專利名稱：一種火車車輪預成形方法
技術領域：
本發(fā)明屬于輪形鍛件熱成形技術領域，具體涉及一種提高車輪輪輞部位金屬的累 積變形量和變形均勻性，達到細化晶粒從而提高其力學性能目的，并可以有效抑制工件偏 心的火車車輪預成形方法。
背景技術：
在輾鋼火車車輪生產中，車輪成形主要包括鍛造預成形和輪輞軋制擴徑兩個工 序。預成形完成了車輪成形的主要變形量，預成形分為兩個工步初鍛和終鍛，初鍛完成輪 輞和輪轂金屬的分配，終鍛對輪轂、輻板及輪輞進行預成形。預成形質量的好壞直接關系到 車輪的成形質量和車輪的性能。目前，車輪成形質量具體存在以下問題第一，軋制擴徑過程中金屬變形局限于輪輞表層，輪輞心部變形很小，因此輪輞心 部的金屬變形量大小主要取決于預成形過程。目前，現(xiàn)有車輪預成形過程中的輪輞部位金 屬的累積變形量不大，變形分布很不均勻，導致晶粒較為粗大且晶粒大小分布很不均勻，在 隨后的熱處理中使材料的力學性能得不到充分提高，特別是斷裂韌性不能有效提高。第二，由于坯料加熱溫度的不均勻造成流動應力的差異，坯料表面的氧化鐵皮去 除不干凈造成坯料與模具間接觸界面摩擦系數(shù)不一致，坯料兩端面不平行度超差等原因容 易造成預成形過程工件的偏心?，F(xiàn)有車輪預成形中初鍛上模與終鍛上模相同，在初鍛時輪 輞部位除了內側受擠壓變形外，其它表面基本是自由表面，變形量相對較小，也無法抑制工 件偏心，往往造成廢品。第三，現(xiàn)有火車車輪預成形工藝中，初鍛坯輪輞高度較小，終鍛時初鍛坯放置在終 鍛模下模上，輪輞下緣不能與下模的平臺接觸，不夠穩(wěn)定，對中困難，這也是造成工件偏心 的原因之一。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的技術問題，提供一種火車車輪預成形方法，目的是要 提高車輪預成形過程輪輞的變形量和變形均勻性，達到細化晶粒最終提高輪輞力學性能、 并能夠有效抑制預成形過程的工件偏心，提高成品率。本發(fā)明所提供的一種火車車輪預成形方法具體步驟如下火車車輪預成形由初鍛和終鍛兩個工步完成。(1)初鍛初鍛模具由三部分構成，初鍛模具上模2、初鍛模具下模3和定徑環(huán)1。定徑環(huán)1 放置在初鍛模具下模3的臺面8上并卡在初鍛模具下模3的側面9處。將加熱后的圓坯放 置到初鍛模具下模3上，對準中心，初鍛模具上模2下壓，初鍛時圓坯金屬在上下模的壓縮 下徑向流動，當金屬流至定徑環(huán)1的側面4時受阻，沿定徑環(huán)1的側面4和初鍛模具上模2 的側面5及初鍛模具下模3的側面6構成的孔腔向上、向下流動，形成輪輞7，輪輞高度h較 現(xiàn)有工藝顯著增加，明顯增加了輪輞部位的金屬變形量。在此過程中由于定徑環(huán)1的強烈阻礙作用，可以有效抑制由于金屬流動不均而引起的偏心現(xiàn)象。初鍛上模、下模的直徑(DJ^Dt)相等，并比預成形坯輪輞內徑(Drt)略小，保證 終鍛開始時初鍛坯的輪輞下緣能夠卡到終鍛模下模11凸臺13的外側。定徑環(huán)的內徑大小 根據預成形坯輪輞內徑及終鍛時輪輞部位的壓縮比確定。定徑環(huán)側面4的θ角度決定輪 輞金屬向上向下流動的分配。當θ = 90°時，輪輞部位的向上下流動量相等，也即上下緣 高度相同Oi1 = h2)0輪輞下緣高度(h2)要保證在終鍛開始時與終鍛模下模的臺面14接 觸。當θ <90°時，輪輞向上流動的金屬量大于向下流動量，輪輞上緣的高度大于輪輞下 緣的高度Oi1Sti2),終鍛時利于輪輞的成形，也利于定徑環(huán)脫模。但當θ <75°時，導致 輪輞下緣高度過小，終鍛開始時輪輞下緣不能與終鍛模下模的臺面14接觸，對終鍛輪輞成 形不利，也不利于初鍛坯在終鍛模上對中。因此θ角度的范圍為75° 90°。定徑環(huán)的 高度H要保證初鍛時輪輞金屬不能超出定徑環(huán)高度，定徑環(huán)高度H和初鍛輪輞高度h關系 H= (1. 5 2)h。⑵終鍛將步驟(1)得到的初鍛坯10移至終鍛模具上，初鍛坯10輪輞下緣內側面卡在終 鍛模具下模11的凸臺13的外側，并與終鍛模具下模11的平臺14接觸，放置穩(wěn)定，對中方 便，然后將終鍛上模12下壓，使圓坯金屬充滿輪轂和輪輞型腔，完成終鍛。本發(fā)明采用上述技術方案，與現(xiàn)有技術相比，有著顯著的進步和較大效益預成形 后輪輞部位的金屬累積變形量和變形均勻性顯著提高，輪輞晶粒細化且晶粒尺寸均勻性提 高，提高了成品車輪輪輞的韌性；預成形過程中的偏心現(xiàn)象得以有效控制；模具成本和車 輪壓制周期基本沒有增加。


圖1為本發(fā)明車輪預成形初鍛模具結構示意圖。圖2為本發(fā)明的車輪預成形終鍛模具結構示意圖。圖中1 定徑環(huán)；2 初鍛模具上模；3 初鍛模具下模；4 沿定徑環(huán)的側面；5 初 鍛模具上模的側面；6 初鍛模具下模的側面；7 輪輞；8 初鍛模具下模的臺面；9 初鍛模 具下模的側面9 ；10 初鍛坯；11 終鍛模具下模；12 終鍛模具上模；13 終鍛模具下模凸 臺；14 終鍛模具下模平臺；15 終鍛模具上模平臺。
具體實施例方式初鍛準備時，定徑環(huán)1放置到初鍛模具下模平臺8上；將加熱后的圓柱坯放置到初 鍛模具下模3上，對準中心；初鍛模具上模2下壓，使坯料金屬在初鍛模具上模2和初鍛模 具下模3間的模腔徑向流動，金屬流動至定徑環(huán)1的側面4時受阻，強迫金屬向上、向下流 入定徑環(huán)側面4與初鍛模具上模側面5及初鍛模具下模側面6所構成的空腔，輪輞部位7 的高度增加，完成初鍛；初鍛坯10移至終鍛模具下模11上，初鍛坯輪輞下緣內側面卡在終 鍛模具下模凸臺13的外側，并與終鍛模具下模平臺14接觸，放置穩(wěn)定，對中方便。終鍛模 具上模12下壓，金屬充滿輪轂和輪輞型腔，完成終鍛。終鍛坯的輪輞由于高度較大，在終鍛 時得到大壓縮變形，因此輪輞部位的變形量較大，由于大變形較為深透，輪輞內的變形均勻 性較高。
權利要求
1. 一種火車車輪預成形方法，其特征在于該方法具體步驟如下(1)初鍛初鍛模具由三部分構成初鍛模具上模O)、初鍛模具下模C3)和定徑環(huán) (1)，所述定徑環(huán)(1)放置在初鍛模具下模(3)的臺面(8)上并卡在初鍛模具下模(3)的側 面(9)處，將加熱后的圓坯放置到初鍛模具下模(3)上，對準中心，初鍛模具上模(2)下壓， 初鍛時圓坯金屬在上下模的壓縮下徑向流動，當金屬流至所述定徑環(huán)(1)的側面(4)時受 阻，沿定徑環(huán)(1)的側面(4)和初鍛模具上模O)的側面( 及初鍛模具下模(3)的側面 (6)構成的孔腔向上、向下流動，形成輪輞(7)，完成初鍛；初鍛過程中所述初鍛模具上模直徑D±和初鍛模具下模直徑0〒相等，并比預成形坯輪 輞內徑1^略小，保證終鍛開始時初鍛坯的輪輞下緣能夠卡到終鍛模具下模(11)的凸臺 (13)的外側；所述定徑環(huán)(1)的內徑大小根據預成形坯輪輞內徑及終鍛時輪輞部位的壓縮 比確定，定徑環(huán)(1)的側面的θ角度范圍為75° 90°，定徑環(huán)(1)的高度H要保證 初鍛時輪輞金屬不能超出定徑環(huán)高度，定徑環(huán)高度H和初鍛輪輞高度h關系為H = (1. 5 2)h；(2)終鍛將步驟(1)得到的初鍛坯(10)移至終鍛模具上，初鍛坯(10)輪輞下緣內側 面卡在終鍛模具下模(11)的凸臺(13)的外側，并與終鍛模具下模(11)的平臺(14)接觸， 放置穩(wěn)定，對中方便，然后將終鍛模具上模(1 下壓，使圓坯金屬充滿輪轂和輪輞型腔，完 成終鍛。
全文摘要
本發(fā)明提供一種火車車輪預成形方法。該方法在初鍛時使用定徑環(huán)限制輪輞部位金屬徑向自由流動，強迫輪輞部位的金屬沿定徑環(huán)側面與上模側表面、下模側表面構成的空腔向上、下流動，增加輪輞部位的高度；在終鍛過程中，輪輞部位金屬在高度方向上大壓縮變形，強迫金屬充滿輪輞模腔。該發(fā)明通過初鍛時的定徑環(huán)對輪輞部位的高度方向上的拉長和終鍛時在高度方向上的大壓縮，提高輪輞部位的金屬累積變形量及變形均勻性，從而細化輪輞部位晶粒組織并提高晶粒尺寸的均勻性，提高輪輞的力學性能；由于初鍛中定徑環(huán)的作用，有效抑制由于坯料溫度不均或摩擦系數(shù)不均等因素造成的偏心；由于終鍛中輪輞在高度方向上的大壓縮，使得輪輞金屬填充型腔質量提高。
文檔編號B21K7/12GK102114519SQ201010550248
公開日2011年7月6日 申請日期2010年11月17日 優(yōu)先權日2010年11月17日
發(fā)明者曹杰, 沈曉輝, 王會廷, 章靜, 閻軍 申請人:安徽工業(yè)大學