Режущий инструмент для обработки профиля обода колеса. Требования к сквозной технологии производства металла и колес, страница 3

Элементы режима резания

Черновая обработка

Чистовая обработка

Скорость резания V. м/с

30-65

30-65

Подача врезания круга S, мм/об, колеса

0,02-0,06

0,005-0,01

Скорость вращения колеса Уд, м/мнн

12-18

6-10

Примечание. Используемые диаметры шлифовальных кругов 400...950 мм.

Преимуществами процесса шлифования (помимо высокой точности и качества обработанной поверхности) являются возможность восстанов­ления геометрии обода колес с термомеханическими повреждениями, с твердостью поверхности 350...500 НВ и выше, а главное - возможность сохранения металла обода колеса, чего не происходит при точении "под корку". Можно повысить и производительность шлифования колес, ис­пользуя возможности современных шлифовальных кругов для скоростно­го и высокопроизводительного шлифования.

Если шлифовальный круг представить как фрезу, работающую по генераторной схеме (см. п. "Фрезерование"), то совмещение в одном сече­нии проекций режущих кромок отдельных выступающих зерен дает ис­тинный про4)иль неровностей круга. При прочих одинаковых условиях при использовании скоростного резания каждое абразивное зерно, нахо­дящееся на рабочей поверхности круга, за единицу времени срежет мень­шее количество металла. Силы резания, действующие на каждое зерно, также уменьшаются. Поэтому появляется возможность догрузить абразив-ss


ные зерна круга, работающего с большой скоростью. Эту догрузку обеспе­чивают обычно увеличением подачи, скорости вращения детали или глу­бины шлифования, что увеличивает производительность процесса.

Скорость резания (скорость вращения круга) можно увеличить с 30...50 м/с до 80... 120 м/с и более, подачу врезания - с 0,5... 1,5 мм/мин до 8...16 мм/мин. Выполненные исследовательские работы [7], [16], [17] и др. по высокопроизводительному профильному врезному шлифованию (ВПВШ) колесной стали позволили рекомендовать следующие режимы:

скорость резания v = 80 м/с, подача врезания s = 10 мм/мин, скорость вра­щения колеса Уд = 200 м/мин.

2.3.2. Термическая обработка

Улучшить физико-механические свойства поверхностного слоя ме­талла обода колес с целью снижения их износа можно путем использова­ния индукционной термообработки ТВЧ, электродуговых методов (на­плавки, наплавки-напыления), плазменной модификации и др. С этой же целью могут быть использованы и такие методы механической обработки, как создание регулярного рельефа и наклеп, а также методы электрохими­ческой, электроискровой обработки и легирования, лазерной поверхност­ной обработки, химической, газоплазменной обработки и др. По некото­рым из этих направлений ведутся предварительные проработки.

Из всех вышеупомянутых способов сейчас наибольшее применение находит термообработка ТВЧ: в электродепо "Дачное" метрополитена, ВЧД-5, на Октябрьском электровагоноремонтном заводе (ОЭВРЗ) (Санкт-Петербург), на Ташкентском локомотиворемонтном заводе и др. Другие способы поверхностного упрочнения ободьев колесных пар на железнодо­рожном транспорте широкого применения не нашли, и пока в этих на­правлениях проводятся только исследования для отработки режимов и создания опытных установок.

В настоящее время лишь для термообработки колес ТВЧ разработа­ны режимы, обеспечивающие формирование в них оптимального уровня остаточных напряжений, что является основным условием сохранения требуемого предела выносливости, а, следовательно, надежности колеса в целом.

Основными параметрами упрочненного поверхностного слоя, кроме остаточных напряжений, являются его глубина и форма, твердость и харак­тер ее изменения по глубине, структура упрочненного металла, наклеп и др. Вместе с тем изменение износостойкости одного из элементов системы ко­лесо-рельс влияет на износ другого. Успешное решение этой проблемы возможно только при условии рационального повышения износостойкости каждого элемента этой пары с учетом величины проскальзывания.


Из классической теории износостойкости и надежности пар сухого трения [18], [19], [20] известно, что их долговечность в значительной сте­пени зависит от работы, которая должна быть затрачена на разрушение элементарного объема или массы деталей пар трения. Чем больше эта ра­бота, тем долговечнее и надежнее пары трения в данных условиях экс­плуатации.

Основные пути повышения работы разрушения следующие:

1. Повышение твердости металла деталей пар трения, т.е. создание метастабильных структур в их металле.

2. Повышение теплопрочности метастабильных структур металла деталей пар трения, особенно в жестких условиях эксплуатации, например при резком тепловом воздействии композиционной колодки при остановке поезда после интенсивного торможения.

3. Уменьшение величины зерна или увеличение дисперсности квази-эвтектоида в деталях пар трения, за счет чего уменьшаются среднестати­стические размеры плоскостей элементарных сдвигов при разрушении ме­талла, усиливается барьерный эффект границ зерен и межфазовых границ.

4. Уменьшение вероятности образования "мостиков схватывания" и задира с интенсивным грубым разрушением деталей пары трения.

5. Создание так называемых "естественных смазок" в одной из дета­лей пары трения, например, графита, сернистых соединений или дисуль­фида молибдена, но это сопровождается заметным уменьшением коэффи­циента трения.

Повышение надежности и долговечности колесной пары должно предусматриваться как на этапе ее производства, так и при эксплуатации или при проведении ремонта.

В настоящее время сформулированы основные требования к сквоз­ной технологии производства металла и колес [21]:

1. Отсутствие металлургических дефектов при выплавке стали и из­готовлении колес.

2. Обеспечение высоких значений прочности в цельнокатаных коле­сах. Увеличение прочности за счет значительного повышения содержания углерода не дает желаемого результата, т.к. при этом снижается пластич­ность стали и повышается чувствительность к концентраторам напряже­ний. Эффективным способом повышения прочностных характеристик яв­ляется упрочняющая термообработка с получением однородной мелко­дисперсной структуры с пластинчатой формой цементита.

3. Наличие в колесной стали небольшого процента содержания угле­рода, что обеспечит повышенное сопротивление образованию на поверх­ности катания колес дефектов термического характера.