Способ восстановления деталей

Способ восстановления деталей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ преимущественно железно/ ./ дорожных колес, включающий наплавку изношенной части, удаление шлака с одновременной механической обработ- i кой наплавленной поверхности и охлаждение , отлич ающийся тем, что, с целью повышения долговечности колес, после наплавки осуществляют охлаждение до достижения наплавленным металлом 550-580 С производят механическую обработку поверхности прямолинейного участка профиля гребня, а после достижения наплавленной поверхностью 200-250 С производят механическую обработку криволинейного участка профиля гребня. ,

СОЮЗ СОЙЕТСНИХ О,И О %

PECAVS JIHH (19) (11) (21) 3710568/22-02 (22) 1.9.03.84 (46) 23.05. 85. Бюл. У 19 (72) Г.М. Воробьев, Д.А. Курасов и В.Л. Рудницкая (71) Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени институт железнодорожного транспорта им. М.И. Калинина (53) 621.791.927(088.8} (56} 1. Авторское свидетельство СССР

В 272342, кл. С 21 D 7/04, 1967.

2. Авторское свидетельство СССР

Н 513802, кл. В 23 К 9/04, 1974

° (54)(57) СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ

ДВТАЛКЙ преимущественно железно1 ((у) С 21 D 7/04; В 23 К 9/04;

В 23 Р 6/00. дорожных колес, включающий наплавку изношенной части, удаление шлака с одновременной механической обработ- 1 кой наплавленной поверхности и охлаждение, отличающийся тем, что, с целью повышения долговечности колес, после наплавки осуществляют охлаждение до достижейия наплавленным металлом 550-580 С . производят механическую обработку поверхности прямолинейного участка профиля гребня, а после достиженияо наплавленной поверхностью 200-250 С производят механическую обработку криволинейного участка профиля гребня.

ff5 089

1S

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, преимущественно к тяговому и грузовому составу магистрального и промьппленного транспорта.

Известен способ термомеханической обработки поверхностей, при котором поверхность подвергают операции выглаживания путем пластического деформирования специальньил инструментом и наклепу, при этом с целью интенсификации процесса выглаживания и увеличения упрочненного слоя инструменту придают сложное движение относительно обрабатываемой поверхности Pf $.

Однако технологический процесс данного способа не содержит операции удаления шлаковой корки, кроме того, схема движения упрочняющего инструмента практически неосуществима.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ восстановления изношенных цилиндрических деталей путем наплавки с одновременной обработкой наплавленной поверхности накатными роликами.

По известному способу процесс наплавки совмещается с обработкой двумя накатными роликами наплавляемой поверхности. С целью улучшения физико-механических свойств и снижения шероховатости поверхности обкатка производится диаметрально противоположными роликами, смещенными на шаг наплавки и перемещающимися вдоль продольной оси детали.

При этом усилие давления первого по ходу ролика больше второго 123.

Известному способу присущи следующие недостатки: глубина наклепа стали от накатки не превышает 0,81,2 мм, твердость возрастает не более чем на 25-30Х,. что совершенно недостаточно, кроме того, согласно споСобу не производится термическая обработка, Целью изобретения является повышение долговечности .колес.

Поставленная цель достигается

°, тем, что согласно способу восстановления деталей преимущественно железнодорожных колес включающему наплавку изношенной части, удаление шлака с одновременной механической обработкой наплавленной поверхности, 30

55 после наплавки осуществляют охлаждение, затем при достижении наплавленным металлом 550-580 С производят механическую обработку поверхности прямолинейного участка профиля гребня, а после достижения наплавленной поверхностью 200-250 С производят механическую обработку криволинейнorо участка профиля гребня.

Сущность предлагаемого способа заключается в наплавке порошковой марганцовистой проволокой двухэлектродным методом.

Для формирования наплавленного слоя электроды смещены в поперечном направлении. Режимы наплавки подобраны так, чтобы слой формировался за один оборот .колеса.

Технологические операции закалки и механической обработки далее осуществляют параллельно. Закалка аусте." о нитной стали начнется с 900-950 С и скорость охлаждения должка обеспечивать формирование аустенитной структуры без выделения избыточной фазы в виде карбидов в межкристаллитных промежутках.

На первом этапе необходимую скорость охлаждения обеспечивает интенсивный теплоотвод в массу колеса, а затем — охладитель, работающий на сжатом воздухе давлением 600:кПа с температурой 18 С. Первое сопло охладителя отстоит от наплавочной головки на расстоянии 100 мм. 3а время-поворота колеса на это расстояние шлак защищает ванну от кислорода воздуха и одновременно успевает пропустить газы из ванны. Теперь охлаждение основного и присадочного металла идет за счет конвенкции в ок ружающую среду,.иоглощения тепла массой колеса и обдува охлаждаю" щим устройством. Все это обеспечивает необходимую скорость охлаждения..Интенсивное охлаждение обдувом объясняется также необходимостью снижения общего тепловложения, так как в зоне термического влияния необходимо формирование такой структуры, которая препятствовала бы появлению мартенситных и других образований, повышающих внутренние напряжения. Эти напряжения, складываясь с механическими напряжениями от горячей посадки бандажа на центр колеса, могут превысить предел

115708! ф бойка), что определяет ударное усилие около 245 Н. Одновременно с нак в- лелом происходит дальнейшее сглаживание поверхности до шероховатости

,„,что удовлетворяет требованиям

R Зо эксплуатации и исключает дальнейшую механическую обработку обточкой.

При таком динамическом воздействии обеспечивается глубина наклепан10 ного слоя около 2,0 мм. В эксплуатакле ции наклепанный слой непрерывно самовосстанавливается под воздейстчес вием усилий смятия порядка 36002400 NIIa, возникающих при вписывании колесной пары в кривой участок пути. он-, Предлагаемому способу присущи следующие существенные признаки: двухэлектродная наплавка гребня, закалка наплавленного слоя, раздельное сгланно- живание шероховатости с одновременным упрочнением наклепом и формирону- вание рабочей поверхности гребня.

Восстановление наплавкой производится за один проход, выполняют е закалку с последующим отпуском, но наклеп совмещают с выглаживанием м поверхности, одновременно восстановленной поверхности придается необс- З ходимая геометрическая форма. Закалка дает возможность проявить аустенитной стали свойства самоупрочнения в эксплуатации, динамический ть наклеп снижает интенсивность износа в начальный период, а придание

35 формы исключает механическую обравмо ботку.

Ъ прочности бандажа, что совершенно недопустимо.

Охлаждение длится далее непреры но, что обеспечивает получение ста бильной аустенитной структуры.

Далее следует очистка от шлака, имеющаяся своей целью обнажение на плавленного металла для повышения теплоотдачи в окружающую среду, и удаление его частиц с твердостью

70-75 HRC перед выглаживанием и на пом. Этой мерой предупреждают насы щение рабочей поверхности в пласти ком состоянии абразивными частицами и, как следствие, интенсивный износ боковой грани головки .рельса

Очистку производят специальной кор кой, одетой на боек пневмодинамического инструмента. Бойку с корон кой сообщают возвратно-поступатель ное движение по нормали к наплавле му слою. В сочетании с вращательным движением колеса боек описывает си соиду, что полностью обеспечивает. фронт очистки. Эту технологическую операцию производят при температур металла 550-580 С. Оптимальной.мож считать температуру 560 С. При это шероховатость поверхности снижается с z до -, . Сглаживанию и ча

R na g ш» тичноМ»»у наклепу подвергают прямоли нейную часть профиля гребня, как наиб лее подверженную износу. Частично сглаженную и наклепанную поверхнос продолжают интенсивно охлаждать и при 200-250 С подвергают окончательному сглаживанию и наклепу пне динамическим инструментом при помо щи бойка, рабочая поверхность которого имеет форму, соответствующую очертанию поверхности гребня. Температура, при которой завершается обработка (оптимальное значение 230 С обосновывается следующими соображе»сия" ми. При указанной температуре аустенит обладает большим запасом устойчивости, поэтому опасности выпадения карбидов по границам зерен нет. Даль1 нейшее охлаждение существенного влияния на структуру не оказывает.

Повышение твердости при наклепе рассматривается как следствие блокиро: вания отдельнъ»х зерен аустенита в результате сдвигов по плоскостям скольжения.

Для повышения эффективности процесса наклепа между бойком и гребнем создается зазор 0,25 Д (Д вЂ” диаметр »

На фиг. 1 изображен .боек с ударной поверхностью, соответствующей конечной форме обрабатываемого элемента; на фиг. 2 — графики глубины упрочнения маргаовистой стали в зависимости от способа пластической деформации; на фиг. 3 — графики, показывающие давление в контакте; прямолинейная часть гребня — боковая грань головки рельса; на фиг. 4 —колесо в процессе наплавки и обработки (в нижней части представлена кривая совмещенного движения бойка и вращающегося колеса в процессе очистки от шлака и наклепа); на фиг. 5эскиз профиля наплавляемого гребня с указанием характерных участков его поверхности.

Пример. Технологическая схема восстановления: освидетельствование колесной пары и установка ее на

1157089 стенц — кантователь, наплавка изношенной части гребня аустенитной сталью, закалка наплавленного слоя, очистка его от шлака, механическая; обработка первой ступени, продол- S жение термической обработки, механическая обработка второй ступени, повторение цикла для второго колеса.

Освидетельствование выполняют в соответствии с требованиями инструктивных указаний с целью выявления при. годности колесной пары для восстановления по существующей технологии.

Наплавку производят.на специальном 15 стенде-кантователе порошковой проволокой с содержанием 13,0Х Мп и 0,6Ж С с соблюдением следующих режимов: период вращения колеса 15 мин/об.„ток дуги 280 А, напряжение на дуге 24 В, 20 флюс АН 20 С. Соблюдение режимов обеспечивает восстановление за один оборот колеса. Наплавку ведут специальной головкой 1 многоэлектродным методом (фиг. 4, поз. 1). 25

На расстоянии 100 мм от поз. 1 (через 1,5-2,0 мкм после наплавки) начинают интенсивное охлаждение зоны наплавленного металла охлаждающим устройством 2. Охлаждение ведут с целью повышения интенсивности теплоотвода, тем самым способствуя закалке наплавленного металла и облегчая удаление шлака. Операцию охлаждеНия ведут непрерывно на длине

600 мм (по бандажу).

На поз.ii производят удаление шлака и сглаживание неровностей наплавленного металла на прямолинейном участке профиля гребня.(в-с,фиг. 5). 4©

Эту операцию производят при 550-580 С, Оптимальной по производственным условиям является температура 560 С.

Такой интервал температур обосновывается следующими соображениями: в этот 4 момент возможна качественная очистка наплавленного металла от шлака при указанной температуре металл еще сохраняет пластические свойства, необходимые для сглаживания неровностей поверхности наклепом до шерохо-. я, во ватости,„, . При более высокой температуре еще полностью не закончился процесс кристаллизации, а удаление шлака полностью практически невозможно. При температуре ниже

550 С пластические свойства металла ухудшаются, что затрудняет обработку наплавленной поверхности (ь-с, фиг. 5). Одновременное сглаживание всей наплавленной поверхности не представляется возможным по условиям размещения коронки на бойке.

Параллельно происходит частичный наклеп поверхности. Боек с плоской ударной частью движения перпендикулярно наплавленному слою и разрушает шлак в месте ослабленного сече1 ния. В результате сложения вращательного движения колеса и возвратнопоступательного инструмента последний оставляет на наплавленной поверхности след, форма которого может быть описана уравнением

11 ei (- + — -) х

2 80 где x — путь, пройденный колесом,мм, время движения инструмента за один цикл.

Наклеп на этой позиции не производят, так как при высокой температуре он не сохраняет в полной мере своих свойств. Кроме того, значительные ударные усилия, порядка 245 Н, могут привести к нежелательному явлению выпадения карбидов по границам зерен. Сглаживание же способствует выделению карбидов по телу зерен, что упрочняет металл.

На 111 позиции ударами бойка с криволинейной рабочей поверхностью (фиг. 1),соответствующей профилю гребня (фиг. 5), производят выглаживание с наклепом участка вершины а — В, наклеп прямолинейной части гребня в — с и частично выкружки с -4.

Эту технологическую операцию выполняют в интервале 200-250 C. Оптимальное ее значение 230 С. Этот интервал температур обосновывается следующими. соображениями. Интенсивное охлаждение, продолжающееся до

tIJ позиции, необходимо для выполнения процесса закалки с тем, чтобы углерод полностью сохранился в твердом растворе, а аустенитная структура стабилизировалась полностью.

На 112 позиции происходит окончательное выглаживание поверхности до шероховатости ®, наклеп и

ez зо окончательное формирование рабочего профиля, который можно описать экспонентой

1157089

4 М ь

100

100

2, Х У,Р 7Х 100 12,Х

Расстоямие оа лодерхмостц, лм

Фиг. 2 где e= 37; Ъ = 0,81 и с 12,68.

Далее следует самоотпуск обработанного участка профиля.

В такой технологической последовательности происходят наплавка и термомеханическая обработка всей поверхности гребня.

После завершения колесом полного оборота колесную пару снимают и повторяют процесс восстановления для противоположного колеса.

В результате применения такого способа полностью восстанавливают профиль и размеры гребня, а наклонный слой преобретает твердость

40 HRC на глубине до 2,0 мм (фиг.2).

Сравнение эксплуатационных свойств предлагаемого способа с известным дает возможность провести качественную оценку технико-экономического 20 преимущества.

Применение раздельной двухсту пенчатой пластической деформации наплавленного металла обеспечивает удовлетворительную шероховатость

25 без механической обработки, снижает интенсивность износа в период обработки, формирует рабочую поверхность гребня (кривая — d фиг.7) и обеспечивает наименьший его износ 39 значительно повышает производительность технологического, процесса, создает экономию высоколегированного наппавочного металла и дефицитного титано-вольфрамового режущего инстру- мента, железнодорожному колесу придаются новые свойства,что повьппает

его долговечность и обеспечивает заданный ресурс. Кроме того, предлагаемьп способ повьппает долговечность колесных пар, улучшает условия эксплуатации подвижного состава, повьппает производительность труда ремонтных и локомотивных бригад, упрощает технологический процесс, создает предпосылки для улучшения условий труда йа производственных участках, снижает дефицит металлорежущего инструмента, способствует созданию нормальных условий труда, обеспечивает ритмичность производства.

Наплавляемый металл при испъгганиях в лабораторных условиях и в

Э эксплуатации способен xopomo само- упрочняться и имеет высокую износостойкость. Автоматическая наплавка на наклонном стенде-кантователе обеспечивает хорошее формирование наплавленного слоя и низкую его шероховатость. Пневматические инструменты созданы на базе пневматических молотков и развивают необходимые ударные усилия.

Эффективность преппагаемого способа подтверждается результатами испытаний: интенсивность ивноса восстановленного гребня в установившемся периоде работы составляет

0,25 мм/ч, для новых бандажей этот показатель равен 1,5 мм/мес.

1157089

«ъ РЮР

М ГЮР

2ФРР

2ИР

2Ã Ж .?Г 23 .ЛУ

Прадалжогпельнссть радисты, мю

Фиг. у

fl57089

Составитель В. Китайский

Редактор В. Иванова ТехредМ.Надь Корректор С. Шекмар

Заказ 3286(25 Тираж 553 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1i3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4