，与现有技术相比，有着显著的进步和较大的效益在压力机能力受限的前提下可以锻造更大直径的轮坯；由于锻压力的减小，可以相应适当降低坯料的锻造温度，节能降耗，改善锻件的组织性能；降低锻压力后，使得设备弹性变形减小，锻件的尺寸精度可以进一步提高。
图1为本发明车轮预成形终锻模具结构示意图；图2为本发明车轮预成形方法终锻第一步工件变形示意图；图3为本发明车轮预成形终锻第二步模具结构示意图；图中1 终锻模上模，2 终锻模下模，3 终锻模下模外台面，4 终锻模下模内台面，5 外模环，6 内模环，7 轮辋，8 辐板，9 轮毂，10 工件。
具体实施例方式将预成形终锻下模设计成图3所示结构。车轮预成形终锻分两步完成。第一步，将下模上外模环5和内模环6去除，相应增加了轮辋模腔和轮毂模腔的高度。将初锻坯放置到下模，对中后，上模下压，将辐板厚度压到目标值。此时由于模腔高度大于轮辋和轮毂的目标高度，轮辋和轮毂没有充满，从而减小金属的流动阻力，锻压力减小。第二步，在下模外台面3和内台面4上分别放置外模环5和内模环6后，再将上一步的锻压工件放置到下模， 上模下压，将轮辋和轮毂高度压到目标值，金属充满轮辋型腔和轮毂型腔，完成车轮的预成形。由于第二步只对轮辋和轮毂进行变形，故锻压力相对现有工艺显著降低。以外径910mm、轮毂高度200mm、轮辋高度150mm的车轮坯预成形为例(钢种CL60， 加热温度1200°C )，现有工艺下预成形终锻时锻压力77500kN。采用本发明方法外模环5、内模环6厚度为15mm时，第一步锻压力58000kN，第二步锻压力 45900kN ；外模环5、内模环6厚度为20mm时，第一步锻压力43600kN，第二步锻压力 45800kN ；外模环5、内模环6厚度为30mm时，第一步锻压力41000kN，第二步锻压力 45000kN。
可见通过模环厚度的变化对第二步锻压力影响不大，但对第一步的锻压力有较大影响，随着模环厚度减小，第一步锻压力明显增加。对于本例模环厚度为20mm时，第一步比第二步的锻压力稍小，其第二步锻压力比现有工艺的锻压力小40%，显著减小了车轮预成形的锻压力。
权利要求
1.一种减小锻压力的火车车轮预成形方法，该预成形方法是在终锻模下模外台面 (3)、终锻模下模内台面(4)上分别设置外模环(5)、内模环(6)，所述外模环(5)、内模环 (6)的内外径分别与所述终锻模下模外台面(3)、终锻模下模内台面的内外径一致，该方法分两步完成车轮的预成形终锻，首先将辐板压到目标厚度，再将轮辋和轮毂压到目标高度并充满型腔，该方法的具体步骤如下(1)去除所述外模环(5)、内模环(6)，将初锻坯放置到终锻模下模( 上，对中后，终锻模上模⑴下压，把辐板⑶压到目标厚度，由于去除外模环(5)、内模环(6)，相应增加轮辋型腔高度hi和轮毂型腔高度h2，此时轮辋(7)和轮毂(9)的下部没有充满，正由于轮辋(7)和轮毂(9)的下部没有充满，辐板部位金属流动阻力较小；此外，轮毂(9)的下部没有和下模内台面(4)接触或接触面积很小，轮辋(7)和下模外台面C3)的接触面积也很小， 因此锻压力较小；(2)在所述终锻模下模外台面(3)、终锻模下模内台面(4)上分别放置外模环(5)、内模环(6)，将步骤(1)锻造得到的工件(10)放到终锻模下模( 上，终锻模上模(1)压下将轮辋(7)和轮毂(9)压到目标高度，且轮辋、轮毂型腔充满，得到车轮预成形坯，完成车轮预成形，该步骤锻压中辐板部位基本没有受压力，仅是轮毂下部和轮辋成形，锻压力显著减小。
2.—种权利要求1所述的减小锻压力的火车车轮预成形方法，其特征在于所述的外模环(5)、内模环(6)的厚度为15-30mm。
全文摘要
本发明提供一种减小锻压力的火车车轮预成形方法，属于轮形锻件热成形技术领域。该方法使用一种特殊结构的下模，将现有的预成形终锻分两步完成，第一步，将下模上的外模环和内模环去除，上模下压将辐板厚度压到目标值时，轮辋和轮毂部位不能充满；第二步，下模外台面、内台面上分别放置外模环、内模环，上模下压，将轮辋和轮毂高度压到目标值，此时轮辋和轮毂型腔充满，完成车轮的预成形。使用该方法，显著降低了锻压力，在压力机能力受限的前提下能够锻造更大直径的轮坯；由于锻压力减小，可适当降低坯料的锻造温度，节能降耗，改善锻件的组织性能；降低锻压力后，使得设备弹性变形减小，锻件的尺寸精度进一步提高。
文档编号B21K7/12GK102179469SQ201110000109
公开日2011年9月14日 申请日期2011年1月4日 优先权日2011年1月4日
发明者曹杰, 沈晓辉, 王会廷, 章静, 阎军 申请人:安徽工业大学