СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ КОЛЕС Российский патент 1996 года по МПК B21K1/28 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности, к технологии изготовления цельнокатанных железнодорожных колес.

Известен способ изготовления железнодорожных колес (1), включающий осадку заготовки, разгонку центральной части с образованием наметки на глубину 0,6^oC0,7 высоты осаженной заготовки с диаметром равным 0,150,6^oC0,25 ее среднего диаметра. После разгонки заготовки с образованием наметки производят прошивку центральной зоны заготовки. Объем центральной удаляемой при прошивке зоны увеличивается в 1,5 раза за счет образования в нижней осадочной плите центральной конической полости для аккумулирования ликвационной зоны заготовки. Способ направлен на улучшение макроструктуры центральной зоны заготовки.

Известный способ применим в том случае, когда операцию прошивки осуществляют до операции формовки. Для состава оборудования, когда операция прошивки осуществляется на завершающем этапе деформации после выгибки диска и калибровки обода реализация известного способа невозможна.

Задачей изобретения является разработка способа изготовления железнодорожных колес для состава оборудования, предполагающего осуществление прошивки центрального отверстия в заготовке на завершающем этапе деформации
после операции выгибки диска и обеспечивающего ограничение истечения центральной зоны заготовки объемом до 7500 см³ в диск колеса за счет образования центральной перемычки в процессе разгонки заготовки.

Технический результат достигается тем, в процессе разгонки осуществляют ограничение истечения центральной зоны заготовки в радиальном направлении путем образования центральной перемычки, с более высоким сопротивлением деформации, толщиной 0,17^oC0,33 от высоты осаженной заготовки и диаметром равным 0,9^oC1,1 диаметра отверстия ступицы, а формовку осуществляют при соотношении высоты рабочей части нижней и верхней полуоправок в пределах 0,6^oC0,8.

Схема деформации в соответствии с настоящим способом представлена на чертеже. Исходную заготовку 1 после осадки в кольце 2 подвергают разгонке центральной части фигурным пуансоном с наметкой 3 с образованием в заготовке центральной перемычки толщиной (t_пер) 0,17^oC0,33 от высоты осаженной заготовки и диаметром (d_пер), равным 0,9^oC1,1 диаметра отверстия ступицы (d_oc). Затем производят формовку заготовки 4 при соотношении высоты рабочей части нижней (L_н.о.) и верхней (L_в.о. полуоправок в пределах 0,6^oC0,8.

Интервал толщины и диаметра центральной перемычки позволяет получить эффект снижения температуры центральной зоны заготовки, пораженной осевой и внеосевой ликвацией. Это обусловливает то, что в процессе последующей формовки ступицы двумя полуоправками (в соотношении рабочей части нижней и верхней полуоправок в пределах 0,6^oC0,8) изменяется характер распределения центральной зоны исходной заготовки в элементах колеса: ступице и диске. Так, при формовке заготовки без центральной перемычки объем центральной зоны исходной заготовки, ограничивающий переход из ступицы в диск колеса составляет 5072 см³. Оформление же в процессе разгонки центральной перемычки позволит увеличить этот объем с 5072 см³ до 7500 см³. Интервал значений диаметра перемычки имеет следующее объяснение:
диаметр перемычки, равный 0,9 диаметра отверстия ступицы соответствует диаметру верхней полуоправки формовочного штампа. При диаметре перемычки менее 0,9 диаметра отверстия ступицы возможно образование складок вдоль отверстия ступицы на выходе из перемычки;
диаметр перемычки, равный 1,1 диаметра отверстия ступицы, обусловлен технологическими возможностями по настройке соосности перемычки и верхней полуоправки формовочного штампа.

Интервал значений толщины перемычки имеет следующее объяснение:
при толщине перемычки, менее 0,17 от высоты осаженной заготовки, происходит подстуживание перемычки и ухудшается выполнение ступицы по ее длине;
при толщине перемычки более 0,33 высоты осаженной заготовки снижается положительный эффект по распространению центральной зоны заготовки в диск колеса, а именно: при толщине перемычки более 0,33 высоты осаженной заготовки центральная зона исходной заготовки объемом 7500 см³ распространяется в диск колеса, т. е. снижается положительный эффект по распространению центральной зоны заготовки вдоль ступицы.

Соотношение высоты рабочей части нижней и верхней полуоправок в пределах 0,6^oC0,8 имеет следующее объяснение.

При отношении размеров оправок менее 0,6 на участке перехода от боковой поверхности ступицы к диску формируется складка. При отношении размеров оправок более 0,8 ухудшается выполнение геометрических размеров верхней полости ступицы, а также снижается устойчивость осаженной заготовки на нижнем формовочном штампе перед операцией формовки, поскольку соотношению размеров оправок 0,8 соответствует зазор между осаженной заготовкой и нижней полуоправкой формовочного штампа равный 10 мм.

Пример конкретной реализации.

Для опробования способа были отобраны заготовки комплектного колесного слитка сифонной разливки высотой 295 мм и диаметром по выступам "ромашки" 515 мм. В исходные заготовки в осевом направлении были смонтированы шпильки 30 мм на расстоянии от оси 75 мм для фиксирования характера течения металла центральной зоны заготовки. Заготовки деформировали в соответствии с настоящим способом и согласно базовому способу производства железнодорожных колес.

В соответствии с настоящим способом заготовки деформировали по следующей схеме: предварительная осадка заготовки для удаления окалины, окончательная осадка в плавающем калибровочном кольце, разгонка центральной части заготовки фигурным пуансоном с образованием центральной наметки диаметром равным 190 мм (1,0 диаметра отверстия ступицы), формовка заготовки 30 мм (0,25 от высоты осаженной заготовки), формовка заготовки с образованием центральной перемычки 2-мя полуоправками, при этом соотношение размеров нижней и верхней полуоправок составляло 0,7, соответственно их размеры 73 и 105 мм. После формовки из заготовок вырезали диаметральный темплет и по характеру течения шпильки определяли границы распространения центральной зоны в элементах колеса.

Одновременно были прокатаны заготовки по той же технологической схеме без образования центральной наметки в процессе разгонки заготовки. Из этих заготовок также были вырезаны темплеты для исследования течения металла центральной зоны заготовки.

Различный характер металла центральной зоны в обоих случаях получен вследствие более высокого сопротивления деформации центральной зоны заготовки при наличии перемычки. В этом случае центральная зона заготовки в большей мере распределяется вдоль ступицы перед переходом в диск. При деформации в соответствии с настоящим способом объем металла центральной зоны исходной заготовки, ограничивающий переход от ступицы к диску, составляет 7503 см³, при деформации же по известной технологии этот объем составляет 5072 см³.

Таким образом, применение настоящего способа позволяет улучшить макроструктуру колеса, сосредоточив центральную зону заготовки в ступице колеса. Другой положительный эффект от применения настоящего способа заключается в следующем.

При удовлетворительной макроструктуре центральной зоны заготовки может быть уменьшен объем металла в выдавке (удаляемой при прошивке части колеса) с последующим перераспределением этого объема для увеличения ширины или диаметра обода. Увеличение ширины обода позволит улучшить качество колес по поверхности, в частности, по газовому пузырю, снизить количество колес заниженного диаметра. Увеличение же наружного диаметра обода позволит увеличить срок службы колеса в эксплуатации.

Использование: технологии изготовления железнодорожных колес обработкой давлением. Сущность изобретения: способ изготовления железнодорожных колес включает осадку заготовки, разгонку и формовку колеса. В процессе разгонки образуется центральная метка толщиной 0,17-0,33 от высоты осаженной заготовки и диаметром, равным 0,9-1,1 диаметра отверстия ступицы. Формовку заготовки осуществляют при соотношении высоты рабочей части нижней и верхней полуоправок в пределах 0,6-0,8. 1 ил.

Способ изготовления цельнокатаных железнодорожных колес, включающий осадку заготовки в кольце, разгонку центральной части фигурным пуансоном с образованием центральной наметки, формовку, прокатку, выгибку и прошивку, отличающийся тем, что в процессе разгонки осуществляют ограничение истечения центральной зоны заготовки в радиальном направлении путем образования центральной перемычки с более высоким сопротивлением деформации толщиной 0,17 0,33 от высоты осаженной заготовки и диаметром, равным 0,9 1,1 диаметра отверстия ступицы, а формовку осуществляют при соотношении высоты рабочей части нижней и верхней полуоправок в пределах 0,6 0,8.