摘要　分析了传统的火车轮锻轧生产中存在的主要问题，对摆辗在火车轮制 造中的应用进行了研究和探讨。采用摆辗能生产出高质量的火车轮。
　　关键词　火车轮　摆辗

Application of the rotary forging technology in the solid wheel manufacturing

Zhang Gaoping

　　Abstract:The key problems existing in producing the solid wheels are analyzed in common t rain wheel forging. With to apply in the manufacturing,research work done, and f urther discussed. Using the rotary forging technology that can be produced quali ty wheels.
　　Key Words: solid wheel, rotary forging

　　铁路运输靠车辆，火车轮是铁路运输车辆上重要的工作零件。随着国内铁路的高速化，要求车轮具有绝对的可靠性是毋庸置疑的。此外，还要求其重量更轻且具有高精度的品质。为了满足这些品质、性能方面的需求，必须有车轮形状的最佳设计和实现该设计的制造技术。

1　传统的车轮制造工艺及存在的问题

　　车轮由紧固车轴的轮毂、与钢轨接触的轮辋及连接两者的辐板三部分构成，形状如图1所示，其踏面直径一般在70mm以上，重量在300kg以上。

图1　车轮示意图
1.车轮内侧面　2.轮毂　3.轮缘　4.轮辋
5.辐板　6.车轮外侧面　7.踏面

　　马钢现有的车轮制造工艺是钢锭切割、折断成钢坯，经锻造轧制后，再热处理、机加工而成。其中，锻造轧制部分的工艺流程如图2所示。加热好的钢坯先在第一台30MN水压机镦粗、压痕，再在第二台80MN水压机上模锻成形，接着在车轮轧机上轧制成车轮形状，最后在第三台30MN水压机上冲孔、压弯及整形。该锻轧线生产率最高可达每小时100件。目前，生产中存在下列问题：

图2　传统的车轮制造工艺
1.钢坯　2.环内镦粗　3.压痕4.模锻　5.轧制　6.冲孔　7.辐板压弯和校正

　　(1)车轮轧机用于车轮扩径、辐板延展、轮辋和踏面的成形。其结构型式为卧式，整体设计不合理，刚度差，液压控制系统有缺陷，轧制时不稳定，轮坯摆动严重，易产生偏心(即轮毂与轮辋中心的偏差)，偏心量在6mm以上，有时甚至高达14mm。
　　(2)冲孔、压弯水压机用于轮辋冲孔、辐板压弯、轮辋内径修整和轮毂偏心的矫正。其下工作台为移动式结构，定位不准确，冲孔时易将轮孔撕裂；压弯方式不合理，易造成辐板形状不准确；而且无法对轮辋外径的尺寸矫正，不能减少偏心量。
　　为了保证成品尺寸精度，只得采用加大坯重、增加机加工余量的方法，坯重增加25kg左右，有时可达50kg以上，增加了金属消耗和能耗。

2　摆辗的应用

　　由于传统的车轮生产工艺存在着产品尺寸精度低、偏心严重以及设备数量多、投资大等缺点，有必要研究开发新工艺来改造老的生产线。摆辗由于具有省力、产品质量高、设备投资少、易于实现机械化自动化等优点，成为替代老工艺的首选技术。
2.1　摆辗用于整形
　　摆辗替换传统制造工艺的最后工序中的30MN水压机，在这之前的工序不变，其工艺过程如图3所示。所使用的摆辗机成形能力为6.3MN，相当于100MN级水压机的成形能力，对于车轮的冲孔、压弯工序，其能力非常充裕。该设备上模摆动旋转，下模不旋转，仅向上施压。

图3　摆辗作为整形的车轮制造工艺
1.钢坯　2.环内镦粗　3.压痕　4.模锻
5.轧制　6.摆辗冲孔、辐板压弯和校正

　　由于大变形在摆辗以前就已完成，进入摆辗机的轮坯很接近最终形状，留给摆辗的加工余量很小，摆辗只起着对车轮整形、矫正偏心和冲孔的作用。该设备能够生产大直径车轮。但是，要在现有生产线上使用摆辗机，需要在摆辗机的前后各增加上、下料设备。
　　由于下模不能旋转，上模摆动，上下模难以定位，因而不能加工复杂形状的辐板(如波状车轮的辐板)。如果要辗压波状辐板，就必须使上下模同时旋转，而且上下模的位相必须正确一致；另外，冲出块的排出需要在停止时使下模的位相与冲出块的排出口相吻合，这就需要液压伺服机构和机械制动的联合作用才能实现。
2.2　摆辗用于主变形
　　摆辗替换传统制造工艺的车轮轧机和最后工序中的30MN水压机，其工艺过程如图4所示。为了生产大规格的车轮，所使用的摆辗机成形能力应在10MN以上。

图4　摆辗作为主变形和整形的车轮制造工艺
1.钢坯　2.环内镦粗　3.压痕　4.模锻
5.摆辗冲孔、辐板压弯和校正

　　由于不用车轮轧机和冲孔、压弯水压机，摆辗机承担车轮扩径、成形、辐板减薄及压弯、冲孔等绝大部分的工作。为了生产复杂形状的辐板车轮的需要，在摆辗机的设计上一定要采用上下模均旋转的结构形式；为了保证上下模的同步，上模不能作摆动运动，且需采用液压伺服系统等措施。
2.3　模具设计
　　摆辗模具采用镶块结构，以便镶块磨损或损坏时，只需更换镶块，减少了费用。镶块固定在模套内，下模采用顶杆顶出工件，模具结构如图5所示。模具采用水冷与石墨润滑。另外，为了减少换模时间，最好采用快速换模装置。

图5　模具结构示意图
1.上模座　2.上模套　3,4,7,8.镶块　5.下模座
6.下模套　9.车轮　10.顶杆

　　对于摆辗整形，因摆辗的加工量不大，对轮坯形状没有特别要求；但对于摆辗作为主成形设备时，进入摆辗机的轮坯形状设计很重要。因在摆辗时易造成轮毂、轮辋的角部充不满，导致废品；或在轮缘处产生飞边，给后续的机加工带来困难。
2.4　产品质量
　　传统生产工艺中，30MN水压机因能力不够，不能进行车轮全部尺寸的矫正，轮辋外径处于自由状态，不能减少偏心，生产出来的车轮偏心为5～14mm，大部分在10mm左右，机加工余量12～30mm，大部分在20mm左右。
　　采用摆辗成形，由于摆辗机的巨大成形能力，可以对车轮所有尺寸进行约束，是一种闭式模锻，上下模对中良好，理论上是不会产生偏心的，而且表面质量很好。在摆辗用于整形的情况下，偏心量为2～5mm，大部分在4mm左右，机加工余量8～12mm，大部分在10mm左右。摆辗用于主变形的情况下，试验得出的偏心量在0～1.5mm以内。

3　结束语

　　随着铁道车辆的多样化，其车轮的形状也多样化，有些车轮用传统方法是难以生产的，这就必须采用摆辗技术，尤其是用摆辗机替代车轮轧机和压弯、冲孔水压机的方法，更值得关注。但是由于车轮产品的复杂性，摆辗用于制造车轮也才处于起步阶段，因此，有必要在设备和工艺方面作进一步的工作。