鐵路車軸精密鍛造自動化生產(chǎn)線淺析

劉智楠

（太原重工軌道交通設備有限公司，太原 030032）

為滿足國內外各類機、客、貨、動、城軌車軸市場的需求，某公司投產(chǎn)的一條全自動化車軸精密鍛造生產(chǎn)線，包括一臺高速圓盤鋸床、一座環(huán)形爐、一臺精密鍛造機、兩座正火爐、一座回火爐、四座緩冷室、一座快冷室以及爐外輸送設備等。該生產(chǎn)線年產(chǎn)車軸8萬根，無論工藝流程、設備選型以及經(jīng)濟技術指標都達到了國內先進水平。

1 工藝流程

1.1 鋼坯下料

車軸原材料為截面230mm×230mm～280mm×280mm，長度一般為4～7m的方形鋼坯，用高速圓盤鋸機鋸切為長1.25～1.35m（取決于車軸的類型）的短鋼坯，一根原材料鋼能鋸切為三到五根長度相等的短鋼坯。

1.2 鍛前加熱

按照工藝要求，短鋼坯需加熱到1200℃左右，保溫到規(guī)定時間后出爐鍛造。

1.3 鋼坯轉運

加熱好的鋼坯通過機械手放置到鋼坯運輸小車上，運送到鍛造區(qū)。

1.4 車軸鍛造

由鍛造上料機械手從鋼坯運輸小車上取熱坯交給精鍛機夾頭，在精鍛機上進行鍛造。

1.5 鋼坯轉運

鍛后車軸由鍛造下料機械手放置到車軸運輸小車上，運送到熱處理區(qū)。

1.6 鍛后熱處理

熱處理工藝：一次正火+冷卻+二次正火+二次冷卻+回火+回火冷卻或一次正火+冷卻+回火+回火冷卻，最后下件。

2 關鍵設備

2.1 高速圓盤鋸（KSA1010型）

為滿足車軸精鍛生產(chǎn)線鋼坯鋸切工藝要求，提高鋼坯鋸切質量，故而引進硬質合金高速圓盤冷鋸機用于車軸鋼坯鋸切。該設備具有以下優(yōu)勢：切割面非常垂直、極少毛刺，切割面保持冷態(tài)無金相變化；非常高的切割性能，可切割至1400N/mm2的材料，能達到每分鐘1100cm2；采用冷圓鋸，垂直切割，使用硬質合金機加刀片，刀具成本低，刀具更換時間短；最高的環(huán)境一貫性，不需要切削液；鋸機支柱使用特殊鋼混凝土可以吸收震動和抵抗變形；預載導軌結合滾珠絲杠能夠精細切削；機器安裝西門子控制單元，可實現(xiàn)自動切削，數(shù)據(jù)輸出在顯示器上，能夠快速對機器進行設定；可通過互聯(lián)網(wǎng)進行遠程診斷。

技術性能參數(shù)：鋸切后材料尺寸為800～1700mm；頭切長度為50～500mm；尾切長度為50～500mm；切斷鋼坯長度公差為±1mm；切斷面角度為±0.5°；切斷表面粗糙度≤Ra25μm。

2.2 環(huán)形加熱爐（φ10m）

該環(huán)形加熱爐能保證按照工藝要求加熱各種規(guī)格的鋼坯，并符合低耗、節(jié)能、無公害以及生產(chǎn)操作自動化的要求。爐子及其主要附屬機械設備、儀控系統(tǒng)的設計生產(chǎn)可靠、指標先進、技術實用。其主要特點有：一是按照工藝要求及操作條件選擇供熱方式；二是根據(jù)爐子溫度、供熱方式及操作條件選擇爐襯材質；三是根據(jù)爐子特點，選擇回收煙氣余熱方式（考慮強制排煙）；四是根據(jù)爐型特點、操作要求配置先進、合理、實用的爐子附屬設備；五是爐子的自動控制采用先進可靠的電儀一體化系統(tǒng)。

技術性能參數(shù)：爐子中徑為Ф10m；爐子內寬為2600mm（爐底寬2310mm）；爐底最大有效面積為67m2；爐子生產(chǎn)能力強，具備最大加熱能力10t/h；爐子最大裝載量為61根；加熱溫度為1050～1280℃；爐內溫差≤±10℃；天然氣消耗量最大為552Nm3/h。

2.3 精鍛機（SHP-32）

精鍛機是一種曲柄壓機。機組主要構成有：壓機本體、鍛造操作機、液壓系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、氧化皮清理輸送小車、錘頭更換裝置和電氣自動化控制系統(tǒng)。壓機本體包括齒輪箱、鍛造箱、錘頭調整裝置等；液壓系統(tǒng)包括動力系統(tǒng)以及循環(huán)過濾冷卻系統(tǒng)。

精鍛機具有以下優(yōu)勢：一是精鍛有利于金屬塑性的提高，鍛造變形過程中材料變形均勻，可獲得良好的表面質量和內在質量，從而提高產(chǎn)品的使用壽命；二是精鍛溫度效應良好，鍛造過程中溫降小，降溫慢，有利于變形；三是精鍛尺寸精度及性能一致性高，工藝穩(wěn)定性好，可精準下料，節(jié)省原材料，有利于提高模具使用壽命；四是生產(chǎn)效率高，精密鍛造車軸比快鍛自由鍛造車軸的生產(chǎn)效率高2～3倍；五是采用自動化控制系統(tǒng)，操作自動化，不但可以節(jié)省勞動力，而且可實現(xiàn)操作標準化和質量穩(wěn)定化；六是改善作業(yè)環(huán)境，該設備鍛造過程中振動力小，對廠房和設備基礎影響較小，鍛造過程的噪音較小，極大地優(yōu)化了作業(yè)環(huán)境。

技術性能參數(shù)：每對錘頭的鍛造力5000kN；錘頭數(shù)為4個；每分鐘打擊次數(shù)最大310次；錘頭調整范圍210mm；夾頭快速移動速度最大500mm/s；夾頭進給速度15～ 200mm/s。

2.4 步進式熱處理生產(chǎn)線

此車軸熱處理線用于鍛后車軸正火以及回火熱處理，以滿足車軸熱處理工藝技術要求及生產(chǎn)節(jié)拍要求。步進式熱處理生產(chǎn)線由一次正火爐、二次正火爐、回火爐、緩冷冷卻室、強冷冷卻室、運輸小車、裝料機、取料機、上料輥道、旋轉輥道、爐門升降裝置、爐底機械、上料臺架（離線）、集料臺架等設備組成。

技術性能參數(shù)：燃料為天然氣；步進機械型式采用雙輪斜軌式，液壓傳動；車軸鍛件直徑為70～265mm；車軸鍛件長度為1800～2900mm；車軸熱處理爐溫為正火爐1000℃（最大），回火爐700℃（最大）；爐溫均勻性為±10℃；爐子生產(chǎn)能力最大為10t/h；最大出料節(jié)奏為15件/h。

3 平面布置

整個生產(chǎn)線主要布置在廠房一寬36m、長160m跨內。由于車軸生產(chǎn)不同批次的原材料鋼坯需要分開放置，同批次的原材料鋼坯必須組成一個鍛造和熱處理批次，鋼坯存放需要充足的面積，并考慮廠房空間結構以及整條生產(chǎn)線流程，故坯料存放區(qū)布置在36m跨外另一跨內。高速圓盤鋸、環(huán)形加熱爐、精鍛機組、步進式熱處理生產(chǎn)線布置在同一個36m跨內。整個生產(chǎn)線關鍵工序（車軸鍛造+車軸熱處理）占地面積約1700m2；輔助工序（鋼坯備料+車軸周轉）占地面積約5800m2。兩工序合計占地面積約7500m2。詳情如圖1所示。

圖1 車軸精密鍛造生產(chǎn)線平面布置

4 經(jīng)濟技術指標

該生產(chǎn)線的經(jīng)濟技術指標如表1、表2所示。車軸精密鍛造生產(chǎn)線采用新的鍛件鋸切工藝，提高了原材料利用率，減少了加工工序及設備，降低生產(chǎn)成本。按每年生產(chǎn)8萬根車軸測算，用高速圓盤鋸可節(jié)約成本526.6萬元/年。

整條生產(chǎn)線全部工序采用計算機控制系統(tǒng)，自動化程度高，大大提高了勞動生產(chǎn)率和減少了生產(chǎn)工人數(shù)量，從而降低了生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質量、節(jié)約運輸成本、改善作業(yè)環(huán)境，具有良好的經(jīng)濟和社會效益。

表1 主要數(shù)據(jù)

表2 技術經(jīng)濟指標

5 結語

本車軸精密鍛造自動化生產(chǎn)線在工藝流程、設備選型、自動化程度等方面具有先進性，而且各項經(jīng)濟指標優(yōu)于行業(yè)基準值，社會經(jīng)濟效益良好，是鐵路車軸鍛造發(fā)展的趨勢。

[l]中國機械工程學會塑性工程學會．鍛壓手冊[M].3版．北京：機械工業(yè)出版社，2013：112．

[2]劉吉遠，陳雷著．鐵路貨車輪軸技術概論[M]．北京：中國鐵道出版社，2009：76-77．