|
ВВЕДЕНИЕ
Специализированные станки предназначены для обработки деталей одного класса. Эти станки приспособлены для обработки однотипных поверхностей и имеют, как правило, несколько суппортов, которые могут работать одновременно. На суппортах устанавливается блоки резцов, что позволяет сократить основное технологическое и вспомогательное время.
Многократное повторение на специализированных станках одного и того же технологического процесса позволяет внедрить оптимальные режимы и технически обоснованные нормы времени, что повышает производительность труда.
В данной работе рассмотрены вопросы технологии изготовления колесных пар, дефекты, возникающие в эксплуатации, пути повышения долговечности колесных пар и повышения производительности механической обработки. Описаны конструкции и кинематические схемы наиболее часто встречающихся станков для обработки колесных пар.
1. Изготовите и ремонт колесных пар
1.1. Технические требования к элементам колесных пар
Колесные пары вагонов (рис. 1.1,а) состоят из оси и двух цельнокатаных колес, напрессованных на ось. Конструкция оси и технические требования к отдельным ее элементам зависят от вида подшипников (скольжения или качения) и от схемы их установки. В настоящее время эксплуатируются вагонные оси типа Ш (для подшипников скольжения) и типов РУ, РУ1, РУ1Ш (для подшипников качения).
Технические требования к основным элементам осей приведены в табл. 1.
Таблица 1.1.
Технические требования к основным элементам осей.
Колесные пары локомотивов (рис. 1.1,б) состоят из оси, колесных пар и бандажей. Бандажи устанавливаются на центры по горячей посадке и фиксируются кольцами. Для передачи вращения от тягового электродвигателя к колесной паре на оси устанавливаются зубчатые колеса.
 Рисунок 1.1. Колесные пары
Оси изготавливают из стали ОсВ по ГОСТ 4728-79. Химический состав этой стали: 0,4 - 0,48 % - С ; 0,15 - 0,35% - Si ; 0,55 - 0,85 - Mn ; < 0,04 % - P ; < 0,045 % - S ; < 0.3 % - Ni; < 0,3 - Cr ; < 0,26 % - Cu. Значительное влияние на качество стали оказывает содержание водорода в металле. Наличие водорода обнаруживается в разрывных образцах в виде белых пятен по излому. Водород сосредоточивается в местах скопления неметаллических включений, что приводит к возникновению дефектов, снижающих усталостную прочность и пластичность. Вредное влияние меди проявляется в образовании не поверхности сеток и равнин.
Колеса изготавливают из стали двух марок (ГОСТ 10791-81) марка 1 - для колес пассажирских и не моторных вагонов электро- и дизелъ-поездов; марка 2 - для колес грузовых вагонов. Допускается применять сталь марки 1 взамен марки 2. Химический состав сталей приведен в табл. 1.2.
Таблица 1.2
Химический состав сталей для цельнокатаных колес
Разграничение на марки стали введено ГОСТ 1079I-8I с учетом условий эксплуатации колес и возникающих при этом дефектов. Условия эксплуатация колес пассажирских вагонов характеризуются частыми торможениями, в результате чего на поверхности катания появляются участки с измененной структурой, которые особенно опасны при движении с большими скоростями. Поэтому для колес пассажирских вагонов применяют сталь, менее склонную к закалке при воздействии теплоты от тормозных колодок. Сопротивляемость стали контактно-усталостным повреждениям и изнашиванию должна быть достаточно высокой. Эти трескания обеспечиваются уменьшением содержания углерода и повышением содержаний легирующих элементов. Введение ванадия способствует измельчению зерна. Условия эксплуатации грузовых вагонов характеризуются высокими напряжениями в контакте колеса и рельса, а связи с чем сталь для колес грузовых вагонов должна обладать повышенной износостойкостью и контактной прочностью.
Поверхность катания колеса контактирует с термически упрочненным рельсом и тормозными колодками. Шероховатость поверхности катания должна быть не ниже Ra 80. Некруглость колеса по кругу катания не более 0,5 мм. Профиль колеса по кругу катания (рис.1.2) обеспечивает направление и устойчивое движение
экипажа на прямых и кривых участках пути. В колесах на допускаются остатки усадочных раковин и рыхлости, флокены, расслоения, завороты корочек и неметаллические засоры. Поверхность должна быть без плен, закатов, трещин в шлаковых включений.
Оси подвергают упрочнению накатыванием. Обод цельнокатаного колеса подвергают упрочняющей термической обработке.
 Рисунок 1.2. Профиль поверхности катания
1.2. Технология изготовления осей
Заготовки осей получают свободной ковкой, радиально-ковочной обработкой или поперечно-винтовой прокаткой. Изготовление заготовок свободной ковкой на молотах - процесс малопроизводительный. Заготовки имеют большие припуски на обработку, что увеличивает расход металла и повышает трудоемкость после-дующей механической обработки.
На Нижнетагильском вагоностроительном заводе заготовки получают на радиально-ковочной ротационной машине. Внедрение радиально-ковочной обработки позволяет повысить производительность труда на заготовительных операциях в 4 - 5 раз, значительно уменьшить припуск на обработку. Допуски на размеры заготовки уменьшаются до ±1 мм. На Днепропетровском металлургическом комбинате внедрен стан 250 для поперечно-винтовой прокатки заготовок осей. В настоящее время это один из наиболее производительных и точных способов получения заготовок осей.
Оборудование для поперечно-винтовой прокатки позволяет получать заготовки как для сплошных, так и для полых осей.
Заготовки подвергают термообработке (нормализации), очищают от окалины и контролируют. От каждой партии поковок одну заготовку берут для механических испытаний.
Технологический процесс механической обработки оси определяется ее конструктивными особенностями и зависят от заданного объема выпуска изделий. Механическая обработка осей состоит из следующих основных этапов:
1) подрезка торцов и зацентровка;
2) предварительное обтачивание;
3) получистовое точение;
4) обработка элементов для крепления роликовых подшипников;
5) чистовая обработка;
6) упрочняющая обработка.
Для обработки заготовок осей применяют специализированное и универсальное оборудование. Пример технологического маршрута обработки заготовки осей типа РУ, РУ1Ш приведен в табл.1.3.
Выбор оборудования определяется типом производства. Операции накатывания можно выполнять не токарно-винторезных станках (IA64, IM6З), оснащенных накатными приспособлениями. На ремонтных предприятиях обработки oсей используют также старотипные станки фирмы "Найльс» мод. AAZ и ASD.
1.З. Изготовление цельнокатаных колес
Современное производство штампованокатаных колес включает в себя технологические процессы подготовки заготовок, их нагрева, горячей деформации, противофлокеновой, термической и механической обработки, контроля и испытания колес. Для производства заготовок используют стальные отливки, которые раскрашивают на слиткорезательных машинах. Нарезание заготовки нагревают,
Таблица 1.3
а затем штампуют и прокатывают на колесопрокатном стане. После формообразования заготовки подвергают противофлокеновой и упрочняющей термической обработке (закалка и высокий отпуск).
Для получения заготовок применяют и секционную штамповку. Исходная заготовка после осадки и прошивке отверстия подается в трехсекционный штамп, в котором происходит последовательное формообразование ступицы, диска и ободка. Метод секционной штамповки позволяет сократить цикл производства заготовок и получить более точные по размерам и форме заготовки.
Отдельно отобранные заготовки колес подвергают испытанию на удар. Колесо укладывают на шабот и производят удар по ступице копровым грузом массой 1 т. с высоты 6 м. Прогиб диска определяют по смещению ступицы относительно боковой поверхности обода. От каждой партии колес одной плавки отбирают одну заготовку для проверки микроструктуры и определения механических свойств.
Механической обработке подвергают поверхность катания, гребень, торцевые поверхности oбoда и ступицы отверстие ступицы. В технологическом маршруте механическая обработка может предшествовать упрочняющей термообработке.
Выполнение механической обработки после термообработки позволяет устранить искажения геометрических размеров и формы возникающие в результате термообработки.
Механическую обработку выполняют на токарно-каруселъных полуавтоматах мод. 1Б502 и 1Д502. Находят применение и станки мод. 1502. Обработку производят за два установа. Вначале на токарно-карусельном полуавтомате мод. 1Б502 выполняют следующие переходы: обтачивания поверхности катания, гребня и внутреннего торца обода, торца ступицы, конусной боковой поверхности ступицы и проточку цилиндрического пояска в месте перехода обода в диск с наружной стороны колеса. Затем на станке мод. 1Д502 обрабатывают торец и конусную поверхность ступицы с внутренней стороны колеса и отверстие ступицы.
1.4. Дефекты колесных пар
В эксплуатация встречается более 60 дефектов колесных пар, поэтому целесообразно эти дефекты классифицировать. Разработке классификации дефектов колесных пар посвящены работы М.М.Машнева, А.Е. Цикунова, А.Ф.Богданова и др. [2, 3, 4, 5] ВНИИЖТом разработан классификатор [1], который используется как официальные документ.
Все дефекты можно разделить на пять классов [4]:
1) предельный износ;
2) повреждение;
3) нарушение оплошности металла;
4) разрушение;
5) нарушение геометрического параметра.
Величина и форма износа зависят от условий трения, состояния пути, свойств металла и других факторов. Изнашиванию подвергаются поверхность катания и шейки оси. По кругу катания износ может быть круговым или локальный.
Равномерный круговой износ (рис. 1.З,а) происходит вследствие смятия на площадке контакта и истирания металла под действием сил трения, возникающих при торможении и проскальзывании (боксовании) локомотивных колесных пар. Превалирующими является износ от проскальзывания колеса по рельсу или тормозной колодки по ободу. Поверхность катания наклепывается, в результате чего повышается твердость до НВ 470.
Ступенчатый прокат (рис. 1.3,б) возникает при смещении пятна контакта колеса и рельса в сторону фаски из-за несимметричной посадки колес на ось, большой разницы диаметров колес по кругу катания, неправильной установки колесных пар в тележке, перекоса рамы тележки.
Вертикальный надрез гребня (рис. 1.3,в) возникает при неправильной установке колеса, а также при эксплуатации подвижного состава на участках пути с большим количеством кривых малого радиуса.
 Рисунок 1.3. Виды износов поверхности катания колес:
1 - профиль неизношенного колеса;
2 - профиль изношенного колеса
Кольцевые выработки (рис. 1.3,г) наблюдаются у колесных пар, эксплуатируемых с композиционными тормозными колодками.
Кольцевые выработки возникают по краям колодки. При торможении температура в центре колодки выше, чем по краям, поэтому следующий полимер, разлагаясь, вытесняется к краям колодки вместе с продуктами износа и частицами образца. Локальный износ (ползун) возникает при движении колеса по рельсу юзом. Заклинивание колесной пары колодками происходит при неисправной тормозной системе. При движении юзом происходит интенсивная пластическая деформация, образуются закалочные структуры. К эксплуатации не допускаются колесные пары с ползуном более 2 мм с подшипниками скольжения и более 1 мм - с подшипниками качения.
При повреждении колес наиболее частот встречаются «навар» и подкаленные места («белые» пятна).
«Нагар» - это термомеханическое повреждение, которое характеризуется образованием на поверхности сдвигов металла U - образной формы. Основная причина такого повреждения - нарушение процесса торможения. Результатом которого является кратковременное проскальзывание колеса по рельсу. Слой «навара» имеет высокую твердость (до НВ 900).
«Белые» пятна возникают при быстром охлаждении обода колеса при выходе его из-под тормозной колодки. «Белые» пятна имеют мартенситную структуру.
Среди термомеханических повреждений оси наиболее часто встречающихся и наиболее опасный дефект - перегрев шейки оси. Перегрев возникает при неудовлетворительном содержании букс с подшипниками скольжения и при разрушении подшипников качения. Колесные пары с перегретыми шейками из эксплуатации изымаются.
Нарушение сплошности может быть у колес и осей. На ободе колеса возникают трещины термической усталости. Могут быть также трещины технологического происхождения, причиной которых являются неметаллические включения и другие дефекты. В подступичной части оси возникают усталостные трещины.
Разрушение происходит в результате выкрашивания металла. В зоне «навара» и «белых» пятен глубина выщербин обычно не превышает 2-3 мм. При развитии усталостных трещин на ободе появляются выщербины значительно больших размеров (до 20 мм). В эксплуатацию допускаются колесные пары с выщербинами и отколами глубиной до 10 мм и длиной 50 мм для грузовых вагонов и 25 мм - для пассажирских. Дефекты, вызывающие нарушение геометрических параметров, характеризуются несоответствием размеров требованиям чертежа. Основной причиной этих дефектов является повреждения или износ колесной пары. При обточке колес могут возникать следующие нарушения геометрических параметров: изменение расстояния между внутренними гранями колес; уменьшение ширины и толщины обода колеса.
Кроме указанных выше дефектов, характерных для вагонных колесных пар, у локомотивных колесных пар наблюдаются специфические дефекты, связанные с их конструкцией. Таким дефектом, прежде всего, является ослабление посадки бандажа на ободе колесного центра с последующим сдвигом относительно друг друга.
Причинами сдвига являются нагрев бандажа при торможении, погрешности формы бандажа и колесного центра при сборке и др.
1.5. Ремонт колесных пар
Неисправные колесные пары подвергаются ремонту баз смены и со сменой элементов. Технологическая схема ремонта колесных пар представлена на рис. 1.4 [6]. Ремонт без смены элементов заключается в очистке, контроле, восстановлении профиля катания колес, обработке шеек oсей, контроле и окраске.
Ремонт колесных пар со сменой элементов связан с распрессовкой колесных пар и заменой негодных колес или осей новыми или старогодными. Распресовываются колесные пары на горизонтальном гидравлическом прессе с помощью приспособлений, исключающих изгиб шейки и повреждение резьбы М110х4. Годные распрессованные элементы используют для ремонта.
 Рисунок 1.4. Структурная схема технологического процесса ремонта колесных пар
Старогодную ось протачивают в подступичной части. Припуск на обработку должен быть достаточным для устранения дефектов, вызванных распрессовкой. Режим резания и геометрия инструмента выбираются таким образом, чтобы обеспечить шероховатость Ra 3,2. После накатывания подступичной части получают поверхность с частотой обработки Ra 1,25. Среднюю честь оси протачивают при наличии протертости посередине оси глубиной более 2,5 мм [7].
Новые оси поступают обычно в грубообработанном виде. Дальнейшая обработка осей выполняется по технологии нового формирования с использованием специализированных станков мод. 1A832, 1Б832, TOA40Z, 1A833, 1Б833, TOA40W, KS843, KS1842 и др. Приточку под запрессовку старогодных осей выполняют на токарно-винторезных станках мод. 1А64, 1M63.
Новые колеса поступают на ремонтные предприятия в обработанном виде, поэтому требуется только приточка к оси, заключающаяся в чистовой расточке отверстия ступицы. Старогодные колеса подвергают расточке до устранения следов от распрессовки. Условия обработки должна обеспечивать шероховатость Ra З,2. Расточка ступиц выполняется на токарно-карусельных станках мод. КС12, КС112, 1401M, 1516, KC412.
После запрессовки колесные пары со старогодными колесами обрабатываются на колесотокарных станках для восстановления профиля. На вагоноремонтных предприятиях используют колесо-токарные станки I836A, 1836Б, 1946, UBB112, UBB112/2, UBA112, UВС150. На некоторых предприятиях применяют станки "Хегенштейдт" типа I85 и др.
При обточке шеек и предподступичных частей осей колесных пар под подшипники скольжения устраняют задиры, риски, забоины в другие дефекта. Обработку шеек осей выполняют на специализированных стенках ХАС112, ХАД112, 1835 и др.
Более подробно о колесных парах и технологии их ремонта можно узнать из [7].
1.6. Повышение долговечности колесных пар
Ресурс колес и бандажей определяется эксплуатационным и технологическим износом. Технологический износ - это слой металла, снимаемый с поверхности катания при переточках. Этот износ определяется двумя факторами:
1) подкаленным и наклепанным слоем;
2) износом (подрезом) гребня.
Дефекты термомеханического происхождения ("новары", ползуны, "белые пятна”) и наклеп приводят к повышению твердости на поверхностей катания до HV 600 - 1000.
Твердые участки залегают на глубину от поверхности катания на 1,5 - 2,0 мм.
Наличие твердых участков вызывает большие трудности при восстановлении профиля поверхностей катания колесных пар. Глубину резания выбирают такой, чтобы резец врезался под твердые участки. Вследствие этого в стружку уходит 3 - 4 мм полезного слоя металла при каждой обточке [8].
Одним из эффективных путей повышения ресурса колес является улучшение обрабатываемой поверхности перед обточкой за счет отжига верхних слоев металла поверхности катания колес путем нагрева их токами высокой частоты [9] .
Износ гребня также приводит к необходимости снимать дополнительный слой металла с поверхности катания при обточке (рис. 1.5,а). Для повышения долговечности бандажей колесных пар локомотивов, эксплуатируемых в карьерах, применяют наплавку гребней. Наращивание гребней позволяет уменьшить технологический износ (рис. 1.5,б).
Кроме указанных выше мероприятий повышению долговечности способствует также проведению следующих мероприятий: разработка новых сталей для изготовления бандажей; совершенствование профиля поверхности катания; термоупрочнение и т.д.
 Рисунок 1.5. Влияние износа гребня на толщину слоя срезаемого при обточке:
1 - исходный профиль поверхности катания;
2 - профиль поверхности катания до обточки;
3 - профиль, восстановленный обточкой
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
© 2009 "Режущий инструмент". При копировании ссылка обязательна !!!
|