空心火車軸毛坯強(qiáng)力熱旋壓精密塑性成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種空心火車軸毛坯強(qiáng)力熱旋壓精密塑性成形的方法，屬于長軸類零 部件塑性成形技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著機(jī)車車輛運(yùn)行速度的不斷提高和載質(zhì)量的不斷增加，為了降低能耗，提高列 車運(yùn)行的安全性和運(yùn)載能力，在新型高速列車和重載列車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，承載結(jié)構(gòu)所占的 質(zhì)量越來越輕。車軸作為高速列車的關(guān)鍵承載部件，其結(jié)構(gòu)質(zhì)量屬于簧下振動質(zhì)量，簧下振 動質(zhì)量的大小，在一定程度上決定著輪軌動作用力的大小。列車產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，在軸載確 定的前提下，為了降低輪軌動作用力，應(yīng)盡可能地減輕簧下質(zhì)量，而減輕簧下質(zhì)量有效措施 之一就是將車輛車軸做成空心軸。
[0003] 車輛空心車軸的制造方法多為鍛造出實(shí)心車軸后采用機(jī)械加工的方法加工出內(nèi) 孔，或者是用無縫鋼管在精鍛機(jī)上鍛造出外形或在大型楔橫乳上乳出外形，工藝復(fù)雜，浪費(fèi) 原料。目前國內(nèi)外多以制造實(shí)心火車軸較多，國內(nèi)所用空心軸均依賴進(jìn)口。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于解決空心火車軸模具制造困難、制造工藝復(fù)雜等難題，提出了 一種空心火車軸毛坯強(qiáng)力熱旋壓精密塑性成形方法，采用強(qiáng)力熱旋壓技術(shù)，在CNC強(qiáng)力旋 壓設(shè)備上，通過數(shù)控控制技術(shù)控制工件的旋轉(zhuǎn)速度、旋壓輪進(jìn)給速度、旋輪架的軸向運(yùn)動速 度，旋壓出高精度的空心火車軸毛坯。以實(shí)現(xiàn)空心火車軸毛坯的快速、精密塑性成形。
[0005] 具體技術(shù)方案包括以下步驟：
[0006] a、材料準(zhǔn)備：根據(jù)產(chǎn)品型號將相應(yīng)規(guī)格的無縫鋼管用帶鋸機(jī)截下一定長度；
[0007] b、加熱：采用1250KW中頻感應(yīng)加熱設(shè)備將坯料加熱至1150°C ±20°C ;
[0008] c、上料：通過自動送料裝置及機(jī)器人將工件送至強(qiáng)力旋壓專用設(shè)備，旋壓機(jī)頂料 裝置將毛頂入芯模，芯模與毛坯一端由自動裝夾固定；
[0009] d、旋壓：旋壓機(jī)主軸帶動毛坯旋轉(zhuǎn)，三個旋壓輪成120°角同時對工件進(jìn)行旋壓， 三個旋壓輪安裝于整體式旋輪架上，旋輪架軸向運(yùn)動，三個旋壓輪同時徑向運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)工件 自動調(diào)心。
[0010] e、精加工：采用數(shù)控精密車床對空心火車軸毛坯進(jìn)行精密加工。
[0011] 其中，步驟c中的芯模采用中空設(shè)計(jì)，中空孔里通冷卻水進(jìn)行冷卻。
[0012] 進(jìn)一步地，步驟d中，工件的旋轉(zhuǎn)速度、旋壓輪進(jìn)給速度、旋輪架的軸向運(yùn)動速度 均可無極調(diào)節(jié)。
[0013] 進(jìn)一步地，步驟d中主軸通過變頻電機(jī)經(jīng)變速箱變速后，帶動主軸箱轉(zhuǎn)動，主軸箱 驅(qū)動主軸及工件實(shí)現(xiàn)無極變速轉(zhuǎn)動。
[0014] 進(jìn)一步地，步驟d中旋輪架置于靜壓導(dǎo)軌之上，靜壓導(dǎo)軌能夠確保旋輪架軸向運(yùn) 動直線精度。伺服電機(jī)帶動滾珠絲杠驅(qū)動旋輪架在靜壓導(dǎo)軌上實(shí)現(xiàn)軸向精密運(yùn)動。
[0015] 進(jìn)一步地，步驟d中旋壓輪徑向直線軸運(yùn)動由液壓缸直接驅(qū)動，液壓伺服系統(tǒng)按 照程序設(shè)計(jì)對液壓缸的運(yùn)動進(jìn)行實(shí)時控制，從而實(shí)現(xiàn)旋壓輪徑向精密進(jìn)給。采用液壓系統(tǒng) 驅(qū)動可以提供變形過程中所需的較大的旋壓力。
[0016] 進(jìn)一步地，步驟d中，旋壓輪采用非對稱雙錐型，成形角及成形圓角半徑根據(jù)工件 規(guī)格確定。
[0017] 主軸（芯模）轉(zhuǎn)速在50~1000轉(zhuǎn)/分之間無極調(diào)速；軸向進(jìn)給量（旋輪架的運(yùn) 動速度）無極可調(diào)，最大進(jìn)給量不大于5mm/s ;旋壓輪進(jìn)給比率小于2_/轉(zhuǎn)；三者之間根據(jù) 不同型號、規(guī)格的工件特點(diǎn)進(jìn)行編程，由程序進(jìn)行自動控制，確保任意時刻金屬變形量基本 相等。旋壓輪采用非對稱雙錐型，成形角根據(jù)工件規(guī)格確定，最大成形角不大于30°，成形 圓角半徑按P = (0.015~0.035)D cos α選取，其中p為旋壓輪成形圓角半徑，D為旋 壓輪直徑，α為旋壓輪成形角。
[0018] 本發(fā)明的有益效果是：
[0019] (1)成形精度高且能形成直角臺階面，減少粗加工工序，故既節(jié)約原材料（節(jié)約原 材料10%左右），又節(jié)約機(jī)械加工工作量，實(shí)現(xiàn)少無切削加工；
[0020] (2)與鍛造出外形再切肩加工內(nèi)孔的方法相比較，節(jié)約原材料40%左右，材料利 用率可達(dá)95%以上；
[0021] (3)強(qiáng)力旋壓過程是連續(xù)局部塑性成形技術(shù)，所需塑性變形力降低，設(shè)備噸位降 低，減少設(shè)備投資；
[0022] (4)由于強(qiáng)力旋壓過程不需要模具，工裝制作簡單，實(shí)現(xiàn)無模制造，節(jié)約模具材料 90%左右；
[0023] (5)與其他鍛造方法相比較生產(chǎn)效率提高3倍多，生產(chǎn)成本降低45 %左右；
[0024] (6)制造工藝簡單，輔助設(shè)備少，成品率高；
[0025] (7)采用本發(fā)明生產(chǎn)出的空心火車軸毛坯組織致密，內(nèi)部零缺陷，安全性、可靠性 大巾畐提尚。
【附圖說明】
[0026] 圖1是本發(fā)明的流程示意圖。
[0027] 圖2是本發(fā)明的空心火車軸強(qiáng)力熱旋壓RF2車軸旋壓輪簡圖。
[0028] 圖3是本發(fā)明的空心火車軸強(qiáng)力熱旋壓RF2車軸旋壓輪安裝布置圖。
[0029] 圖4是本發(fā)明的空心火車軸強(qiáng)力熱旋壓1^2車軸毛坯簡圖。
[0030] 圖5是本發(fā)明的空心火車軸強(qiáng)力旋壓RF2+軸成品簡圖。
[0031] 圖中：1旋輪架，2旋壓輪。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0033] 如圖1-3所示，根據(jù)產(chǎn)品型號，準(zhǔn)備直徑為0240mm、長度為1746mm、壁厚為80mm的 無縫鋼管，將鋼管毛坯加熱至1150°C ±20°C，通過自動送料裝置將毛坯料安裝至強(qiáng)力旋壓 設(shè)備的芯模上，自動裝夾裝置將毛坯與芯模一端固定于旋壓機(jī)主軸上進(jìn)行乳制。設(shè)定旋壓 輪2成形角α = 26. 5°，整形角β = 15°，偏心距C = 10_，旋壓輪2成形圓角半徑P =7mm。旋壓機(jī)主軸帶動毛坯旋轉(zhuǎn)，三個旋壓輪2成120°角同時對工件進(jìn)行旋壓，三個旋 壓輪2安裝于整體式旋輪架1上，旋輪架1軸向運(yùn)動，三個旋壓輪2同時徑向運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)工 件自動調(diào)心。
[0034] 主軸（工件）轉(zhuǎn)速、軸向進(jìn)給速度（旋輪架1軸向移動速度）、旋壓輪2進(jìn)給比率 三者速度均無極可調(diào)，根據(jù)工件特點(diǎn)編制程序協(xié)調(diào)三者的運(yùn)動速度，由程序進(jìn)行自動控制， 確保在整個加工過程任意時刻金屬變形量基本相等。旋輪架1置于靜壓導(dǎo)軌之上，靜壓導(dǎo) 軌能夠確保旋輪架1軸向運(yùn)動直線精度。伺服電機(jī)帶動滾珠絲杠驅(qū)動旋輪架1在靜壓導(dǎo)軌 上實(shí)現(xiàn)軸向精密運(yùn)動。旋壓輪2徑向直線軸運(yùn)動由液壓缸直接驅(qū)動，液壓伺服系統(tǒng)按照程 序設(shè)計(jì)對液壓缸的運(yùn)動進(jìn)行實(shí)時控制，從而實(shí)現(xiàn)旋壓輪2徑向精密進(jìn)給。采用液壓系統(tǒng)驅(qū) 動可以提供變形過程中所需的較大的旋壓力。旋壓輪2采用非對稱雙錐型，成形角及成形 圓角半徑根據(jù)工件規(guī)格確定。
[0035] 得到空心火車軸RF2車軸毛坯如圖4所示，該毛坯徑向最大變形量70mm。將車軸 毛坯在數(shù)控精密車床上進(jìn)行精加工后，得到如圖5所示RF 2空心火車軸成品。
[0036] 上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例做了詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例， 在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出的各種變 化，均應(yīng)歸屬于本發(fā)明專利涵蓋范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種空心火車軸毛坯強(qiáng)力熱旋壓精密塑性成形方法，其特征在于，包括以下步驟： a、 材料準(zhǔn)備：根據(jù)產(chǎn)品型號將相應(yīng)規(guī)格的無縫鋼管用帶鋸機(jī)截下一定長度； b、 加熱：采用1250KW中頻感應(yīng)加熱設(shè)備將坯料加熱至1150°C ±20°C ; c、 上料：通過自動送料裝置或機(jī)器人將工件送至強(qiáng)力旋壓專用設(shè)備，旋壓機(jī)頂料裝置 將毛坯頂入芯模，芯模與毛坯一端由自動裝夾固定，旋壓機(jī)頂料裝置退回； d、 旋壓：旋壓機(jī)主軸帶動毛坯旋轉(zhuǎn)，三個旋壓輪成120°角同時對工件進(jìn)行旋壓，三個 旋壓輪安裝于整體式旋輪架上，旋輪架軸向運(yùn)動，三個旋壓輪同時徑向運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)工件自動 調(diào)心； e、 精加工：采用數(shù)控精密車床對空心火車軸半成品進(jìn)行精密加工。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空心火車軸毛坯強(qiáng)力熱旋壓精密塑性成形方法，其特征在 于，步驟c中的芯模采用中空設(shè)計(jì)，中空孔里通冷卻水進(jìn)行冷卻。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空心火車軸毛坯強(qiáng)力熱旋壓精密塑性成形方法，其特征在 于，步驟d中，工件的旋轉(zhuǎn)速度、旋壓輪進(jìn)給速度、旋輪架的軸向運(yùn)動速度均可無極調(diào)節(jié)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空心火車軸毛坯強(qiáng)力熱旋壓精密塑性成形方法，其特征在 于，步驟d中主軸通過變頻電機(jī)經(jīng)變速箱變速后，帶動主軸箱轉(zhuǎn)動，主軸箱驅(qū)動主軸及工件 實(shí)現(xiàn)無極變速轉(zhuǎn)動。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空心火車軸毛坯強(qiáng)力熱旋壓精密塑性成形方法，其特征在 于，步驟d中旋輪架置于靜壓導(dǎo)軌之上，伺服電機(jī)帶動滾珠絲杠驅(qū)動旋輪架在靜壓導(dǎo)軌上 實(shí)現(xiàn)軸向精密運(yùn)動。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空心火車軸毛坯強(qiáng)力熱旋壓精密塑性成形方法，其特征在 于，步驟d中旋壓輪徑向直線軸運(yùn)動由液壓缸直接驅(qū)動，液壓伺服系統(tǒng)按照程序設(shè)計(jì)對液 壓缸的運(yùn)動進(jìn)行實(shí)時控制，實(shí)現(xiàn)旋壓輪徑向精密進(jìn)給；液壓系統(tǒng)驅(qū)動提供變形過程中所需 的較大的旋壓力。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空心火車軸毛坯強(qiáng)力熱旋壓精密塑性成形方法，其特征在 于，步驟d中，旋壓輪采用非對稱雙錐型，成形角及成形圓角半徑根據(jù)工件規(guī)格確定。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種空心火車軸毛坯強(qiáng)力熱旋壓精密塑性成形的方法，屬于長軸類零部件塑性成形技術(shù)領(lǐng)域，主要解決空心火車軸模具制造困難、制造工藝復(fù)雜等問題。本發(fā)明包括材料準(zhǔn)備、加熱、上料、旋壓、精加工幾個步驟，采用強(qiáng)力熱旋壓技術(shù)，通過數(shù)控控制技術(shù)控制工件的旋轉(zhuǎn)速度、旋輪進(jìn)給速度、旋輪架的軸向運(yùn)動速度，旋壓出高精度的空心火車軸毛坯，實(shí)現(xiàn)空心火車軸毛坯的快速、精密塑性成形。本發(fā)明制造工序簡單、金屬纖維流向好、機(jī)加余量小、材料利用率高、無模鍛造、制造成本低，適合各種型號空心火車軸的大批量生產(chǎn)制造。
【IPC分類】B21D22/16, B21D53/88
【公開號】CN105081041
【申請?zhí)枴緾N201510593913
【發(fā)明人】陳慶敏, 岳巖
【申請人】青島中天鵬鍛壓制造有限公司
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年9月17日