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行车轮加工工艺

车轮2015年04月09日
  • 1、车轮结构
  • 车轮由紧固车轮的轮毂、与钢轨接触的轮毂及连接两者的辐板三部分构成,如下图所示。
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    • 2、车轮制造方法
    • 组合车轮制造法 组合车轮是由铸钢或铐铁的轮心、套在轮心上的轮箍以及用于固定前两者的扣环这三部分组成。轮心和轮箍经单独加工后,在高温状态下组合起来,即把轮心衬套在轮箍中,再用扣环固定,形状如图2-2所示。由于轮箍章和轮心是独立生产的,而相较整个车轮来说,它们的形状都比较简单,所以生产过程中,产品的成品率较高,质量也较好。但是由于增加了装配过程,所以生产工序相应增加,降低了其经济性和可靠性,随着轨道车车速的提高,对车轮质量进一步提高,所以现在这种车轮的使用量较小。
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    • 铸造法 利用浇注模型进行浇注,钢水进入模型直接铸成轮坯,简化了生产工艺,同时降低了能稳。铸造法的优点在于模具能重复使用,降低了生产成本,铸造精度高,能在踏面部形成较厚的细晶层,提高了车轮的质量和性能。但是铸件的质量取决于成形工艺、铸型材料、合金的熔炼与浇注等诸多因素,易出现浇不到、缩孔、气孔、裂纹等缺陷,且往往组织疏松,晶粒粗大,各方面的性能都远不及塑性成形件。所以铸造法制造的车轮现在使用量较小,只在部分货车中使用。浇注方法如图2-3 所示。
    • 全模锻法 采用全模锻法生产车轮可以阵低车轮的尺寸公差,减小加工余量,减少了金属的消耗量。制造过程中车轮各部位尺寸容易控制,车轮整体的偏心量较小,辐板的几何形状较精确,车轮的表面质量也有提高。由于所需设备较少,同时减少了工序数,从而大大简化了工艺流程。但由于必须使用大功率的锻压设备,致使生产效率低下,故该方法没有得到广泛的使用。此法的流程如2-4所示。
  • 整体轧制车轮法 整体轧制车轮法类似于组合车轮生产法,但该法加工的车轮是一个整体,不能拆卸。尽管整轧车轮达到路面磨损极限时(磨损到报废线),必须更换整个车轮,但是生产整轧车轮远比生产一对轮箍和轮心成本低廉,所以整轧车轮在经济上仍有优势,特别是踏面部分经过耐磨处理后,其寿命也会大幅度提高。整轧车轮由于在生产过程中经过了较大塑性变形,故内在质量比铸造车轮好。 由于整轧车轮的优势突出,所以被广泛应用。尤其是在客车包括现在的高速列车都是使用这种车轮。所以下面要讨论的车轮加工工艺也是指整体轧倒车轮法加工工艺。

一、车轮加工工艺

行车轮是比较容易损坏的部件。根据行车的使用特点,要求车轮踏面有较高的硬度,并且有一定的淬硬层深度和过渡层(深度>10mm,硬度HRC40一48),以提高承载能力、耐磨性和抗接触疲劳的性能。同时,要求其基体组织要有良好的综合力学性能和良好的组织状态,硬度应达HBS187~229,使之具有高的韧性,提高抗冲击性能和抗开裂性能。

  • 方案一:
  • 1、材质:ZG50SiMn
  • 2、加工工艺流程:(1)铸造: 铸造保证材质均匀,无气孔、砂眼,然后进行退火处理。(2)车床粗车毛坯内孔、外圆,直径留2mm余量待热处理后精车成。(3)热处理(淬火+回火) 行车轮的材质为中碳合金钢,如按正常的加热淬火、回火,则踏面和心部为相同的硬度,综合力学性能不好,无法满足其技术要求。为了达到图纸技术要求,使其表面达到淬火温度,而心部温度相对较低;实现加深表面淬硬层深度、提高表面和外沿的硬度,而心部硬度较低的目标,我们采用以下方法。装炉方法:工件热处理装炉时,用一块钢板放在料盘上面,将三个车轮叠放在一起放在钢板上,保证它们之间严密接触,内孔装入铸铁屑(防止工件内孔氧化),车轮间用耐火纤维毡填实,上面再放上一块钢板压实(这样可以使其表面达到淬火温度,而心部温度相对较低;实现加深表面淬硬层深度、提高表面和外沿的硬度,而心部硬度较低的目标) 。加热速度:适当提高淬火温度和淬火加热速度对提高表面硬度有利。加热温度:工件室温—750度时保温1小时—-淬火温度(860~890度)—淬火(注意此时不保温)。本方法采用高温零保温的差温热处理新工艺,可有效地提高工件表面硬度和保持较低的心部硬度,是一种行之有效的热处理方法. 淬火介质:采用水淬是提高硬度最有效的方法,但该材质水淬开裂的危险特别大,尤其是外沿要开裂,所以不能采用。水淬油冷方法也可提高表面硬度,但是工件的外沿尺寸较小,与踏面的截面差较大,淬火时冷却时间不一致,水冷时间不好控制,也不易采用。所以可以选用油淬,但要保证工件出炉后尽快入油淬火。回火:采用高温回火,消除了工件大量的残余应力,回火组织由低温回火马氏体,变为具有良好综合力学性能的高温回火索氏体。这样在保证踏面具有高硬度的同时又保证工件具有良好的韧性,高温回火的温度550–580度。保温2—3小时后在空气中自然冷却。
  • 方案二:
  • 1、材质:ZG35—42
  • 2、加工工艺流程:(1)铸造: 铸造保证材质均匀,无气孔、砂眼,然后进行退火处理。(2)车床粗车毛坯,内径留2~3mm余量,外径较图纸尺寸小6~7mm。(3)堆焊:对行车轮预先进行预热,温度200度,保温1~2小时后出炉焊接,使用LG834焊丝+HJ260D焊剂+SJ102焊剂进行堆焊车轮踏面、轮肩,保证焊层无裂纹、夹渣等缺陷。(4)堆焊完后进行退火处理,加热温度850~860度,保温时间5小时,然后随炉冷却,当车轮温度低于300度时可出炉空冷。 (5)精车内、外径尺寸达标。

二、车轮轴加工工艺

1、材质:45钢

2、加工工艺流程:(1)粗车直径留2mm余量待热处理后精车成。(2)热处理:调质(淬火+回火)

装炉方法:垂直悬挂入炉

淬火:加热温度820—850度,保温0.5—1小时出炉,入水后,工件宜动不宜静,应按照工件的几何形状,作规则运动。当水中的工件温度至300度左右时, 即可出水空冷(如能油冷更好)。

回火:钢淬火后的高温回火,加热温度通常为560~600℃,保温1-2小时,然后出炉空冷。

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