способ изготовления гребней колес подвижного состава железных дорог

Формула изобретения

Способ изготовления гребней колес подвижного состава железных дорог, включающий механическую обточку и термичекую обработку, отличающийся тем, что поверхностный слой гребня, находящийся в холодном состоянии, снимают быстровращающимся диском, при этом образующийся поверхностный слой нагревают до температур, обеспечивающих образование закалочных структур, охлаждают, проводят удаление с рабочей поверхности гребня оксидных и жировых пленок стальными щетками, а затем осуществляют фрикционное латунирование этой поверхности гребня диском, составленным из шайб, например, из листовой латуни, с профилем по наружной поверхности, копирующим рабочую часть профиля гребня колеса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способу изготовления гребней колес подвижного состава, и может быть использовано при изготовлении деталей с наружными поверхностями вращения.

Известны способы изготовления гребней катаных колес и бандажей составных колес, включающие механическую обработку их поверхностей катания (см. например, Зобнин Н.П. Механическая обработка деталей колесных пар. М. Трансжелдориздат, 1956, 239 с.).

Изменение уровня нагрузок на поверхности катания гребня приводит к интенсивному изнашиванию этой поверхности (см. например, Грачева Л.О. Черкашин Ю. М. Хамоев А.Д. Анализ случаев схода дорожных вагонов. Ж. Железнодорожный транспорт, N 3, 1995, с.38-40). Основной причиной износа гребней следует признать недостаточную твердость его рабочей поверхности.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому способу, включающему механическую обточку обода колеса, является введение после обточки термической обработки обода токами высокой частоты для увеличения твердости поверхности катания (см. например, Иванов И.А. и др. Повышение выносливости колес скоростного подвижного состава. Локомотивы и их эксплуатация. Сборник трудов ПГУПС, С.-Петербург, 1993, с.27-31).

Увеличение поверхностной твердости гребня колеса способствует снижению интенсивности изнашивания его рабочего профиля, а также незначительному уменьшению коэффициента трения пары гребень колеса рельс.

Однако при этом способе температура нагрева поверхностей катания колеса и его гребня может значительно отличаться, что обусловлено конструктивной формой поверхностей катания. Это приводит к перегреву гребня колеса, что снижает твердость его рабочей поверхности. Способ отличает необходимость использования специальных блоков с индукционными нагревателями и энергетического оборудования, сложность обеспечения ряда технологических параметров, например, точность выполнения требуемого воздушного зазора между нижней кромкой индуктора и поверхностями катания колеса и гребня при вращении колесной пары. Указанные особенности способа снижают возможность получения рациональной твердости и структуры рабочей поверхности гребня колеса, что приводит к интенсивному изнашиванию, особенно в кривых участках пути.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является увеличение срока службы колес, упрощение технологии изготовления рабочих поверхностей гребней колес.

Предложенный способ изготовления гребней колес подвижного состава железных дорог, включающий механическую обточку и термическую обработку, осуществляют следующим образом. Поверхностный слой гребня, находящийся в холодном состоянии, снимают быстровращающимся диском, при этом образующийся поверхностный слой нагревают до температур, обеспечивающих образование закалочных структур, охлаждают, проводят удаление с рабочей поверхности гребня оксидных и жировых пленок стальными щетками, а затем осуществляют фрикционное латунирование этой поверхности диском, составленным из шайб, например, из листовой латуни, с профилем по наружной поверхности, копирующим рабочую часть профиля гребня колеса.

Решение технической задачи поясняется фигурами: фиг.1 схема обработки поверхности вращающимся диском; фиг. 2 схема фрикционного латунирования рабочей поверхности гребня.

Термическая обработка гребня колеса осуществляется следующим образом. К вращающемуся ободу 1 колеса подводят быстровращающийся диск 2, установленный в шпинделе 3 головки, и создают усилие в направлении, перпендикулярном профилю 4 рабочей поверхности гребня (см. фиг.1). В зоне контакта диска и гребня колеса из-за разности линейных скоростей возникает трение и интенсивный износ поверхности гребня. В процессе снятия быстровращающимся диском поверхностного слоя с гребня, находящегося в холодном состоянии, вновь образующийся поверхностный слой нагревается до высоких температур, обеспечивающих образование закалочных структур. Путем теплоотвода вглубь обода колеса и в окружающую среду происходит быстрое охлаждение нагретого слоя. Изменяя режимы обработки, можно регулировать скорость нагрева, скорость охлаждения и толщину слоя, нагреваемого до температур, превышающих температуру фазовых превращений. При необходимости возможно использование принудительного отвода тепла из зоны трения. Испытания показали, что износ образцов, обработанных быстровращающимся диском, при сухом трении ориентировочно на 20% меньше, чем у образцов, подвергнутых высокочастотной закалке. Разница в микротвердости поверхностного слоя при испытаниях не превышала 4 единиц по Роквеллу.

После термической обработки гребня проводится удаление с его рабочей поверхности оксидных и жировых пленок, которое осуществляется вращающимися дисковыми щетками. Щетки устанавливают в шпиндель головки вместо дисков трения и проводят обработку рабочей поверхности гребня до шероховатости с R_z= 1-3 мкм, которая более благоприятна для фрикционного латунирования стальных поверхностей.

Латунирование рабочей части профиля 4 гребня осуществляется диском, составленным из шайб 5, например, из листовой латуни, с профилем по наружным поверхностям шайб, копирующим профиль гребня (см.фиг.2). Диск устанавливается в шпиндель 3 головки вместо дисковых щеток. При вращении диска и колеса из-за разности линейных скоростей в месте контакта при относительно малом усилии нажатия на шайбы диска (удельное давление около 60 МПа) и в присутствии вспомогательного материала, например, глицерина, происходит натирание поверхности гребня латунью. Механическое фрикционное латунирование способствует уменьшению износа рабочей поверхности гребня, при этом достижимо уменьшение износа до 20% и более.

Таким образом, предложенный способ прост, обработка вращающимися дисками не требует специальных нагревательных устройств, закалочных средств, сложных приспособлений для латунирования.

Получение рациональной твердости рабочей поверхности гребня и латунирование этой поверхности снижает интенсивность изнашивания гребня, что способствует увеличению срока службы колес подвижного состава железных дорог.