铁路货车车轴成型辊锻工艺的制作方法

一种用于铁路货车车轴成型辊锻工艺，尤其是在整个锻造过程中，不需要模锻且只采用四道次辊锻，在辊锻过程中通过在中间选取咬入口位置和掉头达到同一副模具两次运用的辊锻成型的锻造工艺。

背景技术：

铁路货运行业近年来积极推进重载提速，以缓解铁路运载能力的不足。而铁路货车车轴是铁路货车车辆行走部分最重要的部件，承受着车辆的自重和载荷，在列车运行和停车时还承受冲击力和制动力，在高速和重载的状态下受力情况就更为复杂，同时出于安全上的考虑，对货车车轴有着更为严格的技术要求。因此除了在原材料和锻后热处理上充分注意保证满足其技术要求外，在成型工艺上铁路货车车轴必须经过轧制和锻造两次塑性变形过程，以达到成型至所需形状和提高其力学性能的双重目的。

目前现有的铁路货车车轴的锻造工艺主要有两种：第一种是自由锻工艺，设备通常用水压机，如业内原来的车轴锻造工艺，或下拉式快锻液压机，早期的自由锻锤锻造工艺已经很少被采用，此工艺生产效率极低，劳动强度极大，几乎被淘汰；第二种工艺是径向锻造(或称精锻)工艺，设备通常选用大型数控的径向锻造机，代表性的是径向锻造机精锻工艺。

目前现有的这两种工艺存在的缺陷：1)铁路货车车轴在锻造过程中，要求操作机钳口应始终保持与锻轴同心和随动，保证锻造的车轴不产生弯曲。原使用的操作机在锻造过程中无上下动作，因此生产中产生的弯、偏轴数量较多。2)该压力机为老式三梁四柱结构，四柱受力很难均衡。由于“水击”现象导致机体的高压管道经常扯断，同时还造成管道泄漏，需要大量补充乳化液，为了维持连续生产，有时应急用未经过乳化的自来水补充，导致液压管道严重腐蚀，并引起泄漏和补充自来水的恶性循环。3)由于原水压机对活动横梁压下量无控制手段，供应上为了保证锻轴径向尺寸不得不靠上下模具的闭合来保证锻轴径向尺寸，锻轴过程中上下模具频繁的闭合来保证锻轴径向尺寸，锻轴过程中上下模具频繁的闭合而引发的致命的问题：当模具闭合的瞬间水压机所承受的载荷为极限载荷，致使主机地脚松动，机体产生严重的晃动，这些问题已严重影响车轴的正常生产。

在专利ZL201110124547.9中曾经采用四道次掉头辊锻，但是存在缺点，(1)在掉头辊锻处由于实际咬入口最大变形处的位置没固定，易在不同道次之间错位，辊锻件在掉头处出现折叠现象，降低车轴的承载能力；(2)辊锻过程中采用圆坯料，由于火车车轴属于超长辊锻件，采用圆(料)-椭圆-圆的辊锻模式，实际变形是在第一道次和第二道次，第三道次和第四道次属于整形过程，在辊锻过程中易发生扭转出现不稳定现象，致使整个辊锻过程结束后货车车轴出现弯曲现象；(3)此发明的下料尺寸为φ250mm，而车轴锻件的承载部位也是φ250mm，由此可见承载部位在整个辊锻变形中没有发生变形，承载部位强度没有提高。(4)且只适用D1500mm的辊锻机完成，对于坯料大于φ250mm的坯料且变形较大的辊锻件，四道次辊锻模具的总宽度超出D1500mm的装模宽度。

为解决以上问题，①本发明采用方形坯料辊锻，L为方形坯料的边长，方形坯料不但在辊锻中变形量大，使辊锻件的结构组织性能进一步的提高，而且有利于确保最大变形处4的位置始终在坯料长度的中间处(坯料长度二分之一)，而刚开始咬入部位4′在不同道次是出于不同位置，这由L1′，L2′，L3′，L4′的长度决定，以实际咬入口最大变形处4为基准；在第一道辊锻过程中实际咬入口最大变形处4的位置，且使L1＝590.5mm+L1′，在第二道辊锻过程中实际咬入口最大变形处4的位置，且使L2＝590.5mm+L2′，在第三道辊锻过程中实际咬入口最大变形处4的位置，且使L3＝590.5mm+L3′，在第四道辊锻过程中实际咬入口最大变形处4的位置，且使L4＝590.5mm+L4′，这保证了辊锻过程中实际咬入口最大变形在每道次中都是从坯料中间开始，从避免因不同道次错位而在掉头处出现折叠现象。②采用方(料)-椭圆-方-椭圆-圆的辊锻模式，椭圆进入方形型槽由于接触面大在辊锻过程中比较稳定，不易出现扭转现象，避免了货车车轴出现弯曲现象。③本发明为提高承载部位的强度，在承载部位经过两道次辊锻变形。④本发明采用方形坯料且边长(L)为300mm，由于变形量较大，需要辊锻模具宽度加大，四道次辊锻模具宽度尺寸之和超出D1500mm的装模宽度，而目前国内最大规格辊锻机只有D1600mm，本发明的辊锻模具只能安装在D1600mm辊锻机上。⑤本发明车轴中间段(图中标号x)采用四道次辊锻变形，第一道车轴中间段的延伸系数为λz1，第二道车轴中间段的延伸系数为λz2，第三道车轴中间段的延伸系数为λz3，第四道车轴中间段的延伸系数为λz4，且λz1＝λz2＝λz3＝λz4＝1.2，为保证辊锻过程中不发生扭转现象，在车轴中间段第二道次辊锻中辊成方形截面边长为Lz，且Lz＝261.9mm；货车车轴悬臂端(图中标号11)采用四道次辊锻变形，第一道车轴悬臂端的延伸系数为λd1，第二道车轴悬臂端的延伸系数为λd2，第三道车轴悬臂端的延伸系数为λd3，第四道车轴悬臂端的延伸系数为λd4，且λ_d1＝λ_d2＝λ_d3＝λ_d4＝1.3，为提高悬臂端的强度和辊锻过程的稳定性在第二道次辊锻中辊成方形截面且L_d＝236.8mm；货车车轴承载部位(如图中标号1)采用两道次变形，且两道次延伸系数不等，车轴承载部位第一道的延伸系数为λc1，车轴承载部位第二道的延伸系数为λc2，且λc1＝1.33，λc2＝1.25，目的是提高承载部位的承载能力。

总之对于在后半段辊锻(图中标号6)之后，再掉过头来辊锻前半段(图中标号5)，并且前半段与后半段是用同一副辊锻模具，这种辊锻工艺不仅能解决咬入口处的折叠问题，这比在一般辊锻工艺中不仅减少模具成本，而且起到简化辊锻工艺的作用，由于四道次都均等的参与变形，使承载部位的承载能力得到提高；本发明采用方料辊锻，改变承载部位的结构和组织性能，使承载能力增强；不仅克服了上述传统工艺的缺陷，还减少劳动人员，容易实现机械化生产，不仅提高劳动效率，还节约劳动成本。

由于铁路货车车轴本身的重量很重而且长度又特别长、承载部位要求承载能力强等特点，对于铁路货车车轴的锻造工艺坯料采用方形截面(L≥300mm)且实际咬入口最大变形是从中间开始，且掉头辊锻后用同一副辊锻模具成型的辊锻工艺目前还未见文件资料记载。

技术实现要素：

本发明涉及一种用于铁路货车车轴成型的工艺，其只采用辊锻工艺，即在整个锻造过程中只采用辊锻成型且采用四道辊锻模具而不需要模锻成形的工艺，货车车轴采用方型坯料，在辊锻过程中实际咬入口的最大变形处在坯料中间位置，且车轴的中间段四道次辊锻均参与变形，并且在第二道次辊成方形截面，四道次延伸系数相等；悬臂端四道次辊锻均参与变形，并且在第二道次辊成方形截面，四道次延伸系数相等；承载部位两道次变形，且两道次延伸系数不等；先把后半段经过四道次辊锻之后，再掉过头辊锻的前半锻，前半段和后半段用的是同一副辊锻模具，且前半段和后半段在各道次辊锻中对应的长度相等，是采用掉头辊锻且用同一副辊锻模具的工艺。

整个锻造过程中只采用四道辊锻模具辊锻成型而不需要模锻；货车车轴采用方型坯料(L≥300mm)，车轴中间段四道次辊锻均参与变形，且λz1＝λz2＝λz3＝λz4＝1.2，在第二道次辊锻中辊成方形截面且Lz＝261.9mm；货车车轴悬臂端四道次辊锻均参与变形，且λ_d1＝λ_d2＝λ_d3＝λ_d4＝1.3，在第二道次辊锻中辊成方形截面且L_d＝236.8mm；辊锻过程中实际咬入口最大变形处(4)在坯料中间位置，且L1′≥64.5mm，L2′≥66mm，L3′≥69.2mm，L4′≥71mm，先辊锻后半段经过四道次辊锻成形；承载部位两道次变形，且两道次延伸系数不等，λc1＝1.33，λc2＝1.25；后半段辊锻之后，再掉过头来辊锻前半段，并且前半段与后半段是用同一副辊锻模具；辊锻件的前半段和后半段在各道次辊锻中对应的长度相等，即第一道辊锻后的L′_1-1＝L_1-1，L_2-1＝L′_2-1，L_3-1＝L′_3-1′；第二道辊锻后的L_1-2＝L′_1-2，L_2-2＝L′_2-2，L_3-2＝L′_3-2；第三道辊锻后的L_1-3＝L′_1-3，L_2-3＝L′_2-3，L_3-3＝L′_3-3；第四道辊锻后的L_1-4＝L′_1-4，L_2-4＝L′_2-4，L_3-4＝L′_3-4；四道次辊锻模具在D1600mm辊锻机及大于D1600mm辊锻机上实现。

附图说明

图1是铁路货车车轴辊锻后辊锻件；

图2是铁路货车车轴辊锻前的下料图；

图3是铁路货车车轴辊锻前的下料截面A-A图；

图4是铁路货车车轴掉头辊锻之前的第一道辊锻件；

图5是铁路货车车轴掉头辊锻之前的第二道辊锻件；

图5a是铁路货车车轴掉头辊锻之前的第二道辊锻件的截面B-B剖视图；

图5b是铁路货车车轴掉头辊锻之前的第二道辊锻件的截面C-C剖视图；

图6是铁路货车车轴掉头辊锻之前的第三道辊锻件；

图7是铁路货车车轴掉头辊锻之前的第四道辊锻件；

图8是铁路货车车轴掉头辊锻之后的第一道辊锻件；

图9是铁路货车车轴掉头辊锻之后的第二道辊锻件；

图10是铁路货车车轴掉头辊锻之后的第三道辊锻件；

图11是铁路货车车轴掉头辊锻之后的第四道辊锻件；

具体实施方式

本实施例中图1是货车车轴经过辊锻后成型的辊锻件，其中标号x为车轴中间段，此段相当于横梁；标号1为货车车轴承载部位，由于此处需要承载的载荷较大，为满足承载能力需求，选用方形截面坯料，使承载部位1满足其性能要求的同时，又能满足辊锻工艺的要求，标号11为货车车轴的悬臂端。

图2是铁路货车车轴辊锻前的下料尺寸，由于本发明采用方形坯料辊锻，实际咬入口最大变形处4的选择较为关键，有利于掉头处辊锻件折叠，并能保证掉头前和掉头后同一副辊锻模具重复利用，在辊锻工艺中节约模具成本，同时起到简化辊锻工艺的作用，并能提高承载部位的承载能力，在本发明中咬入口最大变形处4选在坯料中间位置；标号5是辊锻件的前半段(一端)，也是辊锻机在掉头辊锻之前机械手的夹持端，标号6是辊锻件的后半段(另一端)，也是辊锻机在掉头之后机械手的夹持端；标号5和标号6是以咬入口最大变形处4为分界线分为前半段5和后半段6。

图3是图2截面A-A的剖面图，L为正方形边长，且L≥300mm。

图4是掉头之前辊锻后半段的第一道辊锻件，第一道辊锻件在刚刚咬入的接触面为4′，L1′在实际咬入口最大变形处4的左边，且L1′≥64.5mm。L1-1是货车车轴的中间段x在掉头辊锻之前第一道辊锻后的长度，其长度等于车轴中间段x在第一道辊锻长度的二分之一；L2-1是货车车轴的承载部位1在掉头辊锻之前第一道辊锻后的长度，L3-1为货车车轴的悬臂端11在掉头辊锻之前第一道辊锻后的长度。

图5是掉头之前辊锻后半段的第二道辊锻件，第二道辊锻件在刚刚咬入的接触面为4′，L2′在实际咬入口最大变形处4的左边，L2′在实际咬入口最大变形处4的左边，且L2′≥66mm。L1-2是货车车轴的中间段x在掉头辊锻之前第二道辊锻后的长度，其长度等于车轴中间段x在第二道辊锻长度的二分之一；L2-2是货车车轴的承载部位1在掉头辊锻之前第二道辊锻后的长度，L3-2为货车车轴的悬臂端11在掉头辊锻之前第二道辊锻后的长度。

图6是掉头之前辊锻后半段的第三道辊锻件，第三道辊锻件在刚刚咬入的接触面为4′，L3′在实际咬入口最大变形处4的左边，L3′在实际咬入口最大变形处4的左边，且L3′≥69.2mm。L1-3是货车车轴的中间段x在掉头辊锻之前第三道辊锻后的长度，其长度等于车轴中间段x在第三道辊锻长度的二分之一；L2-3是货车车轴的承载部位1在掉头辊锻之前第三道辊锻后的长度，L3-3为货车车轴的悬臂端11在掉头辊锻之前第三道辊锻后的长度。

图7是掉头之前辊锻后半段的第四道辊锻件，第四道辊锻件在刚刚咬入的接触面为4′，L4′在实际咬入口最大变形处4的左边，L4′在实际咬入口最大变形处4的左边，且L4′≥71mm。L1-4是货车车轴的中间段x在掉头辊锻之前第四道辊锻后的长度，其长度等于车轴中间段x在第四道辊锻长度的二分之一；L2-4是货车车轴的承载部位1在掉头辊锻之前第四道辊锻后的长度，L3-4为货车车轴的悬臂端11在掉头辊锻之前第四道辊锻后的长度。

图8是掉头之后辊锻前半段的第一道辊锻件，L1′在掉头之后辊锻变形成为L′_1-1的一部分，这样解决了在第一道辊锻的咬入口最大变形处4不在中间位置经过掉头辊锻产生折叠的问题。L′_1-1是货车车轴的中间段x在掉头辊锻之后第一道辊锻后的长度且L′_1-1＝L_1-1＝309.6mm，其长度等于车轴中间段x在第一道辊锻长度的二分之一；L′_2-1是货车车轴的承载部位1在掉头辊锻之后第一道辊锻后的长度且L′_2-1＝L_2-1＝227mm；L′_3-1为货车车轴的悬臂端11在掉头辊锻之后第一道辊锻后的长度且L′_3-1＝L_3-1＝115.2mm。

图9是掉头之后辊锻前半段的第二道辊锻件，L2′在掉头之后辊锻变形成为L′_1-2的一部分，这样解决了在第二道辊锻的咬入口最大变形处4不在中间位置经过掉头辊锻产生折叠的问题。L′_1-2是货车车轴的中间段x在掉头辊锻之后第二道辊锻后的长度且L′_1-2＝L_1-2＝387.7mm，其长度等于车轴中间段x在第二道辊锻长度的二分之一；L′_2-2是货车车轴的承载部位1在掉头辊锻之后第二道辊锻后的长度且L′_2-2＝L_2-2＝284.2mm，L′_3-2为货车车轴的悬臂端11在掉头辊锻之后第二道辊锻后的长度且L′_3-2＝L_3-2＝149.7mm。

图10是掉头之后辊锻前半段的第三道辊锻件，L3′在掉头之后辊锻变形成为L′_1-3的一部分，这样解决了在第三道辊锻的咬入口最大变形处4不在中间位置经过掉头辊锻产生折叠的问题。L′_1-3是货车车轴的中间段x在掉头辊锻之后第三道辊锻后的长度且L′_1-3＝L_1-3＝471.6mm，其长度等于车轴中间段x在第三道辊锻长度的二分之一；L′_2-3是货车车轴的承载部位1在掉头辊锻之后第三道辊锻后的长度且L′_2-3＝L_2-3＝284.2mm，L′_3-3为货车车轴的悬臂端11在掉头辊锻之后第三道辊锻后的长度且L′_3-3＝L_3-3＝194.6mm。

图11是掉头之后辊锻前半段的第四道辊锻件，L4′在掉头之后辊锻变形成为L′_1-4的一部分，这样解决了在第四道辊锻的咬入口最大变形处4不在中间位置经过掉头辊锻产生折叠的问题。L′_1-4是货车车轴的中间段x在掉头辊锻之后第四道辊锻后的长度且L′_1-4＝L_1-4＝558.1mm，其长度等于车轴中间段x在第四道辊锻长度的二分之一；L′_2-4是货车车轴的承载部位1在掉头辊锻之后第四道辊锻后的长度且L′_2-4＝L_2-4＝284.2mm，L′_3-4为货车车轴的悬臂端11在掉头辊锻之后第四道辊锻后的长度且L′_3-4＝L_3-4＝233.5mm。后半段辊锻之后，再掉过头来辊锻前半段，并且前半段与后半段是用同一副辊锻模具，且此辊锻模具对掉头前和掉头后辊锻模具型腔的每一部分都是有效辊锻模具。

综合以上所述，本发明提供一种用于铁路货车车轴成型只采用辊锻工艺，与现有技术相比，铁路货车车轴突破了自由锻和径向锻造缺陷的束缚而进入辊锻工艺的半自动化的锻造工艺，本发明的特点是此四道次辊锻工艺均等变形，且实际咬入口最大变形量在中间位置，且用同一副辊锻模具掉头辊锻的辊锻工艺。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是依本发明权利要求所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明的涵盖范围。