专利名称：一种火车车轴毛坯楔横轧精密成形方法
技术领域：
本发明属于轴类零件塑性成形技术领域，特别是提供了一种火车车轴毛坯楔横轧多楔精密成形方法，适用于直径Φ180mm以上、长度超过2米的超大型轴类零件轧制成形。
背景技术：
火车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％。
火车车轴属于超大型轴类零件，其最大直径为φ222mm，最大长度为2356mm。目前，国内外用楔横轧生产的轴类零件，其最大直径在φ150mm以下，最大长度在1200mm以内，模具最大直径为φ1400mm。若用现在的楔横轧方法生产火车车轴，其模具直径要达φ3000mm左右，楔横轧机的高度将超过9000mm，这样大的机器与模具，必然投资大、制作难、生产操作不便，故无法实施。
发明内容
本发明的目的在于提供一种火车车轴毛坯楔横轧多楔精密成形方法，解决了机器设备庞大，模具难以制造等问题，实现了用楔横轧生产火车车轴毛坯。
本发明采用多楔精密轧制成形工艺，在大型楔横轧专用轧机上安装具有3～5对楔的多楔模具轧制火车车轴毛坯。将圆棒料加热到1000～1200℃，通过轴向进料装置送入两个同向旋转具有3～5对楔的多楔模具(图1)间进行轧制，轧制过程中A-A位置轧件形状为图2，轧制成品的火车车轴毛坯为图3。模具参数成形角取α＝18～34°、展宽角取β＝4～12°，βi=β+Σk=1i-1θk,]]>i为楔序号，θk为第k楔展宽段端面移动量曲线与轧辊中心连线的夹角。这样火车车轴被轧长度由3～5对楔同时轧制。显然与单楔轧制比较，可以显著节省模具辊面和减小模具直径。因此，本发明技术生产火车车轴可以将模具直径降为φ1500～1600mm。
本发明已在缩小比例的实验轧机上试轧出1∶5.5的火车RD2车轴，它的生产效率为每分钟2～5根，材料利用率为78～82％。本发明与已有生产火车车轴毛坯方法比较，生产率提高3～25倍，材料利用率提高5～24％。此外，它还具有显著减小轧辊辊身直径、减轻设备重量和降低造价、易于实现专业化大批量生产等优点。
本发明方法生产火车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80％的火车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；与三辊仿形轧制(俄罗斯)比高3倍以上；2)材料利用率高。与自由锻比平均高20％；与精锻机比平均高10％；与仿形轧制比平均高15％，每根轴节材60～150kg。
3)清洁生产。自由锻与精锻机生产中噪音大于100分贝，楔横轧方法生产噪音小于60分贝。
4)机加工工序减少。由于现有的三种工艺生产出的火车车轴毛坯尺寸精度不如楔横轧，加上直角台阶不如楔横轧能够成形(均有斜面过渡)，故都要经过粗加工后再精加工，楔横轧可直接进行精加工，节能工序。
5)生产成本低。楔横轧与现有技术比较，具有效率高、节材、省加工工序等，其生产成本可下降15～30％。
图1是本发明的一种火车车轴3对楔模具展开图。即楔1、楔2和楔3，其中楔1和楔2轧制车轴中间较长部分，楔3为组合楔，轧制火车轴边部两个台阶。β1、β2、β3-1、β3-2分别为楔1、楔2和组合楔3的展宽角，α1、α2、α3-1、α3-2分别为楔1、楔2和组合楔3的成形角。
图2是本发明的一种火车车轴轧制过程A-A位置轧件图。
图3是本发明的一种火车车轴轧制成品图。
图4是本发明的一种火车RD2车轴3对楔模具图。
图5是本发明的一种火车RD2车轴3对楔模具展开图。图中，展宽角β1＝7°，β2＝8.4°，β3-1＝9.8°，β3-2＝10.8°，成形角α1＝α2＝α3-1＝30°，α3-2＝27°；h1＝h2＝11.605mm，h3＝16.15mm，h4＝33.825mm，H0＝4037.92mm，H1＝177.81mm，H2＝355.62mm，L1＝749.97mm，L2＝1266.81mm，L3＝2397.91mm，L4＝289.62mm，L5＝269.23mm，L6＝421.42mm。
图6是本发明的一种火车RD2车轴轧制成品。图中，Dz0＝Φ200mm，Dz1＝Φ179mm，Dz2＝Φ170mm，Dz3＝Φ135mm，Lz0＝2252mm，Lz1＝1198mm，Lz2＝489mm，Lz3＝285mm，Lz4＝232mm，Lz5＝308mm。
图7是本发明的一种火车RD2车轴。图中，Dc0＝Φ194mm，Dc1＝Φ174mm，Dc2＝Φ165mm，Dc3＝Φ130mm，Lc0＝2146mm，Lc1＝1204mm，Lc2＝471mm，Lc3＝273mm，Lz4＝220mm。
具体实施例方式
图4、图5、图6和图7为成形火车RD2车轴的一个实施例，将直径Φ＝200mm，长度为1690mm的火车RD2车轴圆棒料毛坯，加热温度为1050℃，通过轴向进料装置送入两个同向旋转的3对楔火车RD2车轴模具间进行轧制，模具最大直径为φ1600mm，模具图为图4，展开图为图5，火车RD2车轴轧制成品如图6所示，将图6火车车轴精加工，得到精加工后的RD2火车车轴如图7所示。
权利要求
1.一种火车车轴毛坯楔横轧精密成形方法，其特征在于在大型楔横轧专用轧机上安装具有3～5对楔的多楔模具轧制火车车轴毛坯，将圆棒料毛坯加热到1000～1200℃，通过轴向进料装置送入两个同向旋转具有3～5对楔的模具间进行轧制，轧制过程中A-A位置的轧件形状为图2，模具参数成形角取α＝18～34°、展宽角取β＝4～12°，βi=β+Σk=1i-1θk,]]>i为楔序号，θk为第k楔展宽段端面移动量曲线与轧辊中心连线的夹角，这样火车车轴被轧长度由3～5对楔同时轧制。
全文摘要
本发明提供了一种火车车轴毛坯楔横轧精密成形方法，其特征在于在大型楔横轧专用轧机上安装具有3～5对楔的多楔模具轧制火车车轴毛坯。将圆棒料毛坯加热到1000～1200℃，通过轴向进料装置送入两个同向旋转具有3～5对楔的多楔模具间进行轧制，轧制过程中A－A位置的轧件形状为图2。模具参数成形角取α＝18～34°、展宽角取β＝4～12°，如式I，i为楔序号，θ
文档编号F16C9/00GK1477007SQ0314613
公开日2004年2月25日 申请日期2003年7月24日 优先权日2003年7月24日
发明者胡正寰, 王宝雨, 束学道, 邢希东, 张巍, 颜世公 申请人:北京科技大学