Производство железнодорожных колес

 

Колеса в процессе эксплуатации испытывают ряд физико-механических воздействий, например, в местах стыка рельсов при движении вагонов колеса подвергаются зна­чительным динамическим воздействиям. Одновременно между контактными поверхностями колеса и рельса проявляется трение-скольжение. Колеса работают при знакопеременных температурных условиях.

Эти основные факторы обусловливают определенный технологический процесс производства колес.

Производство колес для железнодорожного транспорта является комбинированным процессом обработки металлов давлением, включающим ковку и прокатку.

Исходным материалом для изготовления цельнокатаных колес служат слитки многогранного сечения, вес которых выбирают таким образом, чтобы из одного слитка можно было изготовить несколько колес.

Последовательность операций изготовления колес следующая (рисунок 52).

Мартеновские слитки двенадцатигранного сечения весом 3–5 т поступают в пролет склада слитков, где их осматривают и в случае необходимости зачищают. Затем производят надрезку слитка и разделение его на части. После взвешивания слитки нагревают. Нагретую заготовку вынимают из печи и подают ее в окалиноломатель для сбивки окалины с торцов заготовки. Затем передают на пресс для предварительной осадки с целью удаления окалины с боковых поверхностей заготовки, после чего производится осадка в кольце и прошивка отверстия в центре заготовки. Прошитую заготовку транспортируют к другому прессу, где штампуют ступицу, диск и грубые контуры обода. Операция выполняется за один ход пресса.

Колесная заготовка, полученная на штамповочном прессе, поступает на колесопрокатный стан, на котором производится раскатка диска, прилегающего к ободу, раскатка обода, а также выкатка гребня на ободе колеса.

Прокатанное колесо передают на третий пресс, где производится выгибка диска колеса, калибровка обода и горячее клеймение всех знаков на колесе.

После пресса колеса передают к печам с целью предупреждения образования флокенов. Затем осуществляют закалку и отпуск.

а – резка и ломка холодных слитков на заготовки со взвешиванием и рассортировкой последних по весовым группам; б – обжатие (осадка) и прошивка

отверстия в заго­товке на прессе; в – формовка заготовки в колесо на прессе;

г – раскатка заготовки в колесо; д – калибровка колес и выгибка диска на прессе

Рисунок 52 – Операции при производстве железнодорожных колес

 

Производство зубчатых колес

 

Раньше зубчатые колеса получали путем механической обработки. Такой способ характеризовался большими отходами металла в стружку и недостаточной производительностью. В настоящее время разработан метод изготовления зубчатых колес прокаткой нагретой заготовки в специально профилированных зубчатых валках. Этот способ обеспечивает увеличение производительности, повышение механической прочности и снижение расхода металла.

Накатка зубчатых колес методом прокатки происходит путем пластического дефор-

мирования поверхностного слоя нагретого металла, волокна которого изгибаются по конфигурации зубьев. Металл при этом уплотняется и получает поверхностный наклеп, обеспечивающий повышенную прочность и твердость.

Основными преимуществами прокатки зубчатых колес являются экономия металла, улучшение структуры металла, повышение прочности и твердости, более высокая износостойкость.

Технологический процесс прокатки зубчатых колес включает следующие операции: подготовку исходного материала, нагрев, горячую прокатку, термическую обработку.

Возможны два способа обработки зубьев: с осевой подачей обрабатываемой заготовки (прутковая прокатка) и прокатка с радиальной подачей валков (штучная прокатка). Прутковая прокатка шестерен (рисунок 53) применяется для обработки прямозубых и косозубых шестерен с небольшими модулями (до 6 мм) и диаметром до 200 мм. Образование зубьев при прокатке осуществляется перемещением нагретой в кольцевом индукторе заготовки между двумя вращающимися зубчатыми валками, модуль которых равен модулю прокатываемой шестерни.

В начале прокатки заготовка приводится во вращение дополнительным зубчатым колесом, находящимся в зацеплении с валками. После выхода из зацепления шестерня вращается валками.

 

 

1 – заготовка; 2 – кольцевой индуктор; 3 – зубчатые валки; 4 – шестерня

Рисунок 53 – Схема прокатки шестерни с осевой подачей заготовки

 

Способ прокатки шестерен с осевой подачей заготовки может осуществляться также двумя различными путями:

- в качестве заготовки используется плоский диск;

- прокатка ведется из круглой длинной заготовки или из заготовок, сложенных стопой. После прокатки и охлаждения зубчатый цилиндр разрезается на отдельные шестерни.

 

Производство шаров

 

Раньше шары, ролики, кольца изготавливали штамповкой или механической обработкой с большими отходами металла в стружку. В настоящее время эти изделия получают методом поперечно – винтовой прокатки. Этот способ отличается высокой производительностью, точностью размеров и позволяет значительно сэкономить расход металла. Это существенно снижает себестоимость изготовления ряда массовых деталей.

Сущность поперечно-винтовой прокатки состоит в том, что процесс пластической деформации круглой заготовки осуществляется между двумя или тремя вращающимися в одном направлении валками, на бочках которых нарезаны винтовые ручьи. Профиль и размеры ручьев соответствует профилю и размерам прокатываемой детали.

Поперечно-винтовая прокатка на двухвалковых станах разработана применительно к производству шаров для шаровых мельниц, шариков для подшипников.

Исходным материалом для производства шаров и роликов подшипников служат круглые горячекатаные штанги из стали ШХ15 диаметром, приблизительно равным диаметру шара или ролика. Для прокатки подшипниковых колец – трубная заготовка из той же стали, для прокатки шаров для шаровых мельниц – круглые штанги из углеродистой конструкционной стали.

Перед прокаткой штанги нагреваются в индукторе и подаются в валки. Передний конец штанги захватывается винтовыми ручьями валков, и заготовка, вращаясь, продвигается по оси калибра (рисунок 54). По мере продвижения заготовка приобретает форму шара. За каждый оборот валков прокатывается один шар, поэтому производительность стана определяется окружной скоростью вращения валков.

 

1 – заготовка; 2, 4 – валки; 3 – центрирующие упоры

Рисунок 54 – Схема прокатки шаров

 

Шарики диаметром 1 – 4 мм, а иногда и более прокатывают в холодном состоянии. Готовые шары проходят операции отделки.

 

Контрольные вопросы

 

1. Перечислите основные преимущества гнутых профилей.

2. Какие станы используются для производства гнутых профилей?

3. Дайте определение периодическому прокату.

4. Какова технология производства периодического проката?

5. Перечислите основные технологические операции при производстве железнодорожных колес?

6. Какими способами возможно получение шестерен?

7. Что является исходной заготовкой при производстве катаных шаров?

8. Какое оборудование применяется для прокатки шаров?

 

 

Список использованных источников

 

1. Бахтинов В.Б. Технология прокатного производства. – М.: Металлургия, 1983.

2. Громов Н.П. Теория обработки металлов давлением. – М.: Металлургия, 1978.

3. Зотов В.Ф. Производство проката. – М.: Интермет Инжиниринг, 2000.

4. Кузнецов Е.В., Галкин С.П. Технологические процессы обработки металлов давлением. – М.: МИСиС, 2002.

5. Материаловедение и технология конструкционных материалов. / В.Т. Жадан, П.И. Полухин, А.Ф. Нестеров и др., – М.: Металлургия, 1994.

6. Обработка металлов давлением / Ю.Ф. Шевакин, В.Н. Чернышев, Р.Л. Шаталов, Н.А. Мочалов. – М.: Интермет Инжиниринг, 2005.

7. Суворов И.К. Обработка металлов давлением. М.: Высшая школа, 1980.

 

Н.Г. Куницина