更新時間:2022-05-16 17:46:57
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我國火車車輪形制特征簡析火車車輪是火車整車零件中的一個關鍵組成部分,是火車機車生產中技術較髙的環節之一由于火車的種類繁多,工作環境和機車構造也不盡相同,所以火車車輪的結構形式和形制特征也多種多樣。一般由輪轂、輪輞、輻板二個部分組成。
火車車輪屬于典型的金屬塑性成形產品,常常會出現多種內部和外部缺陷。比較常見的有偏心缺陷、組織和填充不完全等缺陷。所以車輪生產中對鍛壓技術要求較髙我國現行車輪生產工藝。
當前包括我國在內的世界各國普遍采用模鍛一一乳制法(又稱整體輾鋼車輪生產法)進行火車車輪鍛造生產,這一方法主要采用模鍛和軋制擴徑兩個主要步驟來完成車輪主體的成形。和鑄造法相比較,該法所生產的車輪內在質量要好很多,與全模鍛制造法相比,該法的優點在于對模鍛設備的要求較低。全世界有20 多個生產廠家,雖然各自的生產工藝有其獨有特點,但是總體來說從流程來講可以分為三個主要步驟:預成型及成型、軋制擴徑和壓彎沖孔。通過初步總結,各廠家在工藝 上的差別,主要體現在預成型及成型的差異上,壓彎壓力機的配置方面則基本相同,沖孔設備的配置也只是稍有差別。
車輪預成型工藝。
車輪坯料采用圓柱形鋼坯下注,坯料直徑介于380nmi——406mm之間。使用高速鋸床對鋼坯進行鋸切成段,成段坯料經加熱后,有機械手夾持上料到壓力機進行預成型工序。在預成型工序中,上磨具采用成型模,下模具則選用中央突起的壓痕模,以此實現對輪輞、輪轂的金屬體積分配。在壓力機模鍛工序采用的是靜壓力鍛造,整個鍛造過程在一次行程中完成。優異的車輪預成型工藝,不但能夠保證車輪初步形狀的成形,同時還可以起到改善車輪內部組織結構和金屬流線的雙重作用。但是如果此階段的工藝不合理,則會直接導致車輪偏心、填充不完全等缺陷。給后續加工階段操作帶來困難,嚴重的還會直接導致車輪報廢。車輪鍛造過程中的數值模擬分析。
由于火車車輪的鍛造工序繁多,各環節中對輪坯不同部分的數據誤差要求較高,且由于涉及到材料金屬物理化學性質的變更,因此對鍛造過程中的數據控制和數值模擬要求較高,所以對于鍛造工作的每個環節而言,建立數值模擬分析是十分必要的.目前在數值分析方面,主要采取的是有限元數值分析法,這是一種將連續體根據實際需要,分化為若干個大小有限的單元個體集合,以方便分析連續體力學問題相關數據的方法。這一方法應用在車輪鍛造生產過程中,可以精確求解輪坯變形時內部速度場、應力場以及應變場等的變量,從而為車輪鍛造各道工序,提供了科學的理論依據。在目前我國火車車輪生產中,基于有限元理論和相關軟件支持,已經普遍建立起了火車輪預成形和成形工步數值模 擬分析模型、壓彎過程數值模擬分析模型、沖孔過程數值模擬分析模型等一系列環節的模擬分析模型。使得工作人員能夠及時掌握各階段數值的變化,以及由此帶來的對成品質量的影響,實時調整參數設置,確保車輪最終質量得以實現。當前火車車輪鍛造工藝存在的問題。隨著對火車車輪數量要求的增加和質量要求的提高,我國火車車輪鍛造工藝的缺陷也顯 露出來。目前主要問題在于各工步,尤其是在車輪預成形和壓彎工步,對金屬變形量的分配以及模具結構和尺寸的設計等渚多問題,有待 進一步研宂和改進。這些問題的存在不僅使得 車輪鍛造工序和模具設計的周期更長、對模具 和車輪的調試以及模具維修的過程趨于復雜, 而且還會導致車輪輻板出現裂紋、車輪成形形 狀和尺寸滿足不了設計要求等一系列質量問題, 使得當前的火車車輪生產,從數量到質量都與 實際需要存在相當差距。
火車車輪的鍛造,是一個從材料選擇、模具設計制造、到前期預成形、成形、再到后期 壓彎和沖孔的連續性工序系統。由于金屬在各 工藝階段會發生相應的物理和化學變化,因此 常常會出現諸如填充不充分和偏心等缺陷,導 致產品質量不能達到預期要求,嚴重者產生廢 品。從加工流程優化、數值模擬分析等方面加 以完善,是彌補當前車輪鍛造工藝相關環節缺 陷,保證車輪最終質量的有效途徑。以有限元 理論為基礎的數值模擬分析模型,是目前實現 鍛造過程數值模擬分析的可靠途徑,是實現對 鍛造過程中相關數值精確控制的有效手段。筆 者認為,我國火車車輪鍛造工藝的改進,除了 要注重生產設備和新型工藝的開發外,對以有 限元理論為依托的計算機軟件輔助分析系統的 開發運用也應該予以重視,將其納入工藝改進 的重要組成部分。聯系: 楊經理
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