СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ КОЛЕС ИЗ НЕПРЕРЫВНОЛИТОГО СЛИТКА Российский патент 1999 года по МПК B21H1/04 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении железнодорожных колес из непрерывнолитых слитков.

Известны способы изготовления цельнокатаных колес из слитков, отлитых в изложницы. Как известно, в процессе разливки металла и его затвердевания идет процесс выделения из него газов и неметаллических включений.

Эти газы и неметаллические включения, не достигающие усадочной раковины, располагаются в слитке вертикально по его оси. Технологический процесс изготовления колес из таких слитков отработан таким образом, что при прошивке их центрального отверстия в удаляемую при этом перемычку попадает металл, загрязненный газами и неметаллическими включениями во время его затвердевания. Поэтому в теле колеса остается чистый металл, что повышает его усталостную прочность при циклическом нагружении изделия, каким является колесо [1, стр. 26-38].

При отливке слитка на машине непрерывного литья затвердеваемый в кристаллизаторе металл проходит его вертикальный, криволинейный и горизонтальный участки. Поэтому выделяемые из металла газы и неметаллические включения поднимаются не по оси слитка, как это имеет место в изложнице, а начиная с криволинейного участка, к наружной поверхности, образуя как бы эксцентриситет между осью слитка и условной осью скапливаемых включений. В этом случае прошивка центрального отверстия в заготовке или колесе и удаление перемычки по существующей технологии [1] не только не исключает, но и гарантирует наличие неметаллических включений в теле колеса. Известен способ изготовления железнодорожных колес из непрерывнолитого слитка, заключающийся в том, что порезку слитка и его ломку на заготовки производят составлением шейки при соотношении 2.0 > H/D > 0.9, где H - высота шейки, a D-ee диаметр [2] . Однако при порезке слитка и поломке ее на заготовки с обоих ее торцов образуются неровные шейки, которые ведут к тому, что при установке на нижнюю плиту пресса перед осадкой, заготовки наклоняются, что в процессе их деформации ведет к непредсказуемому изменению положения зоны металла с неметаллическими включениями в теле колеса. Это ведет к сохранению неметаллических включений и осевой рыхлости в ступице готового колеса.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ изготовления железнодорожных колес, осуществляемый на Нижнетагильском металлургическом комбинате. Способ деформации включает в себя нагрев заготовок из непрерывнолитого слитка, их осадку на гладких плитах, осадку в кольце, разгонку заготовки с наметкой, прошивку заготовки на прессе усилием 500 тc, формовку на прессе усилием 7000 тc, прокатку на колесопрокатном стане и окончательную калибровку на прессе 3000 тc. При этом разгонка заготовки с нанесением наметки осуществляется таким образом, что диаметр наметки равен диаметру прошиваемого отверстия [3]. Однако при деформации заготовки по существующей схеме запороченная часть заготовки не удаляется из нее, а остается в готовом изделии, что приводит к отбраковке колес по таким дефектам как рванина ступицы, раковина ступицы.

Задачей изобретения является более полное удаление запороченного металла с осевой рыхлостью и неметаллическими включениями из тела заготовки в процессе их деформации на прессопрокатной линии.

Поставленная задача решается тем, что изменяется технология наметки и прошивки осевой зоны. При деформировании заготовки производят наметку отверстия равного 0,5 - 0,6 диаметра прошиваемого отверстия. Эта операция выполняется на глухой подпуансонной плите для заготовок с величиной дефектов осевой зоны до 10 мм и на полой подпуансонной плите для заготовок с величиной дефектов осевой зоны 10-30 мм. А температуру нагрева заготовки под деформацию поддерживают на уровне 1260 - 1280^oC.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых показано:
фиг. 1 - схема деформации заготовки с предварительной наметкой отверстия перед прошивкой;
фиг. 2 - схема деформации заготовки с использованием глухой и полой подпуансонных плит;
Способ заключается в следующем.

Разрезанные штучные заготовки нагреваются в кольцевой печи. Из печи заготовки 1 поочередно напольным краном подают на нижнюю обжимную плиту, пресса усилием 3000 тс, где осуществляют осадку между верхней 2 и нижней 3 плитами. Затем производят обжатие заготовки в калибровочном кольце 4 до полного его заполнения. Заготовка заполняет кольцо, после чего кольцо с находящейся в нем заготовкой перемещают на прошивной стол. Кольцо с заготовкой укладывают на подпуансонную плиту прошивного стола и центрируют по посадочному месту калибровочного кольца. Под ось пресса поворачивают пуансон 5, который закреплен на одной из колонн пресса и осуществляют перераспределение металла между центральной и периферийной частями заготовки (разгонку) и производят наметку отверстия. Эту операцию выполняют на глухой подпуансонной плите 6 для заготовок с величиной дефектов осевой зоны до 10 мм и на полой подпуансонной плите 7 для заготовок с величиной дефектов осевой зоны 10-30 мм. При этом температуру заготовок при осадке поддерживают на уровне 1260-1280^oC.

После этого заготовка выводится из-под оси пресса и передаточным механизмом перемещается на пресс 500 тс, где и производится прошивка отверстия 8 в заготовке.

При существующей схеме изготовления колес (технология прототипа) размер намечаемого отверстия равен диаметру прошиваемого отверстия.

При этом наиболее загрязненная осевая зона металла перемещается в ступицу и даже в диск колеса. Проведенные эксперименты по деформированию заготовок с отверстиями различного диаметра, имитировавшими усадочную раковину, показали, что при осадке указанное отверстие заполняется околоусадочными слоями металла, которые затем удаляются при прошивке. При такой схеме усадочная раковина является полезной, а ее диаметр, при центральном расположении оси может быть равен диаметру прошиваемого отверстия. При деформировании заготовок из непрерывнолитого слитка с большим развитием осевой запороченной зоны диаметр наметки должен быть значительно меньше диаметра прошиваемого отверстия. Экспериментально установлено, что наиболее оптимальным размером намечаемого отверстия является 0,5-0,6 диаметра прошиваемого отверстия. Предлагаемый интервал температур 1260-1280^oC перед осадкой обеспечивает для колес незначительную асимметрию течения и сосредоточение осевой зоны в выдавке и удаление в отходы при последующей прошивке. При осадке и последующей разгонке металла в объеме сформированной по центру перемычки сосредотачивается вся некачественная зона исходных заготовок, которая затем прошивается выдавкой диаметром 160-170 мм. Нагрев заготовок перед их осадкой до температуры выше 1280^oC нежелательно из-за увеличения брака по окалине, снижение температуры нагрева менее 1260^oC нецелесообразно вследствие снижения горячей пластичности металла заготовок ухудшения показателей по геометрии колеса.

Пример
В колесопрокатном цехе Нижнетагильского металлургического комбината при изготовлении опытной партии в 220 штук железнодорожных колес использовали штучные заготовки массой 475±5 кг, разрезанные на пилах Вагнера из непрерывнолитого слитка диаметром 430 мм.

После разрезки заготовки осматривали и производили рассортировку по величине дефектов осевой зоны:
1) диаметр осевой пористости или длина трещины осевой зоны до 10 мм;
2) диаметр осевой пористости или длина трещины осевой зоны 10-30 мм.

При осевой пористости более 30 мм заготовки отбраковывали. Затем заготовки нагревали по группам в течение 4,5-5,5 часов. Из печи заготовки подавали напольным краном и производили осадку на гладких плитах на прессе усилием 3000 тс. Осадка заготовки производилась на 40-50% с целью удаления окалины. Затем производили обжатие заготовки в калибровочном кольце до его полного заполнения и осуществляли разгонку с наметкой пуансоном с диаметром наметки 100 мм.

Эту операцию выполняли на глухой подпуансонной плите для заготовок с величиной дефектов осевой зоны до 10 мм и на полой подпуансонной плите для заготовок с величиной дефектов осевой зоны 10-30 мм. Перед осадкой температуру заготовок поддерживали на уровне 1260-1280^oC.

При нанесении наметки объем вытесняемого металла составлял 628 куб. см (по технологии прототипа 1282 куб. см), а масса удаляемого металла при прошивке отверстия диаметром 170 мм на прессе 500 тс увеличивается до 11,5 кг (5 кг по прототипу) (см. фиг. 3).

Использование предложенного технического решения в сравнении с прокаткой колес по технологии прототипа позволила снизить брак колес по таким дефектам;
- складка ступицы - в 1,2-1,3 раза;
- рвань ступицы - в 2,0-2,2 раза;
уменьшился брак заготовок по дефектам осевой зоны 15%.

Данные о качестве сравнительных партий опытных колес и произведенных по принятой технологии свидетельствует о том, что предложенная изобретением технология позволяет решить поставленную задачу, а именно обеспечить удаление запороченной зоны из заготовок колес.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения и прототипа показывает, что предложенное техническое решение деформирования заготовок на прессопрокатной линии отличается от существующих ранее способов, что подтверждает соответствие критерию "Новизна".

Анализ патентов и научно-технической литературы не выявил использования предлагаемых способов, что и отличает новое решение от его прототипа и позволяет сделать вывод о его соответствии признаку "изобретательский уровень".

Использованная литература:
1. Г. А. Бибик, А.М. Иоффе и др. Производство железнодорожных колес, М. Металлургия, 1982 г. с. 26- 38.

2. В.Я. Генкин. Непрерывнолитые круглые заготовки, М. Металлургия, 1984 г. с. 87-105.

3. Производство цельнокатанных колес Технологическая инструкция. ТИ-102-П. СП-14-93. ОАО "НТМК".

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении железнодорожных колес. Непрерывнолитой слиток разрезают на отдельные заготовки и производят их сортировку по величине дефектов осевой зоны. Если величина дефекта превышает 30 мм, заготовку обрабатывают. Затем производят осадку оставшихся заготовок между верхней и нижней плитами пресса, осадку в кольце, разгонку с наметкой отверстия, прошивку отверстия, формовку, прокатку и калибровку. Разгонку заготовок с величиной дефектов до 10 мм проводят на глухой подпуансонной плите. Разгонку заготовок с величиной дефектов 10-30 мм - на полой подпуансонной плите. Наметку отверстия производят диаметром, составляющим 0,5-0,6 диаметра прошиваемого отверстия. Перед осадкой заготовки нагревают до 1260-1280^oC. В результате обеспечивается более полное удаление из тела заготовки запороченнго металла. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ изготовления железнодорожных колес из непрерывнолитого слитка, включающий разрезку слитка на заготовки, осадку заготовок между верхней и нижней плитами пресса, их осадку в кольце, разгонку с наметкой отверстия, прошивку отверстия, а также формовку, прокатку и калибровку, отличающийся тем, что после разрезки производят сортировку заготовок по величине дефектов осевой зоны и отбраковку заготовок с дефектом, величина которого превышает 30 мм, разгонку заготовок с величиной дефектов осевой зоны до 10 мм проводят на глухой подпуансонной плите, разгонку заготовок с величиной дефектов осевой зоны 10-30 мм - на полой подпуансонной плите, а наметку отверстия осуществляют диаметром, составляющим 0,5-0,6 диаметра прошиваемого отверстия. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед осадкой заготовки нагревают до 1260-1280^oC.