轨道车轮锻造工艺以及锻造技术未来的发展方向

2020-11-10 11:25:48 杨英杰 23

   车轮是轨道车辆走行部最重要的部件之一,其产品质量直接关系到轨道车辆的行车安全。一方面随着中国轨道交通的大力发展,国内高速动车组和城轨地铁车辆对新造车轮的需求日益增长;另一方面,车轮是易损易耗件,需要定期更换,因此维修市场非常庞大 。同时,随着车速的不断提高,高速车轮的专业化生产技术要求也越来越高。目前,国、内外车轮的制造技术主要有锻造车轮和铸造车轮两种,锻造车轮日益增多,是轨道车辆应用最广泛的车轮。

   整体轨道车轮是指成型过程采用锻压一辗轧工艺制造的整体车轮,也称辗钢车轮。

锻件

   锻造车轮的制造采用的主要工艺为:炼钢、热成形、热处理、机加工和检测。

   (1)炼钢工艺包括炼钢、炉外精炼和浇注。

   (2)热成形工艺包括预成型、成型、轧制和冲孔压弯。圆钢坯在环形炉中加热;预成型工序的功能是将圆形配料经过镦粗、预成型和成型工步;成型即车轮的基本形状完成,其中轮毂和轮毂孔部位成型结束,辐板和轮辋部分属分配完成,形成基本形状;轧制的作用是将车轮辐板辗轧扩径,将轮辋轧制到指定高度,并完成车轮踏面和轮缘的成型。目前,用于轧制的车轮轧机主要有两种:一种为卧式轧机,另一种是立式轧机;冲孔压弯方式有压力机和旋转锻造机两种。辐板压弯工序用于平整轮辋,且将辐板压弯变形到所 需要的位置,多数厂家还在这一步完成轮毂孔冲孔。完成热变形的轮坯,温度为850~950oC,一般采用缓冷和等温工艺控制冷却速度,将温度冷却至室温,等待下一步工序。

   (3)车轮热处理的主流工艺是轮辋淬火+回火。还有一些生产厂家采用过轮辋浸入式淬火+回火工艺,以及正火等工艺,淬火方式上也有连续淬火、间歇淬火、立式淬火和卧式淬火等。

   (4)机加工指的是采用专用或通用立式车床对车轮进行半精加工和精加工,使车轮的形状、表面质以及形位公差满足图纸要求。车轮加工一般分为单体设备加工、成线设备加工 随着计算机技术的应用,成线设备加工越来越多,效率也越来越高。质量也得到进一步保证,其坐产工艺紧凑、自动化水平高,代表了当前国内外车轮生产的最高水平。

     (5)车轮生产线的最终检验包括:轮辋表面布氏硬度测试、车轮超声波探伤、车轮磁粉探伤、车轮静平衡试验,表面质量检查、外形尺寸检测等,检测项目涉及力学性能、内部和外部的完好性、外形尺寸等。

锻件

        我国目前在高速动车组车轮制造方面与作界先进水平尚存在一定的差距,尤其在新材质特种钢的冶炼、热处理工艺研究手段和工作内容方面尚不成熟。在未来发展中应注重于高速车轮材质的研发、新型车轮的预测和试验方法、新型车轮淬火方式的研发、车轮检测方式的研究以及轮对综合模拟仿真性能检测等方面。

       车轮辐板的强度直接关系到行车安全,辐板形状对车轮的结构强度和刚度有着较大的影响。目前国内外采用的辐板形状有:S形辅板、波浪形辐板、直辐板和盆形辐板。直辐板较其他各形辐板质量更小,缺点是径向刚度过大,轴向刚度较小,然而随着高速动车组的大规模制造,由于受结构限制动车组动力轮对多采用轮装式制动盘,因此,车轮辐板形状也多采用直辐板形式,配有高精度的辐板孔以安装制动盘,如中国 CRHT、CRH2、CRH3 型动车组动力轮对用车轮,这对高速车轮的受力以及加工均提出了新的要求。

       为保证加工精度、消除累积误差,同时简化工艺流程,国际上提出了车轮加工中心的概念,即将车轮成形加工(包括辐板、踏面、轮毂正反两面)、辐板孔加工、注油孔加工、轮毂孔加工集中在一台设备上完成,保证高效地完成车轮所有部位的精加工,目前,该技术已经在部分工厂得以应用。