用于制造轨道用钢轮的锻造模具组件制造技术

本发明专利技术公开一种用于制造轨道用钢轮的锻造模具组件，其中，锻造模具组件包括因与钢轮成形坯接触而磨损相对较多的消耗性模具和磨损相对较少的通用结构性模具，其中，消耗性模具和通用结构性模具都是可拆装的，其中，通用结构性模具设计为具有不同规格的通用系列模具，以适用于制造不同规格的钢轮产品，其中，通用结构性模具包括单级通用结构性模具和双级通用结构性模具，双级通用结构性模具包括第一级通用结构性模具和第二级通用结构性模具，其中，第二级通用结构性模具根据第一级通用结构性模具进行分档设计。本发明专利技术可在满足装配要求与使用性能的基础上，大幅降低模具制造成本。

Forging die assembly for manufacturing steel wheel for rail

【技术实现步骤摘要】
用于制造轨道用钢轮的锻造模具组件
本专利技术涉及轨道
，尤其涉及一种用于制造轨道用钢轮的锻造模具组件。
技术介绍
轨道用钢轮可广泛应用于铁路机车车辆、高速列车、城市轨道列车、工矿冶金及其起重设备、港口机械等多种领域。“模锻+轧制”联合工艺是轨道用钢轮最普遍使用的热成形方式。因钢轮产品种类繁多、规格各异、订货批量大，故钢轮锻造用模具需求量很大；同时，因钢轮生产过程具有连续、高效的特性，使得制造钢轮的模具的工作条件比较恶劣，它不仅受到高温钢坯塑性流动的强烈挤压和摩擦，而且卸载时受到喷水冷却，模具在较快的生产节奏下反复急冷急热，常因受热软化或循环热应力等，造成塌陷、热磨损和热疲劳裂纹(龟裂)等多种形式的失效，使得其模具消耗量很大。如何降低钢轮模具费用，成为钢轮制造企业控制产品成本的一个迫切需求。图1示出现有锻造设备典型使用的一种轨道用钢轮锻造模具组件1，其包括用于制造钢轮成形坯4的上模具单元2和下模具单元3，其中，在上模具单元2和下模具单元3配合在一起时，在上模具单元2和下模具单元3之间形成用于制造钢轮成形坯4的模腔。如图1所示，钢轮成形坯4可包括位于其中心的芯料、环绕芯料的轮毂、位于径向最外侧的轮辋、及连接轮毂和轮辋的辐板。上模具单元2可包括：位于上模具单元2的轴向和径向最外侧的上模座21；安装到上模座21的面向钢轮成形坯4的第一侧部、并位于上模座21径向最外侧的上压紧盘22；夹在上模座21与上压紧盘22之间、并位于上压紧盘22径向内侧的上适配环23；安装到上模座21第一侧部、并位于上适配环23径向内侧的上垫盘24；安装到上模座21第一侧部、并位于上垫盘24径向内侧的夹紧套29；位于夹紧套29径向内侧的上活套25，其一端安装到上模座21的第一侧部，另一端用于接触钢轮成形坯4的面对上模具单元2的轮毂第一环形端面41；套入上活套25内部并从上活套25内部延伸出一部分的上芯棒26，其一端安装到上模座21的第一侧部，另一端用于接触钢轮成形坯4的面对上模具单元2的芯料第一凹面42；夹在上垫盘24和上活套25之间的上成形模27，其一端用于接触钢轮成形坯4的面对上模具单元2的辐板第一环形凹面43，相对的另一端抵住夹紧套29和上垫盘24；以及夹在上适配环23、上垫盘24和上成形模27之间的成形环28，其用于接触钢轮成形坯4的面对上模具单元2的轮辋第一端面44。下模具单元3可包括：位于下模具单元3的轴向和径向最外侧的筒形下模座31；安装到下模座31的面向钢轮成形坯4的第二侧部、并位于下模座31径向最外侧的下压紧盘32；夹在下模座31与下压紧盘32之间、并位于下压紧盘32径向内侧的下适配环33；安装到下模座31第二侧部、并位于下适配环33径向内侧的下垫盘34；位于下适配环33径向内侧、并位于下垫盘34与钢轮成形坯4之间的下成形模35，其用于接触钢轮成形坯4的面对下模具单元3的第二环形表面45，其中第二环形表面45包括轮辋面对下模具单元3的轮辋第二端面和辐板面对下模具单元3的第二环形凹面；位于下垫盘34和下成形模35的径向内侧的下活套36，其一端安装到下模座31的第二侧部，另一端用于接触钢轮成形坯4的面对下模具单元3的轮毂第二环形端面46；套入下活套36内部并自下活套36内部延伸出的下芯棒37，其一端安装到下模座31的第二侧部，另一端用于接触钢轮成形坯4的面对下模具单元3的芯料第二凹面47。另外，在下活套36与下模座31的第二侧部之间，在轴向上还可设置下活套垫圈38，而在径向上可设置衬套39。上述锻造模具组件的主要缺点包括：第一，坯料成形时，接触坯料的消耗性模具体积庞大、重量重，使用过程中转运、安装不方便；模具制造过程中，原材料成本高，锻造、热处理、加工费用高、制作周期长。第二，上、下消耗性模具均由多个模具组成，以共同完成坯料的成形。在工作过程中，各模具由于受金属流动摩擦力与成形挤压力不同，磨损程度或消耗速度可存在很大差别，从而可导致如下情况，即同一组合中的任何一个模具发生使用缺陷而需要返修加工，而与之相关的其他模具的表面即使尚未产生缺陷，也均需进行相同返修量的加工，以确保钢轮锻件的正常形状尺寸，这样就造成正常模具寿命的缩短与返修费用的增多；同时，由于模具体积外形较大，即使模具使用到正常报废时，其剩余部分重量依然占模具原重量的很大比例，模具材料利用率较低。以上现象都可导致钢轮制造企业的模具制造费用居高不下。因此，本领域需要一种改进的用于制造轨道用钢轮的锻造模具组件，其可消除或至少缓解现有技术中锻造模具组件的上述全部或部分缺陷。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种改进的用于制造轨道用钢轮的锻造模具组件，其在满足装配要求与使用性能的基础上，最大限度地降低模具制造成本。根据本专利技术的改进的用于制造轨道用钢轮的锻造模具组件的总体构思如下：第一，根据模具在坯料成形过程中是否磨损相对较多、是否确定具体产品锻件的形状尺寸，将模具分为因与钢轮成形坯接触而磨损相对较多的消耗性模具和磨损相对较少的通用结构性模具两种类型，并且进而将通用结构性模具分为单级通用结构性模具和双级通用结构性模具，双级通用结构性模具包括第一级通用结构性模具和第二级通用结构性模具。第二，将现有的产品消耗性模具进行拆分，使易磨损部分与少、无磨损部分成为互相独立的部分，尽可能有效地减小消耗性模具在直径、高度方向的尺寸，使产品消耗性模具的重量显著降低；对于少、无磨损部分按尺寸进行分档，设计为具有不同规格的通用系列模具，以适合于不同规格钢轮产品的长期使用。通过这样，在模具发生磨损或失效后，只需将接触坯料的易磨损专用部分进行返修或报废，其他部分则可正常使用，模具的材料利用率得到明显提高；同时，对大尺寸模具进行高度调整设计，以实现模具的独立修复性，不再因模具组成中某个或某些模具产生缺陷而导致整组模具的全部返修加工。经此优化设计后，可使轨道用钢轮锻造模具组件的制造费用大幅下降，从而可提高经济效益。在此强调，除非另有说明，本文所用术语与本领域中各种科技术语的通常含义、各种技术词典、教科书等中定义的专业术语的含义一致。请注意，术语“目标钢轮产品成形坯”是指特定制造过程中的待制造的钢轮成形坯。根据本专利技术一实施例，提供一种用于制造轨道用钢轮的锻造模具组件，其中，包括因与钢轮成形坯接触而磨损相对较多的消耗性模具和磨损相对较少的通用结构性模具，其中，消耗性模具和通用结构性模具都是可拆装的，其中，通用结构性模具设计为具有不同规格的通用系列模具，以适用于制造不同规格的钢轮产品，其中，通用结构性模具包括单级通用结构性模具和双级通用结构性模具，双级通用结构性模具包括第一级通用结构性模具和第二级通用结构性模具，其中，第二级通用结构性模具根据第一级通用结构性模具进行分档设计。上述锻造模具组件在结构上可分为互相独立的上模具单元和下模具单元，其中，在上模具单元和下模具单元配合在一起时，在上模具单元和下模具单元之间可形成用于制造钢轮成形坯的模腔；其中，上模具单元可包括至少一个消耗性模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造轨道用钢轮的锻造模具组件(100)，其特征在于，包括因与钢轮成形坯(400)接触而磨损相对较多的消耗性模具和磨损相对较少的通用结构性模具，其中，消耗性模具和通用结构性模具都是可拆装的，其中，通用结构性模具设计为具有不同规格的通用系列模具，以适用于制造不同规格的钢轮产品，其中，通用结构性模具包括单级通用结构性模具和双级通用结构性模具，双级通用结构性模具包括第一级通用结构性模具和第二级通用结构性模具，其中，第二级通用结构性模具根据第一级通用结构性模具进行分档设计。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于制造轨道用钢轮的锻造模具组件(100)，其特征在于，包括因与钢轮成形坯(400)接触而磨损相对较多的消耗性模具和磨损相对较少的通用结构性模具，其中，消耗性模具和通用结构性模具都是可拆装的，其中，通用结构性模具设计为具有不同规格的通用系列模具，以适用于制造不同规格的钢轮产品，其中，通用结构性模具包括单级通用结构性模具和双级通用结构性模具，双级通用结构性模具包括第一级通用结构性模具和第二级通用结构性模具，其中，第二级通用结构性模具根据第一级通用结构性模具进行分档设计。


2.如权利要求1所述的锻造模具组件(100)，其特征在于，在结构上分为互相独立的上模具单元(200)和下模具单元(300)，其中，在上模具单元(200)和下模具单元(300)配合在一起时，在上模具单元(200)和下模具单元(300)之间形成用于制造钢轮成形坯(400)的模腔；
其中，上模具单元(200)包括至少一个消耗性模具和至少一个通用结构性模具，且下模具单元(300)也包括至少一个消耗性模具和至少一个通用结构性模具；
其中，优选地，钢轮成形坯(400)包括位于其中心的芯料(410)、环绕芯料(410)的轮毂(420)、位于径向最外侧的轮辋(440)、及连接轮毂(420)和轮辋(440)的辐板(430)，其中，轮辋(440)在面对上模具单元(200)的第一侧轮辋端面具有第一外径D1和第二内径D2，轮毂(420)在面对上模具单元(200)的第一侧轮毂端面具有第三外径D3和第四内径D4，且轮辋(440)在面对下模具单元(300)的第二侧轮辋端面具有第八外径D8和第七内径D7，轮毂(420)在面对下模具单元(300)的第二侧轮毂端面具有第六外径D6和第五内径D5，其中，钢轮成形坯(400)根据需要具有多种规格。


3.如权利要求2所述的锻造模具组件(100)，其特征在于，上模具单元(200)包括：
上模座(210)，其位于上模具单元(200)的轴向和径向最外侧；
上压紧盘(220)，其以可拆装方式安装到上模座(210)的面向钢轮成形坯(400)的第一侧部，并位于上模座(210)的径向最外侧；
第一级上适配环(230)，其在轴向和径向上分别连接到上模座(210)的第一侧部和上压紧盘(220)，并位于上压紧盘(220)的径向内侧；以及
上垫盘(240)，其在轴向上安装到上模座(210)的第一侧部，并设置在第一级上适配环(230)的径向内侧；
其中，第一级上适配环(230)设计为双级通用结构性模具中的第一级通用结构性模具，优选地，第一级上适配环(230)与上模座(210)、及上压紧盘(220)配合的径向外侧尺寸为定值尺寸，而径向内侧尺寸为根据钢轮产品的规格而改变的分档尺寸，并根据钢轮成形坯(400)的第一外径D1的常规尺寸统计值分为m档，其中m为大于1的自然数；
其中，根据第一级上适配环(230)的分档，相应地，上垫盘(240)的径向外侧和径向内侧尺寸均设计为m档。


4.如权利要求3所述的锻造模具组件(100)，其特征在于，上模具单元(200)还包括：
成形环(250)，其位于第一级上适配环(230)的径向内侧，并包括一体成型的台阶状连接部分和圆锥曲面部分，其中，台阶状连接部分在轴向和径向上分别连接到上垫盘(240)和第一级上适配环(230)，并设置有邻近轮辋(440)的第一侧轮辋端面的台阶(252)，其中，圆锥曲面部分用于与钢轮成形坯(400)径向外侧部分接触；
第二级上适配环(251)，其嵌装在成形环(250)的台阶状连接部分的台阶(252)处，并用于与轮辋(440)第一侧轮辋端面接触；
其中，成形环(250)设计为消耗性模具，优选地，成形环(250)在其圆锥曲面部分处的最小内径设定为第九内径D9，且第九内径D9与目标钢轮成形坯(400)的第一外径D1一致，并且成形环(250)的径向外侧尺寸与选用的第一级上适配环(230)相适应，优选地，成形环(250)的台阶状连接部分的内径尺寸根据第一级上适配环(230)分档并分档为m档；
其中，第二级上适配环(251)设计为第一级上适配环(230)的第二级通用结构性模具，优选地，第二级上适配环(251)的外径与用于嵌装第二级上适配环(251)的台阶(252)处的内径一致，且第二级上适配环(251)的外径也根据第一级上适配环(230)分档并相应地分档为m档，且第二级上适配环(251)的各档次的内径根据选定档次的钢轮成形坯(400)的第二内径D2的常规尺寸统计值确定，并且，台阶(252)和第二级上适配环(251)具有相同的第三轴向高度H3，优选地，台阶(252)和第二级上适配环(251)的第三轴向高度H3根据钢轮成形坯(400)在第一侧的第一毂辋距H1的常规尺寸统计值、锻造模具组件(100)的模具使用强度、及维修规定确定。


5.如权利要求4所述的锻造模具组件(100)，其特征在于，上模具单元(200)还包括：
上成形模(260)，其包括一体成型的上成形模连接部分和上成形模曲面部分，其中，上成形模连接部分在径向上连接到上垫盘(240)的径向内侧并位于第二级上适配环(251)的径向内侧，其中，上成形模曲面部分用于与钢轮成形坯(400)的轮辋(440)的第一侧径向内侧面、辐板(430)的第一侧面、及轮毂(420)的第一侧径向外侧面接触；
上高度调整垫板(261)，其在轴向上安装在上垫盘(240)和上成形模(260)之间；
其中，上成形模(260)设计为消耗性模具，优选地，上成形模(260)的从上成形模(260)与上高度调整垫板(261)的连接处到上成形模(260)与轮辋(440)第一侧轮辋端面接触处的第五轴向厚度H5根据钢轮成形坯(400)的第一毂辋距H1的常规尺寸统计值、锻造模具组件(100)的模具使用强度、及维修规定确定，且上高度调整垫板(261)设计为具有系列厚度的单级通用结构性模具，优选地，上高度调整垫板(261)的第六轴向厚度H6根据上成形模(260)的单次加工量和维修规定确定，使得上成形模(260)的第五轴向厚度H5和上高度调整垫板(261)的第六轴向厚度H6之和的第一有效高度尺寸H7恒定；
其中，优选地，上成形模(260)的径向内侧尺寸根据目标钢轮成形坯(400)的第三外径D3确定，径向外侧尺寸根据选定档次的钢轮成形坯(400)的第二内径D2的常规尺寸统计最大值确定，并根据第一级上适配环(230)的分档相应分为m档；且上高度调整垫板(261)的径向外侧尺寸根据上垫盘(240)的径向内侧尺寸确定，也根据第一级上适配环(230)分档并相应地分档为m档，上高度调整垫板(261)的径向内侧尺寸根据选定档次的钢轮成形坯(400)的第三外径D3的常规尺寸统计最大值确定，并基于对其外径的分档相应分为m档。


6.如权利要求5所述的锻造模具组件(100)，其特征在于，上模具单元(200)还包括：
上活套(270)，其位于上成形模(260)的径向内侧，且上活套(270)具有面对钢轮成形坯(400)的上活套第一端和背离钢轮成形坯(400)的上活套第二端，其中，上活套第一端用于接触轮毂(420)的第一侧轮毂端面；
带有第一法兰的上活套座(271)，其位于上垫盘(240)的径向内侧，并且第一端连接到上活套(270)的上活套第二端，且带有第一法兰的第二端朝上模座(210)的第一侧部延伸，使得上活套(270)与上活套座(271)同轴；
其中，上活套(270)设计为消耗性模具，优选地，上活套(270)的第十一内径D11与目标钢轮成形坯(400)的第四内径D4一致，且第十三外径D13与目标钢轮成形坯(400)的第三外径D3一致，其中，优选地，上活套(270)的轴向高度根据目标钢轮成形坯(400)的第一毂辋距H1确定；
其中，上活套座(271)设计为单级通用结构性模具，优选地，根据钢轮成形坯(400)的第三外径D3的常规尺寸统计值和第四内径D4的常规尺寸统计值，上活套座(271)的第十内径D10分为n档，其中n为大于1的自然数，且上活套座(271)的连接上活套(270)的连接处的第十二外径D12也分为n档，其中，优选地，上活套座(271)的第八轴向高度H8基于钢轮成形坯(400)的第一毂辋距H1的常规尺寸统计值、以及避免部件之间互相干涉的因素而确定；
其中，优选地，上活套(270)的第十三外径D13与上活套座(271)的第十二外径D12之差满足0≤(D13-D12)≤20mm，且上活套(270)的第十一内径D11与上活套座(271)的第十内径D10之差满足0≤(D10-D11)≤20mm；
其中，优选地，上活套(270)和上活套座(271)螺纹连接，更优选地，上活套(270)的上活套第二端和上活套座(271)的第一端以彼此套装的方式插接在一起，以连接上活套(270)和上活套座(271)并确保它们的同心度，更优选地，在上活套(270)的与上活套座(271)连接配合的整个外圆周面上，沿周向开有第一V形槽(273)，利用穿透上活套座(271)筒壁的第一螺钉与第一V形槽(273)螺纹配合，以紧固连接上活套(270)和上活套座(271)，第一螺钉例如为内六角锥段紧定螺钉(272)。


7.如权利要求6所述的锻造模具组件(100)，其特征在于，上模具单元(200)还包括：
上芯棒头(280)，其套入上活套(270)内部，且面对钢轮成形坯(400)的上芯棒头第一端用于接触芯料(410)的第一侧芯料凹面和轮毂(420)的第一侧的径向内侧面；
上芯棒座(281)，其呈T字型，包括上芯棒座竖向部分和作为上芯棒座横向部分的第二法兰，其中第二法兰安装到上模座(210)的第一侧部，且T字型的竖向部分连接到上芯棒头(280)，使得上芯棒座(281)延伸入上活套座(271)内，以使上芯棒头(280)与上芯棒座(281)同轴，其中，上活套座(271)的第一法兰连接到第二法兰；
其中，上芯棒头(280)设计为消耗性模具，优选地，上芯棒头(280...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯沛云，李树林，张磊，魏华成，张鹏，刘华堂，白辉东，刘伟亮，
申请(专利权)人：太原重工轨道交通设备有限公司，
类型：发明
国别省市：山西;14