高速机车转向架悬挂弹簧及其制造方法.pdf

高速机车转向架悬挂弹簧及其制造方法，由内、外弹簧构成，内弹簧设置在外弹簧管内，外弹簧与内弹簧螺旋方向相反，内、外弹簧采用的弹簧钢牌号为52CrMoVGT，其综合性能指标优于52CrMoV。其制造步骤主要有：选材、端头制扁、修磨加热、卷绕、强化喷丸处理、喷漆等。本发明采用高强度材料52CrMoV4GT弹簧钢，提高弹簧的抗弹力衰减性能，即提高弹簧抗松弛、蠕变的能力。材料在卷制前要进行探伤，并首次采用横波超声检查。弹簧产品在出厂前也要进行磁粉探伤，有效保证了使用的可靠性。弹簧进行清理喷丸和强化喷丸，提高表面的压应力，消除内圈拉应力，大大提高了弹簧疲劳寿命。

1、  一种高速机车转向架悬挂弹簧，其特征是设有外弹簧和内弹簧，内弹簧设置在外弹簧管内，外弹簧与内弹簧螺旋方向相反，所述的内、外弹簧采用的弹簧钢牌号为52CrMoVGT，其综合性能指标优于52CrMoV。

2、  根据权利要求1所述的一种高速机车转向架悬挂弹簧，其特征是所述内、外弹簧两端设有扁平支撑圈，弹簧端头设有园弧倒角。

3、  如权利要求1所述的一种高速机车转向架悬挂弹簧的制造方法，其特征是包括以下步骤：
(1)选用剥皮、磨光的52CrMoV4GT弹簧钢；
(2)将弹簧钢端头锻造制扁成(一)字扁，始锻温度为950～1050℃，终锻温度为800℃～850℃，采用横波超声进行探伤检查；
(3)对弹簧钢的(一)字扁端面用手提砂轮机修磨四棱，倒角后进入长料炉，加热温度为：950±10℃，保温时间为：30～40分钟；
(4)采用卷簧机卷绕，卷绕成型，形变淬火，卷绕由CNC控制，单边脱碳层控制在0.10以内，淬火温度为800±10℃；淬火介质为水，淬火介质温度保持在20～60℃，回火温度：430±10℃，回火时间≥4.5小时，回火冷却介质为水；
(5)将(4)的回火过的弹簧采用强力喷丸机进行清理喷丸和强化喷丸处理；
(6)对(5)制得的喷丸处理过的弹簧喷防锈漆、面漆后烘干，检验合格入库。

高速机车转向架悬挂弹簧及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种高速机车转向架的悬挂减振装置，特别是一种高速机车转向架悬挂弹簧及其制作方法，属于轨道车辆转向架技术领域。
背景技术
在高速机车转向架结构中，轴箱与构架通过导柱、弹性定位套、定位座、弹簧(外簧)、弹簧(内簧)、调节垫片、支柱环、缓冲垫形成悬挂结构。作为高速机车减振降噪的关键元件——转向架弹簧，它的性能的好坏决定运行的安全性、稳定性、舒适性、低噪音等，对列车的性能起着关键作用。转向架弹簧主要功能为：
(1)支承转向架、车身和旅客(或货物)的全部重量。
(2)确保车轴的挠度能通过轨道曲线而不脱轨。
(3)缓冲由于轨道不规则对转向架框架产生的横向冲击和车轮对铁轨的力。
(4)缓冲由于轨道不规则对转向架框架产生的轴向冲击。
(5)提供转向架框架与车轴箱、车轮和车身的连接。
近年来，铁路运行速度不断提高，从原来的60km/h提高到200km/h以上，对转向架弹簧的制作要求越来越高，传统的弹簧不能满足高速机车的要求。
发明内容
本发明的目的是要克服现有技术的不足，在不改变原有轴箱与构架之间包括定位座在内的各组件外形尺寸的情况下，提供一种新型高速机车转向架悬挂弹簧及其制作方法。
本发明目的实现的技术方案是：高速机车转向架悬挂弹簧，其特征是设有外弹簧和内弹簧，内弹簧设置在外弹簧管内，外弹簧与内弹簧螺旋方向相反，所述的内、外弹簧采用的弹簧钢牌号为52CrMoVGT，其综合性能指标优于52CrMoV。所述内、外弹簧两端设有扁平支撑圈，弹簧端头设有园弧倒角。
上述高速机车转向架悬挂弹簧的的制造方法，包括以下步骤：
(1)选用剥皮、磨光的52CrMoV4GT弹簧钢；
(2)将弹簧钢端头锻造制扁成(一)字扁，始锻温度为950～1050℃，终锻温度为800℃～850℃；
(3)对(一)字扁端面用手提砂轮机修磨四棱，倒角后进入长料炉，加热温度为：950±10℃，保温时间为：30～40分钟；
(4)采用卷簧机卷绕成型，形变淬火，卷绕由CNC控制，单边脱碳层控制在0.10以内，淬火温度为800±10℃；淬火介质为水，淬火介质温度保持在20～60℃，回火温度：430±10℃，回火时间≥4.5小时，回火冷却介质为水；
(5)采用强力喷丸机进行强化喷丸处理；
(6)喷防锈漆、面漆后烘干，检验合格入库。
本发明采用高强度材料52CrMoV4GT弹簧钢，提高弹簧的抗弹力衰减性能，即提高弹簧抗松弛、蠕变的能力。52CrMoV4GT弹簧钢的成份、硬度、力学性能淬透性等指标均达到或超过德国的DIN17221标准，是高速机车弹簧最佳材料。普通弹簧钢都是热轧材，表面脱碳严重(脱碳层单边约0.10-0.30)，表面缺陷多(划痕、折叠、分层、结疤、微裂纹等)尺寸精度差等，只能做一般普通要求的弹簧，本发明采用剥皮磨光钢后克服以上缺点，使弹性性能进一步优化(因为弹力与材径d4次方有关系)，弹簧疲劳寿命大大提高(表面粗糙度的改善和去除表面脱碳层对弹簧的疲劳寿命影响很大)。本发明采用一次加热(950℃左右)，卷绕成形，形变淬火的先进工艺，节约能源50％以上，提高效率30％以上。本项目以英国进口的设备也采用该先进工艺，卷绕由CNC控制，单边脱碳层控制在0.10以内。科学掌握淬火温度，加热时间、回火时间、冷却速度等参数。产品测试结果表明，弹簧减少表面脱碳(只有0.10以内单边脱碳层)，且晶粒细，可使弹簧的疲劳寿命提高2倍以上，且减少热处理的变形。材料在卷制前要进行探伤，并首次采用横波超声检查。弹簧产品在出厂前也要进行磁粉探伤，有效保证了使用的可靠性。弹簧进行清理喷丸和强化喷丸，提高表面的压应力，消除内圈拉应力，大大提高了弹簧疲劳寿命。
本发明的高速机车转向架悬挂弹簧与高速机车转向架配套，设计应力在动载荷应力条件下达890MPa(国内一般为650MPa)，填补了国内空白；材料加工依据国际标准，对化学成份、硬度、冲击韧性等设计出科学指标体系，编制出淬透性特性曲线，并对弹簧的横向刚度、接触线长度(>D/3)作出了严格的考核指标，对原材料采用真空精炼、真空脱气方法特制，含氧量≤10PPm、含氢量≤1.0PPm；产品制造采用表面脱碳防氧化处理、一次成型淬火热处理等先进工艺，表面脱碳层控制在0.10mm内，弹簧表面硬度达到HRC45～50(弹簧芯部与表面硬度之差控制在3HRC以内)，载荷下高度公差±1％H，弹簧的精度、使用寿命得到大幅度提高；采用弹簧刚度性能专用试验机、微机数控等先进设备控制检测，确保弹簧的横向刚度公差±15％，轴向刚度公差±5％，达到国际先进水平(国内相关标准对横向刚度不作要求)。
国内有高速机车弹簧研究报道，但对弹簧材料进行横波超声检查、弹簧的接触线长度超过D/3、疲劳寿命达到400万次以上且应用于高速机车上的弹簧产品未见报道，本发明的高速机车转向架悬挂弹簧，经铁道部产品质量检验中心检测，技术性能指标全部达到国际铁路联盟UIC8220的标准要求，疲劳强度经400万次试验无明显损坏，永久变形为0.4mm。产品得到了众多高端客户的一致好评。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明安装于转向架的结构示意图；
图中1外弹簧、2内弹簧、
具体实施方式
内、外弹簧的材料采用(上海宝钢生产的)钢牌号为52CrMoVGT的弹簧钢，其综合性能指标优于52CrMoV。外弹簧和内弹簧，内弹簧设置在外弹簧管内，外弹簧与内弹簧螺旋方向相反，内、外弹簧两端设有扁平支撑圈，弹簧端头设有园弧倒角。
高速机车转向架悬挂弹簧的的制造方法，包括以下步骤：
(1)内、外弹簧的材料选用剥皮、磨光的弹簧钢，(上海宝钢生产的)钢牌号为52CrMoVGT的弹簧钢，其综合性能指标优于52CrMoV。
(2)将弹簧钢端头锻造制扁成(一)字扁，始锻温度为950～1050℃，终锻温度为800℃～850℃；
(3)对(一)字扁端面用手提砂轮机修磨四棱，倒角后进入长料炉，加热温度为：950±10℃，保温时间为：30～40分钟；
(4)采用卷簧机卷绕成型，形变淬火，卷绕由CNC控制，单边脱碳层控制在0.10以内，淬火温度为800±10℃；淬火介质为水，淬火介质温度保持在20～60℃，回火温度：430±10℃，回火时间≥4.5小时，回火冷却介质为水；
(5)采用强力喷丸机进行强化喷丸处理；
(6)喷防锈漆、面漆后烘干，检验合格入库。