Способ изготовления цельнокатаных железнодорожных колес

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности, к колесопрокатному производству. Задачей способа является очистка колес от окалины и наклеп металла диска колеса, за счет чего необходимо получить в изделии требуемые сжимающие напряжения, чистоту поверхности и размеры. Это обеспечивается тем, что в процессе горячей штамповки и прокатки колеса его диск по толщине выполняют в соотношении (1,01-1,08) окончательной толщины, а при холодной пластической дробеструйной обработке толщину диска доводят до требуемых размеров, при этом холодную обработку диска дробью ведут снизу горизонтально расположенного колеса сначала с внутренней стороны, а затем, после кантования на 180^o, с наружной стороны колеса. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области металлов давлением, в частности, к колесопрокатному производству и может быть использовано на металлургических заводах-изготовителях железнодорожных колес.

Известные способы изготовления цельнокатаных железнодорожных колес включают горячую штамповку ступицы с припусками на механообработку и части диска (у ступицы) окончательной толщины, горячую прокатку обода с припусками на мехобработку и другой части диска (у обода) окончательной толщины, механическую обработку обода и ступицы с наружной стороны, термоупрочнение и отпуск, механическую обработку ступицы с внутренней стороны колеса, очистку диска от окалины. В качестве завершающей операции иногда используют дробеметную обработку колеса с целью создания сжимающих в нем остаточных напряжений.

К недостаткам способов относится низкая точность получения размеров диска колеса методом горячей штамповки и прокатки, а механическая обработка его весьма трудоемка: операционное время обработки всего колеса увеличивается в 2 раза, снижается усталостная его прочность.

Наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения является способ изготовления цельнокатаных железнодорожных колес путем горячей штамповки прокатки колес, термической и холодной обработки, при этом в процессе осуществляют подстуживание средней части диска и пластическую деформацию дробеметной обработкой мест перехода диска в обод и ступицу.

Реализовать на практике предложенную технологию весьма затруднительно, т.к. после отпуска среднюю часть диска с температуры 600 до 200^oC необходимо охлаждать индивидуально в каждом колесе по несколько часов, либо на тепловой режим диска оказывают превалирующее влияние металлоемкие элементы колеса обод и ступица. С другой стороны ускоренное охлаждение диска без охлаждения обода и ступицы приводит к появлению растягивающих напряжений в переходных зонах диска в обод и ступицу.

Следует также отметить, что обработка дробью мест перехода диска в обод и ступицу в пределах 6-8% минимальной толщины диска приведет к большой отбраковке колес по толщине диска (например, при минимально допустимой по ГОСТ 9036 толщине диска у обода 19 мм, после обработки дробью она снизится до уровня менее 19 мм, что является браком). При этом необходимо отметить, что при дробеструйной обработке локальных участков колеса, основная часть диска находится в окалине, а ремонт его по этой причине мехобработкой (резанием) приводит к браку по толщине диска. Наиболее трудноотделяемая окалина находится на диске с внутренней стороны.

Необходимо также отметить, что диск разрушается в эксплуатации от трещины, зарождающейся в переходе к ободу также с внутренней стороны колеса.

Таким образом, использование для устранения обоих этих недостатков дробеструйной обработки дает отчасти положительные результаты, однако пластическая деформация диска дробью выводит толщину диска (минимальные величины) за пределы допустимых стандартом, неравномерность распределения рабочих напряжений (в процессе эксплуатации) с наружной и внутренней сторон колеса, а также неодинаковая отделяемость окалины с диска с наружной и внутренней сторон колеса приводят к ухудшению товарного вида колес, выводу из строя колес, усложнению методов борьбы с этими недостатками.

Задачей предлагаемого способа является совершенствование технологии очистки колес (дисков) от окалины и нанесения наклона металла на поверхность диска.

Эта задача решается за счет того, что в процессе горячей штамповки и прокатки колеса его диск по толщине выполняют в соотношении (1,01-1,08) окончательной толщины, а при холодной пластической дробеструйной обработке толщину диска доводят до требуемых размеров, при этом обработку диска дробью ведут снизу горизонтально расположенного колеса сначала с внутренней стороны, а затем, после кантования на 180^o с наружной стороны колеса.

Отличительными признаками заявляемого способа являются: штамповка и прокатка диска колеса в горячем состоянии с повышенной его до 1,01-1,08 толщиной; пластическая дробеструйная обработка диска в холодном состоянии с доведением его толщины до окончательных размеров; дробеструйная обработка диска снизу горизонтально расположенного колеса сначала с внутренней стороны, а затем, после кантования на 180^o с наружной стороны колеса.

Сущность предлагаемого способа состоит в том, что в процессе горячей деформации колесных заготовок, при штамповке ступицы и диска у ступицы, а также при последующей прокатке обода и диска у обода толщину диска выполняют несколько большей, против номинальной, на (1,01-1,08) величины, а затем, на завершающем этапе обработки колес, после их термоупрочнения, осуществляют дробеструйную обработку диска с доведением его толщины до требуемых размеров. Диапазон 1,01-1,08 связан с допусками на толщину диска. При этом минимальная величина коэффициента 1,01 используется для максимальной толщины диска, а 1,08 для минимальной.

Выбранная последовательность отработки диска дробью сначала с внутренней (гребневой) стороны колеса, а затем с наружной, вызвана тем, что внутренняя сторона является базовой с точки зрения зарождения трещин в эксплуатации и худшей отделяемости от окалины (из-за того, что колесо в нагревательной печи на подине лежит гребнем вниз). От плавки к плавке (в одной плавке около 200 колес) эта отделяемость окалины может быть хуже или лучше, но с внутренней стороны она отделяется всегда хуже. Поэтому время обработки колес отдельной плавки можно менять (в частности, увеличивать) по визуальному наблюдению за очисткой от окалины. При этом, если диск очистился от окалины с внутренней стороны, с наружной стороны он очистится гарантированно. Предпочтительнее должен обрабатываться диск с внутренней стороны и с точки зрения большого наклепа, однако с этим требованием в противоречие вступает производительность установки.

Дифференцированная технология горячей штамповки и прокатки диска колес увеличенной толщины с последующим доведением ее до требуемых размеров холодной пластической дробеструйной обработкой с приоритетом обработки с внутренней стороны обеспечивает получение размеров диска в соответствии с требованиями стандартов, очистку от окалины и наведением на его поверхности сжимающих напряжений, что повышает усталостную прочность колес в эксплуатации.

Пример. В колесопрокатном цехе АО "Выксунский металлургический завод" при изготовлении железнодорожных колес диаметром 957 мм по ГОСТ 9036-88 исходную заготовку массой 470 кг нагревали до температуры 1260^oC, осаживали на прессах 2000 и 5000 т.с. формовали ступицу и диск у ступицы толщиной 28,3 мм (24⁺⁴·1,01), прокатывали обод и диск у обода толщиной 22,2 мм (19⁺³·1,01), мехобрабатывали обод и диск, а после термического упрочнения обода подвергали дробеструйной обработке колес, при этом дробь диаметром 3,0 мм подавали воздухом под давлением 5,1 атм в течение 3,5 мин. Обрабатываемые колеса располагали в горизонтальном положении гребнем вниз, дробь подавали на диск снизу, вначале с внутренней (гребневой) стороны, затем, после кантования колеса на 180^o, дробеструйной обработке подвергали наружную сторону колеса. От окалины диск был очищен полностью, величина проникновения наклона составила 0,8 мм, что определялось по величине прогиба контрольной пластины.

Диск колеса после дробеструйной обработки имел толщину: у ступицы 27,7 мм, у обода 21,6 мм, что соответствует требованиям ГОСТ 9036-88.

Колеса, прошедшие описанную дробеструйную обработку были испытаны на усталостную прочность на стенде ЦНИИ МПС и показали ее рост на 23%

Формула изобретения

1. Способ изготовления цельнокатанных железнодорожных колес, включающий горячую штамповку и прокатку колес с последующей их термической обработкой и холодной пластической деформацией с использованием дробеструйного воздействия на наружную и внутреннюю стороны диска колеса, отличающийся тем, что горячую штамповку и прокатку ведут из условия получения толщины диска колеса, равной 1,01 1,08 окончательной толщины, после чего дробеструйным воздействием уменьшают толщину диска до окончательной.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что колесо располагают горизонтально и дробеструйное воздействие осуществляют при подаче дроби снизу сначала на внутреннюю сторону колеса, а после кантования его на 180^o на наружную сторону.