СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЦЕЛЬНОКАТАНЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ КОЛЕС Российский патент 1995 года по МПК B21K1/28 B21H1/04 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности, к изготовлению цельнокатаных железнодорожных колес для вагонов повышенной грузоподъемности методом горячей штамповки и прокатки.

Известен способ изготовления железнодорожных вагонных колес, направленный на ограничение течение металла заготовки в радиальном направлении торцовых ее поверхностей [1] Это достигается путем принудительного охлаждения торцовых поверхностей, а также использованием гофрированных осадочных плит, создающих эффект торможения течению металла в радиальном направлении.

Известное технологическое решение направлено, в основном, на распределение торцовых поверхностей исходных заготовок в диске колеса и обеспечение их эксплуатационной надежности в рамках существующей грузоподъемности подвижных средств железнодорожного транспорта вагонов при нагрузке на ось колесной пары до 22 тс.

Основной недостаток этого способа является увеличение температурного градиента между отдельными зонами заготовки и прокатываемого колеса, что приводит к различной вытяжке (из-за разных температур) диска по периметру, его разнотолщинности и снижению конструктивной прочности колеса.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ изготовления цельнокатаных железнодорожных колес, который включает нагрев заготовок, их осадку, формовку, прокатку и калибровку колеса [2]
По этому способу исходную заготовку устанавливают торцовой поверхность на подину, нагревают ее до температуры 1260-1280^оС в течение 4,5-5,0 ч, затем ее без задержек (чтобы сохранить температуру металла) передают на прессопрокатную линию, где осаживают с охлаждением торцовых поверхностей, формируют и прокатывают колеса и затем калибруют с выгибкой диска. Последняя операция сопровождается удлинением диска путем вытяжки. Эти операции выполняются с минимальными затратами времени на передачу заготовки от агрегата к агрегату (с целью сохранения температуры металла).

К недостаткам способа относится то, что еще при нагреве исходных заготовок имеет место разность температуры их центра и поверхности до 70^оС, а также между отдельными наружными поверхностями (между торцом, которым заготовка стоит на подине, и боковой поверхностью около 50^оС). Эта разность усугубляется перед формовкой и прокаткой, а при калибровке (выгибке диска) колеса с большим градиентом температуры металла диска, с одной стороны, и ступицы с ободом, с другой, приводит к интенсивному истечению металла в зонах, прилегающих к ободу и ступице (местные утонения диска до 2,5% у обода и ступицы там температура металла повышенная, где имеют место максимальные напряжения от рабочих нагрузок в эксплуатации).

Задача, решаемая данным способом, заключается в том, чтобы на всех стадиях деформирования при садке, формовке, прокатке и калибровке обеспечить минимальный температурный градиент отдельных зон и элементов заготовки и колеса, что позволит получать диск равномерной толщины по периметру колеса и обеспечить их эксплуатацию с повышенной нагрузкой, в частности до 25 тс на ось без изменения формы и размеров колес.

Это достигается тем, что в способе включающем нагрев исходных заготовок, их осадку, формовку, прокатку и калибровку, перед осадкой нагретую заготовку выдерживают на воздухе в течение 15-30 с, перед формовкой и прокаткой выравнивают температуру металла отдельных элементов заготовки выдержкой ее перед деформацией, а перед заключительной стадией калибровкой повышают температуру диска за счет тепла обода и ступицы.

Выдержка нагретой исходной заготовки в течение 15-30 с (для заготовки массой до 350 кг 15 с, для заготовки массой более 450 кг 30 с) обеспечивает снижение температуры поверхности на 35-40^оС и выравнивание температуры осевой зоны со смежными зонами, что обеспечивает равномерность течения металла в радиальном направлении и исключает растекание в этом направлении некачественной осевой зоны.

Выравнивание температуры перед формовкой и прокаткой между объемами металла под ступицу, обод и диск обеспечивает их выполнение без асимметрии, а повышение температуры металла диска за счет тепла обода и ступицы перед его выгибкой исключает (или значительно снижает) вероятность местной вытяжки (утонения) диска в опасных его сечениях.

Отличительными признаками заявляемого способа являются:
выдержка на воздухе в течение 15-30 с нагретой заготовки перед ее осадкой;
выравнивание температуры металла отдельных элементов заготовки перед формовкой и прокаткой;
повышение температуры диска за счет тепла обода и ступицы перед последней стадией калибровкой.

Способ заключается в следующем.

Нагретую до температуры 1260-1280^оС на поверхности заготовку выдерживают на воздухе 15-30 с для выравнивания температуры между боковыми, наружной и центральными зонами и подают на осадочный пресс, где осуществляют осадку и разгонку металла. Затем перед формовкой выравнивают температуру между боковой и торцовыми поверхностями выдержкой перед деформацией, формуют ступицу, часть диска и обод. После формовки вновь выравнивают температуру между диском, ободом и ступицей выдержкой перед прокаткой. В прокатаном на стане колесе (раскатка диска и обода по диаметру) повышают температуру диска за счет тепла обода и ступицей выдержкой колеса перед калибровкой (выгибкой диска).

Проведенные прокатки экспериментальных партий колес в колесопрокатном цехе Нижнетагильского металлургического комбината по предлагаемому способу показали, что температура диска перед заключительной операцией калибровкой повышалась от температуры с 950 до 1050^оС, причем по периметру колеса перепад температур не превышал 40^оС, а утонение диска в переходных участках к ободу и ступице было не более 1,0
П р и м е р. Для изготовления вагонных железнодорожных колес использовали исходную круглую заготовку массой 475 кг, ее нагревали в кольцевой печи до температуры 1280^оС одним из торцов на подине в течение 4,5 ч. После выдачи из печи в течение 30 с выдерживали на воздухе, снижая температуру боковой поверхности с 1280 до 1240^оС. Осаживали на прессе 3000 тс, вели разгонку центральной зоны. Перед формовкой выравнивали температуру периферийной зоны (1230^оС) и центральной (1200^оС), после чего формовали на прессе 8000 тс ступицу, обод и часть диска. Выдержкой заготовки на воздухе в течение 20 с перед прокаткой на стане выравнивали температуру между диском, ободом и ступицей до 1170^оС. В прокатанном до диаметра 957 мм колесе перед выгибкой диска повышали его температуру с 950 до 1050^оС за счет тепла ступицы и обода (температура 1140^оС) выдержкой колеса на воздухе в течение 25 с. На прессе 3000 тс осуществляли калибровку колеса с выгибкой диска. При этом толщина диска у обода составила 20 мм, у ступицы 25 мм, отклонение толщины диска по его периметру от номинала не превышало 0,2 мм.

Эти показатели обеспечивают эксплуатационную надежность вагонных колес с нагрузкой на ось 25 тс.

Использование: изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к изготовлению цельнокатаных железнодорожных колес для вагонов повышенной грузоподъемности. Сущность изобретения: перед осадкой нагретую заготовку выдерживают на воздухе в течение 15 30 с. Перед формовкой и прокаткой выравнивают температуру металла отдельных элементов заготовки выдержкой ее перед деформацией, а перед заключительной стадией калибровкой повышают температуру диска за счет тепла обода и ступицы. Таким образом обеспечивают различным элементам заготовки на всех стадиях горячего деформирования низкий температурный градиент и за счет этого уменьшают местную вытяжку (утонение) диска в переходных зонах его к ободу ступице, тем самым обеспечивая увеличенную до 25 тс нагрузку на ось вагона.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЦЕЛЬНОКАТАНЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ КОЛЕС для вагонов повышенной грузоподъемности, включающий нагрев исходных заготовок, их осадку, формовку, прокатку и калибровку, отличающийся тем, что перед осадкой нагретую заготовку выдерживают на воздухе в течение 15 30 с, перед формовкой и прокаткой заготовку выдерживают до выравнивания температуры металла отдельных элементов заготовки, а перед заключительной стадией калибровкой повышают температуру диска за счет тепла обода и ступицы.