火車輪是軌道車輛走行部***重要的部件之一,其產(chǎn)品質(zhì)量直接關(guān)系到軌道車輛的行車安全。一方面隨著中國軌道交通的大力發(fā)展,國內(nèi)高速動(dòng)車組和城軌地鐵車輛對(duì)新造車輪的需求日益增長(zhǎng);另一方面,車輪是易損易耗件,需要定期更換,因此維修市場(chǎng)非常龐大 。同時(shí),隨著車速的不斷提高,高速車輪的專業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)要求也越來越高。目前,國、內(nèi)外車輪的制造技術(shù)主要有鍛造車輪和鑄造車輪兩種,鍛造車輪日益增多,是軌道車輛應(yīng)用***廣泛的車輪。
整體軌道輪是指成型過程采用鍛壓一輾軋工藝制造的整體車輪,也稱輾鋼車輪。
火車輪鍛件的制造采用的主要工藝為:煉鋼、熱成形、熱處理、機(jī)加工和檢測(cè)。
(1)煉鋼工藝包括煉鋼、爐外精煉和澆注。
(2)熱成形工藝包括預(yù)成型、成型、軋制和沖孔壓彎。圓鋼坯在環(huán)形爐中加熱;預(yù)成型工序的功能是將圓形配料經(jīng)過鐓粗、預(yù)成型和成型工步;成型即車輪的基本形狀完成,其中輪轂和輪轂孔部位成型結(jié)束,輻板和輪輞部分屬分配完成,形成基本形狀;軋制的作用是將車輪輻板輾軋擴(kuò)徑,將輪輞軋制到***高度,并完成車輪踏面和輪緣的成型。目前,用于軋制的車輪軋機(jī)主要有兩種:一種為臥式軋機(jī),另一種是立式軋機(jī);沖孔壓彎方式有壓力機(jī)和旋轉(zhuǎn)鍛造機(jī)兩種。輻板壓彎工序用于平整輪輞,且將輻板壓彎變形到所 需要的位置,多數(shù)廠家還在這一步完成輪轂孔沖孔。完成熱變形的輪坯,溫度為850~950oC,一般采用緩冷和等溫工藝控制冷卻速度,將溫度冷卻至室溫,等待下一步工序。
(3)車輪熱處理的主流工藝是輪輞淬火+回火。還有一些生產(chǎn)廠家采用過輪輞浸入式淬火+回火工藝,以及正火等工藝,淬火方式上也有連續(xù)淬火、間歇淬火、立式淬火和臥式淬火等。
(4)機(jī)加工指的是采用專用或通用立式車床對(duì)車輪進(jìn)行半精加工和精加工,使車輪的形狀、表面質(zhì)量以及形位公差滿足圖紙要求。車輪加工一般分為單體設(shè)備加工、成線設(shè)備加工。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用,成線設(shè)備加工越來越多,效率也越來越高。質(zhì)量也得到進(jìn)一步保證,其坐產(chǎn)工藝緊湊、自動(dòng)化水平高,代表了當(dāng)前國內(nèi)外車輪生產(chǎn)的***高水平。
(5)車輪生產(chǎn)線的***終檢驗(yàn)包括:輪輞表面布氏硬度測(cè)試、車輪超聲波探傷、車輪磁粉探傷、車輪靜平衡試驗(yàn),表面質(zhì)量檢查、外形尺寸檢測(cè)等,檢測(cè)項(xiàng)目涉及力學(xué)性能、內(nèi)部和外部的完好性、外形尺寸等。
我國目前在高速動(dòng)車組車輪制造方面與作界***水平尚存在一定的差距,尤其在新材質(zhì)特種鋼的冶煉、熱處理工藝研究手段和工作內(nèi)容方面尚不成熟。在未來發(fā)展中應(yīng)注重于高速車輪材質(zhì)的研發(fā)、新型車輪的預(yù)測(cè)和試驗(yàn)方法、新型車輪淬火方式的研發(fā)、車輪檢測(cè)方式的研究以及輪對(duì)綜合模擬仿真性能檢測(cè)等方面。
車輪輻板的強(qiáng)度直接關(guān)系到行車安全,輻板形狀對(duì)車輪的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度有著較大的影響。目前國內(nèi)外采用的輻板形狀有:S形輔板、波浪形輻板、直輻板和盆形輻板。直輻板較其他各形輻板質(zhì)量更小,缺點(diǎn)是徑向剛度過大,軸向剛度較小,然而隨著高速動(dòng)車組的大規(guī)模制造,由于受結(jié)構(gòu)限制動(dòng)車組動(dòng)力輪對(duì)多采用輪裝式制動(dòng)盤,因此,車輪輻板形狀也多采用直輻板形式,配有高精度的輻板孔以安裝制動(dòng)盤,如中國 CRHT、CRH2、CRH3 型動(dòng)車組動(dòng)力輪對(duì)用車輪,這對(duì)高速車輪的受力以及加工均提出了新的要求。
為保證加工精度、消除累積誤差,同時(shí)簡(jiǎn)化工藝流程,國際上提出了車輪加工中心的概念,即將車輪成形加工(包括輻板、踏面、輪轂正反兩面)、輻板孔加工、注油孔加工、輪轂孔加工集中在一臺(tái)設(shè)備上完成,保證高效地完成車輪所有部位的精加工,目前,該技術(shù)已經(jīng)在部分工廠得以應(yīng)用。