铁路车轴精密锻造自动化生产线浅析

2018-04-24刘智楠

现代制造技术与装备 2018年3期

刘智楠

（太原重工轨道交通设备有限公司，太原 030032）

为满足国内外各类机、客、货、动、城轨车轴市场的需求，某公司投产的一条全自动化车轴精密锻造生产线，包括一台高速圆盘锯床、一座环形炉、一台精密锻造机、两座正火炉、一座回火炉、四座缓冷室、一座快冷室以及炉外输送设备等。该生产线年产车轴8万根，无论工艺流程、设备选型以及经济技术指标都达到了国内先进水平。

1 工艺流程

1.1 钢坯下料

车轴原材料为截面230mm×230mm～280mm×280mm，长度一般为4～7m的方形钢坯，用高速圆盘锯机锯切为长1.25～1.35m（取决于车轴的类型）的短钢坯，一根原材料钢能锯切为三到五根长度相等的短钢坯。

1.2 锻前加热

按照工艺要求，短钢坯需加热到1200℃左右，保温到规定时间后出炉锻造。

1.3 钢坯转运

加热好的钢坯通过机械手放置到钢坯运输小车上，运送到锻造区。

1.4 车轴锻造

由锻造上料机械手从钢坯运输小车上取热坯交给精锻机夹头，在精锻机上进行锻造。

1.5 钢坯转运

锻后车轴由锻造下料机械手放置到车轴运输小车上，运送到热处理区。

1.6 锻后热处理

热处理工艺：一次正火+冷却+二次正火+二次冷却+回火+回火冷却或一次正火+冷却+回火+回火冷却，最后下件。

2 关键设备

2.1 高速圆盘锯（KSA1010型）

为满足车轴精锻生产线钢坯锯切工艺要求，提高钢坯锯切质量，故而引进硬质合金高速圆盘冷锯机用于车轴钢坯锯切。该设备具有以下优势：切割面非常垂直、极少毛刺，切割面保持冷态无金相变化；非常高的切割性能，可切割至1400N/mm2的材料，能达到每分钟1100cm2；采用冷圆锯，垂直切割，使用硬质合金机加刀片，刀具成本低，刀具更换时间短；最高的环境一贯性，不需要切削液；锯机支柱使用特殊钢混凝土可以吸收震动和抵抗变形；预载导轨结合滚珠丝杠能够精细切削；机器安装西门子控制单元，可实现自动切削，数据输出在显示器上，能够快速对机器进行设定；可通过互联网进行远程诊断。

技术性能参数：锯切后材料尺寸为800～1700mm；头切长度为50～500mm；尾切长度为50～500mm；切断钢坯长度公差为±1mm；切断面角度为±0.5°；切断表面粗糙度≤Ra25μm。

2.2 环形加热炉（φ10m）

该环形加热炉能保证按照工艺要求加热各种规格的钢坯，并符合低耗、节能、无公害以及生产操作自动化的要求。炉子及其主要附属机械设备、仪控系统的设计生产可靠、指标先进、技术实用。其主要特点有：一是按照工艺要求及操作条件选择供热方式；二是根据炉子温度、供热方式及操作条件选择炉衬材质；三是根据炉子特点，选择回收烟气余热方式（考虑强制排烟）；四是根据炉型特点、操作要求配置先进、合理、实用的炉子附属设备；五是炉子的自动控制采用先进可靠的电仪一体化系统。

技术性能参数：炉子中径为Ф10m；炉子内宽为2600mm（炉底宽2310mm）；炉底最大有效面积为67m2；炉子生产能力强，具备最大加热能力10t/h；炉子最大装载量为61根；加热温度为1050～1280℃；炉内温差≤±10℃；天然气消耗量最大为552Nm3/h。

2.3 精锻机（SHP-32）

精锻机是一种曲柄压机。机组主要构成有：压机本体、锻造操作机、液压系统、润滑系统、氧化皮清理输送小车、锤头更换装置和电气自动化控制系统。压机本体包括齿轮箱、锻造箱、锤头调整装置等；液压系统包括动力系统以及循环过滤冷却系统。

精锻机具有以下优势：一是精锻有利于金属塑性的提高，锻造变形过程中材料变形均匀，可获得良好的表面质量和内在质量，从而提高产品的使用寿命；二是精锻温度效应良好，锻造过程中温降小，降温慢，有利于变形；三是精锻尺寸精度及性能一致性高，工艺稳定性好，可精准下料，节省原材料，有利于提高模具使用寿命；四是生产效率高，精密锻造车轴比快锻自由锻造车轴的生产效率高2～3倍；五是采用自动化控制系统，操作自动化，不但可以节省劳动力，而且可实现操作标准化和质量稳定化；六是改善作业环境，该设备锻造过程中振动力小，对厂房和设备基础影响较小，锻造过程的噪音较小，极大地优化了作业环境。

技术性能参数：每对锤头的锻造力5000kN；锤头数为4个；每分钟打击次数最大310次；锤头调整范围210mm；夹头快速移动速度最大500mm/s；夹头进给速度15～ 200mm/s。

2.4 步进式热处理生产线

此车轴热处理线用于锻后车轴正火以及回火热处理，以满足车轴热处理工艺技术要求及生产节拍要求。步进式热处理生产线由一次正火炉、二次正火炉、回火炉、缓冷冷却室、强冷冷却室、运输小车、装料机、取料机、上料辊道、旋转辊道、炉门升降装置、炉底机械、上料台架（离线）、集料台架等设备组成。

技术性能参数：燃料为天然气；步进机械型式采用双轮斜轨式，液压传动；车轴锻件直径为70～265mm；车轴锻件长度为1800～2900mm；车轴热处理炉温为正火炉1000℃（最大），回火炉700℃（最大）；炉温均匀性为±10℃；炉子生产能力最大为10t/h；最大出料节奏为15件/h。

3 平面布置

整个生产线主要布置在厂房一宽36m、长160m跨内。由于车轴生产不同批次的原材料钢坯需要分开放置，同批次的原材料钢坯必须组成一个锻造和热处理批次，钢坯存放需要充足的面积，并考虑厂房空间结构以及整条生产线流程，故坯料存放区布置在36m跨外另一跨内。高速圆盘锯、环形加热炉、精锻机组、步进式热处理生产线布置在同一个36m跨内。整个生产线关键工序（车轴锻造+车轴热处理）占地面积约1700m2；辅助工序（钢坯备料+车轴周转）占地面积约5800m2。两工序合计占地面积约7500m2。详情如图1所示。