用閉模軋鍛工藝生產鐵路工業鍛件

軸向閉模軋鍛工藝，是用于生產回轉體精密鍛件的新工藝，特別適合于生產圓形工件。

這種既軋又鍛的加工方式，將環圈軋制和熱模鍛兩者的優越性集中在一個過程中，也就是說，局部變形受力加閉式鍛造的公差。局部變形受力意味著減少變形抗力，這就減小了機器的噸位，加大了機器的抗變形能力和剛度，自然也就能生產出最精密的鍛件。

采用軸向閉模軋鍛工藝生產出的精密鍛件，鍛坯用料較少，且允許小的機加工預留量。這種工藝與傳統的熱模鍛工藝相比，為人們提供了一種更有經濟效益的工藝方法。在鍛造工業中，已經有若干這樣的全自動化設備供生產使用。由于采用了快速更換模具的裝置和cnc程序控制，這樣的設備同樣可用于柔性化生產。

一、產品和應用

適合采用軸向閉模軋鍛工藝生產的鐵路火車工業精密鍛件，按照其特征，可以分成兩大類，圓盤型鍛件(圖1a)和環圈型鍛件(圖1b,1c)。

帶有小的中心孔或者不帶中心孔的工件(圓盤型鍛件)有：

(1)火車和地鐵的車輪
(2)輪轂類盤件
(3)城市街道車輛和地鐵車輛的輪轂
(4)輪軸法蘭件
(5)齒輪盤

帶有大的中心孔的工件(環圈型鍛件)有：

(1)用在傳動齒輪箱里的齒圈，比如，直齒圈和斜齒圈
(2)連接件，比如，法蘭
(3)履帶傳動鏈齒輪
(4)滾動軸承環圈，比如，球面滾子軸承環圈和止推軸承環圈

最初，閉模軋鍛工藝被用來生產轎車的齒輪圈，現今，其應用范圍擴展到大的鍛件，包括卡車的齒輪圈、法蘭，甚至火車的車輪。

圖1軋鍛工藝生產的精密鍛件
(a)圓盤形鍛件(b)、(c)在agw機上生產的環圈型鍛件

只要采用的材料具有可鍛性，不論是熱鍛，溫鍛，還是冷鍛，都可以采用軸向閉模軋鍛的方式生產，當然，主要還是采用熱鍛的方式。

二、生產工藝技術、機器設備和模具系統

圖2示出了軸向閉模軋鍛工藝的工作原理。下模由轉矩m驅動，繞豎直旋轉軸旋轉。上模軸線相對于下模軸線有一個α傾斜角。工件被放置在下模具里，上模凸面跟工件的最初接觸為線接觸，這是因為上模呈錐形的緣故。如果施加一個f力于上模，使之壓入工件，壓入量為δf。上模的凸面與工件此時的接觸面就成為了一個拋物面。一旦模具旋轉，工件上承受著壓力的接觸面就變成了一個半拋物面，即用陰影表示的ap。

圖2軸向閉模軋鍛工藝的工作原理

圖3示出了一臺agw125-280型的軸向閉模軋鍛機(最大軋制力1250kn，最大工件外徑280mm)。我們生產的機器規格范圍是軋制力從630kn到16000kn。

圖3agw型軸向閉模軋鍛機

圖4顯示了軸向閉模軋鍛機內的模具系統。在將模具裝入機器里之前，先將它裝入一個模架里，爾后，作為一個完整的單元裝入機器內。再給機器配置一個快速夾緊的裝置，以便加速更換上下模具。模架被設計成為可以容納一系列不同規格尺寸的模芯。在機身里裝有一個頂料器，它可以將軋制完畢的工件從下模里頂出來。將上模插入到下模里，起到對中導向的作用，可以減小機器滑塊導向的誤差和機器的彈性變形對工件精度之不良影響，也取消了型腔的拔模斜角。

圖4軸向閉模軋鍛機的模具區

三、軸向閉模軋鍛生產線

生產圓盤形狀工件，比如，火車的車輪。先將工件放在轉盤式的加熱爐里加熱，送入制坯壓力機里預鍛成初形，跟下來在軸向閉模軋鍛機內軋制成最終的形狀。鍛好的熱鍛件可以被直接送到臨近的調質退火爐里，進行后續的熱處理工藝。整個過程全自動化，設備之間通過輸送帶或者操作機器手來連接。

生產環圈形狀工件，在制坯壓力機上把坯料預鍛成初形，初形具有一個很小的中心孔。中心孔越小，浪費的材料就越少。接下來，在一個擴孔機(軋環機)里，把具有初形的坯料擴成環圈狀，滿足軸向閉模軋鍛機所需的坯件形狀。圖1b,1c所示的工件，就可以采用merw型擴孔機來完成這個制坯的擴孔工序。

圖5示出了一條軸向閉模軋鍛生產線。一個送料裝置先把冷剪的坯料放入感應加熱爐，加熱至鍛造溫度。在制坯壓力機上分幾步把坯料預鍛成初形，沖中心孔。再在merw打孔機完成材料體積的分布工作，然后，由agw軸向閉模軋鍛機來把工件軋制成為最終形狀或者接近最終形狀。

圖5軸向閉模軋鍛生產線
1.送料裝置2.感應加熱爐3.換模裝置4.制坯壓力機5.步進式操作機6.輸送裝置
7.擴孔機8.輸送裝置9.軸向閉模軋鍛機10.工件輸出裝置11.控制室

圖6所示為火車輪軸系所用雙滾子軸承環工件，可以采用軸向閉模軋鍛生產線來生產加工，是一種最具經濟效益的生產方式。

圖6雙滾子軸承環軋鍛坯料和成品
(a)軋鍛環圈型鍛件(b)鍛制坯料

采用擴孔機merw，也可將帶有中心孔的預鍛成形坯料直接軋制成最終形狀。圖7所示為采用merw可軋鍛的各類工件剖面圖。

merw型的徑向擴孔機采用機械傳力方式，軋輥芯的兩個端部都有支承，加之高剛度的機器結構設計和精密的環圈外徑測量系統，從而保證了很小的公差。工件的加工余量自然減少，也不必用校正壓力機來校正尺寸。

在一個轉盤機架上安置了三個軋輥芯，在軋制的過程中，同時進行著上下料的工作，如此一來，縮短了整個的軋制工作周期。