技术领域
[0001] 本
发明属于大型港口集装箱行走轮锻压-
轧制成形工艺及制造设备技术领域，具体地说，涉及一种双轮缘行走轮的制造方法及其制造设备。
背景技术
[0002] 目前，双轮缘行走轮被广泛应用于港口、
船舶、矿山、
工程机械等领域。双轮缘行走轮具有形状复杂，承受
载荷大，工作环境恶劣等特点。
[0003]
现有技术中，传统双轮缘行走轮制造方式有
模锻、自由锻、
铸造或
焊接等。模锻成形优于其它制造方式，主要表现在：模锻件组织致密均匀，
流线连续，材料内部
缺陷和
破碎树枝状组织易于锻合。但现有技术中的双轮缘行走轮的制造方法存在如下诸多技术问题：
[0004] 1、采用现有技术中的双轮缘行走轮制造方法，存在脱模
角度、
锻造成形
力大、轮坯尖角充型不饱满、模具寿命低等。
[0005] 2、现有技术中针对双轮缘行走轮的制造设备不能满足大型走轮坯的技术要求，且采用现有设备生产双轮缘行走轮存在大量加工余量，模锻后机械切削加工余量大，金属成材率低等问题。
发明内容
[0006] 本发明所采用的技术方案，能够有效解决采用现有技术中的双轮缘行走轮制造方法，存在脱模角度、锻造成形力大、轮坯尖角充型不饱满、模具寿命低等技术问题，同时还能解决现有技术中针对双轮缘行走轮的制造设备不能满足大型走轮坯的技术要求，且采用现有设备生产双轮缘行走轮存在大量加工余量，模锻后机械切削加工余量大，金属成材率低等问题；而提供了一种双轮缘行走轮的制造方法及其制造设备。
[0007] 本发明的技术构思是，为了解决现有技术中存在脱模角度、锻造成形力大、轮坯尖角充型不饱满、模具寿命低、不能满足大型走轮坯的技术要求，存在大量加工余量，模锻后机械切削加工余量大，金属成材率低等技术问题，本发明的技术构思是研制一套辗轧双轮缘行走轮的
轧辊，在压力机+立式
车轮轧机机组上生产双轮缘行走轮，用相对少的金属投料，得到余量分布合理、性能优越的行走轮坯。轮坯材质致
密度高，金属的成份和晶体组织均匀，其辐板、
轮辋以及双轮缘的金属
纤维流线组织良好，利于提高行走轮的机械强度。
[0008] 本发明的所提供的技术方案是，一种双轮缘行走轮的制造方法，利用压力机和立式车轮轧机机组生产双轮缘行走轮，所述双轮缘行走轮成形工艺流程包括坯料的切割及加热、预成型、成型、轧制、冲孔和平整；具体步骤如下：
[0009] 第一步，坯料的切割及加热；由行走轮成品留出加工余量，得到双轮缘行走轮轮坯形状，根据轮坯的重量，加上
轮毂孔的冲孔冲
块以及加热的烧损,得出所需的下料重量；对轮坯进行切割，而后将其放置在加热炉中；
[0010] 第二步，预成型，准确计算轮毂、轮辋的金属体积，预成型工步预先分配轮毂、轮辋的金属体积，合理分配轮毂、轮辋的金属体积，计算金属流动半径，即模锻时存在金属流动分流面，分流面内侧金属流向轮毂，外侧金属流向轮辋；
[0011] 第三步，成型，形状合理的预成型坯在成型压力机上锻压成形，获得成型坯；
[0012] 第四步，轧制，将双轮缘行走轮轮坯在9辊立式车轮轧机上辗轧，其作用是对模锻后的成型坯进行扩径成形，使辐板延展，并完成轮辋内径、轮辋内外侧面、外径中部踏面和双轮缘部位的精确成形；
[0013] 第五步，冲孔和平整，将辗轧后的走轮坯运送到压弯压力机，对轮毂孔的连皮进行冲孔，而后再放置在一套专用的模具中对轮辋和辐板进行平整，以消除走轮坯在轧制过程中出现的轻微扭曲。
[0014] 所述烧损的烧损率按3.5％计算；所述对轮坯进行切割采用专用的切割机床或大型的圆盘锯；所述放置在加热炉中的加热时间大于等于5小时。
[0015] 所述立式车轮轧机上共有9个轧辊，分别为主辊、左辐板辊、右辐板辊、上
定心辊、下定心辊、左轧边斜辊、右轧边斜辊、左导向辊和右导向辊。
[0016] 所述9个轧辊中参与
齿轮坯辗轧
变形的只有3个，分别是主辊、左辐板辊和右辐板辊；其余6个轧辊不参与
工件变形，只是起到保持辗轧过程的稳定作用，分别是上定心辊、下定心辊、左轧边斜辊、右轧边斜辊、左导向辊和右导向辊。
[0017] 所述平整工艺后，将走轮坯运送到链式
冷床上冷却，至此完成双轮缘行走轮轮坯的辗轧成形过程。
[0018] 一种双轮缘行走轮的制造设备，包括立式车轮轧机，所述立式车轮轧机共有9个轧辊，分别为主辊、左辐板辊、右辐板辊、定心辊、下定心辊、左轧边斜辊、右轧边斜辊、左导向辊和右导向辊。
[0019] 所述主辊、左辐板辊和右辐板辊等3个工具参与齿轮坯辗轧变形；所述上定心辊、下定心辊、左轧边斜辊、右轧边斜辊、左导向辊和右导向辊等6个工具起到保持辗轧过程的稳定作用。
[0020] 所述主辊由凸台和边槽组成，所述凸台设有角度α，所述角度α为1-3°，倾向成型坯外侧面；所述主辊两侧设计边槽，所述边槽呈锲形。
[0021] 所述上定心辊、下定心辊均设有托台和托肩；所述托台高度大于主辊边槽深度。
[0022] 所述左辐板辊和右辐板辊均设有固定角度及圆弧；所述固定角度设置8-15°，与成品行走轮对应，兼顾辗轧时辋面不产生折叠；所述圆弧大小对应成品行走轮部位，确保余量均匀。
[0023] 采用本发明所提供的技术方案，能够有效解决现有技术中存在脱模角度、锻造成形力大、轮坯尖角充型不饱满、模具寿命低、不能满足大型走轮坯的技术要求，存在大量加工余量，模锻后机械切削加工余量大，金属成材率低等技术问题，本发明技术方案还具有用相对少的金属投料，得到余量分布合理、性能优越的行走轮坯。轮坯材质致密度高，金属的成份和晶体组织均匀，其辐板、轮辋以及双轮缘的金属纤维流线组织良好，利于提高行走轮的机械强度。由于外径面双轮缘辗轧成型，其形状接近成品形状，表面无折叠缺陷，使得
机械加工余量减少，金属投料减少。该制造方式能大批量、高效率精确地组织生产，且模具可以重复使用，单件制造成本大大降低。
附图说明
[0024] 图1为本发明所述的双轮缘行走轮坯的结构示意图；
[0025] 图2为本发明所述的用于立式车轮轧机辗轧双轮缘行走轮轮坯的结构示意图；
[0026] 图3为本发明所述的主辊的结构示意图；
[0027] 图4为本发明所述的定心辊的结构示意图；
[0028] 图5为本发明所述的辐板辊的结构示意图；
[0029] 其中，1为双轮缘行走轮坯；2为主辊；3为定心辊；4为辐板辊；5为凸台；6为边槽；7为托台；8为托肩；9为固定角度；10为圆弧。
具体实施方式
[0030] 如图1-5所示，本发明的所提供的技术方案是，一种双轮缘行走轮的制造方法，利用压力机和立式车轮轧机机组生产双轮缘行走轮，所述双轮缘行走轮成形工艺流程包括坯料的切割及加热、预成型、成型、轧制、冲孔和平整；具体步骤如下：第一步，坯料的切割及加热；由行走轮成品留出加工余量，得到双轮缘行走轮轮坯形状，根据轮坯的重量，加上轮毂孔的冲孔冲块以及加热的烧损,得出所需的下料重量；对轮坯进行切割，而后将其放置在加热炉中；第二步，预成型，准确计算轮毂、轮辋的金属体积，预成型工步预先分配轮毂、轮辋的金属体积，合理分配轮毂、轮辋的金属体积，计算金属流动半径，即模锻时存在金属流动分流面，分流面内侧金属流向轮毂，外侧金属流向轮辋；第三步，成型，形状合理的预成型坯在成型压力机上锻压成形，获得成型坯；第四步，轧制，将双轮缘行走轮轮坯在9辊立式车轮轧机上辗轧，其作用是对模锻后的成型坯进行扩径成形，使辐板延展，并完成轮辋内径、轮辋内外侧面、外径中部踏面和双轮缘部位的精确成形；第五步，冲孔和平整，将辗轧后的走轮坯运送到压弯压力机，对轮毂孔的连皮进行冲孔，而后再放置在一套专用的模具中对轮辋和辐板进行平整，以消除走轮坯在轧制过程中出现的轻微扭曲。
[0031] 所述烧损的烧损率按3.5％计算；所述对轮坯进行切割采用专用的切割机床或大型的圆盘锯；所述放置在加热炉中的加热时间大于等于5小时。所述立式车轮轧机上共有9个轧辊，分别为主辊2、左辐板辊4、右辐板辊4、上定心辊3、下定心辊3、左轧边斜辊、右轧边斜辊、左导向辊和右导向辊。所述9个轧辊中参与齿轮坯辗轧变形的只有3个，分别是主辊2、左辐板辊4和右辐板辊4；其余6个轧辊不参与工件变形，只是起到保持辗轧过程的稳定作用，分别是上定心辊3、下定心辊3、左轧边斜辊、右轧边斜辊、左导向辊和右导向辊。所述平整工艺后，将走轮坯运送到链式冷床上冷却，至此完成双轮缘行走轮轮坯的辗轧成形过程。
[0032] 一种双轮缘行走轮的制造设备，包括立式车轮轧机，所述立式车轮轧机共有9个轧辊，分别为主辊2、左辐板辊4、右辐板辊4、定心辊3、下定心辊3、左轧边斜辊、右轧边斜辊、左导向辊和右导向辊。所述主辊2、左辐板辊4和右辐板辊4等3个工具参与齿轮坯辗轧变形；所述上定心辊3、下定心辊3、左轧边斜辊、右轧边斜辊、左导向辊和右导向辊等6个工具起到保持辗轧过程的稳定作用。所述主辊2由凸台5和边槽6组成，所述凸台5设有角度α，所述角度α为1-3°，倾向成型坯外侧面；所述主辊2两侧设计边槽6，所述边槽6呈锲形。所述上定心辊3、下定心辊3均设有托台7和托肩8；所述托台7高度大于主辊2边槽6深度。所述左辐板辊4和右辐板辊4均设有固定角度9及圆弧10；所述固定角度9设置8-15°，与成品行走轮对应，兼顾辗轧时辋面不产生折叠；所述圆弧10大小对应成品行走轮部位，确保余量均匀。
[0033] 本发明涉及一种辗轧双轮缘行走轮的轧辊，应用在立式车轮轧机上，可辗轧系列双轮缘行走轮。本发明方式生产轮坯形状接近成品净形，轮坯尖角充型饱满，表面
质量好，各向余量均匀，机械切削加工余量大为降低，相对模锻制造方式能节约原材料20％以上。用本发明方法生产的双轮缘行走轮坯1直径范围有Φ700--Φ1200mm。
[0034] 本发明所提供的一套辗轧双轮缘行走轮的轧辊应用在压力机+立式车轮轧机机组上，生产双轮缘行走轮坯1的热成形方法是建立在火车车轮的生产制造工艺
基础上的，因此行走轮热成形工艺设备就是使用火车车轮的生产工艺设备。
[0035] 该成形工艺流程包括坯料的切割及加热、预成型、成型、轧制、冲孔和平整等步骤。本发明公开了一种辗轧双轮缘行走轮的轧辊，包括：主辊2、两个定心辊3、两个辐板辊4。本发明提供的一种辗轧双轮缘行走轮的轧辊应用在立式车轮轧机上，可辗轧系列双轮缘行走轮，改变轧辊形状参数，能生产不同外径、内径和厚度的双轮缘行走轮，该套轧辊结构合理，使用方便。设计一套轧辊，在立式轧机上建立双轮缘行走轮坯1稳定轧制状态，获得内外径轮辋面尖角处及双轮缘充满良好的行走轮坯。
[0036] 具体的工序如下：
[0037] 坯料的切割及加热
[0038] 由行走轮成品留出加工余量，得到双轮缘行走轮轮坯形状，本发明所述的双轮缘行走轮坯1的结构示意图如图1。
[0039] 根据轮坯的重量，加上轮毂孔的冲孔冲块以及加热的烧损(烧损率按3.5％),得出所需的下料重量。
[0040] 采用专用的切割机床或大型的圆盘锯对圆形的
钢锭或
连铸坯进行切割。
[0041] 而后将其放置在加热炉中，加热时间不低于5小时即可出炉。
[0042] 预成型：
[0043] 预成型工步起到预先分配轮毂、轮辋的金属体积的作用，这点在大直径行走轮轮坯热成形时尤为重要。压力机模锻时是以静压力来锻压的，并且压力机是以一次行程完成终锻工步，因而金属易于沿
水平方向流动，而不易于去填充上下型腔。
[0044] 合理分配轮毂、轮辋的金属体积，计算金属流动半径，即模锻时存在金属流动分流面，分流面内侧金属流向轮毂，外侧金属流向轮辋。由于成型工步压力机能力的制约，当轮毂提前过充满时，模具很难再压下，往往导致辐板增厚，轮辋金属量欠缺，导致外径过小；反之导致轮毂内侧面欠充满。
[0045] 成型
[0046] 形状合理的预成型坯在成型压力机上锻压成形，获得成型坯。走轮坯的轮毂和压制辐板达到终净形要求，轮辋金属分配合理，利于后步轧制时走轮坯踏面及双轮缘的形成。该工步受到压力机能力的约束，是辗轧双轮缘行走轮轮坯热成形机组能力匹配的关键工步。合理设计成型工艺，既要有利于成型压力机顺利压下，达到工艺设定值，又要有利于走轮坯在立式轧机上稳定轧制成形，得到完好的轮辋及轮缘外径尺寸。
[0047] 轧制
[0048] 双轮缘行走轮轮坯在9辊立式车轮轧机上辗轧，其作用是对模锻后的成型坯进行扩径成形，使辐板延展，并完成轮辋内径、轮辋内外侧面、外径中部踏面和双轮缘部位的精确成形。本发明所涉及轧辊应用在该工步。
[0049] 立式车轮轧机上共有9个轧辊。参与齿轮坯辗轧变形的只有3个工具，它们是主辊2、左辐板辊4和右辐板辊4。其余6个轧辊不参与工件变形，只是起到保持辗轧过程的稳定作用，它们是上定心辊3、下定心辊3、左轧边斜辊、右轧边斜辊、左导向辊和右导向辊。本发明涉及主辊2、左辐板辊4、右辐板辊4、上定心辊3和下定心辊3，其余主辊2形状同火车轮生产常规模具。立式车轮轧机辗轧双轮缘行走轮轮坯示意图如附图2。
[0050] 变形过程中工件受力复杂，稳定轧制变形时左、右辐板辊4
位置固定，其余各辊随着工件辗轧扩径作相对运动。辗轧过程工件旋转几十圈，相当于多道次轧制。根据走轮坯净形推导出轧制坯形状，设计主辊2、左辐板辊4、右辐板辊4、上定心辊3和下定心辊3。由于走轮坯轮辋部位具有对称性，故左辐板辊4和右辐板辊4相同，上定心辊3和下定心辊3相同。
[0051] 所述主辊2由凸台5和边槽6组成。凸台5设有角度α，大小1-3°，倾向成型坯外侧面，利于金属流向该侧轮缘处。主辊2两侧设计边槽6，边槽6呈锲形，是双轮缘产生的直接部位，设置圆弧10和斜度，保证轮缘成形时金属充满流畅，不产生折叠及缺肉等缺陷。图3为本发明所述的主辊2的结构示意图。
[0052] 所述两个定心辊3设计有托台7和托肩8。托台7高度大于主辊2边槽6深度，辗轧成形时，确保托台7与走轮坯踏面
接触，而托肩8不接触轮缘顶端。图4为本发明所述的定心辊3的结构示意图。
[0053] 所述两个辐板辊4呈固定角度9及圆弧10。固定角度9设置8-15°，与成品行走轮对应，兼顾辗轧时辋面不产生折叠。圆弧10大小对应成品行走轮部位，确保余量均匀。图5为本发明所述的辐板辊4的结构示意图。
[0054] 成材率指标高决定了本发明涉及的一套辗轧双轮缘行走轮的轧辊应用优势，本发明开发的该类产品实现用立式车轮轧机轧制双轮缘踏面的突破。
[0055] 冲孔和平整
[0056] 将辗轧后的走轮坯运送到压弯压力机，对轮毂孔的连皮进行冲孔，而后再放置在一套专用的模具中对轮辋和辐板进行平整，以消除走轮坯在轧制过程中出现的轻微扭曲。将走轮坯运送到链式冷床上冷却，至此完成双轮缘行走轮轮坯的辗轧成形过程。
[0057] 本发明所提供技术方案的实施效果：
[0058] 与传统的行走轮制造工艺相比，本发明使用一种辗轧双轮缘行走轮的轧辊，在压力机+立式车轮轧机机组上辗轧行走轮坯。工艺操作可靠性高，适合批量生产，模具使用寿命长，单件制造成本低。双轮缘行走轮坯1金属组织均匀致密，工件断面金属流线完好，机械强度相对提高。经过辗轧成型的双轮缘，表面无折叠缺陷，机械加工余量相对较小，金属投料减少约20％。综合技术指标的提高，使行走轮坯的这种制造方式在市场上有着很强的竞争优势。用本发明方法生产的双轮缘行走轮坯1直径范围有Φ700--Φ1200mm。
[0059] 以某次生产振华港机产品ZH900Z走轮坯为例计算效益。轧制650件，合格646件，合格率99.4％，不含税售价5680元/件，固定成本939元/件，变动成本1776元/件。产生效益为：646*(5680-936-1776)＝191.7(万元)。
[0060] 以振华港机ZH900Z行走轮用毛坯为例说明本发明实施方式。该产品材质42CrMo，踏面外径900mm，双轮缘外径950mm，轮缘厚度42mm，轮辋高度238mm。首先，按照附图1给行走轮坯留放余量，考虑冲块重量和加热炉烧损(烧损系数3.5％)计算投料重量。
[0061]
[0062] 计算金属流动半径分配轮毂和轮辋的金属体积，设计双凸台5压痕模，完成压力机预成型和成型工步。在立式车轮轧机上辗轧双轮缘行走轮坯1，设计主辊2如附图3，设计定心辊3如附图4，设计辐板辊4如附图5。生产产品650件，毛坯外径余量适中，双轮缘充满较好，表面无折叠缺陷，经检验交货646件，由客户
热处理加工成最终成品走轮，合格642件。
