劉智楠

（太原重工軌道交通設(shè)備有限公司，太原 030032）

為滿足國(guó)內(nèi)外各類機(jī)、客、貨、動(dòng)、城軌車軸市場(chǎng)的需求，某公司投產(chǎn)的一條全自動(dòng)化車軸精密鍛造生產(chǎn)線，包括一臺(tái)高速圓盤(pán)鋸床、一座環(huán)形爐、一臺(tái)精密鍛造機(jī)、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(shè)備等。該生產(chǎn)線年產(chǎn)車軸8萬(wàn)根，無(wú)論工藝流程、設(shè)備選型以及經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)都達(dá)到了國(guó)內(nèi)先進(jìn)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(zhǎng)度一般為4～7m的方形鋼坯，用高速圓盤(pán)鋸機(jī)鋸切為長(zhǎng)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(zhǎng)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(shí)間后出爐鍛造。

1.3 鋼坯轉(zhuǎn)運(yùn)

加熱好的鋼坯通過(guò)機(jī)械手放置到鋼坯運(yùn)輸小車上，運(yùn)送到鍛造區(qū)。

1.4 車軸鍛造

由鍛造上料機(jī)械手從鋼坯運(yùn)輸小車上取熱坯交給精鍛機(jī)夾頭，在精鍛機(jī)上進(jìn)行鍛造。

1.5 鋼坯轉(zhuǎn)運(yùn)

鍛后車軸由鍛造下料機(jī)械手放置到車軸運(yùn)輸小車上，運(yùn)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(guān)鍵設(shè)備

2.1 高速圓盤(pán)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(zhì)量，故而引進(jìn)硬質(zhì)合金高速圓盤(pán)冷鋸機(jī)用于車軸鋼坯鋸切。該設(shè)備具有以下優(yōu)勢(shì)：切割面非常垂直、極少毛刺，切割面保持冷態(tài)無(wú)金相變化；非常高的切割性能，可切割至1400N/mm2的材料，能達(dá)到每分鐘1100cm2；采用冷圓鋸，垂直切割，使用硬質(zhì)合金機(jī)加刀片，刀具成本低，刀具更換時(shí)間短；最高的環(huán)境一貫性，不需要切削液；鋸機(jī)支柱使用特殊鋼混凝土可以吸收震動(dòng)和抵抗變形；預(yù)載導(dǎo)軌結(jié)合滾珠絲杠能夠精細(xì)切削；機(jī)器安裝西門子控制單元，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切削，數(shù)據(jù)輸出在顯示器上，能夠快速對(duì)機(jī)器進(jìn)行設(shè)定；可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷。

技術(shù)性能參數(shù)：鋸切后材料尺寸為800～1700mm；頭切長(zhǎng)度為50～500mm；尾切長(zhǎng)度為50～500mm；切斷鋼坯長(zhǎng)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(wú)公害以及生產(chǎn)操作自動(dòng)化的要求。爐子及其主要附屬機(jī)械設(shè)備、儀控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)可靠、指標(biāo)先進(jìn)、技術(shù)實(shí)用。其主要特點(diǎn)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(zhì)；三是根據(jù)爐子特點(diǎn)，選擇回收煙氣余熱方式（考慮強(qiáng)制排煙）；四是根據(jù)爐型特點(diǎn)、操作要求配置先進(jìn)、合理、實(shí)用的爐子附屬設(shè)備；五是爐子的自動(dòng)控制采用先進(jìn)可靠的電儀一體化系統(tǒng)。

技術(shù)性能參數(shù)：爐子中徑為Ф10m；爐子內(nèi)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(qiáng)，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(nèi)溫差≤±10℃；天然氣消耗量最大為552Nm3/h。

2.3 精鍛機(jī)（SHP-32）

精鍛機(jī)是一種曲柄壓機(jī)。機(jī)組主要構(gòu)成有：壓機(jī)本體、鍛造操作機(jī)、液壓系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、氧化皮清理輸送小車、錘頭更換裝置和電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)。壓機(jī)本體包括齒輪箱、鍛造箱、錘頭調(diào)整裝置等；液壓系統(tǒng)包括動(dòng)力系統(tǒng)以及循環(huán)過(guò)濾冷卻系統(tǒng)。

精鍛機(jī)具有以下優(yōu)勢(shì)：一是精鍛有利于金屬塑性的提高，鍛造變形過(guò)程中材料變形均勻，可獲得良好的表面質(zhì)量和內(nèi)在質(zhì)量，從而提高產(chǎn)品的使用壽命；二是精鍛溫度效應(yīng)良好，鍛造過(guò)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(zhǔn)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(dòng)化控制系統(tǒng)，操作自動(dòng)化，不但可以節(jié)省勞動(dòng)力，而且可實(shí)現(xiàn)操作標(biāo)準(zhǔn)化和質(zhì)量穩(wěn)定化；六是改善作業(yè)環(huán)境，該設(shè)備鍛造過(guò)程中振動(dòng)力小，對(duì)廠房和設(shè)備基礎(chǔ)影響較小，鍛造過(guò)程的噪音較小，極大地優(yōu)化了作業(yè)環(huán)境。

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

2.4 步進(jìn)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(shù)要求及生產(chǎn)節(jié)拍要求。步進(jìn)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(qiáng)冷冷卻室、運(yùn)輸小車、裝料機(jī)、取料機(jī)、上料輥道、旋轉(zhuǎn)輥道、爐門升降裝置、爐底機(jī)械、上料臺(tái)架（離線）、集料臺(tái)架等設(shè)備組成。

技術(shù)性能參數(shù)：燃料為天然氣；步進(jìn)機(jī)械型式采用雙輪斜軌式，液壓傳動(dòng)；車軸鍛件直徑為70～265mm；車軸鍛件長(zhǎng)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(gè)生產(chǎn)線主要布置在廠房一寬36m、長(zhǎng)160m跨內(nèi)。由于車軸生產(chǎn)不同批次的原材料鋼坯需要分開(kāi)放置，同批次的原材料鋼坯必須組成一個(gè)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(jié)構(gòu)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(nèi)。高速圓盤(pán)鋸、環(huán)形加熱爐、精鍛機(jī)組、步進(jìn)式熱處理生產(chǎn)線布置在同一個(gè)36m跨內(nèi)。整個(gè)生產(chǎn)線關(guān)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(zhuǎn)）占地面積約5800m2。兩工序合計(jì)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(jì)技術(shù)指標(biāo)

該生產(chǎn)線的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)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(shè)備，降低生產(chǎn)成本。按每年生產(chǎn)8萬(wàn)根車軸測(cè)算，用高速圓盤(pán)鋸可節(jié)約成本526.6萬(wàn)元/年。

整條生產(chǎn)線全部工序采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，自動(dòng)化程度高，大大提高了勞動(dòng)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(zhì)量、節(jié)約運(yùn)輸成本、改善作業(yè)環(huán)境，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

表1 主要數(shù)據(jù)

表2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

5 結(jié)語(yǔ)

本車軸精密鍛造自動(dòng)化生產(chǎn)線在工藝流程、設(shè)備選型、自動(dòng)化程度等方面具有先進(jìn)性，而且各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)于行業(yè)基準(zhǔn)值，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益良好，是鐵路車軸鍛造發(fā)展的趨勢(shì)。

[l]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)塑性工程學(xué)會(huì)．鍛壓手冊(cè)[M].3版．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013：112．

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