专利名称：火车轴毛坯楔横轧两圈轧制成形方法
技术领域：
本发明属于金属塑性成形技术领域，特别提供了一种火车轴毛坯楔横轧两圈轧制成形的方法，适用于火车轴毛坯的楔横轧生产。
背景技术：
楔横轧是一种轴类零件成形新技术新工艺，该项技术是冶金轧制技术与机械加工技术的交叉、延伸与发展，同传统的冶金轧制比较，实现了材料的深度加工，即从轧制等截面型材发展到生产变截面的零件。同传统锻造工艺比较，实现由断续整体成形，改变为连续局部成形，在冶金工业和机械工业生产中有着十分重要的地位。该技术具有高效、低耗等特点，是节材节能的先进生产技术。由于该技术工艺与模具的特殊复杂，主要用于生产批量大的轴类零件，包括汽车、拖拉机、摩托车、内燃机、五金工具、建筑机械、电力及五金工具等轴类零件。
火车轴是铁路建设的三大关键零件(重轨、车轴和车轮)之一，属于超大型轴类零件。目前，国内外生产火车轴毛坯主要方法有三种1)自由锻造成形，它的生产效率为每分钟0.2～0.3根，材料利用率为58～65％；2)精锻成形，它的生产效率为每分钟0.3～0.5根，材料利用率为65～73％；3)三辊仿形轧制成形，它的生产效率为每分钟0.3～0.6根，材料利用率为62～70％。
火车轴属于超大型轴类零件，其最大直径φ200mm左右，长度达2200mm左右。若用传统楔横轧方法生产RD2火车货车轴，其模具直径要达φ3000mm左右，楔横轧机的高度将超过9000mm，其设备重量将达600吨，模具重量达60吨。这样大的机器与模具，必然投资大、成本高，制造难度大，技术实施困难。
采用本发明成形技术，可以大幅度减小楔横轧模具(轧辊)直径，可以降至φ1700mm，设备重量和模具重量可以降低到传统楔横轧技术的1/2。因而设备投资和生产成本可以大幅度降低，实现火车轴的经济化生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种火车轴毛坯楔横轧两圈轧制成形方法，可以大幅度减小模具(轧辊)直径，大幅度降低楔横轧设备和模具重量，实现利用较小型设备和模具，高效率、低能耗、经济地生产火车轴毛坯。
本发明的构成为将圆形坯料加热到1000～1200℃，通过轴向进出料装置将其送入两个模具之间，模具至少有一对内楔和一对外楔。两个外楔开始处距离l5须大于坯料的长度(l6)20～800mm，小于两个内楔结束处距离(l4)0～100mm。圆形棒料在带有楔型的模具作用下做回转运动，模具旋转第一圈时只有内楔参与轧制成形，当模具旋转第二圈时外楔参与轧制成形，每两圈轧制成形一个火车轴毛坯。坯料由轴向进出料装置送入两个模具之间，完成成形的火车轴毛坯由轴向进出料装置从两个模具之间推出。火车轴毛坯两圈轧制成形过程在一台楔横轧机、一副模具上连续完成。
模具参数成形角取α＝18～40°、展宽角取β＝2～12°。
本发明实现了两圈连续轧制成形。即轧辊旋转第1圈和第2圈之间无需停顿，坯料或工件也无需人工或辅助设备进行操作干预，成形过程中第1圈和第2圈连续进行。
为实现两圈连续轧制成形，模具下辊接料段顶面高度不应高于模具基底高度，其圆弧长度与模具圆弧长度之和l4应等于360°。
本发明所述的火车轴轴毛坯的楔横轧两圈成形方法适用于二辊式楔横轧和三辊式楔横轧。所述的火车轴毛坯包含其形状相似或类似的各种火车轴毛坯。
两圈轧制或多圈轧制成形的原理是在模具旋转第1圈时，模具内楔1、内楔2参与轧制成形。由于外楔3、外楔4在坯料5的外侧，故坯料与外楔不接触，不参与轧制成形。而当第1圈轧制完成后，坯料5被轧制成形为零件6，轧制过程进行到第2圈时，外楔3、外楔4开始起作用，将零件6轧制成形为火车轴毛坯7，最终完成火车轴毛坯的轧制成形。
本发明方法生产火车轴与现有技术比较，优点如下1)单机生产率高。与自由锻比(目前我国70％的火车轴采用该方法生产)高8倍以上；与奥地利精锻机(世界上最先进的方法)比高4倍以上；2)材料利用率高。与自由锻比平均提高25％；与精锻机比平均提高15％。每根轴节材60～150kg。
3)清洁生产。自由锻与精锻机生产噪音大于100分贝，楔横轧方法生产噪音小于60分贝。
4)减少机加工工序。由于楔横轧成形精度高，可直接进行精加工，减少加工工序。
5)生产成本低。由于生产效率高、节材、工序减少等，生产成本可下降15～30％。
本发明方法生产火车轴与现有楔横轧技术比较，优点如下1)显著降低设备高度、减轻设备重量，因而显著降低厂房、设备造价；2)显著节省模具辊面、减小模具直径3)与多楔相比，不仅模具结构简单、生产工艺稳定，而且轧制力仅相当于多楔的1/3到1/2，因而其设备小、造价低。
图1为本发明火车轴毛坯图。
图2为本发明模具三维图示。
图3为坯料图。
图4为第1圈轧制完成后成形的零件图。
图5为第2圈轧制完成后成形的零件图。
图6为本发明火车轴毛坯的一个实例图。图中D0＝Φ201mm；D1＝Φ181mm；D2＝Φ172mm；D3＝Φ137mm；L0＝2153mm；L1＝1197mm；L2＝205mm；L3＝53mm，L4＝220mm。
图7为本发明模具孔型展开图。模具孔型基本参数如下；β1＝8.5°；β2＝8.5°；l0＝5442mm；l1＝600mm l2＝643mm；l3＝400mm；l4＝1217.5mm；l5＝1217mm；l6＝1070mm。
图8为图7模具A-A剖面图。图中α1＝30°；α2＝20°；α3＝36°；w1＝1741.6mm；w2＝1634.3mm；w3＝1560mm；h0＝67mm；h1＝34.9mm；h2＝49.5mm图9为图7模具B-B剖面图。图中α4＝36°；w4＝2222mm w5＝1217.5mm；w6＝167mm；w7＝90mm；h3＝41.5mm；h4＝12mm具体实施方式
图2、图7是楔横轧两圈轧制成形火车轴毛坯一个实施实例模具图。图7为模具孔型展开图。图3为坯料Φ260×1070mm。将坯料温度加热至1000℃～1200℃，通过轴向进料装置送入两个同向旋转的模具之间进行轧制，模具顶圆直径为φ1700mm。图4、图5分别为第1圈、第2圈轧制完成后成形的零件图。
权利要求
1.一种火车轴毛坯楔横轧两圈轧制成形方法，其特征在于将圆形坯料加热到1000～1200℃，通过轴向进出料装置将其送入两个模具之间，模具至少有一对内楔和一对外楔，圆形棒料在带有楔型的楔横轧模具作用下进行轧制，模具旋转第一圈时只有内楔参与轧制成形，当模具旋转第二圈时外楔参与轧制成形，每两圈轧制成形完成一个楔横轧火车轴毛坯的生产；坯料由轴向进出料装置送入两个模具之间，完成成形的火车轴毛坯由轴向进出料装置从两个模具之间推出；模具楔成形角取值α＝18～40°，模具楔展宽角取值β＝2～12°。
2.按照权利1所述的方法，其特征在于火车轴毛坯两圈轧制成形过程在一台楔横轧机、一副模具上连续完成。
3.按照权利1、权利2所述的方法，其特征在于两个外楔开始处距离l5须大于坯料的长度(l6)20～800mm，小于两个内楔结束处距离(l4)0～100mm。
4.按照权利1、权利3所述的方法，其特征在于模具下辊接料段的顶面为圆弧面，其圆弧长度与模具孔型圆弧长度之和l4等于360°。
5.按照权利1、权利2所述的方法，其特征在于所述的火车轴轴毛坯的楔横轧两圈成形方法适用于二辊式楔横轧和三辊式楔横轧。
全文摘要
一种火车轴毛坯楔横轧两圈轧制成形方法，属于金属塑性成形技术领域。成形方法为将圆形坯料加热到1000～1200℃，通过轴向进料装置将其送入两个模具之间，模具至少有一对内楔和一对外楔，圆形棒料在带有楔型的模具作用下进行轧制。模具旋转第一圈时只有内楔参与轧制成形，当模具旋转第二圈时外楔参与轧制成形，每两圈轧制成形完成一个火车轴毛坯的生产。优点在于与传统楔横轧生产汽车半轴毛坯方法相比较，能显著节省模具辊面、减小模具直径、减轻设备重量、降低设备造价和和模具成本，实现使用较小型装备经济化生产汽车半轴生产。与楔横轧多楔轧制工艺相比，模具结构简单、工艺简单、生产工艺稳定性好、轧制力矩小。
文档编号B21B27/02GK1947884SQ20061014411
公开日2007年4月18日 申请日期2006年11月27日 优先权日2006年11月27日
发明者王宝雨, 胡正寰, 张康生, 束学道, 周永平 申请人:北京科技大学