1、 7一牛fJ 27 1997年第1期 马铜技术 37 铁路用整体碾钢车轮热变形工艺评述 摘叠】 车轮轮箍厂阎盛龙 U27。5 l U27o,gq 综旨分析了世界各国韫压轧制车艳的热变 工艺及设备配置，将其归纳为四类 举 侧夼捂了各囊工艺和设眷特置。对比了各妻工艺防止车轮偏心的成致经验和提南生产效率的造 拦。也夺绍了马钢事轮生产热变 【关t调】车轮 工艺的发展和现状。根椐我国国情推荐发展幂四囊工艺 艺觚生产效率 懒车担撇， 1 l 前言 自1902年整体辗钢车轮问世以来，至今 已有二十个国家先后建起了三十来个用锻压 轧制方法生产车轮的工厂。这些厂遍布世界 六大洲其中欧洲最多。占了半数以上。由于
2、铁路运输不断向高速重载发展因而对车轮 的要求越来越高。6O年代以来，各国都在不 断提高质量以满足这一需要。 我国是个以铁路运输为主的国家，铁路 运输占总运输量的6O以上国家把发展铁 路列为重点。近年来我国铁路运输也向高速 重载发展，因此我们不仅要提高车轮的产量 还要提高车轮的质量。提高车轮产量和质量 的途径大体有冶炼、浇注、热变形、热处理、 机加工等五个方面。世界上许多国家在这五 个方面做过大量研究，取得了很大进步。一些 研究成果已用于车轮生产。本文仅在热变形 方面作一综合分析。 2 热变形工艺分类 整体辗钢车轮的热变形是个特殊的热压 力加工过程，这是由于车轮的特殊形状和尺 寸所决定的 可用横
3、锻法生产，如美国和前苏 联就曾做过这方面的研究，但因其需要大功 率的热变形设备所以至今未得到推广应用。 用锻压与轧制联合法生产则得到了广泛应 用，这种方法称为锻压轧制法。尽管各国热变 形工艺不尽相同可是详尽分析一下还是有 共同点可寻。笔者依各厂工艺设备配置情况， 分为以下四类。 21第一类；英国泰勒尔(Taylor)T_艺 1952年英国建成泰勒尔生产厂，其热变 形小时产量为60个车轮变形工艺见图1 一- 圉1英国搴勒尔变形工艺示意圉(1 952年) I铜坯2镦粗3成型4冲孔 5轧制6 压弯 85MN水压机承担钢坯镦粗和横压成 型 该设备有上下两个滑板，上滑板有两个横 座下滑板有两个工作台。第
4、一横座、工作台 分别装锥形横具、平板横具第二横座、工作 维普资讯 http:/ 38 马铜技术 1997年第1期 台分别装上、下成型模具。两个工作台均有顶 出器。 10MN水压机承担轮坯的冲孔。 七辊卧式轧机承担轮坯辐板、轮辋及踏 面的轧制。 20MN水压机完成车轮辐板的压弯和打 印。 属该类热变形工艺的还有美国埃治沃 特、加拿大蒙特利尔、美国布特勒等生产厂。 22第二类：日车住友工艺 1959年日本建成住友生产厂，其热变形 小时产量为80个车轮，变形工艺见图2。 宙 第二娄 日本止友卫艺 (1959年) 90M 承压机 藿【横锻 精 虢 式 30MN水压机 压奇 冲孔 田2日本住衰变形工艺示
5、t田(1959年) 1钢J互2扭谟靛3情棰靛4轧制 5压弯与冲孔 90MN水压机承担钢坯的粗模锻和精摸 锻。该设备配有两个可移动的上、下工作台， 每个工作台上装有两个锻模。 八辊立式轧机完成车轮辐板、轮辋及踏 面的轧制。该设备由一个主辊、两个斜辊、两 个侧辊、三个导辊组成 三个导辊中有一个作 定位辊用，它们可根据车轮尺寸一起移动，定 心较准。该轧机无芯捧上下料垒自动。效率 较高。 30MN水压机完成车轮辐板压弯、校整 和冲孔。 男有4MN水压机用于打印 美国锕公司(uS Stee1)变形工艺与日 本住友相同，碌是水压机大些，小时产量为 7O个车轮。属该类变形工艺的还有美国霍姆 斯坦德、格瑞、印
6、度都加瞢尔、巴西圣保罗、捷 克博胡明、罗马尼亚巴尔什、土尔其安卡拉等 生产厂 有些厂立式轧机有芯棒如t印度都 加普尔、土尔其安卡拉等工厂。 23 II三类 前苏联卡尔李朴克内西工艺 1 954年前苏联建成卡尔李朴克内西 生产厂，其热变形小时产量为76个车轮，变 形工艺见图3。 口 四 W-Y-7 盘： 时杼1 l： ： lI cl JN 1、 州 IIi 田3村荞卡尔掌朴克内西立形工艺示t田 (1 954年) 1锕J互2龋粗3定径环中墩扭 4压泉5冲孔 30MN水压机承担钢坯预镦粗、定径环 中二次镦粗、上压痕和冲孔等工作 70MN水压饥承担轮坯成型 七辊卧式轧机完成车轮辐板、轮辋扩径 扎 t
7、维普资讯 http:/ 1997年第1期 马铜技术 39 和踏面的轧制 该轧机主辊与下斜辊共用一 个传动装置，而上斜辊则单独传动。上下斜辊 与压紧辊安装于一个活动走架上轧制时可 相对主辊移动压紧辊由独立液压驱动，可相 对活动走架移动主辊固定安装，两导辊由拉 扦装入主辊机座，可相对张开和闭合。 25MN水压机完成车轮辐板压弯和打 印。 我厂的车轮生产线原属此类变形工艺， 小时产量为77个车轮。其变形工艺见圈4。 它由10MN、30MN、80MN、30MN水压机及 七辊卧式轧机组成。前苏联下塔基尔生产线 也属于此类。这类变形工艺现在已被第四类 变形工艺所取代。 I I 剐l。 q 4I 匠螽 I
8、水 饥 芷 科 -I r 攻 J f 扎 、1、 、 gL 田4中田马橱变， 工艺示意田(1964年) 1铜坯2锇杠3定径环中锇粗4上压袁 5冲孔6成型7轧1 8压幸与打印。 24第四类：卡尔李朴克内西新工艺 1973年前苏联对卡尔李朴克内西原 变形工艺、设备进行了大的更新改造使变形 分配更加合理小时产量达100个车轮。其变 形工艺见圈5。 3SMN水Jf 【 Jl： 、 扎 田5前苏联卡尔李朴克内西新变形工艺示意 田1 979年) 1铜坯2壤3定径环中锇粗4上压袁 5成型6托1 7压鸯8冲孔 20MN水压机承担钢坯预镦粗，以便清 除氧化铁皮减轻后部机组工序负荷。 50MN水压机完成定径环中浮
9、动镦粗及 上压痕。 100MN水压机完成轮坯成型。 六辊卧式轧机对车轮辐板 轮辋、踏面进 行轧制。它由两斜辊、两主辊、两压紧辊组成。 斜辊、主辊单独传动。轮坯送入轧机后。主辊 与压紧辊托架移动，把轮坯夹持在它们之间； 上斜辊下落。把轮坯压向下斜辊。开动主辊、 斜辊电机进行轧制，待轧出轮缘后，断开主辊 托架开始对车轮扩径，轧好后由专用装置把 车轮取走。 35MN水压机完成辐板压弯、轮辋校正、 冲孔和打印 该工艺增加和改大了设备机组间采用 维普资讯 http:/ 40 马铜技木 1997年第1期 了辊道运输。各机组前后均设有转送定心机 变形工艺较为先进，生产效率很高。 1974年前苏联接该类变形工
10、艺，新建了 维克松生产厂。其后又把下塔吉尔生产线也 进行了上述改造。这三条生产线把前苏联车 轮热变形工艺推上了一个新阶段。 1972年我厂对原变形工艺进行了改造 新变形工艺见图6。该工艺由30MN、80MN、 30MN和七辊卧式轧机组成。与原工艺相比 取消了10MN水压机。变形工序进行了谢 正，预镦粗改在30MN水压机上压痕改为 下压痕，冲孔改在压夸前。变形工艺调整减轻 了镦粗水压的工序提高了生产率。小时产量 由77个提高到85个车轮。但该改造未对设 备进行大的更改与前苏联的改造相比是很 不彻底的，所以该工艺不尽如人意。 【一 5i11翩f r岂 - 71， _一 三 二 圣丝 “ j1【l】
11、， fl l、l 1 l、1 ： 1肛 两 田6中田马铜新壹形工艺示意田(1972年) 1钢坯2巍缸3 定径环中巍扭4 压采 5成型 轧I 7冲孔8 压弯 3热变形工艺对比 31车轮偏心的防止 车轮由于几何形状特殊用锻压轧制方 法生产是多机组多工序的变形过程在整个 热变形中存在钢坯加热不均、氧化铁皮清除 不净、设备与模具调整不当、设备运行部位和 模具轧辊磨损不一、设备操纵控制不准等现 实问题，所以要在整个热变形中。保证车轮中 心不偏。那是甚为困难的。世界各生产国对该 问题都有一个认识和解决的过程。 第一类工艺由于没有强有力的预防偏心 措施锥形镦粗容易造成金属变形分配不均 成型时会导致轮辋、轮毂
12、中心偏移，轧制时还 会加大偏心。因此；只得加大车轮的加工量 由机加工来消除偏心。 第二类工艺采用德国瓦格纳立式轧机， 由于有芯棒。较好地解决了卧式轧机定心不 准的缺点轧制中还能消除成型中产生的部 分偏心。但该轧机由于上下 需翻转轮坯和 穿芯棒轧制辅助时间过长。后来德国施洛曼 公司研制出无芯棒立式轧机不需穿芯棒并 采用全自动上下料提高了效率。由于该轧机 采用定位辊和两导辊准确定心所以该轧机 得到推广应用。日本住友、美国钢公司、巴西 圣保罗、罗巴尼亚巴尔什等生产厂均采用了 该立式轧机。 第三类工艺镦粗中采用了定径环中镦 粗。可得到好的轮坯坯形。但在整个镦粗、压 痕、冲孔中由于水压机工作台移动频繁压
13、 痕器绕水压机立柱回转疫调整中心复杂。加 上清理的氧化铁皮易落到滑板上。加大滑板 的磨损。因此首台设备很难保证不偏心。成蜜 是靠挡板定位。操纵中也难保证上下横绝对 同心。而七辊卧式轧机不仅不能消除已产生 的偏心。而且还会加大。因此该工艺车轮加工 中返修率相当高，前苏联多在zo oA以上我 厂则高达50 以上 臼 维普资讯 http:/ 1997年第1期 马铜拄术 41 第四类工艺增加了20MN水压机，对钢 坯预镦粗并清除氧化铁皮。永压机从30MN 加大到50MN，70MN成型水压机加大到 100MN，25MN压弯水压机加大到35MN， 以提高热变形的能力。尤为重要的是采用了 乌拉尔重机厂研制的
14、六辊卧式轧机。机组之 间采用辊道运输每机组前后均增设了转送 定心机。所以该工艺在整个变形生产线均采 用了强有力的预防偏心的措施，这就能保证 得到不偏心的车轮。 我厂新工艺保留了定径环中镦粗这一成 熟经验。尤为重要的是在镦粗水压机上采用 了旋转可调式镦粗模台和下压痕升降模台。 前者对保证轮坯厚度均匀有作用因为它可 补偿移动滑板和模板瞎损不均所造成的上下 模饭不平行，其调整范围为O10ram。后者 完全改变了第一 类工艺回转臂上压痕法升 降套与导柱闻间隙较小，使轮坯压痕中心较 准 但在成型、轧制、压弯变形中未进行改造 所以马钢新工艺仍然存在车轮偏心。马钢曾 想把成型水压机下模台固定也曾想增大成 型
15、中的辐板量，以降低轧制辐板量，但均未实 现 七辊卧式轧机在国外已被淘汰，而被新式 轧机取代但马钢至今仍在使用。 32提高生产效率 小时产量与各机组完成一个车轮的生产 和辅助时间有关并取决于占用时问最多的 机组 要提高小时产量就要千方百计降低各 机组的生产与辅助时间尤其耍努力降低用 时间最多的机组。 第一、二、三类工艺多数生产线首台机 组上生产工序太多生产及辅助时间太长它 们的小时产量多在405o个车轮。只有日本 住友生产线工艺装备是德国施洛曼现代化设 备，自动化程度较高，机组生产与辅助时间较 少，小时产量可达80个车轮，比其他生产线 高出2O 第四类工艺(前苏联三条生产线)不仅把 冲孔改由压弯
16、水压机完成，还把预镦粗工序 从镦粗水压机分离出来，由预镦粗水压机完 成使镦粗水压机负荷进一步减少。又采用辊 道运输和转送定心机，使各机组辅助时间减 少。不仅增大了各机组的变形能力还采用微 机控制使小时产量高达100个车轮是别的 生产线的1，525倍。 马钢生产线把冲孔工序由镦粗水压机改 在压弯水压机，采用下压痕，使原来镦粗永压 机27个操作工序减少到2O个，提高效率 15，小时产量由77个提高到85个车轮。但 把10MN顼镦粗水压机取消了该工序改由 30MN镦粗水压机完成加大了该机组的负 荷影响了小时产量。 4 结束语 (1)从世界各国车轮热变形工艺发展趋 势看，二、四类工艺是主流，一、三类工
17、艺要么 淘汰要么进行大的技术改造。 第二类工艺及设备配置适合于年产量不 大 产品品种多的情况对于地域为中等大小 的国家或以出口为主的国家较为适应。5O 6O年代在日本、法国、德国、印度 巴西、捷 克、土尔其等国家，甚至美国都先后建起了这 类工艺生产线。7O年代罗马尼亚也建了这类 生产线 第四类工艺及设备配置适用于年产量 大，产品品种较少的情况。它适台于地域广 大、铁路运输占重要地位的大国。5070年 代美国、加拿大、中国都新建了该类工艺生 产线。尤其是前苏联甩该类工艺不仅改造了 老线还建了新线。 (2)为适应铁路运输高速、重载发展的要 求许多国家都对老线生产工艺进行了改造 或建立新工艺生产线。
18、马钢车轮生产已在冶 炼，热处理和机加工等方面进行了技术改造 但在关键的热变形上尚未进行这一点应当 引起足够的关注。(下转第29页) 维普资讯 http:/ 1997年第1期 马橱 技术 29 十四位数码显示曾的动态数字显示是“分时” 轮流进行的但整个动态显示屏看起来就好 象在“同时 显示一样。 此外，我们还根据CTC2ms定时来进行 计时产生微机控制系统的时钟并产生日月 推移变化。正是为了保证本系统有准确的控 制时间，我们才设CTC的中断优先权级别为 最高这样它便能中断PIO或SIO的中断处 理程序，让CPU及时为它进行服务确保了 定时准确，计时精确。 CTC2ms中断服务程序的框图如图6所
19、示 由这个框图可知每当计时到500ms时， 该程序便中断返回，转入500ms控翩程序。 因此cTc2ms中断服务程序既是定时程 序也是调度程序 它通过中断服务程序内对 返回地址的处理，定时地改变中断返回的路 径来调度控制程序和外围程序的运行。本系 统在一个控制周期中不同时间内有三种中 断请求一处理返回的方式如图7所示。 4结束语 (上接第4l页) (3)铁路运输在我国国民经济中占有重 要地位。我国铁路人均拥有量仅为005m，而 笸达国家为0610n1是我国的1 220 倍。有资料表明我国车轮的年消耗增长率约 为8。按此计算到本世纪末，我国车轮年需 要量将达到28万吨以上，但我国理仅有一条 生产
20、线年生产能力为1112万吨 全世界 铁路总长约为150万公里，有车轮生产能力 圉7中哥请求一处理蠢目的方式 率文介绍的微机控制系统中的多重中 断，较好地解决了烧结配料生产与计算机之 间的联系，使计算机能够随时接收和处理外 来的信息，保证了实时控制大大地提高了计 算机的工作效率和处理问题的灵活性。因此， 它极大地提高了微机烧结配料控制的可靠 性保汪了烧结配料生产准确而顺利地进行 的20个国家的铁路拥有量约9O万公里，尚 有6O万公里的铁路分布在不生产车轮的国 家需要进口车轮。我们在发展车轮生产时也 不应忽视这种国际市场。事实上马锕已早有 少量车轮打入了国际市场 (4)为满足铁路发展要求，除提高马锕车 轮生产能力提高车轮质量外迁应新建生产 线。如发展整体辗钢车轮笔者认为新建第四 类工艺的生产线完垒符合我国国情。 维普资讯 http:/
