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更新時(shí)間:2022-05-16 17:46:57
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我國(guó)火車(chē)車(chē)輪形制特征簡(jiǎn)析火車(chē)車(chē)輪是火車(chē)整車(chē)零件中的一個(gè)關(guān)鍵組成部分,是火車(chē)機(jī)車(chē)生產(chǎn)中技術(shù)較髙的環(huán)節(jié)之一由于火車(chē)的種類(lèi)繁多,工作環(huán)境和機(jī)車(chē)構(gòu)造也不盡相同,所以火車(chē)車(chē)輪的結(jié)構(gòu)形式和形制特征也多種多樣。一般由輪轂、輪輞、輻板二個(gè)部分組成。
火車(chē)車(chē)輪屬于典型的金屬塑性成形產(chǎn)品,常常會(huì)出現(xiàn)多種內(nèi)部和外部缺陷。比較常見(jiàn)的有偏心缺陷、組織和填充不完全等缺陷。所以車(chē)輪生產(chǎn)中對(duì)鍛壓技術(shù)要求較髙我國(guó)現(xiàn)行車(chē)輪生產(chǎn)工藝。
當(dāng)前包括我國(guó)在內(nèi)的世界各國(guó)普遍采用模鍛一一乳制法(又稱(chēng)整體輾鋼車(chē)輪生產(chǎn)法)進(jìn)行火車(chē)車(chē)輪鍛造生產(chǎn),這一方法主要采用模鍛和軋制擴(kuò)徑兩個(gè)主要步驟來(lái)完成車(chē)輪主體的成形。和鑄造法相比較,該法所生產(chǎn)的車(chē)輪內(nèi)在質(zhì)量要好很多,與全模鍛制造法相比,該法的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)模鍛設(shè)備的要求較低。全世界有20 多個(gè)生產(chǎn)廠家,雖然各自的生產(chǎn)工藝有其獨(dú)有特點(diǎn),但是總體來(lái)說(shuō)從流程來(lái)講可以分為三個(gè)主要步驟:預(yù)成型及成型、軋制擴(kuò)徑和壓彎沖孔。通過(guò)初步總結(jié),各廠家在工藝 上的差別,主要體現(xiàn)在預(yù)成型及成型的差異上,壓彎壓力機(jī)的配置方面則基本相同,沖孔設(shè)備的配置也只是稍有差別。
車(chē)輪預(yù)成型工藝。
車(chē)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(duì)鋼坯進(jìn)行鋸切成段,成段坯料經(jīng)加熱后,有機(jī)械手夾持上料到壓力機(jī)進(jìn)行預(yù)成型工序。在預(yù)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(shí)現(xiàn)對(duì)輪輞、輪轂的金屬體積分配。在壓力機(jī)模鍛工序采用的是靜壓力鍛造,整個(gè)鍛造過(guò)程在一次行程中完成。優(yōu)異的車(chē)輪預(yù)成型工藝,不但能夠保證車(chē)輪初步形狀的成形,同時(shí)還可以起到改善車(chē)輪內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)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(huì)直接導(dǎo)致車(chē)輪偏心、填充不完全等缺陷。給后續(xù)加工階段操作帶來(lái)困難,嚴(yán)重的還會(huì)直接導(dǎo)致車(chē)輪報(bào)廢。車(chē)輪鍛造過(guò)程中的數(shù)值模擬分析。
由于火車(chē)車(chē)輪的鍛造工序繁多,各環(huán)節(jié)中對(duì)輪坯不同部分的數(shù)據(jù)誤差要求較高,且由于涉及到材料金屬物理化學(xué)性質(zhì)的變更,因此對(duì)鍛造過(guò)程中的數(shù)據(jù)控制和數(shù)值模擬要求較高,所以對(duì)于鍛造工作的每個(gè)環(huán)節(jié)而言,建立數(shù)值模擬分析是十分必要的.目前在數(shù)值分析方面,主要采取的是有限元數(shù)值分析法,這是一種將連續(xù)體根據(jù)實(shí)際需要,分化為若干個(gè)大小有限的單元個(gè)體集合,以方便分析連續(xù)體力學(xué)問(wèn)題相關(guān)數(shù)據(jù)的方法。這一方法應(yīng)用在車(chē)輪鍛造生產(chǎn)過(guò)程中,可以精確求解輪坯變形時(shí)內(nèi)部速度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)以及應(yīng)變場(chǎng)等的變量,從而為車(chē)輪鍛造各道工序,提供了科學(xué)的理論依據(jù)。在目前我國(guó)火車(chē)車(chē)輪生產(chǎn)中,基于有限元理論和相關(guān)軟件支持,已經(jīng)普遍建立起了火車(chē)輪預(yù)成形和成形工步數(shù)值模 擬分析模型、壓彎過(guò)程數(shù)值模擬分析模型、沖孔過(guò)程數(shù)值模擬分析模型等一系列環(huán)節(jié)的模擬分析模型。使得工作人員能夠及時(shí)掌握各階段數(shù)值的變化,以及由此帶來(lái)的對(duì)成品質(zhì)量的影響,實(shí)時(shí)調(diào)整參數(shù)設(shè)置,確保車(chē)輪最終質(zhì)量得以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前火車(chē)車(chē)輪鍛造工藝存在的問(wèn)題。隨著對(duì)火車(chē)車(chē)輪數(shù)量要求的增加和質(zhì)量要求的提高,我國(guó)火車(chē)車(chē)輪鍛造工藝的缺陷也顯 露出來(lái)。目前主要問(wèn)題在于各工步,尤其是在車(chē)輪預(yù)成形和壓彎工步,對(duì)金屬變形量的分配以及模具結(jié)構(gòu)和尺寸的設(shè)計(jì)等渚多問(wèn)題,有待 進(jìn)一步研宂和改進(jìn)。這些問(wèn)題的存在不僅使得 車(chē)輪鍛造工序和模具設(shè)計(jì)的周期更長(zhǎng)、對(duì)模具 和車(chē)輪的調(diào)試以及模具維修的過(guò)程趨于復(fù)雜, 而且還會(huì)導(dǎo)致車(chē)輪輻板出現(xiàn)裂紋、車(chē)輪成形形 狀和尺寸滿足不了設(shè)計(jì)要求等一系列質(zhì)量問(wèn)題, 使得當(dāng)前的火車(chē)車(chē)輪生產(chǎn),從數(shù)量到質(zhì)量都與 實(shí)際需要存在相當(dāng)差距。
火車(chē)車(chē)輪的鍛造,是一個(gè)從材料選擇、模具設(shè)計(jì)制造、到前期預(yù)成形、成形、再到后期 壓彎和沖孔的連續(xù)性工序系統(tǒng)。由于金屬在各 工藝階段會(huì)發(fā)生相應(yīng)的物理和化學(xué)變化,因此 常常會(huì)出現(xiàn)諸如填充不充分和偏心等缺陷,導(dǎo) 致產(chǎn)品質(zhì)量不能達(dá)到預(yù)期要求,嚴(yán)重者產(chǎn)生廢 品。從加工流程優(yōu)化、數(shù)值模擬分析等方面加 以完善,是彌補(bǔ)當(dāng)前車(chē)輪鍛造工藝相關(guān)環(huán)節(jié)缺 陷,保證車(chē)輪最終質(zhì)量的有效途徑。以有限元 理論為基礎(chǔ)的數(shù)值模擬分析模型,是目前實(shí)現(xiàn) 鍛造過(guò)程數(shù)值模擬分析的可靠途徑,是實(shí)現(xiàn)對(duì) 鍛造過(guò)程中相關(guān)數(shù)值精確控制的有效手段。筆 者認(rèn)為,我國(guó)火車(chē)車(chē)輪鍛造工藝的改進(jìn),除了 要注重生產(chǎn)設(shè)備和新型工藝的開(kāi)發(fā)外,對(duì)以有 限元理論為依托的計(jì)算機(jī)軟件輔助分析系統(tǒng)的 開(kāi)發(fā)運(yùn)用也應(yīng)該予以重視,將其納入工藝改進(jìn) 的重要組成部分。|
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