空心火车轴毛坯强力热旋压精密塑性成形方法

摘要

本发明涉及一种空心火车轴毛坯强力热旋压精密塑性成形的方法，属于长轴类零部件塑性成形技术领域，主要解决空心火车轴模具制造困难、制造工艺复杂等问题。本发明包括材料准备、加热、上料、旋压、精加工几个步骤，采用强力热旋压技术，通过数控控制技术控制工件的旋转速度、旋轮进给速度、旋轮架的轴向运动速度，旋压出高精度的空心火车轴毛坯，实现空心火车轴毛坯的快速、精密塑性成形。本发明制造工序简单、金属纤维流向好、机加余量小、材料利用率高、无模锻造、制造成本低，适合各种型号空心火车轴的大批量生产制造。

说明书

技术领域

本发明涉及一种空心火车轴毛坯强力热旋压精密塑性成形的方法，属于长轴类零部件塑 性成形技术领域。

背景技术

随着机车车辆运行速度的不断提高和载质量的不断增加，为了降低能耗，提高列车运行 的安全性和运载能力，在新型高速列车和重载列车的结构设计中，承载结构所占的质量越来 越轻。车轴作为高速列车的关键承载部件，其结构质量属于簧下振动质量，簧下振动质量的 大小，在一定程度上决定着轮轨动作用力的大小。列车产品设计过程中，在轴载确定的前提 下，为了降低轮轨动作用力，应尽可能地减轻簧下质量，而减轻簧下质量有效措施之一就是 将车辆车轴做成空心轴。

车辆空心车轴的制造方法多为锻造出实心车轴后采用机械加工的方法加工出内孔，或者 是用无缝钢管在精锻机上锻造出外形或在大型楔横轧上轧出外形，工艺复杂，浪费原料。目 前国内外多以制造实心火车轴较多，国内所用空心轴均依赖进口。

发明内容

本发明的目的在于解决空心火车轴模具制造困难、制造工艺复杂等难题，提出了一种空 心火车轴毛坯强力热旋压精密塑性成形方法，采用强力热旋压技术，在CNC强力旋压设备上， 通过数控控制技术控制工件的旋转速度、旋压轮进给速度、旋轮架的轴向运动速度，旋压出 高精度的空心火车轴毛坯。以实现空心火车轴毛坯的快速、精密塑性成形。

具体技术方案包括以下步骤：

a、材料准备：根据产品型号将相应规格的无缝钢管用带锯机截下一定长度；

b、加热：采用1250KW中频感应加热设备将坯料加热至1150℃±20℃；

c、上料：通过自动送料装置及机器人将工件送至强力旋压专用设备，旋压机顶料装置将 毛顶入芯模，芯模与毛坯一端由自动装夹固定；

d、旋压：旋压机主轴带动毛坯旋转，三个旋压轮成120°角同时对工件进行旋压，三个 旋压轮安装于整体式旋轮架上，旋轮架轴向运动，三个旋压轮同时径向运动，实现工件自动 调心。

e、精加工：采用数控精密车床对空心火车轴毛坯进行精密加工。

其中，步骤c中的芯模采用中空设计，中空孔里通冷却水进行冷却。

进一步地，步骤d中，工件的旋转速度、旋压轮进给速度、旋轮架的轴向运动速度均可 无极调节。

进一步地，步骤d中主轴通过变频电机经变速箱变速后，带动主轴箱转动，主轴箱驱动 主轴及工件实现无极变速转动。

进一步地，步骤d中旋轮架置于静压导轨之上，静压导轨能够确保旋轮架轴向运动直线 精度。伺服电机带动滚珠丝杠驱动旋轮架在静压导轨上实现轴向精密运动。

进一步地，步骤d中旋压轮径向直线轴运动由液压缸直接驱动，液压伺服系统按照程序 设计对液压缸的运动进行实时控制，从而实现旋压轮径向精密进给。采用液压系统驱动可以 提供变形过程中所需的较大的旋压力。

进一步地，步骤d中，旋压轮采用非对称双锥型，成形角及成形圆角半径根据工件规格 确定。

主轴(芯模)转速在50～1000转/分之间无极调速；轴向进给量(旋轮架的运动速度) 无极可调，最大进给量不大于5mm/s；旋压轮进给比率小于2mm/转；三者之间根据不同型号、 规格的工件特点进行编程，由程序进行自动控制，确保任意时刻金属变形量基本相等。旋压 轮采用非对称双锥型，成形角根据工件规格确定，最大成形角不大于30°，成形圆角半径按 ρ＝(0.015～0.035)Dcosα选取，其中ρ为旋压轮成形圆角半径，D为旋压轮直径，α为旋压 轮成形角。

本发明的有益效果是：

(1)成形精度高且能形成直角台阶面，减少粗加工工序，故既节约原材料(节约原材料 10％左右)，又节约机械加工工作量，实现少无切削加工；

(2)与锻造出外形再切屑加工内孔的方法相比较，节约原材料40％左右，材料利用率可 达95％以上；

(3)强力旋压过程是连续局部塑性成形技术，所需塑性变形力降低，设备吨位降低，减 少设备投资；

(4)由于强力旋压过程不需要模具，工装制作简单，实现无模制造，节约模具材料90％ 左右；

(5)与其他锻造方法相比较生产效率提高3倍多，生产成本降低45％左右；

(6)制造工艺简单，辅助设备少，成品率高；

(7)采用本发明生产出的空心火车轴毛坯组织致密，内部零缺陷，安全性、可靠性大幅 提高。

附图说明

图1是本发明的流程示意图。

图2是本发明的空心火车轴强力热旋压RF₂车轴旋压轮简图。

图3是本发明的空心火车轴强力热旋压RF₂车轴旋压轮安装布置图。

图4是本发明的空心火车轴强力热旋压RF₂车轴毛坯简图。

图5是本发明的空心火车轴强力旋压RF₂车轴成品简图。

图中：1旋轮架，2旋压轮。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步说明。

如图1-3所示，根据产品型号，准备直径为长度为1746mm、壁厚为80mm的无 缝钢管，将钢管毛坯加热至1150℃±20℃，通过自动送料装置将毛坯料安装至强力旋压设备 的芯模上，自动装夹装置将毛坯与芯模一端固定于旋压机主轴上进行轧制。设定旋压轮2成 形角α＝26.5°，整形角β＝15°，偏心距C＝10mm，旋压轮2成形圆角半径ρ＝7mm。旋压机主轴 带动毛坯旋转，三个旋压轮2成120°角同时对工件进行旋压，三个旋压轮2安装于整体式旋 轮架1上，旋轮架1轴向运动，三个旋压轮2同时径向运动，实现工件自动调心。

主轴(工件)转速、轴向进给速度(旋轮架1轴向移动速度)、旋压轮2进给比率三者速 度均无极可调，根据工件特点编制程序协调三者的运动速度，由程序进行自动控制，确保在 整个加工过程任意时刻金属变形量基本相等。旋轮架1置于静压导轨之上，静压导轨能够确 保旋轮架1轴向运动直线精度。伺服电机带动滚珠丝杠驱动旋轮架1在静压导轨上实现轴向 精密运动。旋压轮2径向直线轴运动由液压缸直接驱动，液压伺服系统按照程序设计对液压 缸的运动进行实时控制，从而实现旋压轮2径向精密进给。采用液压系统驱动可以提供变形 过程中所需的较大的旋压力。旋压轮2采用非对称双锥型，成形角及成形圆角半径根据工件 规格确定。

得到空心火车轴RF₂车轴毛坯如图4所示，该毛坯径向最大变形量70mm。将车轴毛坯在 数控精密车床上进行精加工后，得到如图5所示RF₂空心火车轴成品。

上面结合附图对本发明的实施例做了详细说明，但本发明并不限于上述实施例，在本领 域普通技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明宗旨的前提下做出的各种变化，均应 归属于本发明专利涵盖范围。