一种弹性车轮轮芯的制备方法

摘要

一种弹性车轮轮芯的制备方法，属于弹性车轮生产工艺技术领域，该方法包括1)将直径较大的连铸坯开坯得到直径较小的轧制坯；2)将轧制坯退火处理后进行切料，得到生产每个轮芯所需的投料钢坯；3)对投料钢坯进行加热处理；4)投料钢坯镦粗后采用开式模锻的方式锻造，锻造完成后冲孔得到成型毛坯；5)对成型毛坯进行喷丸、热处理、取样检验、加工、成品检测、喷漆后得到轮芯成品；本发明的有益效果是，本发明采用新的锻造方法，使产品成材率得到提高，取消了热处理前粗加工，工序得到了优化，缩短了生产周期，节约了锻造开坯成本，提高了投料钢坯的利用率，节约了原材料，节省了生产制造成本，提高了企业竞争力。

权利要求

1.一种弹性车轮轮芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将直径较大的连铸坯开坯得到直径较小的轧制坯，保证轮芯加工所要求的锻造比；

2）将轧制坯进行退火处理，使轧制坯的硬度降低到规定的硬度后进行切料，得到生产每个轮芯所需的投料钢坯；

3）对步骤2）得到的投料钢坯进行加热处理；

4）对步骤3）中加热处理后的投料钢坯镦粗后采用开式模锻的方式进行锻造，保证成型毛坯单边加工余量控制在2.5mm 3.5mm，锻造完成后进行中心冲孔得到成型毛坯；采用开式~

模锻锻造成型的设备包括摩擦压力机和组合式锻模（5），所述组合式锻模（5）包括上模（51）和下模（52），所述上模（51）和下模（52）之间形成轮芯成型型腔（53），所述上模（51）与所述摩擦压力机的滑块固定相连，所述摩擦压力机的压力为80 MN，所述摩擦压力机对钢坯反复锻压成型，且每个加载循环的摩擦时间的时长为0.3s 0.5s；

~

5）对成型毛坯进行喷丸、热处理、取样检验、加工、成品检测、喷漆后得到轮芯成品，热处理过程依次包括淬火前加热、淬火和回火，淬火前加热的温度为850℃ 890℃，加热保温1~

4小时；淬火过程先采用水冷却30s 100s，再空冷20s 60s，最后采用14% 16%的盐水作为淬~ ~ ~ ~

火介质，并采用机械搅拌的方式淬火20s 60s；回火的温度为540℃ 600℃，保温3 5小时。

~ ~ ~

2.根据权利要求1所述的弹性车轮轮芯的制备方法，其特征在于：所述连铸坯的直径为

447mm 453mm，开坯得到的轧制坯的直径为222mm 228mm，所述轮芯的外径为400mm 500mm，~ ~ ~

轧制坯的长度为6.6m 6.7m，经过步骤4）的锻造后轮芯的锻造比≥4。

~

3.根据权利要求1所述的弹性车轮轮芯的制备方法，其特征在于：在步骤2）中，对轧制坯进行退火处理的具体过程是，将轧制坯缓慢加热到850℃ 890℃，随炉冷却，得到的轧制~

坯的硬度≤241HB。

4.根据权利要求3所述的弹性车轮轮芯的制备方法，其特征在于：在步骤2）中，运用厚度为2mm 3mm锯条的带锯对退火处理的轧制坯进行切料，得到长度为274mm 278mm的多个投~ ~

料钢坯。

5.根据权利要求1所述的弹性车轮轮芯的制备方法，其特征在于：步骤3）中对投料钢坯的加热温度控制在1200℃ 1260℃。

~

6.根据权利要求1所述的弹性车轮轮芯的制备方法，其特征在于：锻造完成后进行中心冲孔所运用的冲孔设备（6）包括冲孔底座（61）和冲头（62），所述冲孔底座（61）和冲头（62）对接后形成所述轮芯成型型腔（53），所述冲孔底座（61）上设置有上端孔径小于下端孔径的锥形冲孔（611），所述冲头（62）底端设置有与所述锥形冲孔（611）上端间隙配合的圆柱形的冲压段（621）。

7.根据权利要求1所述的弹性车轮轮芯的制备方法，其特征在于：所述热处理采用的设备为电阻炉，将喷丸后的成型毛坯均布在电阻炉的炉底进行加热。

说明书

一种弹性车轮轮芯的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及弹性车轮生产工艺技术领域，尤其涉及一种弹性车轮轮芯的制备方法。

背景技术

[0002] 弹性车轮通常是用于低底板城市有轨电车的一种组合车轮，由于其低噪音、低成本被越来越多的城市地面交通所采用，如图1所示，弹性车轮包括轮箍1、弹性体2、轮芯3和
压盖4，轮箍1的内侧与两个弹性体2相连，其中一个弹性体2与轮芯3的外缘相连，另一个弹
性体2通过压盖4与轮芯3的底部连接固定，弹性车轮的轮芯3相对与一般车轮部件，外径在
400‑500mm之间，轮芯3的中部设置有与车轮轴连接的中心孔，其特点为尺寸较小，重量轻，
通常在40公斤左右，形状复杂，通常为深盆形等复杂外形，生产工艺流程长且复杂。

[0003] 传统的工艺流程主要存在如下问题：

[0004] 1）由于轮芯尺寸小、重量轻，采用常规车轮生产的连铸圆坯或模铸锭无法保证产品的锻造比≥4的生产要求，锻造前需要对钢锭进行改锻，钢坯的改锻费用通常较高，为
2000元/吨，增加了生产成本，降低了企业的市场竞争力。

[0005] 2）弹性车轮轮芯通常外形复杂，如：通常为深盆型法兰结构，这种复杂的外形，通常采用自由锻及一般的成型方式，无法将复杂的外形加工出来。一般采用锻造成圆饼形毛
坯，这种方式的成材率非常低，以AT608弹性车轮轮芯为例，轮芯成品重量为38公斤，投料重
量需要165公斤，成材率仅达到23.0%，造成原材料的极大浪费，另外由于加工余量非常之
大，要保证产品热处理质量，需要在轮芯热处理前进行粗加工，每件需要增加600元的加工
成本。

[0006] 3）由于轮芯的复杂结构，采用自由锻的方式外形尺寸不容易控制，采用自由锻锻造合格率非常低，如AT608弹性车轮轮芯，首批锻造合格不到50%，锻造25件尺寸合格仅12
件。

[0007] 因此，如何在保证符合轮芯生产的性能要求的基础上，提高轮芯产品的成材率，降低原材料的生产投入，降低生产成本是目前企业轮芯生产所面临的问题。

发明内容

[0008] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种弹性车轮轮芯的制备方法，采用新的锻造方法，使产品成材率得到提高，取消了热处理前粗加工，工序得到了优化，缩短了生产
周期，而且节省了开坯费用，节约了原材料，节省了生产制造成本。

[0009] 为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述弹性车轮轮芯的制备方法，包括以下步骤：

[0010] 1）将直径较大的连铸坯开坯得到直径较小的轧制坯，保证轮芯加工所要求的锻造比；

[0011] 2）将轧制坯进行退火处理，使轧制坯的硬度降低到规定的硬度后进行切料，得到生产每个轮芯所需的投料钢坯；

[0012] 3）对步骤2）得到的投料钢坯进行加热处理；

[0013] 4）对步骤3）中加热处理后的投料钢坯镦粗后采用开式模锻的方式进行锻造，保证成型毛坯单边加工余量控制在2.5mm 3.5mm，锻造完成后进行中心冲孔得到成型毛坯；
~

[0014] 5）对成型毛坯进行喷丸、热处理、取样检验、加工、成品检测、喷漆后得到轮芯成品。

[0015] 进一步地，所述连铸坯的直径为447mm 453mm，开坯得到的轧制坯的直径为222mm~ ~
228mm，所述轮芯的外径为400mm 500mm，轧制坯的长度为6.6m 6.7m，经过步骤4）的锻造后
~ ~
轮芯的锻造比≥4。

[0016] 进一步地，在步骤2）中，对轧制坯进行退火处理的具体过程是，将轧制坯缓慢加热到850℃ 890℃，随炉冷却，得到的轧制坯的硬度≤241HB。
~

[0017] 进一步地，在步骤2）中，运用厚度为2mm 3mm锯条的带锯对退火处理的轧制坯进行~
切料，得到长度为274mm 278mm的多个投料钢坯。
~

[0018] 进一步地，步骤3）中对投料钢坯的加热温度控制在1200℃ 1260℃。~

[0019] 进一步地，在步骤4）中采用开式模锻锻造成型的设备包括摩擦压力机和组合式锻模，所述组合式锻模包括上模和下模，所述上模和下模之间形成轮芯成型型腔，所述上模与
所述摩擦压力机的滑块固定相连。

[0020] 进一步地，所述摩擦压力机的压力为80 MN，所述摩擦压力机对钢坯反复锻压成型，且每个加载循环的摩擦时间的时长为0.3s 0.5s。
~

[0021] 进一步地，锻造完成后进行中心冲孔所运用的冲孔设备包括冲孔底座和冲头，所述冲孔底座和冲头对接后形成所述轮芯成型型腔，所述冲孔底座上设置有上端孔径小于下
端孔径的锥形冲孔，所述冲头底端设置有与所述锥形冲孔上端间隙配合的圆柱形的冲压
段。

[0022] 进一步地，所述步骤5）中的热处理过程依次包括淬火前加热、淬火和回火，淬火前加热的温度为850℃ 890℃，加热保温1 4小时；淬火过程先采用水冷却30s 100s，再空冷
~ ~ ~
20s 60s，最后采用14% 16%的盐水作为淬火介质，并采用机械搅拌的方式淬火20s 60s；回
~ ~ ~
火的温度为540℃ 600℃，保温3 5小时。
~ ~

[0023] 进一步地，所述热处理采用的设备为电阻炉，将喷丸后的成型毛坯均布在电阻炉的炉底进行加热。

[0024] 本发明的有益效果是：

[0025] 1、本发明首先将直径较大的连铸坯开坯得到直径较小的轧制坯，再经过后期的锻造得到成型毛坯，可以保证轮芯所要求的锻造比，提高了轮芯组织的致密性，保证了轮芯的
高强度和高的冲击韧性，提高了轮芯成品的加工质量；在轧制得到直径较小的轧制坯后需
要进行切料处理，切料处理前对轧制坯进行退火处理后使其硬度降低，再按照需要的长度
进行切料得到投料钢坯，提高了切料的效率，缩短了生产周期；对投料钢坯进行加热处理，
增加了钢坯的塑性，降低了钢坯的变形抗力，易于获得好的锻后组织，在对加热处理后的投
料钢坯镦粗后采用开式模锻的方式来精准控制轮芯的加工余量，提高了产品成材率，减小
了投料量，产品单边加工余量能够控制在2.5mm 3.5mm，按这一余量锻造后不需要粗加工即
~
可进行热处理，取消了产品粗加工工序，节省了生产成本，进一步缩短了生产周期。

[0026] 2、具体地，为保证正常的运输条件，轧制坯的长度设置为6.6m 6.7m，每个轮芯成~
品所需要的投料钢坯长度在274mm 278mm，采用厚度为2 3mm锯条的带锯对退火处理的轧制
~ ~
坯进行切料，每根投料钢坯除锯切刀缝外，其它全部利用，提高了投料钢坯的利用率，节约
了锻造开坯成本；其中的锻造过程分为三步，首先，将投料钢坯镦粗成圆饼形，缩短了锻造
生产周期，然后，将镦粗后的投料钢坯放入上模和下模之间，上模与下模之间形成轮芯成型
型腔，运用摩擦压力机带动上模上下周期滑动，使投料钢坯的金属充满轮芯成型型腔，最
后，对成型钢坯中心冲孔得到成型毛坯，整个锻造过程的生产效率高，成材率高，加工精度
高，可取消粗加工工序，直接进行后期的热处理，节省了生产成本，提高了轮芯产品的生产
质量。

[0027] 综上，本发明采用新的锻造方法，使产品成材率得到提高，取消了热处理前粗加工，工序得到了优化，缩短了生产周期，节约了锻造开坯成本，通过对投料钢坯的切料长度
进行优化，提高了投料钢坯的利用率，节约了原材料，节省了生产制造成本，提高了企业竞
争力。

附图说明

[0028] 下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

[0029] 图1为现有技术中弹性车轮的结构示意图；

[0030] 图2为本发明所制备的车轮轮芯的结构示意图；

[0031] 图3为本发明中组合式锻模的结构示意图；

[0032] 图4为本发明中冲孔设备的结构示意图；

[0033] 上述图中的标记均为：1.轮箍，2.弹性体，3.轮芯，4.压盖，5.组合式锻模，51.上模，52.下模，53.轮芯成型型腔，6.冲孔设备，61.冲孔底座，611.锥形冲孔，62.冲头，621.冲
压段。

具体实施方式

[0034] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但
不用来限制本发明的范围。

[0035] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可
以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本
领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0036] 本发明具体的实施方案为：如图1所示的弹性车轮中的轮芯为深碗形结构，其尺寸较小，外径在400 500mm之间，厚度在120 140mm，重量轻，通常在40公斤左右，形状复杂，本
~ ~
发明根据上述轮芯3结构的特点，提出了该轮芯的制备方法，包括以下步骤：

[0037] 1）钢坯的开坯：将直径为447mm 453mm的连铸坯在轧机上开坯得到直径为222mm~ ~
228mm的轧制坯，提高了轮芯组织的致密性，保证了轮芯较高的强度和冲击韧性；

[0038] 2）轧制坯的切料：将轧制坯进行退火处理，具体过程是，将轧制坯缓慢加热到850℃ 890℃，随炉冷却，得到的轧制坯的硬度降低且不大于241HB，便于进行切料，提高了切料
~
的效率，缩短了生产周期，然后运用厚度为2 3mm锯条的带锯对退火处理的轧制坯进行切
~
料，得到生产每个轮芯所需的投料钢坯，为了保证正常的运输条件，轧制坯不能过长，轧制
坯的长度在6.6m左右，而且考虑到一个轮芯产品所用的投料钢坯的长度为274mm 278mm，再
~
考虑到切料的余量2mm 3mm，每根轧制坯按24块或25块切料，因此，轧制坯的长度=投料钢坯
~
的长度*每根轧制坯的切料数量‑切料余量，经过计算，轧制坯的长度设置为6.6m 6.7m，使
~
每根轧制坯除了切刀缝外，其他几乎全部利用，提高了轧制坯的利用率，节约了锻造开坯成
本；

[0039] 3）锻造前的加热：对步骤2）得到的投料钢坯进行加热处理，加热温度控制在1200℃ 1260℃，能够有效的控制产品过热、过烧，此过程可以提高金属塑性、降低变形抗力并获
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得良好的锻后组织；

[0040] 4）锻造成型：对步骤3）中加热处理后的投料钢坯进行锻造，包括以下三步：第一步，利用水平的上下模板对投料钢坯的两端进行锻压镦粗成圆饼形，镦粗后投料钢坯的厚
度为115mm 125mm，可缩短后期开式模锻的生产周期。第二步，将镦粗后的投料钢坯放入组
~
合式锻模5中的上模51和下模52之间，上模51与下模52之间形成轮芯成型型腔53，其中的上
模51与摩擦压力机上的滑块相连，其中的摩擦压力机为现有设备，摩擦压力机的压力根据
计算公式： QUOTE   ，式中， QUOTE 
  为锻件在平面上的投影面积， QUOTE    为锻件体积， QUOTE    为终锻时锻件
的流动应力（MPa）， QUOTE    为与锻模形式有关的系数（开式模锻取4，闭式模锻挤压成型
不明显时取3），经过计算结果，选用80 MN的摩擦压力机，该摩擦压力机工作时，其中的电动
机使摩擦盘和飞轮旋转以储蓄能量，同时通过螺杆、螺母推动滑块向下运动，从而带动上模
上下滑动对钢坯反复锻压成型，且每个加载循环的摩擦时间的时长为0.3s 0.5s，使镦粗钢
~
坯的金属充满轮芯成型型腔53，上述压力的摩擦压力机可保证成型毛坯单边加工余量控制
在2.5mm 3.5mm，按这一余量锻造后不需要粗加工即可进行热处理，取消了产品粗加工工
~
序，节省了生产成本，进一步缩短了生产周期。第三步，锻造完成后进行中心冲孔，所运用的
冲孔设备6包括冲孔底座61和冲头62，冲孔底座61和冲头62对接后形成轮芯成型型腔53，冲
孔底座61上设置有上端孔径小于下端孔径的锥形冲孔611，起到了冲孔避让的作用，冲头62
底端设置有与锥形冲孔611上端间隙配合的圆柱形的冲压段621，且该冲压段621的直径与
轮芯上的中心孔径相等，通过冲压段621冲压进入锥形冲孔611内后即可完成中心孔的冲孔
操作，使直径为222mm 228mm的轧制坯经过锻造得到外径为400mm 500mm的成型毛坯，保证
~ ~
了轮芯的锻造比不小于4的要求；

[0041] 5）对成型毛坯的后处理：首先，对成型毛坯进行喷丸处理以清除轮芯表面的氧化铁皮，保证后面加热与淬火的均匀性，提高成品的质量。然后，对喷丸处理后的成型毛坯进
行包括淬火前加热、淬火和回火的热处理，首先进行淬火前加热，将喷丸后的成型毛坯均布
在电阻炉的炉底进行加热，使成型毛坯可以均匀受热，淬火前加热的温度850℃ 890℃，加
~
热保温1 4小时；然后进行淬火，淬火过程为，先采用水冷却30s 100s，再空冷20s 60s，为保
~ ~ ~
证轮芯的淬透，最后采用14% 16%的盐水作为淬火介质，并采用机械搅拌的方式淬火20s
~ ~
60s；最后回火，回火的温度为540℃ 600℃，保温3 5小时，经过此过程的热处理后进一步提
~ ~
高了成型毛坯组织的致密性、硬度、耐磨性，并降低了内应力和脆性，提高了成型毛坯的机
械性能。最后，据技术要求每批次进行包括抗拉强度、屈服强度、延伸率、冲击功、晶粒度的
取样检验，然后根据轮芯的加工要求依次进行粗加工、精加工、钻孔和精修操作后进行成品
检测，最后对轮芯组装的非接触面进行喷涂油漆防护得到轮芯成品。

[0042] 以AT608弹性车轮轮芯来说明本发明达到的技术效果：

[0043] 为降低生产的开坯成本，保证不小于4的锻压比，轮芯直接采用直径为225mm的轧制圆坯投料，投料重量为86kg，每块产品需要投料钢坯长度275.6mm，切刀缝为2mm，每块料
平均需要277.6mm，每根按24块切料，每根轧制坯料长度为：277.6×24‑2=6660.4mm，轧制坯
每根定尺长度6.661米，每根钢锭除锯切刀缝外，其它全部利用，提高了投料钢坯的利用率，
由原来的投料钢坯利用率80.1%提高到98.1%，每吨约节约锻造开坯成本1800元/吨；

[0044] 通过80MN的摩擦压力进行锻造，采用开式模锻来精准控制轮芯的加工余量，提高产品成材率，新的锻造方式投料重量由原来165 kg降低到86 kg，成材率由原来的23%提高
到44.2%，产品加工余量能够控制在单边2.5mm 3.5mm，按这一余量轧制后不需要粗加工即
~
可热处理，取消了产品粗加工工序，节省了生产成本。

[0045] 综上，本发明采用新的锻造方法，使产品成材率得到提高，取消了热处理前粗加工，工序得到了优化，缩短了生产周期，节约了锻造开坯成本，通过对投料钢坯的切料长度
进行优化，提高了投料钢坯的利用率，节约了原材料，节省了生产制造成本，提高了企业竞
争力。

[0046] 以上所述，只是用图解说明本发明的一些原理，本说明书并非是要将本发明局限在所示所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均
属于本发明所申请的专利范围。