[發明專利]一種軌道車輪的流變鍛旋生產方法

有效

• 申請號: 201710697859.6
• 申請日: 2017-08-15
• 公開（公告）號: CN107552764B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 邢書明;王金濤
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: B22D18/02
• 分類號: B22D18/02;B22D27/00
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 黃曉軍

本發明提供了一種軌道車輪的流變鍛旋生產方法。包括，保護澆注步驟、低壓充型步驟、高壓凝固和補縮步驟、余熱旋壓步驟。將軌道車輪鋼液在氣體保護下，經過設定一定角度范圍的耐火材料流槽澆入模具腔內，啟動下壓頭產生壓強推動軌道車輪補縮腔內的鋼液充滿整個模具腔，啟動上壓頭向模具腔內的鋼液加壓，使軌道車輪鋼液在高壓下完成凝固和收縮；將凝固成形的軌道車輪頂出模具腔，通過懸吊裝置將軌道車輪安裝在旋壓機的芯模上，并進行余熱旋壓。本發明的車輪鋼液在氣氛保護下澆入模具腔，有效防止了澆注過程的氧化和夾雜卷入，促進晶粒細化。在高壓的作用下，不僅凝固組織明顯細化，而且可以提高補縮距離和補縮壓力，有效防止軌道車輪內部出現收縮缺陷。

技術領域

本發明涉及軌道車輪生產技術領域，尤其涉及一種軌道車輪的流變鍛旋生產方法。

背景技術

軌道車輪是軌道交通機車車輛的一個重要零件，每臺車需要8～12個，市場需求量較大。軌道車輪是包括火車車輪、城鐵車輪、地鐵車輪和貨車車輪的一大類產品，其結構上主要有輪轂、輻板、輪緣、輪輞、踏面。現有技術中，軌道車輪的材質主要是以CL60為代表的高碳鋼或中高碳合金鋼，踏面部分通過噴淋淬火處理來提高其耐磨性。

根據毛坯生產方法不同，軌道車輪可分為鍛造輾鋼車輪和鑄造車輪兩大類。鍛造輾鋼車輪的生產工藝流程包括下料、加熱、燉粗、壓痕、模鍛、軋制、壓彎、沖孔、熱處理和切削加工。原料為鋼坯，加熱后首先經過自由鍛燉粗，再進行環內燉粗、壓痕和模鍛后成為車輪的基本形狀，然后利用車輪專用軋機進行軋制，得到車輪的踏面和輪輞，再將輻板壓彎成為S型輻板，并通過沖孔工序得到中央軸孔，最后經過必要的熱處理和切削加工得到車輪成品。這種方法生產的車輪綜合性能優異，但成本高，所需鍛壓設備龐大。

現有技術中，鑄造軌道車輪有兩種方法。美國埃貝克斯公司(ABEx)生產軌道車輪的方法是用石墨模鑄型，雨琳式澆注系統澆鑄。其生產工藝步驟是：1650℃出鋼，鋼水傾倒在茶壺鋼水包中，加入硅鐵、錳鐵、增碳劑等調整成分后，再將鋼水倒入4t的底注式柱塞澆鑄包中，澆鑄前在鋼水中加入合金孕育劑。石墨鑄型在澆鑄線上由步進梁移動，石墨鑄型內的砂芯有雨淋芯、浮芯和中芯三種。鋼水從柱塞澆鑄包底部流出，經雨淋芯進入石墨模鑄型，浮芯隨鋼水上浮，使鋼水不斷補充，從而防止了鋼水凝固時產生縮孔。同時由于鋼水流速受到控制，也減少了對鑄型的侵蝕。中芯用來形成軸孔。注滿一個模箱后，石墨模鑄型在鏈式輸送線上自動移動、緩慢冷卻。開箱取出的輪坯送入退火坑內消除應力并控制冷卻，最后，對車輪踏面進行噴水淬火，淬火后的車輪經回火處理，得到軌道車輪毛坯。

美國格里芬公司(GRIFFIN)鑄造軌道車輪的方法是石墨模鑄型壓力澆鑄工藝，其流程是：出鋼溫度1650℃，鋼水倒入專用鋼水包中，鋼水包放入密封式鋼包車上，蓋上鋼包蓋。鋼包蓋上裝有陶瓷制的鋼水上升管，同時插入鋼水中。上升管與密閉室銜接處周圍是真空隔絕裝置。向密閉室內充壓力0.2MPa壓縮空氣，室內壓力將鋼水從上升管壓入烘烤至200℃的石墨模鑄型中，整個壓鑄操作過程約20秒。鋼水注滿石墨型腔后，吊車將模箱吊至輸送線上，冷卻7～12分鐘。鑄型冷卻到1100℃左右，卸下上模，夾具將輪坯從下模中取出。輪坯進入隧道爐中控制冷卻至540℃出爐。去除石墨止流柱塞，清理輪轂孔，切除6個冒口，并用火焰切通輪轂孔，清理后，輪坯輸送至環形爐進行正火或淬火，得到軌道車輪毛坯。這種方法生產的產品尺寸精度高、孔徑與成品輪之差僅為3mm，輪廓尺寸與最終產品要求之差僅為0.5mm。表面質量好、安全性好、制造成本低。

但是，上面這些現有技術中的鑄造軌道車輪的方法需要使用補縮冒口，成形后必須切除冒口，導致工藝出品率只有55～70％。如此，既浪費材料，又耗費工時。此外，模腔內的鋼液所受壓力很低，難以起到強制補縮和致密化的效果，車輪的致密度較低。再者，由于使用砂芯，容易帶來砂眼缺陷而使工件報廢，且S形輻板壁厚顯著小于輪輞和輪轂，充型與補縮困難。因此，S形輻板軌道車輪較少用鑄造方法生產，多是用鍛造方法生產的。

發明內容