一种火车轮立式轧制异步强化变形方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种火车轮立式轧制异步强化变形方法及装置，属于环件轧制成形【技术领域】。本发明在现有车轮立式轧制工艺基础上，通过轧制时在线调整主辊高度，主变形区进行轧辊错位轧制，通过错位量的调整实现轮辋金属的流动控制，并强化主变形区的异步轧制变形效果，提高轮辋变形的深透性，细化轮辋心部的晶粒尺寸。主辊的高度在线调整通过液压缸推动主辊轴承座的高向移动实现。本发明不但可以根据需要提高车轮轧制成形效率、显著增加轮辋变形深透性，还可有利于形成周向金属流线而提高车轮的力学性能。
【专利说明】一种火车轮立式轧制异步强化变形方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明属于环件轧制成形领域，具体涉及一种火车轮立式轧制方法以及实现该方法的装置。
技术背景
[0002]车轮轧制是辗钢整体车轮的热成形的一个关键工步。车轮轧制过程中，车轮坯的辐板延展、轮辋外径扩大，轮辋及轮缘逐渐成形。现有技术中，车轮立式轧制的主要工具包括I个主辊、2个辐板辊、2个轧边辊、2个对中辊和2个导辊。轧制时，左右辐板辊驱动轮坯旋转，辐板辊位置不变，主辊向车轮坯方向进给，辐板辊驱动，主辊被动旋转。轮辋金属在两个轧制变形区内连续反复变形，分别是:(I)左右辐板辊与主辊构成的主变形区，对轮辋和轮缘渐进成形并延展辐板、扩大车轮直径；(2)两个轧边辊构成的轧边变形区，对轮辋轴向压缩并控制轮辋宽度。车轮的结构特点和轧制方式决定了车轮轧制变形的连续、多道次、非对称、小变形特征。目前车轮立式轧制中存在以下主要问题:
[0003]第一，车轮轧制过程变形缺乏灵活有效的控制手段。车轮轧制初期应该使轮缘尽快充满成形，尤其是轮缘局部“缺肉”处需要及时通过调控以利于金属流向轮缘，提高轮缘成形效率。轧制中期，主要任务是轮辋扩径，此时应控制主变形区的轮辋轴向宽展量，创造有利于轮辋金属向周向延伸的条件，使轮辋扩径效率提高。轧制末期，主辊停止进给，主要任务是对轮辋踏面和侧面沿周向进行“精整”，减小轮辋沿周向的厚度差和宽度差。可见，车轮轧制各阶段的变形任务不同，变形区内金属流动的准确控制对轧制各阶段成形效率的提高起着至关重要的作用。目前主要是通过控制轧制过程主辊的进给速度，对金属变形的流动分配难以灵活控制。
[0004]第二，轮辋轧态组织存在明显的混晶问题。由于车轮轧制过程中轮辋近表面区域变形较大而心部变形较小，导致轮辋近表面区域晶粒较细而心部晶粒粗大，轧后轮辋断面呈现一定程度的混晶。轮辋混晶现象对热处理后的车轮断裂韧性的发挥极度不利。在现有车轮轧制技术下，为了满足高速车轮的断裂韧性的要求，不得不采取二次热处理工艺(增加一次正火)来实现。这种工艺不仅延长车轮产品的生产周期，还显著增加能耗。因此，提高轮辋轧态组织分布均匀性，为后继热处理工艺提供良好的轧态组织，是当前车轮轧制变形要解决的重要问题之一。车轮轧制过程轮辋变形的不深透是造成轮辋混晶问题的重要原因，要消除轮辋断面的轧态混晶现象，必须使变形深透到轮辋心部。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有车轮轧制变形中的问题和不足，提供一种车轮立式轧制异步强化变形方法和装置，以期对车轮轧制变形过程合理调控，并增加轮辋心部的剪切变形程度，提高轮辋心部的等效变形。
[0006]为了解决以上技术问题，本发明是通过以下技术方案予以实现的。
[0007]本发明提供了一种火车轮立式轧制异步强化变形的方法，其通过调整车轮轧制时主辊高度，使主变形区两侧的主辊和辐板辊进行错位轧制，增强轮辋变形深透性并根据车轮成形需要控制变形区金属在各方向的流动分配，具体步骤为:
[0008]a、轧制初期，将主辊的位置升高，增加主辊侧压入量的比例，利于轮缘充型；
[0009]b、轧制中期，将主辊的位置降低，增加辐板辊侧压入量的比例，利于轮辋扩径和辐板延展；
[0010]C、轧制后期，将主辊高度回复原位将轮辋厚度轧到规定尺寸并对轮辋侧面进行平
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[0011]本发明同时提供了一种实现上述火车轮立式轧制异步强化变形方法的装置，包括机架、主辊、滑轨、滑架、主辊高度调节机构以及主辊进给液压缸，所述滑轨设置在机架上，所述滑架安装在滑轨上，所述主辊高度调节机构包括主辊轴承座和主辊高度调节液压缸，通过主辊高度调节液压缸可调节主辊的高度，所述主辊高度调节结构与滑架固定连接，所述主辊进给液压缸推动滑架及主辊高度调节机构实现主辊的进给和后退。
[0012]本发明科学原理:
[0013]车轮立式轧制过程中，在道次进给量(车轮每旋转一圈轮辋厚度方向的压下量)确定条件下，主变形区中的辐板辊压入量与主辊压入量的比例(内外压入比)直接影响轮辋金属在各方向流动的分配及变形的分布。增加辐板辊侧压入量的比例有利于辐板延展；而增加主辊侧压入量的比例则有利于轮缘充型。因此在车轮轧制不同阶段应该合理控制主变形区内外压入量比例关系。为实现上述目的，本发明提出通过轧制时调整主辊轴线高度，而辐板辊高度不变，使主变形区两侧的主辊和辐板辊发生错位，改变轧辊的接触状态，使变形区内外压入量的比例发生变化，进而控制变形区金属在各方向流动的分配，并增强主变形区中异步轧制变形效果，提高变形深透性。
[0014]与现有车轮立式轧制技术相比，本发明具有以下技术效果:
[0015]1、通过调整主辊高度，在轧制的不同阶段根据需要改变主变形区内外压入量之比，灵活控制金属流动，提高成形效率。
[0016]2、通过调整主辊高度使轧辊错位，增加主变形区异步轧制效应，强化变形使轮辋心部变形更为深透，利于轮辋心部晶粒尺寸细化，改善轮辋轧态混晶现象。此外，轧辊错位利于轮辋金属的周向流动，有助于形成周向金属流线，提高车轮的力学性能。
[0017]3、车轮轧制中期，主辊轴线高度下移，增加辐板辊侧接触弧可改善咬入条件从而防止车轮打滑(辐板辊是驱动辊)，相应地可以适当增加主辊的进给速度，缩短轧制时间，提闻生广能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为主辊高度上移示意图。
[0019]图2为图1中主变形区的局部放大图。
[0020]图3为主辊高度下移示意图。
[0021]图4为图3中主变形区的局部放大图。
[0022]图5为本发明总体结构示意图。
[0023]图6为主辊高度调整对轮辋心部变形的影响趋势图。
[0024]图7为主辊高度调整对轮辋轧制扩径的影响趋势图。[0025]图中:1、机架；2、主辊；3、车轮坯；4、辐板辊；5、轧边辊；6、上对中辊；7、下对中辊；8、滑轨；9、滑架；10、主辊轴承座；11、主辊轴承；12、主辊高度调节机构；13、主辊高度调节液压缸；14、主辊进给液压缸；a、主辊压入增加部分；b、主辊压入减少部分。
【具体实施方式】
[0026]以下结合附图对本发明的创新点及科学原理作进一步的说明。
[0027]如图5所示，本发明装置包括机架1、主辊2、滑轨8、滑架9、主辊轴承11以及主辊进给液压缸14，所述滑轨8设置在机架I上，所述滑架9安装在滑轨8上；在传统车轮立式轧机上增加了一个主辊高度调节机构12，主辊高度调节机构12包括主辊轴承座10和主辊高度调节液压缸13 ;通过主辊高度调节液压缸13可调节主辊2的高度，主辊高度调节机构12与滑架9固定连接，主辊进给液压缸14推动滑架9及主辊高度调节机构12实现主辊2的进给和后退。
[0028]在轧制初始阶段为提高轮缘充型效率，主辊2高度上移(图1所示)，此时主辊2轴心与辐板辊4轴心的连线向上偏移，辐板辊4与轮辋接触弧减小而主辊2接触弧增加，相应地主变形区内外压入比减小，主辊侧压入量所占比重增加(图2中区域a所示为主辊压入增加部分)，利于轮辋外层金属填充轮缘。轧制中期，将主辊2高度下移(图3所示)，此时主辊2轴心与辐板辊4轴心的连线向下偏移，辐板辊4的接触弧增加而主辊2接触弧减小(图4中区域b所示为主辊压入减少部分)，相应地主变形区内外压入比增加，即辐板辊4的压入量所占比例增加，有利于轮辋扩径和辐板延展。轧制后期，主辊2停止进给时，将主辊2轴线高度调整到与辐板辊4轴线相同高度进行轧制，将轮辋厚度轧到规定尺寸，并对轮辋厚度方向和宽度方向进行精整。
[0029]以下结合附图和具体车轮轧制过程对本发明作进一步的描述。但本发明不局限于下述具体实施例。
[0030]模锻后的车轮坯3，通过机械手送入车轮立式轧机。车轮坯3和各轧辊就位后，辐板辊4驱动车轮坯3旋转，车轮坯3与主辊2间的摩擦力带动主辊2旋转。主辊2在主辊进给液压缸14的推动下实现进给，在主辊2和辐板辊4的辗压作用下，轮辋、轮缘渐进成形并实现轮辋扩径，轧制过程中主辊2和辐板辊4对轮辋厚度进行压缩，轧边辊5对轮辋宽度进行压下或控制。轧制初始阶段，根据车轮坯3轮缘的初始充满程度及成形需要，通过主辊高度调节液压缸13，将主辊2高度上移，如图1所示，增加主辊2侧金属压入量的比重，利于轮缘附近金属充型。主辊2上移量根据轮缘欠充满程度确定，欠充满越严重，主辊2上移量越大。待轮缘充满主辊型腔后，变形的主要任务轮辋扩径。此时通过液压缸13将主辊2的高度下调，如图3所示，主辊2高度下调量根据轧制变形需要设定，下调量越大，越有利于轮辋扩径，也越能增大轮辋心部变形量。轧制后期缓慢将主辊2轴线高度调整到与辐板辊4轴线高度一致，使轮辋厚度达到要求，并在轧边辊5的作用下对轮辋侧面进行平整。
[0031]主辊轴线高度的调整范围为-50?50mm。轧制过程中，根据轮辋外径尺寸的增加情况对上对中辊6和下对中辊7进行控制，使得车轮轴线高度与辐板辊轴线高度一致，并保证车轮轧制的稳定性。
[0032]以CCD890车轮轧制成形为例，模拟分析主辊高度变化对车轮轧制初期和中期的轮辋心部变形及轧制扩径量的影响。由图6可见，轧辊错位这种强化异步变形显著提高轮辋心部的变形程度，尤其是主辊向下错位。若考虑轧制后期主辊高度调回到正常位置，使轮辋厚度达到目标尺寸，则在车轮轧制后期还能对轮辋径向进一步压缩，进一步显著提高轮辋心部变形量。由图7可见，轧辊错位轧制对车轮轧制扩径速度有明显影响，主辊高度向下调整有利于轮辋轧制扩径。
【权利要求】
1.一种火车轮立式轧制异步强化变形方法，其特征在于，通过调整车轮轧制时主辊高度，使主变形区两侧的主辊和辐板辊进行错位轧制，增强轮辋变形深透性并根据车轮成形需要控制变形区金属在各方向的流动分配，具体步骤为: a、轧制初期，将主辊的位置升高，增加主辊侧压入量的比例，利于轮缘充型； b、轧制中期，将主辊的位置降低，增加辐板辊侧压入量的比例，利于轮辋扩径和辐板延展； C、轧制后期，将主辊高度回复原位将轮辋厚度轧到规定尺寸并对轮辋侧面进行平整。
2.一种实现权利要求1所述火车轮立式轧制异步强化变形方法的装置，包括机架(I)、主辊(2)、滑轨(8)、滑架(9)、主辊轴承(11)以及主辊进给液压缸(14)，所述滑轨(8)设置在机架(I)上，所述滑架(9)安装在滑轨(8)上，其特征在于，该装置还包括一个主辊高度调节机构(12)，所述主辊高度调节机构(12)包括主辊轴承座(10)和主辊高度调节液压缸(13)，通过主辊高度调节液压缸(13)可调节主辊(2)的高度，所述主辊高度调节结构(12)与滑架(9)固定连接，所述主辊进给液压缸(14)推动滑架(9)及主辊高度调节机构(12)实现主辊(2)的进给和后退。
【文档编号】B21H1/08GK103962483SQ201410168887
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月24日 优先权日:2014年4月24日
【发明者】沈晓辉, 周玉, 闫军, 王会廷, 章静, 曹杰, 潘红波 申请人:安徽工业大学