СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШТАМПОКАТАНЫХ КОЛЕС Российский патент 1998 года по МПК B21H1/04 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, механической обработке и контролю качества штампокатаных железнодорожных колес.

Железнодорожные колеса изготавливают путем горячей штамповки и прокатки заготовок, термической, механической и дробеструйной обработки, контроля качества и испытаний свойств металла изделий. При этом механической обработке подвергают лишь обод и ступицу, а диск колеса остается в черновом виде, либо подвергается дробеструйной обработке. Практически все разрушения колес в процессе эксплуатации случаются из-за усталости трещин по диску, которые зарождаются в виде микронесплошностей еще на стадии изготовления колес, а выявляются они на отечественных заводах внешним осмотром.

Для повышения надежности колес в эксплуатации используют способ их изготовления, включающий горячую штамповку и прокатку заготовок, термическую, механическую и дробеструйную обработки и неразрушающий метод контроля несплошностей поверхности диска поштучно каждого колеса. В известных способах изготовления колес этот контроль (магнитопорошковый) осуществляется после механической (в том числе и дробеструйной) обработки [1, 2, 3, 4, 5]. При этом выявляются дефекты на поверхности колеса глубиной более 0,38 мм и длиной более 6,35 мм. Существенным недостатком используемых способов является использование ручных операций по нанесению суспензии и обследованию диска магнитной головкой, что оправдано при производстве ограниченных по объему партий колес.

В качестве прототипа принят известный способ изготовления штампокатаных колес, используемый в США [6]. Его применяют в дополнение к внешнему осмотру по обнаружению несплошностей диска. Магнитные приборы создают магнитные поля по всей области диска, помогая обнаружить радиально и тангенциально расположенные поверхностные дефекты. Производится такой контроль в темной кабине, поверхность колеса освещают ультрафиолетовыми лучами. На поверхность колеса наносят суспензию из влажного флюоресцентного магнитного порошка. Выявленные дефекты устраняются механической обработкой, если это позволяют припуски. Последовательность технологических операций известного способа изготовления колес:
горячая прокатка и штамповка заготовок,
термообработка,
механическая (дробеструйная) обработка колеса,
очистка контролируемых поверхностей от окалины,
нанесение на контролируемые поверхности магнитной суспензии,
намагничивание контролируемых поверхностей,
визуальное выявление несплошностей металла,
ремонт мехобработкой дефектных зон,
поверхностный контроль.

К недостаткам способа относятся:
после дробеструйного обработки колеса его поверхность в удовлетворительном состоянии находится в течение 1,5 сут, после чего она (при попадании на нее агрессивных сред, влаги и т.п.) покрывается ржавчиной, причем неравномерными участками. Это требует дополнительной операции - очистки поверхности перед контролем;
повторный контроль после ремонтной обточки дефектных участков требует повышенной чистоты обработки (P_z<30), чтобы исключить ложные показания дефектов;
вращение колеса в одном направлении в период контроля снижает точность распознавания несплошностей на диске, особенно малых размеров (глубиной менее 0,4 мм);
предварительное нанесение магнитной суспензии на контролируемые поверхности приводит к неравномерному ее растяжению по кривым поверхностям и неравномерному распределению магнитного порошка;
крепление колеса на установке магнитопорошкового контроля конусами за отверстие в ступице приводит к перекосу его относительно электромагнитов до 20 мм (биение периферийной зоны колеса обода). Это требует повышения мощности электромагнитов, снижает его коэффициент полезного действия.

Задачей изобретения является создание способа производства штампокатаных колес, обеспечивающего отсутствие несплошностей металла диска.

Эта задача решается тем, что в способе изготовления штампокатаных колес, включающем горячую штамповку и прокатку заготовок, термическую и дробеструйную обработку, магнитопорошковый контроль качества поверхности диска, контроль качества на предмет выявления трещин на поверхности диска ведут в течение 1,5 сут после дробеструйной его обработки, при этом в процессе контроля на установке магнитопорошкового контроля осуществляют центрирование колеса по торцевым поверхностям обода и ступицы опорами электромагнитов с последующим вращением его против и по часовой стрелке с одновременным нанесением магнитной суспензии на контролируемые поверхности, а повторный контроль качества после удаления механической обработкой, выявленных несплошностей осуществляют после повторной дробеструйной обработки.

Отличительными признаками заявляемого способа являются:
осуществление контроля качества на предмет выявления трещин на поверхности диска в течение 1,5 сут после дробеструйной его обработки;
осуществление центрирования колеса по торцевым поверхностям обода и ступицы опорами электромагнитов;
последовательное вращение колеса при контроле в двух направлениях: по и против часовой стрелки;
нанесение на контролируемые поверхности магнитной суспензии одновременно с вращением колеса;
осуществление повторного контроля качества после удаления механической обработкой выявленных несплошностей после повторной дробеструйной обработки.

Сущность предлагаемого способа состоит в том, что после штамповки и прокатки колеса механически обрабатывают по ободу и ступице, подвергают термоупрочнению обода при температуре 800-850^oC, затем после охлаждения осуществляют дробеструйную обработку диска для удаления с его поверхности окалины и наклепа металла его поверхностных зон. В процессе наклепа имевшиеся трещины на поверхности диска раскрываются, что облегчает их дальнейшее обнаружение. Колеса после дробеструйной обработки подвержены ржавению, особенно в среде повышенной влажности. Это приводит к закрытию поверхностных трещин, особенно малых размеров, и затрудняет их последующее обнаружение. Максимальный срок сохранения поверхностных дефектов на диске в чистом виде равен 1,5 сут после дробеструйной обработки. Поэтому не позднее этого интервала времени осуществляют контроль качества диска колеса магнитопорошковым методом. При этом колесо предварительно крепят на установке магнитопорошкового контроля по отверстию в ступице и с целью повышения точности, окончательное центрирование ведут по торцевым поверхностям обода и ступицы опорами электромагнитов. Центрирование по торцевым поверхностям обода и ступицы опорами электромагнитов снижает биение обода до 2,5 мм.

В процессе контроля колесо вращают в двух направлениях - один оборот против, а второй оборот по часовой стрелке. Этим облегчается визуальное определение даже незначительной концентрации магнитного порошка вокруг трещин особо малых размеров (глубиной менее 0,4 мм).

Одновременно с вращением колеса на диск подают магнитную суспензию. В дальнейшем годные колеса направляют на покраску и сушку, а затем отгружают потребителю. Колеса с обнаруженными дефектами подвергаются ремонту механической обработкой, после чего вновь проводят дробеструйную обработку и только после этого повторный магнитопорошковый контроль. Такая последовательность диктуется тем, что чистота поверхности диска после ремонта соответствует P_z 40. Т.е. шероховатость механообработанного участка и величина трещины могут оказаться соизмеримыми, что дает сигнал магнитопорошкового контроля.

Использование предложенной последовательности технологических операций изготовления колес: магнитопорошковый контроль после дробеструйной обработки в течение 1,5 сут, центрирование колеса, на установке магнитопорошкового контроля по механически обработанным торцевым поверхностям обода и ступицы, вращение колеса в процессе контроля по и против часовой стрелке с одновременным нанесением магнитной суспензии на контролируемые участки, а также повторный контроль качества после удаления выявленных несплошностей с предварительной дробеструйной обработкой отремонтированных участков, обеспечивает надежное выявление несплошностей металла диска на стадии изготовления штампокатаных колес в колесопрокатных цехах.

Пример. При изготовлении в колесопрокатном цехе АО "Выксунский металлургический завод" штампокатаных вагонных колес диаметром 957 мм по ГОСТ 9036-88 исходную заготовку массой 470 кг нагревали до температуры 1260^oC, осуществляли штамповку ступицы и части диска, прокатку обода и другой части диска, механически обрабатывали обод и ступицу, термообрабатывали, производили ультразвуковой контроль металла обода, дробеструйную обработку диска в холодном состоянии с очисткой его от окалины и наклепом поверхностных зон металла. При этом происходило раскрытие несплошностей металла. По истечении одного часа после дробеструйной обработки колеса подвергались контролю качества магнитопорошковым методом на предмет выявления трещин на поверхности диска. При этом колесо на установке магнитопорошкового контроля зажималось по отверстию в ступице конусами, центрировались по торцевым поверхностям обода и ступицы опорами электромагнитов и через шпиндель и привод приводилось во вращение со скоростью 2 об/мин. Одновременно с вращением колеса на контролируемую поверхность диска наносили магнитную суспензию (магнитолюминисцентный порошок концентрации 2 г на 2 литра воды) путем полива поверхности диска колеса. Включили ток в цепи радиального намагничивания и осматривали диск со всех сторон в течение одного оборота при вращении против часовой стрелки. После выключения тока в цепи радиального намагничивания включили ток в цепи тангенциального намагничивания диска и осматривали диск с обеих сторон в течение одного оборота при вращении диска по часовой стрелке. Обнаруженный дефект - трещину глубиной 0,5 мм и длиной 7 мм удаляли мехобработкой с припуском 0,7 мм, после чего эту зону подвергали дробеструйной обработке и повторному магнитопорошковому контролю. Дефектов при этом не обнаружено.

Источники информации.

1. Бибин Г.А. и др. Производство железнодорожных колес. М.: Металлургия, 1982, с.24-25.

2. Узлов И.Г. и др. Колесные стали. Техника, Киев, 1985, с.12-13.

3. Богданов А. Ф. , Чурсин В. Г. Эксплуатация и ремонт колесных пар. Транспорт, М.: 1985, с.108-113.

4. Зацепин Н. Н. и Коржова Л.В. Магнитная дефектоскопия. Л-д.: Наука и техника, 1981, с.192-200.

5. Клюев В.В. и др. Оборудование для магнитопорошкового контроля сварных соединений. Труды НИКИМПа "Неразрушающий контроль и диагностика". М., 1980, с.121-128.

6. Американский стандарт "Колеса кованые из углеродистой стали". Технические условия. ASTM A504-80, с.10-12 (прототип).

Использование: изобретение относится к контролю качества штампокатаных колес. Сущность изобретения: контроль качества на предмет выявления трещин на поверхности диска ведут в течение 1,5 суток после дробейструйной обработки. На установке магнитопорошкового контроля осуществляют центрирование колеса по торцевым поверхностям обод и ступицы опорами электромагнитов с последовательным вращением его против и по часовой стрелке с одновременным нанесением магнитной суспензии на контролируемые поверхности. Повторный контроль качества после удаления механической обработки выявленных несплошностей осуществляют после повторной дробеструйной обработки.

Способ изготовления штампокатаных колес, включающий горячую штамповку и прокатку заготовок, термическую и дробеструйную обработку, магнитопорошковый контроль качества поверхности диска, ультразвуковой контроль качества металла обода и механическую обработку, отличающийся тем, что контроль качества на предмет выявления трещин на поверхности диска ведут в течение 1,5 суток после дробеструйной его обработки, при этом в процессе контроля на установке магнитопорошкового контроля осуществляют центрирование колеса по торцевым поверхностям обода и ступицы опорами электромагнитов с последовательным вращением его против и по часовой стрелке с одновременным нанесением магнитной суспензии на контролируемые поверхности, а повторный контроль качества после удаления выявленных несплошностей механической обработкой осуществляют после повторной дробеструйной обработки.