CN114654169A - 一种铁路货车用重载车轮的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁路货车用重载车轮的制造方法,包括以下步骤:S1:锻轧前加热:钢坯在加热炉中,预热、加热和均热总时间控制6.0h~11.0h;述均热,温度控制在1220~1280℃,加热保温≥3.5h;S2:锻轧:开轧温度1100~1200℃,由压力机进行锻压预成型;S3:将预成型坯料移入轧机进行轧制,轧制的用为扩径,使金属由轮辋流入辐板;S4:将完成轧制的坯料移入压力机进行压弯,压弯的作用为将辐板由直型压成弯曲型。该铁路货车用重载车轮的制造方法设计合理,同样的规格具有比现用车轮更轻的重量,易于批量生产,特别是易于整体锻造,轧制合格率高达99.6%;并且强度和刚度满足要求。
Description
技术领域
本发明涉及铁路车轮技术领域,尤其是涉及一种铁路货车用重载车轮的制造方法。
背景技术
服务于工矿企业的特殊用途铁路货车,一般轴重可达40t以上。炼铁厂转运铁水用的鱼雷罐车,满载总重可达600吨以上,轮对轴重可达50t,属于重载轮对。国内铁水罐车用车轮,直径主要有Φ650mm,Φ760mm,Φ840mm三种,其中,Φ760mm应用最为广泛。
车轮主要由轮毂,辐板,轮辋三部分组成,车轮结构主要指的是辐板结构。辐板结构主要分为4种:S型辐板,铃形辐板(又称双S型辐板),盆型辐板,直辐板。S型辐板,铃型辐板(又称双S型辐板),盆型辐板又可归类于弯曲辐板,相较直辐板,具有更好的力学性能。但因为轴重大,需要通过增加磨耗到限车轮剩余辋厚的方式,保证磨耗到限车轮的应力满足车轮设计、计算标准要求,从而保证车轮运行的结构安全性能。增加辋厚意味着辐板区域缩小,更适合设计为直辐板或斜辐板,设计为力学性能优异的弯曲辐板的难度较大。
国内现用Φ650mm~Φ840mm重载工矿车轮均采用斜辐板,为国外车轮制造商设计。改为力学性能更加优异的S型辐板后,可减轻车轮重量。减轻车轮重量可带来诸多好处:1)降低采购成本;2)降低簧下质量,提高车辆动力学性能; 3)降低轮轨力,减小轮轨磨耗,减小运用成本。轻量化并且能保证车轮的合理强度、刚度以及易于批量化生产具有一定难度。现用斜辐板工矿车轮采用锻压工艺即可成型,改为S型辐板后,需要采用锻轧工艺成型,即锻压后,还需要使用轧机进行扩径轧制。
发明内容
针对现有技术不足,本发明是提供一种铁路货车用重载车轮的制造方法,通过锻-轧的方式,将车轮成型为近终形廓形,热处理后,通过机床仿形即可得到成品车轮,产品合格率高达99.6%。
为了解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案为:
该铁路货车用重载车轮的制造方法,包括以下步骤:
S1:锻轧前加热:钢坯在加热炉中,预热、加热和均热总时间控制6.0h~ 11.0h;所述均热,温度控制在1220~1280℃,加热保温≥3.5h;
S2:锻压:开轧温度1100~1200℃,由压力机进行锻压预成型;
S3:轧制:将预成型坯料移入轧机进行轧制,轧制的用为扩径,使金属由轮辋流入辐板,并碾碎体积较大的夹杂物,减小应力集中,增强车轮运用安全性;
S4:压弯:将完成轧制的坯料移入压力机进行压弯,压弯的作用为将辐板由直型压成弯曲型。
其中,
所述S3步骤后S4步骤前,终轧温度≥850℃,在此温度下完成锻轧过程,可将连续长条形夹杂物碎化。
所述制造方法还包括缓冷:锻轧后经过冷床冷却至550~650℃入坑缓冷;缓冷时间≥8h。
所述制造方法还包括淬火:将完成缓冷的车轮锻轧毛坯装入加热炉,加热至870-910℃的温度,进行充分奥氏体化;将完成加热的车轮转运至淬火台,进行淬火处理。
所述制造方法还包括回火:将完成淬火的车轮转运至回火炉中,在450- 520℃温度下加热≥4小时。
所述完成回火的车轮被转运至机床进行机加工,获得符最终合尺寸要求的成品车轮。
本发明与现有技术相比,具有以下优点:
该铁路货车用重载车轮的制造方法设计合理,通过锻-轧的方式,将车轮成型为近终形廓形,热处理后,通过机床仿形即可得到成品车轮;同样的规格具有比现用车轮更轻的重量,易于批量生产,特别是易于整体锻轧,产品制造合格率高达99.6%。
附图说明
下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明:
图1为本发明车轮结构示意图。
图2为本发明预成型坯廓形对称截面示意图。
图3为本发明轧坯廓形对称截面示意图。
图4为本发明压弯坯廓形对称截面示意图。
图5为本发明车轮金相组织图。
图中:
1-轮毂;2-辐板;3-轮辋;4-踏面;5-注油孔;6-油槽;7-内毂面;8-外毂面; 9-内辋面;10-外辋面;11、轮毂-辐板过渡区域;12、轮辋-辐板过渡区域;13、轮缘。
具体实施方式
下面对照附图,通过对实施例的描述,对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图1至图4所示,该铁路货车用整体车轮使用所含碳量0.49~0.78%(质量百分比)的碳钢制造本发明提供的上述重载车轮。铁路货车用整体车轮制造方法包括如下步骤:
锻轧前加热具体为:
钢坯在加热炉中,预热、加热和均热总时间控制6.0h~11.0h;其中,均热温度控制在1220~1280℃加热保温≥3.5h,目的是让钢坯内外受热均匀,易于轧制,钢坯超过1280℃有脱碳的风险,生产实践表明钢坯温度低于1100℃会导致锻压力极易超过锻压机力能,锻压困难,考虑到钢坯由加热炉转移到锻压机过程中的温降,加热炉均热的最低温度为1220℃。
制造方法还包括锻压:
锻压在钢坯加热之后进行;锻轧具体为:开锻温度1100~1200℃,由压力机进行锻压预成型,预成型的坯料廓形对称截面示意图如图2所示。
轧制处理:
将预成型坯料移入轧机进行轧制,轧制的用为扩径,使金属由轮辋流入辐板,并碾碎体积较大的夹杂物,减小应力集中,增强车轮运用安全性;轧制后的坯料廓形对称截面示意图如图3所示。
压弯处理:
将完成轧制的坯料移入压力机进行压弯,压弯的作用为将辐板由直型压成弯曲型;压弯后的坯料廓形对称截面示意图如图4所示。
进一步的,终轧温度≥850℃,在此温度下完成锻轧过程,可将连续长条形 A类夹杂物碎化,形成不连续的短小的A类夹杂,减小应力集中。
制造方法还包括缓冷:锻轧后经过冷床冷却至550~650℃入坑缓冷;缓冷时间≥8h;目的是让钢坯内的气体H元素大量排出,残余的H均匀,消除氢脆危害。
该制造方法还包括淬火:将完成缓冷的车轮锻轧毛坯装入加热炉,加热至 870~910℃的温度,进行充分奥氏体化;将完成加热的车轮转运至淬火台,进行喷水淬火处理,具体的,将水喷到踏面上,使轮辋内部金属以1℃/s-4℃/s的冷却速度加速冷却,提高轮辋强度及硬度。
该制造方法还包括回火:将完成淬火的车轮转运至回火炉中,在450~520℃温度下加热≥4小时,提高轮辋韧性。
最后,完成回火的车轮被转运至机床进行机加工,获得符最终合尺寸要求的成品车轮。
本发明形成的铁路货车用整体车轮,包括轮毂1、辐板2、轮辋3及踏面4,辐板2为弯曲结构,辐板2的一端与轮毂1连接,辐板2的另一端与轮辋3连接,轮辋3上远离辐板2的一端设有轮缘13和踏面4。本发明的车轮可应用于铁路货车上,适用于踏面制动或轴盘制动,且易于批量生产。
轴向上,轮辋-辐板过渡区16位于轮毂-辐板过渡区15的外侧;轮毂外轮廓线11与轮箍外侧面8的夹角为Φ1,Φ1≥98°;轮毂内轮廓线12与轮毂内侧面7的夹角为Φ2,Φ2≥100°;辋外轮廓线13与轮辋外侧面10的夹角为Φ3,Φ3≥96°;轮辋内轮廓线14与轮辋内侧面9的夹角为Φ4,Φ4≥96°;轴向上,轮辋内侧面9位于轮毂内侧面7的外侧,且轮辋内侧面9与轮毂内侧面7 的距离F≥35mm。。
辐板包括轮毂-辐板过渡区11、辐板主体和轮辋-辐板过渡区12,轮毂-辐板过渡区11位于轮毂1与辐板主体之间,轮辋-辐板过渡区12位于轮辋3与辐板主体之间;辐板主体为弯曲结构,辐板2通过圆弧,分别与轮辋3及轮毂1连接。
轮毂-辐板过渡区12包括圆弧曲线R1、R2,圆弧曲线R1连接位于轮毂-辐板过渡区的轴线A的外侧,圆弧曲线R3连接位于轮毂-辐板过渡区的轴线A的内侧,圆弧曲线R1、R2的弧度方向相同且均与R3的弧度方向相反。
轮辋-辐板过渡区12包括圆弧曲线R7、R8,圆弧曲线R7位于轮辋-辐板过渡区12的外侧,圆弧曲线R8位于轮辋-辐板过渡区12的内侧,圆弧曲线R7的弧度方向与R8的弧度方向相反。
辐板2的厚度自辐板轮毂结合处至辐板轮辋结合处逐渐由厚变薄,轮毂-辐板过渡区11的厚度为S2≥20mm,轮辋-辐板过渡区12的厚度为S1≥18m。根据运用要求,可以在轮毂1的外侧上设有注油孔5,轮毂1的内孔面上设有导油槽 6,注油孔5的一端与导油槽6连通,导油槽6为环状导油槽。具体使用时,可将油杯直接旋进注油孔5内并向其中注油,油进入导油槽6内,这时将车轮从车轴上拆卸下来。
轴向上S2的中线A距离内毂面7的距离X1≥40mm,轴向上S1位于S2 的外侧。
以外径Φ760mm重载货车轮为例,新车轮外径Φ760mm,报废车轮外径Φ742mm,轴重50t,用本发明设计的车轮,最大疲劳强度为336Mpa(图5),小于欧洲EN 13979-1标准规定的阈值360MPa。最大静强度为288MPa,小于 EN 13979-1标准规定的阈值355MPa。
对本实用新型外径Φ760mm车轮进行了试制,试制产品实称重量295kg,现用产品重量为328kg,减重33kg,并且成本低。对试制车轮进行解剖分析,各项性能满足标准要求(表1、表2、图5)。该车轮易于制造,并且具有足够高的径向刚度和轴向刚度;通过在轮毂及轮辋间引入一种新型弯曲辐板实现;该辐板可调整设计,以在满足在轴重要求及重量要求间获得平衡。
表1拉伸试验结果
表2冲击及硬度试验结果
上述仅为对本发明较佳的实施例说明,上述技术特征可以任意组合形成多个本发明的实施例方案。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述,显然本发明具体实现并不受上述方式的限制,只要采用了本发明的构思和技术方案进行的各种非实质性的改进,或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的,均在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种铁路货车用重载车轮的制造方法,其特征在于:所述制造方法包括以下步骤:
S1:锻轧前加热:钢坯在加热炉中,预热、加热和均热总时间控制6.0h~11.0h;所述均热,温度控制在1220~1280℃,加热保温≥3.5h;
S2:锻压:开轧温度1100~1200℃,由压力机进行锻压预成型;
S3:轧制:将预成型坯料移入轧机进行轧制,轧制的作用为扩径,使金属由轮辋流入辐板,并碾碎体积较大的夹杂物,减小应力集中,增强车轮运用安全性;
S4:压弯:将完成轧制的坯料移入压力机进行压弯,压弯的作用为将辐板由直型压成弯曲型。
2.如权利要求1所述铁路货车用重载车轮的制造方法,其特征在于:所述S3步骤后S4步骤前,终轧温度≥850℃,在此温度下完成锻轧过程,可将连续长条形夹杂物碎化。
3.如权利要求1所述铁路货车用重载车轮的制造方法,其特征在于:所述制造方法还包括缓冷:锻轧后经过冷床冷却至550~650℃入坑缓冷;缓冷时间≥8h。
4.如权利要求3所述铁路货车用重载车轮的制造方法,其特征在于:所述制造方法还包括淬火:将完成缓冷的车轮锻轧毛坯装入加热炉,加热至870-910℃的温度,进行充分奥氏体化;将完成加热的车轮转运至淬火台,进行喷水淬火处理。
5.如权利要求4所述铁路货车用重载车轮的制造方法,其特征在于:所述制造方法还包括回火:将完成淬火的车轮转运至回火炉中,在450-520℃温度下加热≥4小时。
6.如权利要求5所述铁路货车用重载车轮的制造方法,其特征在于:所述完成回火的车轮被转运至机床进行机加工,获得符最终合尺寸要求的成品车轮。
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