СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ КОЛЕС

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к технологии изготовления цельнокатаных железнодорожных колес. Цель: разработка способа изготовления железнодорожных колес, позволяющего ограничить истечение в диск колеса центральной зоны заготовки объемом до 7500 см³ за счет образования центральной перемычки в процессе разгонки заготовки 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.

Способ изготовления цельнокатаных железнодорожных колес, включающий осадку заготовки в кольце, разгонку центральной части фигурным пуансонои с образованием центральной наметки, формовку, пронатку, выгибку и прошивку, отличающийся тем, что ограничение истечения центральной зоны заготовки в радиальном направлении достигают образованием в процессе разгонки 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.

Источники информации
1. Г. А.Бибик, А.М.Иоффе, А.В.Празднин, М.И.Староселецкий, Производство железнодорожных колес, с. 75-77.

2. А.с. СССР N 852430, В 21 К 1/32, Бюллетень N 2, 1981 г.

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

Известен способ изготовления железнодорожных колес [1] включающий предварительную осадку, окончательную осадку заготовки в плавающем кольце, разгонку центральной части плоским пуансоном, формовку ступицы, с использованием верхней и нижней полуоправок и оформлением центральной перемычки в полости ступицы для аккумулирования центральной ликвационной зоны заготовки. После формовки осуществляют прокатку, выгибку колеса и прошивку центрального отверстия с удалением центральной перемычки.

Недостатком известного способа является то, что при объеме ликвационной зоны в заготовке более 5072 см³ она распространяется в диск колеса. Объем удаляемой центральной части заготовки при этом составляет 1400 см³.

Известен также способ изготовления железнодорожных колес [1] включающий осадку заготовки, разгонку центральной зоны с образованием центральной наметки, прошивку отверстия, формовку заготовки (с предварительной центровкой ее на оправке), прокатку и выгибку колеса. Недостатком известного способа является низкое качество макроструктуры ступицы при получении колес из головных заготовок слитка. Объем удаляемой при прошивке центральной части составляет 850 см³, что в 1,64 раза меньше, чем по предыдущему способу.

Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления железнодорожных колес [2] включающий осадку заготовки, разгонку центральной части с образованием наметки на глубину 0,6-0,7 высоты осаженной заготовки с диаметром равным 0,15-0,25 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, что ограничение истечения центральной зоны заготовки в радиальном направлении достигают образованием в процессе разгонки 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.

Схема деформации в соответствии с предлагаемым способом представлена на рис. 1. 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) 0,17-0,33 от высоты осаженной заготовки и диаметром (d_пер), равным 0,9-1,1 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 0,6-0,8.

Предлагаемый 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 (с соотношением рабочей части нижней и верхней полуоправок в пределах 0,6-0,8) 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. Предлагаемый 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.

Предлагаемый интервал толщины перемычки имеет следующее объяснение:
при толщине перемычки менее 0,17 от высоты осаженной заготовки, что составляет (120•0,17 20) 20 мм, 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 0,6-0,8 имеет следующее объяснение.

При отношении размеров оправок менее 0,6 на участке перехода от боковой поверхности ступицы к диску формируется складка (фиг. 2). 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 в условиях колесопрокатного цеха Выксунского метзавода 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 вмонтированы шпильки диаметром 30 мм на расстоянии от оси 75 мм для фиксирования характера течения металла центральной зоны заготовки. Заготовки деформировали в соответствии с предлагаемым способом и по текущей технологии Выксунского метзавода.

В соответствии с предлагаемым 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) и толщиной 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.

На рис. 3 и 4 представлены границы течения металла центральной зоны заготовки при деформировании по предлагаемому способу (фиг. 3) и по текущей технологии (рис. 4). Различный характер течения металла центральной зоны 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 предлагаемым способом (фиг. 3) объем металла центральной зоны исходной заготовки, ограничивающий переход от ступицы к диску, составляет 7503 см³ (Р 90 мм), при деформации же по текущей технологии этот объем составляет 5072 см³ (Р 74 мм).

Таким образом, применение предлагаемого способа позволяет улучшить макроструктуру колеса, сосредоточив центральную зону заготовки в ступице колеса. Другой положительный эффект от применения предлагаемого 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. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4