探究機車車輛的車軸鍛造工藝

高玉斌

摘 要：隨著社會的發展和時代的不斷進步，交通工具的技術水平逐漸提高，尤其是機車工具的制造和生產水平有了很大提高。機車中車軸是重要的組成部分，是通過懸架和車架相連，其功能是傳遞車架（或承載式車身）與車輪之間各方向作用力的部件，因此，需要高度重視其鍛造工藝和質量。本文主要以機車車軸的生產工藝為研究對象，具體從車軸鍛造工藝方面展開論述，并就存在的問題提出合理化的建議和措施，以提高機車車軸的鍛造水平和質量。

關鍵詞：機車車輛 車軸鍛造 生產工藝 應用

中圖分類號：U26 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（b）-0093-02

鐵路運輸業是國家大力扶持和發展的重點行業，關系著我國市場發展的空間和范圍。因此，需要高度重視鐵路運輸業的發展狀況，車軸是鐵路機車車輛走行部的重要部件，其質量的好壞直接會影響到鐵路運輸的安全。隨著現代化社會的發展和時代的不斷進步，交通運輸業也在不斷發展，傳統的40鋼車軸已經難以滿足現代高速列車車軸的要求了，必須要提高車軸的強度，增強車軸的使用壽命，避免機車在高速運作中出現車軸裂紋等現象，嚴重威脅著鐵路運輸的安全和穩定，下面針對機車車輛生產中車軸的鍛造工藝問題進行闡述和討論。

1 機車車軸鍛造工藝概述

針對鐵路機車車輛而言，車軸完全承擔著車輛的荷重與自重，同時列車運行與停車過程也承擔著車輛的制動力與沖擊力，此外車輛的受力情況隨著行駛狀態的改變而改變。因此，必須要提高機車車輛車軸的質量，以確保機車車輛行駛的安全性和穩定性。（1）車軸的原材料及鍛后熱處理必須達到既定的技術要求；（2）車軸成型必須經軋制、鍛造的塑性變形過程，提高車軸的力學性能。

目前，我國常用的車軸鍛造工藝包括自由鍛造工藝和徑向鍛造工藝，其中前者主要采用水壓機，后者主要采用大型數控型徑向鍛造機。例如，徑向鍛造機精鍛工藝，就塑性成形原理而言，快鍛液壓機具有較大的鍛造壓力及徑向鍛造錘頭具有較小的打擊力，因此，快鍛液壓機具有較佳的鍛透效果。就鍛件的外觀而言，若采用快鍛液壓機進行鍛造處理，則車軸鍛件的端頭呈外凸狀；若采用精鍛機進行鍛造處理，那么車軸鍛件的端頭呈內凹狀。

當前奧地利、德國等國家已經擁有相當成熟的火車機車車輛車軸鍛造工藝，其中產自奧地利的徑向鍛造機或臥式徑向四錘頭精密鍛造機已占據世界主要市場，因此，可大幅度提高車軸外形尺寸的精密度，同時能夠完全實現全自動鍛造，能夠從產能、質量、安全環保、成品率等方面實現比較有效的控制，但徑向鍛造機價格相當昂貴。2008年以前，我國便能夠生產8000 kN快鍛液壓機。近年來，隨著新技術的開發與應用，我國的此項生產技術已經能夠基本滿足國內市場的需要。

2 車軸鍛造工藝

金屬鍛前加熱作為鍛件生產過程的關鍵工序，金屬的塑性與變形抗力直接影響到金屬坯料所制成鍛件的質量，因此鍛造加熱均以增強金屬塑性、控制變形抗力為主要目的，以提高鍛后組織的性能。由此可見，車軸鍛造過程必須高度重視車軸鍛造加熱。車軸的軸坯主要采用步進式連續加熱爐的加熱方式，其中鋼坯加熱過程必須對爐內溫度變化及控溫表進行跟蹤監測，實現對噴嘴燃氣流量的控制，進而防止坯料過熱或過燒。此外，必須對坯料的均熱時間進行嚴格控制，即均熱時間≥2 h；均熱段爐溫<1200 ℃。

除此以外，車軸鍛造加熱過程必須規避某些加熱缺陷的產生。金屬加熱過程，不斷輸入的外部熱量勢必持續改變坯料內部的能量狀態，一方面會實現金屬塑性的提高及變形抗力的降低；另一方面亦會導致某些加熱缺陷的產生。例如源自坯料外層組織化學狀態變化的缺陷，脫碳或氧化；源自內部組織結構變化的缺陷，例如過燒火過熱；源自坯料內部溫度分布不均的缺陷，例如坯料開裂，其中就坯料開裂問題而言，尤其針對導溫差的高合金鋼或斷面尺寸大的鋼錠，低溫階段務必要采取緩慢加熱的原則，同時嚴格遵循既定的加熱規范。

總體而言，車軸鍛造加熱過程，鍛造溫度范圍的確定及始鍛溫度與終鍛溫度的確定均應遵循既定的原則，即鍛造溫度范圍的確定原則：鍛造溫度范圍內必須確保金屬的塑性及變形抗力能夠滿足既定標準，即鍛造溫度范圍盡量更寬，如此實現加熱火次的減少及鍛造生產率的提高；碳鋼始鍛溫度的確定原則：始鍛溫度低出Fe-C平衡圖的固相線150 ℃～250 ℃；碳鋼終鍛溫度的確定原則：終鍛溫度高出Fe-C平衡圖的A1線25 ℃～75 ℃。

結合上述研究內容，本章節以LZ50鋼車軸為例，簡要分析LZ50鋼車軸的鍛造工藝。根據相關原則最終確定LZ鋼車軸坯料的始鍛溫度、終鍛溫度分別為1150 ℃左右、≥800 ℃，其中若<800 ℃，則嚴禁開展鍛打作業。總體而言，LZ鋼車軸必須分步完成相應工序，具體生產流程如表1所示：

LZ50鋼車軸鍛造完成后，必須依照規范進行鍛后校直冷卻處理，具體操作步驟：自檢鍛造后的車軸→校直自檢合格后的車軸，注意校直過程必須確保軸溫≥510 ℃，此外校直后的車軸毛坯必須放入專用冷床進行冷卻處理，切忌熱態堆放。

總體而言，須對車軸的始鍛溫度、終鍛溫度進行嚴格控制，堅決做到軸坯加熱溫度里外均衡及預熱與加熱結合，如此規避某些加熱缺陷的產生，進而實現車軸疲勞強度的提高及使用壽命的延長，以滿足鐵路機車車輛提速重載的實際需要。嚴格的按照車軸鍛造流程的每一個步驟進行鍛造，避免因溫度控制等問題而影響車軸的生產質量，影響其使用效果和使用壽命等。

3 結語

列車是鐵路運輸的重要交通工具，而車軸則是列車上重要的組成部分，只有提高機車車軸的質量，才可以保證鐵路交通運輸的安全和穩定。車軸鍛造中必須要注重金屬塑性、控制變形抗力等特點，尤其是要關注車軸鍛造加熱的過程，把握好車軸鍛造的加熱溫度，嚴格的按照車軸鍛造的程序和步驟進行，并在完成鍛造后用快鍛機對鍛打完畢的工件進行預校直，保證車軸部件的生產質量。因為車軸鍛造質量對車軸質量起著直接性的影響，所以必須高度重視車軸鍛造工藝，重視每一個生產細節，打造最完美的車軸，提高其使用壽命，減少因車軸質量而導致的交通事故，保證列車交通運輸的安全性和穩定性，為交通運輸事業貢獻力量。

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