7.2 Термическая обработка колес

Прочностные, эксплуатационные свойства и требуемый ресурс долговечности колес обеспечиваются при термообработке. Однако, важное значение имеют оптимальный химический состав стали, стабильность которого зависит от металлургической технологии, а также режимов деформации. В качестве термообработки применяют закалку и отпуск обода. Благоприятный уровень остаточных напряжений и повышение предела выносливости колеса при циклических нагрузках достигается способом дробеметного упрочнения диска. Успешный результат при термообработке можно ожидать лишь в случае строгого соблюдения режима нагрева под закалку и отпуск в узком диапазоне ±5°С, а также скорости охлаждения. В противном случае возможно образование верхнего и нижнего бейнита и тем более отпущеного мартенсита. Эти структуры возникают при неблагоприятном сочетании уровней технологических факторов на глубине от поверхности катания до 10-15 мм. Они приводят к уменьшению контактной прочности, выкрашиванию металла и снижению срока службы колес. Благоприятной структурой, обеспечивающей высокий уровень твердости 320-360 НВ, в том числе на глубине от поверхности катания 30 мм, является высокодисперсный перлит или сорбит. Межпластинчатое расстояние в перлите должно быть 0,05-0,1 мкм. Присутствие в структуре стали ферритных прослоек и их размер стремятся уменьшить. Этому способствует выделение вторых фаз, благодаря которым уменьшается размер аустенитного зерна. Дисперсными фазами являются карбиды, нитриды и карбонитриды.

Схематичное расположение участка термообработки железнодорожных колес с проходной печью с выдвижным подом для закалки рис.15

Рис. 15. Участок для закалки железнодорожных колес.

Схема расположения участка для закалки железнодорожных колес представлена на рис. 15. В состав участка входят две проходные печи (1,2) с печными тележками и выдвижным подом (3), двенадцать закалочных столов (4) и портальный манипулятор (5).

Для обогрева печи применяются импульсные горелки с системой управления подачи газа и воздуха, предварительно подогретого в рекуператоре до температуры 450°С за счет тепла отходящих газов. Для корпуса печи и тележек предусматривается применение современных теплоизолирующих волоконных материалов. Возврат тележек производится с помощью канатного привода.

Закалочная машина (рис. 16) имеет три распылительных контура: для охлаждения верхней и нижней торцевых поверхностей обода, а также поверхности катания колеса. Для вращения колеса предусмотрены три роликовых привода. Вращение роликов бесступенчато регулируется при помощи ЧПУ-привода. В центре закалочной машины имеется устройство для воздушного охлаждения ступицы. Оборудование участка имеет централизованную систему водоснабжения с регулированием температуры воды около 30°С. Установка снабжена системой адаптивного регулирования температуры с использованием бесконтактных измерителей в режиме реально времени.

Рис. 16. Закалочная машина

7.3.Полнопрофильная механическая обработка колес

Повышение точности и чистоты поверхности железнодорожных колес, которые удается достичь при полнопрофильной механической обработке, включая балансировку колеса, способствуют значительному повышению его долговечности. Величина припуска под мехобработку определяется значениями радиального и торцевого биения чернового колеса, которое в настоящее время достигает соответственно 7-10 мм и 3-4 мм, а также глубиной залегания поверхностных дефектов; вкатанная окалина; скворечник; складка диска; отпечатки от изношенного инструмента информации; рябизна, образующаяся при недостаточном удалении окалины; трещины, образующиеся при выходе на поверхность ликвационных полос при прокатке; закаты; рванины, образующиеся из-за пережога; разрывы металла по ликвационным полоскам в диске; плёны прокатного происхождения. Величина припуска достигает 9-12 мм, то есть значительно превышает данные паспорта станков VDM 120-12, который предусматривает припуск 4 мм. Важным обстоятельством является необходимость механической обработки колёс после термообработки с твёрдостью 320-360 HB. В колесобандажном цехе действуют две технологические линии полнопрофильной механической обработки колес, каждая из которых оборудована 4-мя или 3-мя вертикальными токарными станками VDM 120-12, объединенных портальной транспортной системой и централизованным управлением (рис. 17).

Рис. 17. Участок полнопрофильной обработки колес

Высоких технологических показателей (величины подачи и окружной скорости резания) удается достичь благодаря высокому качеству твёрдосплавных резцов и применяемой СОЖ. Этому способствовали также корректировка режимов резания по каждому элементу колеса соответствующим изменением программы управления станками. Благодаря этому добились улучшения поверхности обработки и уменьшения числа дефектов «грубая обработка», особенно в местах «яблоко обода» с наружной стороны, «яблоко ступицы» с внутренней стороны и на участке перехода гребня в круг катания. Изменение точек сопряжения между инструментами способствовали уменьшению возврата колёс на дополнительнуюмехобработку по дефекту «зарез диска». Перераспределение поверхностей обработки и изменение режимов резания с целью снижения нагрузок на инструмент, а также синхронизация работы суппортов позволили повысить производительность станков. Важной явилась программа выбора рационального режущего инструмента из сплава карбидовольфрама с кобальтом. Всего было испытано 40 типов сплава от 13 производителей. В результате был выбран оптимальный инструмент. Введение дополнительной операции промывки планшайбы на высоких оборотах при закрытых дверях полностью исключила получение брака из-за попадания стружки на опорные пластины.