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起重机行车轮铸造工艺

车轮2015年02月06日

起重机行车轮铸造工艺一般包括钢锭切割、加热、成形、轧制、压弯、冲孔、缓冷、粗加工、淬火、回火、预加工、精加工、探伤、喷丸和表面防护。

起重机行车轮铸造工艺——坯料准备

所有生产整轧行车轮的方法都要求使用圆柱形或近似于圆柱形的坯料(如下图)。

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  • 这种坯料有两种方法得到: 一是将多坯钢锭或初轧坯用圆锯、专用的切锭机或热剪机切成单坯料块;二是直接采用单坯钢锭。现基本采用多坯钢锭,这是因为多坯钢锭与单坯钢绽相比,其优越性如下:
  • 减少由于缩孔和非金属夹杂物所造成的废品;
  • 降低坯料的单重;
  • 能使用现代化容量大的平炉来冶炼车轮钢。

所以行车轮坯料准备的第一步就是钢锭切割,即利用钢锭锯切机将多坯钢锭按照单个车轮加工的需要切断成钢坯。钢坯尺寸精确可以保证钢坯重量的精确,在保证车轮实际尺寸的前提下节省材料,减少加工余量,进而提高生产效率。

坯料加热对热变形过程有着决定性的影响,因此影响行车车轮的质量。在选择坯料的加热方法时,必须考虑钢的化学成分、高温下的机械性能和压力加工时的变形特性。影响成品车轮质量的主要加热因素,是加热温度、加热速度和加热均匀性以及炉子气氛的特性。由于在热压力加工过程中,坯料要在整套机组上连续变形,因而就要求仔细而均匀地加热坯料的整个断面,以保证工艺过程各个阶段都能达到要求的温度,在变形时避免因金属流动不均而使车轮的形状不正。在行车轮的轧制过程中,坯料加热的均匀性更显得重要。整轧车轮有许多尺寸需要控制,这些尺寸之间是相关联的,只要车轮上某一部分发生畸形,就会破坏与断面上其它非畸形部分相关联的尺寸。所以断面的畸形部分按现行公差来说可能是合格的,但是如果与断面上其它部分相关联的尺寸超出了规定的公差范围,那么车轮也将报废。

起重机行车轮铸造工艺——压轧成形

轮坯成形是压轧工段冲压工序中最复杂的工序之一。成形压力机的冲模,在自己的中心与周围,构成两个同心的环形锥体空腔。

圆坯在成形压力机冲模内压缩成形,便成了近似车轮复杂外形的轮坯。在中央空腔充填之后,即形成了轮毂,而外围空腔填实之后,即形成了轮毂。两部分之间的材料就形成了车轮的辐板部分。由于车轮造型的原因,中央空腔和外围空腔的各个侧壁都有一定的斜度。在中央空腔上部和外围空腔的下部,两侧壁是同一方向倾斜的,而在中央空腔下部和外围空腔上部,两侧壁的倾斜方向则是相反的。从上、下模侧壁对金属的作用来看,中央空腔下部和外围空腔上部都沿冲模移动中心线方向的分压力妨碍着金属进入空腔,而中央空腔上部和外围空腔下部则相反。空腔的形状对金属充填的影响是:中央空腔上部和外围空腔下部的充填强度,大于下冲模的中央空腔下部和外围空腔上部,后两个地方因侧壁作用的原因,使金属流动迟缓。和冲模壁对金属的压力一样,冲模与变形金属之间的摩擦力也在一定程度上影响着空腔的充填。

行车轮轧制铸造过程主要是对车轮的两个部分进行加工,即车轮在轧制过程中有两个变形区。在第一个变形区里,变形是用两个斜辊进行的。斜辊布置在同一个垂直平面上,斜辊与轧制水平面有一定的角度,为的是以斜辊的特殊形状端部压挤轮坯的轮辋内面和侧面。第二个变形区要轧制车轮的踏面并轧出轮缘。这道变形是用布置在同一水平面上的主轧辊和圆柱形的压紧辊进行的。

压弯是将辐板压成所设计的形状,但是现代车轮的形状种类很多,并不是所有的车轮都需要压弯。辐板压弯是一道特殊工序,一方面使车轮轮毂同轮辋错开,既便于轮对在车轴上的安装,又保证在使用时检查轴瓦的方便,而这些轴瓦是必须经常检查的。另一方面,弯曲的辐板及轮毂同轮辋错开可以吸收车轮中的热应力。这样就避免了在成品车轮中产生巨大的残余应力,这种巨大的残余应力能使车轮在行驶途中产生破裂。

冲孔是冲制车轮的中心孔,即车轮与车轴的联结部。中心孔冲出块正是允许有缩孔残迹及收缩疏松的钢锭中心部分,把这块组织最差的金属冲掉,可使轮坯质量得到改善。

缓冷能使车轮内部的应力分布比较均匀。待冷却后进行粗加工。

起重机行车轮铸造工艺——车轮热处理

行车轮淬火工艺非常重要,车轮淬火可以是整体淬火,也可以是轮辋表面淬火,后者应用比较广泛;采用轧制余热淬火时,一般只是表面淬火;采用单独加热进行轮辋表面淬火时,由于再结晶的结果得到了细粒组织,因而有助于辐板和轮辋机械性能的提高。

  • 淬火的时间长短是影响车轮机械性能和动荷强度的重要因素之一。为了使车轮具有高的机械性能而进行表面淬火时,淬火深度必须很大。同时,考虑到车轮内蓄积了大量可供以后自回火用的热,在一般加热淬火时,必须根据下列必要条件规定出淬火工艺:
  • 具有较深的淬火层;
  • 造成良好的自回火条件。

在以轧制余热进行淬火时,车轮淬火时间长一些,车轮中所蓄积的热量失去的也就多一些,因而降低了自回火温度。缩短淬火时间,自回火温度便会提高,但会出现强度极限不够的危险。

因此,以轧制余热进行热处理时,热处理各个工序的相互关系,使热处理制度的选择在整个车轮生产工艺中变得非常复杂。而车轮以单独加热进行淬火时,对车轮温度的控制比较容易实现,然后再自回火时,则保证车轮机械性能稳定的自回火工艺也易于确定。

典型的热处理方法是:单独加热热处理—-踏面用水淬火—-在坑中自回火。其中淬火主要是对车轮踏面和外侧辋面喷水激冷,以提高轮辋硬度,降低硬度差,从而改善了辐板性能。再经过回火后,就制成了车轮半成品。

起重机行车轮铸造工艺——车轮精加工

预加工是行车轮精加工之前的粗加工,减小车轮各部分的精加工余量,提高车轮精加工的效率。精加工在立式数控车床上进行,为提高生产效率,采用双刀同时切削,即在双刀架立式车床上加工。

车轮精加工分为外侧面和内侧面两道加工工序。工序一是加工车轮内侧面,工序二是加工车轮外侧面。加工部位如下图所示,精加工工序流程为(以TR920A外侧面工序为例):

右刀架:外辋面—-踏面—-精加工外辋面和踏面—-镗孔—-报废线—-止口

左刀架:D2—-D3—-外毂面

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左右刀架分别加工车轮的不同部位,这就要求两刀架之间需要进行协调,因此数控系统通道之间需要信息通讯,两侧刀架工步对应如下图表所示。

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表中H1为外辋面,D为踏面,E为外毂面,SLOT为止口,GEOOVE为报废线,BORING 为镗孔,FILIET为倒角。表中左刀架工步7为WAIT_BORING,意思是等待右刀架镗孔。这是由于左右刀架不可能绝对平均地分配加工任务,所以会出现某一刀架等待另一侧刀架加工的现象。

左右刀架的数控程序也是分别编写的,并将系统的等待协调指令嵌入到各自的数控代码中,从而完成对车轮的精加工。

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