[发明专利]一种轨道车轮的流变锻旋生产方法

说明书

本发明提供了一种轨道车轮的流变锻旋生产方法。包括，保护浇注步骤、低压充型步骤、高压凝固和补缩步骤、余热旋压步骤。将轨道车轮钢液在气体保护下，经过设定一定角度范围的耐火材料流槽浇入模具腔内，启动下压头产生压强推动轨道车轮补缩腔内的钢液充满整个模具腔，启动上压头向模具腔内的钢液加压，使轨道车轮钢液在高压下完成凝固和收缩；将凝固成形的轨道车轮顶出模具腔，通过悬吊装置将轨道车轮安装在旋压机的芯模上，并进行余热旋压。本发明的车轮钢液在气氛保护下浇入模具腔，有效防止了浇注过程的氧化和夹杂卷入，促进晶粒细化。在高压的作用下，不仅凝固组织明显细化，而且可以提高补缩距离和补缩压力，有效防止轨道车轮内部出现收缩缺陷。

技术领域

本发明涉及轨道车轮生产技术领域，尤其涉及一种轨道车轮的流变锻旋生产方法。

背景技术

轨道车轮是轨道交通机车车辆的一个重要零件，每台车需要8～12个，市场需求量较大。轨道车轮是包括火车车轮、城铁车轮、地铁车轮和货车车轮的一大类产品，其结构上主要有轮毂、辐板、轮缘、轮辋、踏面。现有技术中，轨道车轮的材质主要是以CL60为代表的高碳钢或中高碳合金钢，踏面部分通过喷淋淬火处理来提高其耐磨性。

根据毛坯生产方法不同，轨道车轮可分为锻造辗钢车轮和铸造车轮两大类。锻造辗钢车轮的生产工艺流程包括下料、加热、燉粗、压痕、模锻、轧制、压弯、冲孔、热处理和切削加工。原料为钢坯，加热后首先经过自由锻燉粗，再进行环内燉粗、压痕和模锻后成为车轮的基本形状，然后利用车轮专用轧机进行轧制，得到车轮的踏面和轮辋，再将辐板压弯成为S型辐板，并通过冲孔工序得到中央轴孔，最后经过必要的热处理和切削加工得到车轮成品。这种方法生产的车轮综合性能优异，但成本高，所需锻压设备庞大。

现有技术中，铸造轨道车轮有两种方法。美国埃贝克斯公司(ABEx)生产轨道车轮的方法是用石墨模铸型，雨琳式浇注系统浇铸。其生产工艺步骤是：1650℃出钢，钢水倾倒在茶壶钢水包中，加入硅铁、锰铁、增碳剂等调整成分后，再将钢水倒入4t的底注式柱塞浇铸包中，浇铸前在钢水中加入合金孕育剂。石墨铸型在浇铸线上由步进梁移动，石墨铸型内的砂芯有雨淋芯、浮芯和中芯三种。钢水从柱塞浇铸包底部流出，经雨淋芯进入石墨模铸型，浮芯随钢水上浮，使钢水不断补充，从而防止了钢水凝固时产生缩孔。同时由于钢水流速受到控制，也减少了对铸型的侵蚀。中芯用来形成轴孔。注满一个模箱后，石墨模铸型在链式输送线上自动移动、缓慢冷却。开箱取出的轮坯送入退火坑内消除应力并控制冷却，最后，对车轮踏面进行喷水淬火，淬火后的车轮经回火处理，得到轨道车轮毛坯。

美国格里芬公司(GRIFFIN)铸造轨道车轮的方法是石墨模铸型压力浇铸工艺，其流程是：出钢温度1650℃，钢水倒入专用钢水包中，钢水包放入密封式钢包车上，盖上钢包盖。钢包盖上装有陶瓷制的钢水上升管，同时插入钢水中。上升管与密闭室衔接处周围是真空隔绝装置。向密闭室内充压力0.2MPa压缩空气，室内压力将钢水从上升管压入烘烤至200℃的石墨模铸型中，整个压铸操作过程约20秒。钢水注满石墨型腔后，吊车将模箱吊至输送线上，冷却7～12分钟。铸型冷却到1100℃左右，卸下上模，夹具将轮坯从下模中取出。轮坯进入隧道炉中控制冷却至540℃出炉。去除石墨止流柱塞，清理轮毂孔，切除6个冒口，并用火焰切通轮毂孔，清理后，轮坯输送至环形炉进行正火或淬火，得到轨道车轮毛坯。这种方法生产的产品尺寸精度高、孔径与成品轮之差仅为3mm，轮廓尺寸与最终产品要求之差仅为0.5mm。表面质量好、安全性好、制造成本低。

但是，上面这些现有技术中的铸造轨道车轮的方法需要使用补缩冒口，成形后必须切除冒口，导致工艺出品率只有55～70％。如此，既浪费材料，又耗费工时。此外，模腔内的钢液所受压力很低，难以起到强制补缩和致密化的效果，车轮的致密度较低。再者，由于使用砂芯，容易带来砂眼缺陷而使工件报废，且S形辐板壁厚显著小于轮辋和轮毂，充型与补缩困难。因此，S形辐板轨道车轮较少用铸造方法生产，多是用锻造方法生产的。

发明内容