СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОКОПОДВОДЯЩЕГО РЕЛЬСА Российский патент 2003 года по МПК B21B1/08 B23K31/02 B23K101/26 

Предлагаемое изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано, например, при изготовлении токоподводящих рельсов для метрополитена.

Известен способ изготовления токоподводящих рельсов методом прокатки. Этим методом изготавливают стальные рельсы для метрополитена (Железнодорожный транспорт. / Под ред. Н.С. Конарева.- М.: БРЭ, 1994, с. 196).

Недостатком этого способа является получение рельсов с большим электросопротивлением, приводящим к значительным потерям электроэнергии, с низкой коррозионной стойкостью, большой массой, затрудняющей их монтаж.

Также известен способ изготовления методом прессования биметаллического токоподводящего рельса в виде двутавра из алюминия или его сплавов с контактной накладкой из нержавеющей стали (Dr. sc. nat. J.J. THELER, Ing. (grad.) A. WAGNER und Ing. (grad.) A. AMES, Singen. Herstellung von Aluminium/Stahl - Verbundstromschienen mit metallurgischer Bindung zwischen Aluminium und Stal durch Verbundstrangpressen. Mitteilung der Aluminium - Walzwerke Singen. Metallwissenschaft und Technik. МЕТАН. 30, Jahrgang. Marz 1976. Heft 3), прототип.

Способ включает изготовление двутаврового профиля с биметаллической головкой путем горячего прессования полного профиля двутавра из алюминия или его сплавов с одновременной подачей ленты из нержавеющей стали. При этом в процессе прессования в матрице специальной конструкции происходит образование металлической связи между основным металлом и накладкой.

Недостатком этого способа является получение токоподвода с ненадежной металлической связью между основным металлом и накладкой, возникновение прожогов в связи с ненадежным контактом с токосъемным устройством поезда и, как следствие, короткий срок службы. Этот способ требует сложного по конструкции и в наладке оборудования для изготовления токоподвода, что влечет за собой повышение его стоимости.

Предлагаемый способ изготовления токоподводящего биметаллического рельса из алюминия или его сплавов включает изготовление биметаллической головки путем совместной прокатки заготовки из алюминия или его сплавов и стальной ленты, при этом головку выполняют с выпуклой наружной поверхностью. Прессованием изготавливают профиль таврового сечения из алюминия, после чего ведут сварку биметаллической головки и таврового профиля.

Совместную прокатку заготовки из алюминия или его сплавов и стальной ленты проводят сначала со степенью деформации стали (3-5)% и алюминия (50-70)% и затем ведут совместную прокатку с равномерной послойной деформацией со степенью (1,5-3,5)% в калибре, формирующем профиль головки готового изделия.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что прессованием изготавливают профиль таврового сечения, а биметаллическую головку изготавливают путем совместной прокатки заготовки из алюминия или его сплавов и стали, выполняя при этом головку с выпуклой наружной поверхностью, после чего ведут сварку биметаллической головки и профиля таврового сечения.

Технический результат - обеспечение прочной металлической связи между накладкой и основой головки, исключение прожогов, что увеличивает срок службы токоподвода, упрощение оборудования для изготовления токоподводов и, как следствие, снижение стоимости изготовления.

Прокатка биметаллической головки позволяет получить более надежную, чем при прессовании, металлическую связь алюминия и стали при любом соотношении толщин токоподводящей основы - алюминия или его сплавов и контактной стальной накладки, исключая тем самым образование прожогов. Кроме того, выпуклая форма контактной поверхности, соответствующая токосъемному устройству, также исключает возможность образования прожогов. Все это увеличивает срок службы токоподвода.

Предлагаемый способ позволяет значительно упростить технологию изготовления биметаллического рельса за счет разделения технологического процесса на простые операции, что снижает общую трудоемкость его изготовления.

Предлагаемый способ позволяет биметаллическую головку токоподводящего рельса изготавливать отдельно от всего профиля и использовать более производительное оборудование - сортовой прокатный стан. При этом прокатку биметаллической головки ведут в калибрах, обеспечивающих изгиб стальной полосы в поперечном сечении и дополнительную поперечную деформацию.

Все это снижает стоимость получаемых токоподводов.

Пример. Изготавливали натурные образцы мерных эталонов длиной 1000 мм для проведения электрических и механических испытаний. Размеры сечения - высота двутавра 105 мм, ширина полок 80 мм, средняя толщина полок 19 мм, толщина стойки 20 мм, толщина стальной накладки 3,75 мм, площадь сечения основного металла - алюминиевого сплава АД1 - 4000 мм², стальной накладки из стали 12Х18Н10Т - 400 мм².

Был отпрессован алюминиевый профиль таврового сечения с размерами сечения, соответствующими готовому изделию, с двусторонними скосами под сварку на конце стойки. Длина профиля более 2 м.

Изготовление биметаллической головки осуществляли по следующей технологической схеме: предварительно стальную ленту шириной 80 мм зачищали с помощью вращающихся металлических щеток со стороны, прилегающей к алюминию, с целью удаления окисного слоя и развития поверхности сцепления.

Алюминиевую заготовку - круглый обточенный пруток диаметром 120 мм нагревали в камерной печи до температуры (370-390)^oС, т.к. это оптимальный диапазон для образования надежной металлической связи, и прокатывали на сортовом стане в клети "500" за семь проходов в промежуточную заготовку - овал размером 74 х 44 мм. Не останавливая прокатки, горячую промежуточную заготовку вместе со стальной холодной лентой с помощью направляющего устройства подавали в клеть "300" и первым проходом прокатывали в биметаллическую полосу в специальном закрытом прямоугольном калибре с габаритами ручья 20 х 80 мм. Деформация стали при этом составила (3,5-4,0)%, алюминия - 55%. Средняя скорость деформации при этом составила 12,6 с^-1 (скорость прокатки 1 м/с).

Прокатку во втором проходе в этой же клети проводили в закрытом калибре, соответствующем готовому сечению головки, в виде трапеции со стальной накладкой по большему основанию, с обжатием по боковым граням, при этом продольная деформация практически отсутствовала, а поперечная составила около 3%.

Прокатка с указанными параметрами обеспечивает получение прочной металлической связи между алюминиевым сплавом и нержавеющей сталью.

Образцы биметаллической полосы испытывали на отрыв и срез по стандартной методике, результаты показали прочность биметалла сталь - алюминий на отрыв 110(± 4%) Н/мм² (по прототипу - 95 Н/мм²). Сплошность сцепления слоев по всей длине прокатанного образца проверяли с помощью установки ультразвукового контроля.

Сварку биметаллической головки и прессованного таврового профиля производили аргонно-дуговым методом алюминиевым электродом с двух сторон швом высотой 10 мм с глубиной провара на всю толщину стойки.

Электрические параметры рельса соответствуют техническим требованиям. Электрическое сопротивление рельса при 15^oС 7,3 (±3%) мкОм/м (по прототипу - 8,2 мкОм/м).

Таким образом, использование предлагаемого способа изготовления токоподводящего рельса позволяет увеличить срок службы на (20-30)% и повысить экономическую эффективность при изготовлении и эксплуатации токоподвода на (10-13)%.

Изобретение может быть использовано при изготовлении токоподводящих рельсов для метрополитена. Прессованием изготавливают профиль таврового сечения. Изготавливают биметаллическую головку путем совместной прокатки заготовки из алюминия или его сплавов и стальной ленты с получением биметаллической головки с выпуклой наружной поверхностью. Путем сварки биметаллической головки и профиля таврового сечения получают двутавровый профиль. Совместную прокатку заготовок из алюминия или его сплавов и стали проводят сначала со степенью деформации стали 3-5% и алюминия 50-70%, а затем - с равномерной послойной деформацией со степенью 1,5-3,5% в калибре, формирующем профиль биметаллической головки. За счет разделения технологического процесса на простые операции снижается общая трудоемкость изготовления рельса при увеличении срока его эксплуатации. 1 з.п.ф-лы.

1. Способ изготовления токоподводящего рельса из алюминия или его сплавов, включающий прессование профиля из алюминия или его сплавов и получение двутаврового профиля с биметаллической головкой, отличающийся тем, что прессованием изготавливают профиль таврового сечения, биметаллическую головку изготавливают путем совместной прокатки заготовки из алюминия или его сплавов и стальной ленты с получением биметаллической головки с выпуклой наружной поверхностью, а двутавровый профиль получают путем сварки биметаллической головки и профиля таврового сечения.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что совместную прокатку заготовок из алюминия или его сплавов и стали проводят сначала со степенью деформации стали 3 - 5% и алюминия 50 - 70%, а затем с равномерной послойной деформацией со степенью 1,5 - 3,5% в калибре, формирующем профиль биметаллической головки.