Способ изготовления плоских изделий с выступами типа рельсовых подкладок

 

Использование: изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для использования в металлургической промышленности при изготовлении изделий типа рельсовых подкладок. Сущность: способ изготовления плоских изделий с выступами типа рельсовых подкладок включает прокатку профиля с основанием и чередующимися в направлении прокатки выступами и впадинами, отрезку мерной заготовки и деформирование выступов. Соседние в направлении прокатки выступы деформируют с изгибом на оправке до образования между ними паза заданной формы, причем выступы, подвергаемые изгибу, прокатывают с отношением длины в направлении прокатки к их высоте, находящимся в пределах зависимости где l - наибольшая длина выступа в направлении прокатки; Н - высота выступа; (σ_s - напряжение текучести материала выступа при гибке; Е - модуль упругости материала выступа при гибке, Θ - наибольший угол отгибки выступа; s_см - напряжение смятия материала выступа при гибке. В частном случае деформирование с изгибом соседних выступов каждого ряда осуществляют до образования между ними паза в виде ласточкина хвоста. Достигаемый технический результат состоит в снижении расхода металла и энергозатрат при высокой точности размеров паза подкладки. 1 з. п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для использования в металлургической промышленности при изготовлении плоских изделий с боковыми выступами типа рельсовых подкладок.

Известен способ изготовления рельсовых подкладок из профилированной полосы, включающий отрезку мерной заготовки, образование отверстия и прилегающих к нему выступов путем надрезки заготовки, гибки надрезанных участков со сдвигом и штамповку [1] Недостатками этого способа являются большой расход металла при вырубке пазов и низкое их качество и точность из-за утяжки и сколов металла по поверхности вырубки.

Известен способ получения плоских изделий с боковыми ребрами типа рельсовой подкладки, включающий прокатку профиля, отрезку мерной заготовки и формообразование двух рядов выступов эти признаки совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения. Выступы формообразуют путем надрезки и отгибки надрезанного участка [2] Недостатками этого способа являются большие энергозатраты на нагрев мерной заготовки после отрезки ее от профиля и большие затраты на деформирование заготовки за два перехода на специализированном прессе с зажимным и нижним ползунами. Кроме того, способ не позволяет изготавливать подкладки с пазами между выступами.

Для описанных аналогов и прототипа общей причиной, препятствующей получению требуемого технического результата, является невозможность изготовления в плоских изделиях с боковыми выступами точного паза между соседними выступами при минимальных энергетических и трудовых затратах на универсальном оборудовании.

В основу изобретения поставлена задача создать способ изготовления плоских изделий с выступами, у которых между соседними в направлении прокатки выступами расположены точные пазы заданной формы, при этом обеспечить минимальные расход металла и энергозатраты на изделия, а также высокую производительность. Эта задача конкретизируется на примере технологии изготовления подкладки раздельного скрепления к железнодорожным рельсам по ГОСТ 16279-78, которая изготавливается по техническим условиям по ГОСТ 16277-84 нормальной и повышенной степени точности, определяемой в основном качеством паза. Пазы, расположенные между выступами подкладок, имеют форму ласточкина хвоста и изготавливаются в массовом производстве либо с повышенной точностью протягиванием со снятием стружки на специальных импортных протяжных станках, либо с нормальной точностью поочередной холодной вырубкой их на двух механических прессах с кантовкой подкладки между прессами. Эти технологические процессы изготовления пазов подкладки имеют нерациональный расход металла в стружку или отходы, большие энергозатраты на обработку паза, низкую производительность и требуют усовершенствования.

Снижение расхода металла будет получено за счет устранения отходов металла при изготовлении паза, которые составляют 4-6% от веса подкладки. Снижение энергозатрат произойдет за счет использования для формообразования пазов одного пресса с электродвигателем 40 кВт вместо двух таких прессов при вырубке пазов. Производительность повысится за счет сокращения рабочих, обслуживающих прессы.

Для решения указанной задачи способом изготовления плоских изделий с выступами типа рельсовых подкладок прокатывают профиль с основанием и чередующимися в направлении прокатки выступами и впадинами, отрезают мерную заготовку и деформируют выступы. В отличие от прототипа соседние в направлении прокатки выступы деформируют с изгибом на оправке до образования между ними паза заданной формы, причем выступы, подвергаемые изгибу, прокатывают с отношением длины в направлении прокатки к их высоте, находящимся в пределах зависимости где l наибольшая длина выступа в направлении прокатки; H высота выступа; σ_s напряжение текучести материала выступа при гибке; E - модуль упругости материала выступа при гибке; Θ наибольший угол отгибки выступа; s_см напряжение смятия материала выступа при гибке.

Вышеизложенные признаки заявляемого изобретения обеспечивают получение технического результата, заключающегося в снижении расхода металла и затрат электроэнергии, а также в повышении производительности труда.

В частных случаях выполнения деформирование с изгибом соседних выступов каждого ряда осуществляют до образования между ними паза в виде ласточкина хвоста.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом состоит в следующем. Деформирование с изгибом на оправке соседних в направлении прокатки выступов до образования между ними паза заданной формы позволяет из получаемых при периодической прокатке двух соседних в направлении прокатки выступов с наклонными гранями формообразовать точный паз при минимальных расходе металла и энергетических затратах. Минимальный расход металла при формообразовании паза образуется за счет того, что получаемая при периодической прокатке впадина служит полостью паза, а выступы после их деформирования с изгибом становятся его боковыми стенками. В результате формообразование паза производится без отходов металла. Использование при деформировании с изгибом оправки, установленной между выступами, позволяет расширить технологические возможности изготовления точных пазов различной заданной формы. В частном случае этот паз образуется в виде ласточкина хвоста.

Энергетические затраты при изготовлении паза экономятся за счет того, что используемый для формообразования изгиб на оправке имеет меньшую работу деформирования по сравнению с калибровкой или вырубкой, используемыми в известных решениях. Кроме того, предложенное деформирование выступов с изгибом на оправке более производительно по сравнению с известной вырубкой пазов в выступах, так как может быть осуществлено одновременно в двух рядах выступов на одном прессе вместо поочередной вырубки пазов на двух прессах.

Подвергаемые изгибу выступы прокатывают с оптимальным соотношением длины в направлении прокатки к их высоте. Причем нагрузки при изгибе выступов, имеющих высокую жесткость и большое значение отношения длины к высоте, не должны быть настолько большими, чтобы привести к неоправданным затратам работы на осадку и смятие выступов. В то же время при низкой жесткости выступов, малом значении отношения длины к высоте и малом требуемом для формообразования паза угле изгиба выступов должна произойти достаточная для оформления паза остаточная деформация изгибаемого выступа. При значениях отношения длины изгибаемого выступа к его высоте в предложенном интервале удается формообразовать пазы самой различной конфигурации в соответствии с формой оправки.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено: на фиг. 1 профиль с основанием и чередующимися в направлении прокатки выступами и впадинами; на фиг. 2 вид сбоку на фиг.1; на фиг. 3 разрез по А-А на фиг.1; на фиг. 4 готовое изделие рельсовая подкладка типа КБ; на фиг. 5 вид по стрелке Б на фиг. 4, повернуто; на фиг. 6 прокатанная и отрезанная мерная заготовка рельсовой подкладки типа БПУ; на фиг. 7 вид сбоку на фиг.6; на фиг. 8 готовое изделие рельсовая подкладка типа БПУ; на фиг. 9 вид сбоку на фиг.8; на фиг. 10 схема нагружения выступа при расчете минимального значения отношения длины выступа к высоте; на фиг. 11 схема нагружения выступа при расчете максимального значения отношения длины выступа к высоте; на фиг. 12 штамп для деформирования с изгибом на оправке выступов подкладки до образования между ними паза; на фиг. 13 разрез по В-В на фиг.10; на фиг. 14 разрез по Г-Г на фиг.10; на фиг. 15 разрез по Д-Д на фиг.10.

Способ изготовления плоских изделий 1 с выступами 2 типа рельсовых подкладок КБ по ГОСТ 16279-78 заключается в том, что прокатывают профиль 3 с основанием 4 и чередующимися в направлении прокатки выступами 2 и впадинами 5, отрезают по плоскости 6 мерную заготовку и соседние в направлении прокатки выступы 2 деформируют с изгибом на оправке 7 до образования между ними паза 8 заданной формы. По условиям прокатки периодических профилей грани 9 и 10 выступов 2 имеют уклоны в направлении прокатки. Плоскости 6 отрезки мерных заготовок могут проходить по впадинам профиля, как у подкладки типа КБ, или по выступам, как у подкладки типа БПУ (фиг.6). Паз 8 изделия может иметь форму в виде ласточкина хвоста, как у подкладки типа КБ, может быть прямоугольным, как у подкладки БПУ, или иметь другую заданную форму.

Выбор граничных значений отношения длины подвергаемых изгибу выступов в направлении прокатки к их высоте обусловлен тем, что в интервале зависимости обеспечивается формообразование паза с точными размерами и формой при незначительном усилии деформирования без дополнительных затрат на осадку и смятие выступов.

Минимальное отношение длины выступа к его высоте определяется из зависимости предельного угла наклона выступа, при котором выступ приводится в пластическое состояние, возможна его остаточная деформация и формообразование стенок паза. Схема нагружения изгибаемого выступа при расчете принимается в виде консольной балки, нагруженной на свободном конце усилием изгиба Р (фиг. 10). Для такой схемы нагружения по теории сопротивления материалов угол Θ отгибки выступа, при котором происходит предельно упругая деформация и начало формообразования паза, составляет , где Р усилие изгиба выступа, соответствующее началу пластической деформации; а I момент инерции изгибаемого сечения выступа:

где M_изг изгибающий момент в месте заделки выступа;
W момент сопротивления изгибу.

После подстановки указанных значений находим

Если отношение длины выступа к его высоте перед деформированием с изгибом окажется меньшим величины, определенной по зависимости , то формообразования паза не произойдет, так как выступ будет иметь малую жесткость и будет деформироваться упруго, без остаточной деформации.

Максимальное отношение длины выступа к его высоте определяется из условия отсутствия смятия его грани 10 при изгибе выступа по схеме нагружения в виде консольной балки, нагруженной по всей длине равномерно распределенной нагрузкой (фиг.11). Смятия грани выступа не произойдет, если напряжения смятия не превысят удвоенного значения предела текучести материала выступа.

Напряжения текучести материала выражаются из зависимостей для изгибающего момента

где b ширина выступа;
σ_см напряжения смятия на грани выступа.

Отсюда

Если отношение длины выступа к его высоте перед деформированием с изгибом окажется большим величины, определенной по зависимости то в результате большой жесткости изгибаемого выступа усилие изгиба возрастет настолько, что приведет к неоправданным затратам на осадку и смятие выступов.

Оптимальное значение отношения длины выступа к его высоте составляет 0,5 1,5, если это позволяет конструкция изделия по толщине стенок паза. Соседние в направлении прокатки выступы деформируют в штампе на универсальном прессе. Штамп состоит из подвижной матрицы 11 закрепляемой на ползуне 12 пресса, вставки 13, расположенной в полости матрицы и подпружиненной к ползуну пружиной 14, двух оправок 7, выполненных с возможностью продольного перемещения в пазах 8 выступов подкладки 1 по шпонкам 15 неподвижной плиты 16, служащей опорой подкладке, и двух шиберных механизмов 17, перемещающих оправки при подъеме и опускании ползуна 12.

Отрезанные от прокатанного профиля заготовки укладывают в ряд на неподвижную плиту 16 и подают их пуштучно на рабочую позицию штампа под матрицу 11 за каждый ход пресса, сдвигая с рабочей позиции готовую подкладку с изогнутыми выступами. При ходе ползуна 12 вниз оправки 7 задвигаются шиберным механизмом 17 во впадины 5 подкладок, а вставка 13 занимает положение между двумя рядами выступов подкладок, предотвращая затекание металла на подрельсовую площадку при деформировании выступов. При дальнейшем ходе ползуна вставка 13 останавливается, поджимаясь пружиной 14, и происходит деформирование с изгибом выступов 2 на оправке 7 матрицей 11. При обратном ходе ползуна шиберный механизм 17 выводит оправку 7 из паза 8 подкладки, вставка 13 поднимается и подкладки сдвигаются толкателем (не показан), рычажно связанным с ползуном пресса, на следующую позицию.

Пример. На рельсобалочном стане прокатывают профиль 3 полосы для рельсовых подкладок 1 по ГОСТ 16279-78. Полоса представляет собой основание 4 с двумя рядами чередующихся в направлении прокатки выступов 2 и впадин 5. Выступы после прокатки имеют высоту 32 мм и наибольшую длину в направлении прокатки 33 мм. В направлении прокатки грани 9 и 10 выступов имеют уклоны 10 градусов. Причем передняя грань каждого выступа в направлении движения полосы в верхней части получается закругленной из-за смятия ее выступом валка в процессе формообразования. Исходные параметры для определения граничных значений отношения длины выступа к его высоте при прокатке составляют:
σ_s=30000 H/см², E=2×10 H/см², Θ=40°=0,698 рад, σ_см=60000 Н/см².
Отношение длины l выступов к их высоте Н, равное примерно единице, выбрано большим величины 0,002, что обеспечивает пластическую деформацию выступа при его изгибе в процессе формообразования паза. В то же время, это отношение меньше величины 2,45 обеспечивает изгиб выступа без дополнительных затрат усилия на его смятие.

Подкладочную полосу режут на мерные заготовки длиной 140 мм на прессе усилием 8000 кН, которые по транспортеру передают на второй универсальный пресс. Здесь соседние выступы обоих рядов подкладки деформируют в штампе изгибом навстречу друг другу на оправке, установленной между ними.

По экспериментальным данным усилие холодного деформирования с изгибом на оправке выступов одного ряда подкладки KБ при формообразовании одного паза в виде ласточкина хвоста составило около 2000 кН, а наибольшее усилие выемки оправки из паза 250 кН. Точность размеров паза превышала требования стандарта в несколько раз, и допуски на размеры составляли ±0,5 мм. Расчетная экономия металла за счет устранения отходов металла и уменьшения длины выступов составила на одной подкладке 821 грамм или 11,7% Таким образом, при осуществлении заявляемого изобретения обеспечивается снижение расхода металла и энергозатрат при высокой точности размеров пазов изделий типа рельсовых подкладок. По сравнению с применяемой в массовом производстве вырубкой пазов подкладок на двух прессах повышается производительность за счет использования при формообразовании пазов одного пресса. 2 4 6 8 10 12

Формула изобретения

Способ изготовления плоских изделий с выступами типа рельсовых подкладок, включающий прокатку профиля с основанием и чередующимися в направлении прокатки выступами и впадинами, отрезку мерной заготовки и деформирование выступов, отличающийся тем, что соседние в направлении прокатки выступы деформируют с изгибом на оправке до образования между ними паза заданной формы, при этом выступы, подвергаемые изгибу, прокатывают с отношением длины в направлении прокатки к их высоте, находящимся в пределах зависимости:
,
где
l наибольшая длина выступа в направлении прокатки; H высота выступа; σ_s напряжение текучести материала выступа при гибке; E модуль упругости материала выступа при гибке; Θ наибольший угол отгибки выступа; s_см напряжение снятия материала выступа при гибке.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что деформирование с изгибом соседних выступов каждого ряда осуществляют до образования между ними паза в виде "ласточкина хвоста".

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15