способ изготовления цельнокатаных колес

Формула изобретения

Способ изготовления цельнокатаных колес, включающий осадку и штамповку заготовки, прокатку и калибровку колеса, механическую и термическую обработку, отличающийся тем, что в процессе прокатки наружную поверхность обода формируют с получением профиля окончательной конфигурации, при калибровке обода по ширине боковую его поверхность с внутренней стороны выполняют под углом к боковой поверхности с наружной стороны с направлением истечения металла в сторону наружной поверхности обода, а механическую обработку боковой поверхности обода с внутренней стороны выполняют под тем же углом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к горячей штамповке и прокатке железнодорожных колес.

Железнодорожные колеса состоят из обода, ступицы и диска [1] Обод, в свою очередь, имеет поверхность катания (наружная поверхность обода), боковую поверхность с наружной стороны и боковую поверхность с внутренней стороны колеса (со стороны гребня). По ГОСТ 90-36-88 диаметр обода по поверхности катания допускается равным в пределах 950 940 мм. В эксплуатации износ 1 мм по толщине обода соответствует пробегу железнодорожных вагонов до 30 тыс. км, поэтому повышение толщины обода в допускаемых пределах является весьма актуальной задачей.

С другой стороны, используемые известные технологии изготовления колес приводят к получению заниженного диаметра (ЗД) наружной поверхности обода (в готовых изделиях, после мехобработки, нар. менее 950 мм). Таких колес (фактически брак) на каждом заводе-изготовителе колес около 5

Известные технологические процессы [2] включают формовку на прессе ступицы и половины диска, калибровку на прессе ступицы и половины диска, прокатку на стане обода и другой половины диска, калибровку на прессе обода по ширине с приданием боковым его поверхностям плоско-параллельного вида и выгибку диска в осевом направлении. При этом формирование наружной поверхности обода (поверхности катания) на колесопрокатном стане ведут по упрощенной схеме, с получением одного уклона в 3^o (промежуточной формы), отличающегося от окончательного.

В процессе термоупрочнения обода образуется такой дефект, как развал обода, т. е. утяжка металла боковой поверхности обода с внутренней стороны колес (со стороны гребня). Это связано с изменением объема металла вследствие увеличенной подачи охлаждающей воды с этой стороны. Поэтому перед закалкой, при мехобработке эту поверхность выполняют с обратным уклоном с поднутрением, что приводит к повышенному расходу металла в виде стружки, так как припуск на мехобработку в этом случае получается переменным в радиальном направлении колеса (чертеж).

Наиболее близким к изобретению является способ изготовления изделий типа колес-шкивов, который включает осадку и штамповку заготовки, прокатку и калибровку колеса, термическую обработку [3] При этом в процессе прокатки боковые поверхности обода формируют под углом друг к другу, а при последующей калибровке доводят эти поверхности до плоскопараллельного состояния.

Основными недостатками этого способа являются:

формирование в процессе прокатки наружной поверхности обода под углом 3^o, меньшем окончательного, т.е. придания ей промежуточной формы приводит к повышенному расходу металла в виде стружки и уменьшению толщины обода (снижение диаметра наружной поверхности обода при мехобработке. Это ведет к уменьшению срока службы колеса (величины пробега) в эксплуатации и повышению брака в виде ЗД;

в процессе механической обработки боковой поверхности обода с внутренней стороны получается повышенный расход металла из-за обработки этой поверхности под углом;

при калибровке обода по ширине истечения металла происходит в двух направлениях: к оси колеса и к наружной поверхности обода. Частичное истечение металла к оси колеса ограничивает увеличение наружного диаметра.

Задача изобретения получение колес с повышенным наружным диаметром обода при сохранении массы исходных заготовок за счет уменьшения припусков на мехобработку боксовой поверхности обода с внутренней стороны колеса и наружной его поверхности.

Задача решается за счет того, что в экономичном способе изготовления цельнокатаных колес, включающем осадку и штамповку заготовки, прокатку и калибровку колеса, механическую и термическую обработку, в процессе прокатки наружную поверхность обода формируют с получением профиля окончательной конфигурации, при калибровке обода по ширине боковую его поверхность с внутренней стороны выполняют под углом к боковой поверхности обода с наружной стороны с направлением истечения металла в сторону наружной поверхности обода, а механическую обработку боковой поверхности обода с внутренней стороны выполняют под тем же углом. Окончательное формирование плоско-параллельного положения боковых поверхностей обода осуществляют в процессе термического упрочнения.

Изобретение поясняется чертежом, на котором показан обод чернового колеса (сплошные линии).

Способ осуществляется следующим образом.

Колесная заготовка после осадки и штамповки прокатывается на стане с формированием нажимными валками 1 наружной поверхности 2 обода 3 окончательной конфигурации, т.е. двумя уклонами образующей поверхности катания 6 и 16^o как и требуется по ГОСТ 9036-88. При этом экономится около 4 кг металла на ободе, что соответствует приращению его наружного диаметра на 2 мм. В процессе калибровки на прессе обода по ширине боковую его поверхность 4 с внутренней стороны выполняют под углом (в зависимости от диаметра изготавливаемого колеса 0,2 1,0^o к боковой поверхности 5 с наружной стороны с направлением истечения металла с сторону наружной поверхности 6 обода 3. Это достигается тем, что калибровочные штампы 7 выполняются тесными по внутренним поверхностям обода и препятствуют истечению металла при его осадке в сторону оси колеса. Эта операция обеспечивает перевод на наружную поверхность обода дополнительного объема металла, увеличивая его диаметр.

Последующей механической обработкой наружной 6 и боковых 4 и 5 поверхностей обода 3 с равномерными припуском всем этим поверхностям обеспечивается требуемая конфигурация обода, при этом боковая поверхность с внутренней стороны выполняется под тем же углом a что и в процессе калибровки (этим обеспечивается равномерность припуска в радиальном направлении колеса). Завершающей технологической операцией термоупрочнением обода осуществляется окончательное формообразование обода с обеспечением параллельности между собой его боковых поверхностей и перпендикулярности их к оси колеса воздействием термических напряжений.

Пример. При изготовлении цельнокатаных вагонных колес диаметром 9577 мм по ГОСТ 9036-88 использовали исходную заготовку массой 473 кг. После осадки на прессе усилием 3000 т. с. и штамповки на прессе усилием 7000 т. с. колес прокатывали на колесопрокатном стане с формированием наружной поверхности обода нажимными валками с двумя уклонами под углом 6 и 16^o к оси колеса и повышенным на 2 мм диаметром, равным 979 мм (в горячем состоянии). Полученный профиль наружной поверхности обода соответствовал окончательной его конфигурации. Затем на прессе усилием 3500 т. с. обод калибровали по ширине путем осадки плоскими кольцами плитами по боковым поверхностям с осадкой по 5 мм с каждой стороны, причем с внутренней стороны осадку вели под углом 0,5^o к плоскости, параллельной боковой поверхности с наружной стороны и перпендикулярной оси колеса с направлением истечения металла в сторону наружной поверхности обода. Наружный диаметр обода при этом составил 980 мм.

После охлаждения колеса механически обрабатывали, припуск на обработку наружной и боковых поверхностей был равен 5 мм, причем с внутренней стороны плоскость обработки составляла угол в 0,5^o к плоскости перпендикулярной оси колеи, т. е. после механической обработки боковая поверхность обода с внутренней стороны имела уклон в виде поднутрения с величиной 0,9 мм (стандартом допускается не более 0,5).

В процессе термического уплотнения обода величина поднутрения боковой поверхности обода с внутренней стороны уменьшилась до величины 0,3 мм, что допускается ГОСТ. После охлаждения наружный диаметр обода имел величину 960⁺⁴_-7 мм, что на 3 мм больше среднестатистического значения для колес, изготавливаемых по известной технологии.

Таким образом, использование данной технологии изготовления цельнокатаных колес обеспечивает получение, практически без капитальных затрат, более полного обода, что увеличивает срок службы в эксплуатации примерно на 1,5 и уменьшение колес с заниженным диаметром в процессе изготовления в 2 раза.