探究機車車輛的車軸鍛造工藝

高玉斌

摘 要：隨著社會的發(fā)展和時代的不斷進步，交通工具的技術(shù)水平逐漸提高，尤其是機車工具的制造和生產(chǎn)水平有了很大提高。機車中車軸是重要的組成部分，是通過懸架和車架相連，其功能是傳遞車架（或承載式車身）與車輪之間各方向作用力的部件，因此，需要高度重視其鍛造工藝和質(zhì)量。本文主要以機車車軸的生產(chǎn)工藝為研究對象，具體從車軸鍛造工藝方面展開論述，并就存在的問題提出合理化的建議和措施，以提高機車車軸的鍛造水平和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：機車車輛 車軸鍛造 生產(chǎn)工藝 應(yīng)用

中圖分類號：U26 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（b）-0093-02

鐵路運輸業(yè)是國家大力扶持和發(fā)展的重點行業(yè)，關(guān)系著我國市場發(fā)展的空間和范圍。因此，需要高度重視鐵路運輸業(yè)的發(fā)展狀況，車軸是鐵路機車車輛走行部的重要部件，其質(zhì)量的好壞直接會影響到鐵路運輸?shù)陌踩?。隨著現(xiàn)代化社會的發(fā)展和時代的不斷進步，交通運輸業(yè)也在不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的40鋼車軸已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代高速列車車軸的要求了，必須要提高車軸的強度，增強車軸的使用壽命，避免機車在高速運作中出現(xiàn)車軸裂紋等現(xiàn)象，嚴重威脅著鐵路運輸?shù)陌踩头€(wěn)定，下面針對機車車輛生產(chǎn)中車軸的鍛造工藝問題進行闡述和討論。

1 機車車軸鍛造工藝概述

針對鐵路機車車輛而言，車軸完全承擔著車輛的荷重與自重，同時列車運行與停車過程也承擔著車輛的制動力與沖擊力，此外車輛的受力情況隨著行駛狀態(tài)的改變而改變。因此，必須要提高機車車輛車軸的質(zhì)量，以確保機車車輛行駛的安全性和穩(wěn)定性。（1）車軸的原材料及鍛后熱處理必須達到既定的技術(shù)要求；（2）車軸成型必須經(jīng)軋制、鍛造的塑性變形過程，提高車軸的力學性能。

目前，我國常用的車軸鍛造工藝包括自由鍛造工藝和徑向鍛造工藝，其中前者主要采用水壓機，后者主要采用大型數(shù)控型徑向鍛造機。例如，徑向鍛造機精鍛工藝，就塑性成形原理而言，快鍛液壓機具有較大的鍛造壓力及徑向鍛造錘頭具有較小的打擊力，因此，快鍛液壓機具有較佳的鍛透效果。就鍛件的外觀而言，若采用快鍛液壓機進行鍛造處理，則車軸鍛件的端頭呈外凸狀；若采用精鍛機進行鍛造處理，那么車軸鍛件的端頭呈內(nèi)凹狀。

當前奧地利、德國等國家已經(jīng)擁有相當成熟的火車機車車輛車軸鍛造工藝，其中產(chǎn)自奧地利的徑向鍛造機或臥式徑向四錘頭精密鍛造機已占據(jù)世界主要市場，因此，可大幅度提高車軸外形尺寸的精密度，同時能夠完全實現(xiàn)全自動鍛造，能夠從產(chǎn)能、質(zhì)量、安全環(huán)保、成品率等方面實現(xiàn)比較有效的控制，但徑向鍛造機價格相當昂貴。2008年以前，我國便能夠生產(chǎn)8000 kN快鍛液壓機。近年來，隨著新技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，我國的此項生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)能夠基本滿足國內(nèi)市場的需要。

2 車軸鍛造工藝

金屬鍛前加熱作為鍛件生產(chǎn)過程的關(guān)鍵工序，金屬的塑性與變形抗力直接影響到金屬坯料所制成鍛件的質(zhì)量，因此鍛造加熱均以增強金屬塑性、控制變形抗力為主要目的，以提高鍛后組織的性能。由此可見，車軸鍛造過程必須高度重視車軸鍛造加熱。車軸的軸坯主要采用步進式連續(xù)加熱爐的加熱方式，其中鋼坯加熱過程必須對爐內(nèi)溫度變化及控溫表進行跟蹤監(jiān)測，實現(xiàn)對噴嘴燃氣流量的控制，進而防止坯料過熱或過燒。此外，必須對坯料的均熱時間進行嚴格控制，即均熱時間≥2 h；均熱段爐溫<1200 ℃。

除此以外，車軸鍛造加熱過程必須規(guī)避某些加熱缺陷的產(chǎn)生。金屬加熱過程，不斷輸入的外部熱量勢必持續(xù)改變坯料內(nèi)部的能量狀態(tài)，一方面會實現(xiàn)金屬塑性的提高及變形抗力的降低；另一方面亦會導(dǎo)致某些加熱缺陷的產(chǎn)生。例如源自坯料外層組織化學狀態(tài)變化的缺陷，脫碳或氧化；源自內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)變化的缺陷，例如過燒火過熱；源自坯料內(nèi)部溫度分布不均的缺陷，例如坯料開裂，其中就坯料開裂問題而言，尤其針對導(dǎo)溫差的高合金鋼或斷面尺寸大的鋼錠，低溫階段務(wù)必要采取緩慢加熱的原則，同時嚴格遵循既定的加熱規(guī)范。

總體而言，車軸鍛造加熱過程，鍛造溫度范圍的確定及始鍛溫度與終鍛溫度的確定均應(yīng)遵循既定的原則，即鍛造溫度范圍的確定原則：鍛造溫度范圍內(nèi)必須確保金屬的塑性及變形抗力能夠滿足既定標準，即鍛造溫度范圍盡量更寬，如此實現(xiàn)加熱火次的減少及鍛造生產(chǎn)率的提高；碳鋼始鍛溫度的確定原則：始鍛溫度低出Fe-C平衡圖的固相線150 ℃～250 ℃；碳鋼終鍛溫度的確定原則：終鍛溫度高出Fe-C平衡圖的A1線25 ℃～75 ℃。

結(jié)合上述研究內(nèi)容，本章節(jié)以LZ50鋼車軸為例，簡要分析LZ50鋼車軸的鍛造工藝。根據(jù)相關(guān)原則最終確定LZ鋼車軸坯料的始鍛溫度、終鍛溫度分別為1150 ℃左右、≥800 ℃，其中若<800 ℃，則嚴禁開展鍛打作業(yè)?？傮w而言，LZ鋼車軸必須分步完成相應(yīng)工序，具體生產(chǎn)流程如表1所示：

LZ50鋼車軸鍛造完成后，必須依照規(guī)范進行鍛后校直冷卻處理，具體操作步驟：自檢鍛造后的車軸→校直自檢合格后的車軸，注意校直過程必須確保軸溫≥510 ℃，此外校直后的車軸毛坯必須放入專用冷床進行冷卻處理，切忌熱態(tài)堆放。

總體而言，須對車軸的始鍛溫度、終鍛溫度進行嚴格控制，堅決做到軸坯加熱溫度里外均衡及預(yù)熱與加熱結(jié)合，如此規(guī)避某些加熱缺陷的產(chǎn)生，進而實現(xiàn)車軸疲勞強度的提高及使用壽命的延長，以滿足鐵路機車車輛提速重載的實際需要。嚴格的按照車軸鍛造流程的每一個步驟進行鍛造，避免因溫度控制等問題而影響車軸的生產(chǎn)質(zhì)量，影響其使用效果和使用壽命等。

3 結(jié)語

列車是鐵路運輸?shù)闹匾煌üぞ撸囕S則是列車上重要的組成部分，只有提高機車車軸的質(zhì)量，才可以保證鐵路交通運輸?shù)陌踩头€(wěn)定。車軸鍛造中必須要注重金屬塑性、控制變形抗力等特點，尤其是要關(guān)注車軸鍛造加熱的過程，把握好車軸鍛造的加熱溫度，嚴格的按照車軸鍛造的程序和步驟進行，并在完成鍛造后用快鍛機對鍛打完畢的工件進行預(yù)校直，保證車軸部件的生產(chǎn)質(zhì)量。因為車軸鍛造質(zhì)量對車軸質(zhì)量起著直接性的影響，所以必須高度重視車軸鍛造工藝，重視每一個生產(chǎn)細節(jié)，打造最完美的車軸，提高其使用壽命，減少因車軸質(zhì)量而導(dǎo)致的交通事故，保證列車交通運輸?shù)陌踩院头€(wěn)定性，為交通運輸事業(yè)貢獻力量。

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