СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ КОЛЕС Российский патент 1997 года по МПК B21H1/02 B21H1/04 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к горячей и холодной обработке металла при изготовлении железнодорожных цельнокатаных колес.

Известно, что железнодорожные колеса, содержащие обод, диск и ступицу, изготовляются горячей деформацией заготовок в несколько переходов, завершающая из которых выгибка диска и калибровка обода [1] При этом обод осаживается по ширине с приданием боковым его поверхностям плоско-параллельного вида [2] Затем, после охлаждения обод колеса подвергается механической обработке по поверхности катания и боковым с обеспечением плоско-параллельного вида боковых поверхностей и их перпендикулярности оси колеса [3] В процессе последующей термической обработки образуется такой дефект, как развал обода.

В качестве прототипа принят известный способ изготовления изделий типа колес-шкивов [3] который включает калибровку обода, диска и ступицы, механическую и термическую обработку. При этом боковые поверхности обода формуют вначале под углом друг к другу, а затем, при калибровке эти поверхности осаживают до получения требуемого размера по ширине обода и придания этим поверхностям плоско-параллельного вида. В процессе механической обработки обода параллельность его боковых поверхностей вместе с их перпендикулярностью к оси колеса сохраняется. В процессе закалки обода образуется такой дефект, как развал обода боковой поверхности с внутренней стороны из-за изменения объема металла вследствие увеличенной подачи охлаждающей воды с этой стороны. В готовом изделии (колесе) боковые поверхности обода наклонены между собой под углом α 0,5-1,0^o. Развал К" больше 1,0 мм, что не допускается ГОСТ 9036-88 на колеса цельнокатаные (допускается развал и поднутрение не более 0,5 мм или угол наклона боковой поверхности не более 0,3^o).

Целью данного способа является получение в готовых колесах после их термической обработки параллельности боковых поверхностей обода между собой и их перпендикулярности оси колеса.

Эта задача решается за счет, что в способе изготовления железнодорожных колес, включающем формообразование обода прокаткой, калибровку обода по ширине до получения параллельных между собой боковых его поверхностей, перпендикулярных оси колеса, механическую и термическую обработку, механическую обработку обода осуществляют до получения боковой поверхности с внутренней стороны под углом к боковой поверхности обода с наружной стороны, а на стадии термической обработки осуществляют окончательно формообразование обода с обеспечением параллельности между собой боковых его поверхностей и перпендикулярности их к оси колеса путем воздействия термических напряжений при закалке.

На фиг. 1 показан обод до механической обработки (позиция 1, сплошная линия) и после механической обработки (позиция 2, пунктирная линия). Здесь также обозначены: 3 поверхность катания, 4 боковая поверхность обода с наружной стороны, 5 боковая поверхность обода с внутренней стороны. На фиг.2 график распределения поднутрения после использования данного способа.

Способ осуществляют следующим образом.

Прокатанное колесо в горячем состоянии подвергается калибровке, при которой обод осаживается по ширине с приданием боковым его поверхностям параллельности между собой и перпендикулярности их оси колеса. После охлаждения колес до температуры не выше 30^oC они подвергаются механической обработке, при которой обрабатывается боковая поверхность 5 (фиг.1) обода с внутренней стороны (линия AC) под углом a к боковой поверхности 4 с наружной стороны с обеспечением поднутрения K¹, равного 0,7-1,2 мм (промежуточная форма обода). В процессе последующей термической обработки путем увеличенного удельного расхода охлаждающей воды (по сравнению с другими элементами) осуществляют окончательное формообразование обода воздействием термических напряжений, при закалке боковую поверхность (линия AC) выполняют параллельно боковой поверхности 4 (линия AC совмещается с линией AB). При этом угол a близок к нулю и поднутрение K¹ не превышает 0,5 мм, допустимые ГОСТ.

Пример. При изготовлении вагонных колес диаметром 957 мм по ГОСТ 9036-88 после прокатки на колесопрокатном стане с шириной обода 141 мм на выгибном прессе усилием 3000 тс осуществляли калибровку осаживали обод по боковым его поверхностям до ширины 132 мм верхней и нижней плоско-параллельными плитами. При этом боковые поверхности обода после осадки были параллельны между собой, а их плоскости перпендикулярны оси колеса. После охлаждения на воздухе обод подвергали механической обработке, причем боковую поверхность с внутренней стороны обрабатывали под углом 7,7^o с обеспечением величины поднутрения K¹= 0,95 мм. При последующей закалке эту поверхность, при увеличенном на 10% удельном расходе охлаждающей воды, чем на другие поверхности обода, воздействием термических напряжений устанавливали параллельно боковой поверхности обода с наружной стороны и перпендикулярно оси колеса. При этом угол наклона боковой поверхности обода с внутренней стороны был близок нулю, а поднутрение K¹ равнялось 0,1 мм, что меньше допустимой ГОСТ величины 0,5 мм.

Результаты экспериментальных исследований на нескольких плавках колес приведены на графике фиг. 2, из которого видно, что более 90% колес имеют величину поднутрения не более 0,1 мм.

Использование: изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к горячей и холодной обработке металла при изготовлении железнодорожных колес. Сущность изобретения: способ включает формообразование обода прокаткой, калибровку обода по ширине до получения параллельных между собой боковых его поверхностей, перпендикулярных оси колеса, механическую и термическую обработку. Механическую обработку обода осуществляют до получения боковой поверхности обода с внутренней стороны под углом к боковой поверхности обода с наружной стороны. На стадии термической обработки осуществляют окончательное формообразование обода с обеспечением параллельности между собой его боковых поверхностей и перпендикулярности их к оси колеса путем воздействия термических напряжений при закалке. 2 ил.

Способ изготовления железнодорожных колес, включающий формообразование обода прокаткой, калибровку обода по ширине до получения параллельных между собой боковых его поверхностей, перпендикулярных оси колеса, механическую и термическую обработку, отличающийся тем, что механическую обработку обода осуществляют до получения боковой поверхности обода с внутренней стороны под углом к боковой поверхности обода с наружной стороны, а на стадии термической обработки осуществляют окончательное формообразование обода с обеспечением параллельности между собой боковых его поверхностей и перпендикулярности их к оси колеса путем воздействия термических напряжений при закалке.