铁路货车车轴辊锻成型辊锻模具的设计方法与流程

一种用于铁路货车车轴辊锻成型的辊锻模具，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并掉头辊锻且同一副模具两次运用的辊锻模具设计方法。

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。

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。

本发明是铁路货车车轴辊锻成型辊锻模具设计方法，在后半段辊锻之后，再掉过头来辊锻前半段，并且与后半段是用同一副辊锻模具，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，并使承载部位的承载能力得到提高；本发明采用方料辊锻，解决了承载部位的变形，改变承载部位的结构和组织性能，使承载能力增强；本发明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只采用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辊锻成型的辊锻模具设计，其中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型，货车车轴采用方型坯料，在辊锻过程中咬入口在坯料中间位置，从该中间位置开始咬入，先把方形坯料的后半段经过第一道、第二道、第三道、第四道模具进行四道次辊锻；该四道模具还用于对掉过头的方形坯料的另一半进行四道次辊锻，并且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。

第一道辊锻模具中的α1＝25.6°，β1＝18.2°；L1-1＝309.6mm，L2-1＝227mm。第二道辊锻模具中的α2＝33.5°，β2＝22.9°；L1-2＝387.7mm，L2-2＝284.2mm。第三道辊锻模具中的α3＝37.2°，β3＝22.9°；L1-3＝471.6mm，L2-3＝284.2mm。第四道辊锻模具中的α4＝44.3°，β4＝22.9°；L1-4＝558.1mm，L2-4＝284.2mm。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。辊锻模扇形包角γ＝115°。

附图说明

图1是铁路货车车轴辊锻前的下料图；

图2是铁路货车车轴辊锻前的下料截面A-A图；

图3是铁路货车车轴掉头辊锻之前的第一道辊锻模具的主视图；

图4是铁路货车车轴掉头辊锻之前的第一道辊锻模具的左视图；

图5是铁路货车车轴掉头辊锻之前的第一道辊锻件；

图6是铁路货车车轴掉头辊锻之前的第二道辊锻模具的主视图；

图7是铁路货车车轴掉头辊锻之前的第二道辊锻模具的左视图；

图8是铁路货车车轴掉头辊锻之前的第二道辊锻件；

图9是铁路货车车轴掉头辊锻之前的第三道辊锻模具的主视图；

图10是铁路货车车轴掉头辊锻之前的第三道辊锻模具的左视图；

图11是铁路货车车轴掉头辊锻之前的第三道辊锻件；

图12是铁路货车车轴掉头辊锻之前的第四道辊锻模具的主视图；

图13是铁路货车车轴掉头辊锻之前的第四道辊锻模具的左视图；

图14是铁路货车车轴掉头辊锻之前的第四道辊锻件；

图15是铁路货车车轴掉头辊锻之后的第一道辊锻件；

图16是铁路货车车轴掉头辊锻之后的第二道辊锻件；

图17是铁路货车车轴掉头辊锻之后的第三道辊锻件；

图18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

本实施例中的图示说明如11′与11是对称的同一个尺寸的物体，L′_2-1与L2-1是对称尺寸，L′_1-1与L_1-1是对称的尺寸等。

图1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，这保证同一副辊锻模具两次利用，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，在本发明中实际咬入口最大变形处4选在坯料中间位置；标号5是坯料的前半段，也是辊锻机在掉头辊锻之前机械手的夹持端，标号6是坯料的后半段，也是辊锻机在掉头之后机械手的夹持端；标号5和标号6是以实际咬入口最大变形处4为分界线分为前半段5和后半段6。图2是图1截面A-A的剖面图，L为正方形边长，且L＝300mm。

图3是铁路货车车轴掉头辊锻之前的第一道辊锻模具的主视图，图中的L0是锻辊中心距，且L0＝1600mm；11′是第一道辊锻上模，11第一道辊锻下模；M是上下模分模线，γ是辊锻扇形模块的角度，且γ＝115°；α₁和β₁是第一道有效变形角度；其中角度α₁＝25.6°，α₁在图5中对应的长度为L_1-1，且L_1-1＝309.6mm；角度β₁＝18.2°，β₁在图5中对应的长度为L_2-1，且L_2-1＝227mm；在图5中L_3-1是辊锻件的端部，且L_3-1＝115.2mm。

图4是铁路货车车轴掉头辊锻之前的第一道辊锻模具的左视图，L1和L4是止口尺寸，L1＝L4＝1320mm；L3是轧辊直径，L3＝1100mm；L5是模块宽度，L5＝540mm；L2是止口凹槽深度，L2＝15mm。

图5是铁路货车车轴掉头辊锻之前的第一道辊锻件；L_1-1是货车车轴的中间段x(图18)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；L_2-1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，L_3-1为货车车轴的悬臂端00在掉头辊锻之前第一道辊锻后的长度。

图6是铁路货车车轴掉头辊锻之前的第二道辊锻模具的主视图；图中的L0是锻辊中心距，且L0＝1600mm；22′是第二道辊锻上模，22第二道辊锻下模；M是上下模分模线，γ是辊锻扇形模块的角度，且γ＝115°；α₂和β₂是第二道有效变形角度；其中角度α₂＝33.5°，α₂在图8中对应的长度为L_1-2，且L_1-2＝387.7mm；角度β₁＝22.9°，β₂在图8中对应的长度为L_2-2，且L_2-2＝284.2mm；在图8中L_3-2＝是辊锻件的端部，且L_3-2＝149.7mm。

图7是铁路货车车轴掉头辊锻之前的第二道辊锻模具的左视图；图中的L1、L2、L3、L4、L5与图4的一样。

图8是铁路货车车轴掉头辊锻之前的第二道辊锻件；L1-2是货车车轴的中间段x(图18)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00在掉头辊锻之前第二道辊锻后的长度。

图9是铁路货车车轴掉头辊锻之前的第三道辊锻模具的主视图；图中的L0是锻辊中心距，且L0＝1600mm；33′是第三道辊锻上模，33第三道辊锻下模；M是上下模分模线，γ是辊锻扇形模块的角度，且γ＝115°；α₃和β₃是第三道有效变形角度；其中角度α₃＝37.2°，α₃在图11中对应的长度为L_1-3，且L_1-3＝471.6mm；角度β₃＝22.9°，β₃在图11中对应的长度为L_2-3，且L_2-3＝284.2mm；在图11中L_3-3是辊锻件的端部，L_3-3＝194.6mm。

图10是铁路货车车轴掉头辊锻之前的第三道辊锻模具的左视图；图中的L1、L2、L3、L4、L5与图4的一样。

图11是铁路货车车轴掉头辊锻之前的第三道辊锻件；L1-3是货车车轴的中间段x(图18)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00在掉头辊锻之前第三道辊锻后的长度。

图12是铁路货车车轴掉头辊锻之前的第四道辊锻模具的主视图；图中的L0是锻辊中心距，且L0＝1600mm；44′是第四道辊锻上模，44第三道辊锻下模；M是上下模分模线，γ是辊锻扇形模块的角度，且γ＝115°；α₄和β₄是第四道有效变形角度；其中角度α₄＝37.2°，α₄在图14中对应的长度为L_1-4，且L_1-4＝471.6mm；角度β₄＝22.9°，β₄在图14中对应的长度为L_2-4，且L_2-4＝284.2mm；在图14中L_3-4是辊锻件的端部，L_3-4＝233.5mm。

图13是铁路货车车轴掉头辊锻之前的第四道辊锻模具的左视图；图中的L1、L2、L3、L4、L5与图4的一样。

图14是铁路货车车轴掉头辊锻之前的第四道辊锻件；L1-4是货车车轴的中间段x(图18)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00在掉头辊锻之前第四道辊锻后的长度。

图15是铁路货车车轴掉头辊锻之后的第一道辊锻件；L′_1-1是图3第一道辊锻模中有效变形角度α₁对应的长度，且L′_1-1＝L_1-1；L′_2-1是货车车轴的承载部位1在掉头辊锻之后在图3中有效变形角度β₁对应的长度，且L′_2-1＝L_2-1；L′_3-1为货车车轴的悬臂端00在掉头辊锻之后第一道辊锻后的长度，且L′_3-1＝L_3-1。

图16是铁路货车车轴掉头辊锻之后的第二道辊锻件；L′_1-2是图6第二道辊锻模中有效变形角度α₂对应的长度，且L′_1-2＝L_1-2；L′_2-2是货车车轴的承载部位1在掉头辊锻之后在图6中有效变形角度β₂对应的长度，且L′_2-2＝L_2-2；L′_3-2为货车车轴的悬臂端00在掉头辊锻之后第二道辊锻后的长度，且L′_1-2＝L_3-2。

图17是铁路货车车轴掉头辊锻之后的第三道辊锻件；L′_1-3是图9第三道辊锻模中有效变形角度α₃对应的长度，且L′_1-3＝L_1-3；L′_2-3是货车车轴的承载部位1在掉头辊锻之后在图9中有效变形角度β₃对应的长度，且L′_2-3＝L_2-3；L′_3-3为货车车轴的悬臂端00在掉头辊锻之后第三道辊锻后的长度，L′_3-3＝L_3-3。

图18是铁路货车车轴掉头辊锻之后的第四道辊锻件；L′_1-4是图12第四道辊锻模中有效变形角度α₄对应的长度，且L′_1-4＝L_1-4；L′_2-4是货车车轴的承载部位1在掉头辊锻之后在图12中有效变形角度β₃对应的长度，且L′_2-4＝L_2-4；L′_3-4为货车车轴的悬臂端00在掉头辊锻之后第四道辊锻后的长度，且L′_3-4＝L_3-4。

综合以上所述，本发明提供一种用于铁路货车车轴辊锻成型的辊锻模具设计方法，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，本模具设计的特点是此辊锻是咬入口在中间位置咬入且用同一副辊锻模具掉头辊锻的辊锻模具设计方法。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡以本发明权利要求所做的改变，都应属于本发明所涵盖的范围。