2.1.2. Методи пластичного деформування матеріалу в гарячому стані
При виготовленні деталей вагонів пластичним деформуванням металу в гарячому стані найбільше часто застосовують гаряче об'ємне штампування, рідше вільне кування й деякі вузькоспеціалізованні методи обробки металів тиском.
Широке застосування гарячого штампування обумовлюється її перевагами перед вільним куванням, а саме: більше високою продуктивністю, можливістю одержання поковок складної конфігурації з мінімальними припусками на механічну обробку, меншою витратою металу на виготовлення деталі.
Штампування здійснюють у штампах, прикріплених до робочих органів ковальсько-пресового встаткування або підкладних. Штампування в закріплених штампах застосовуються на штампувальних пресах у серійному й масовому виробництві. Штампування в підкладних штампах використають в основному на кувальних молотах у дрібносерійному виробництві.
Залежно від типу штампа об'ємне штампування підрозділяється на штампування у відкритих або закритих штампах (мал. 2.2).
Рис. 2.2. Схеми штампів:
а-відкритий; б—закритий; 1 — верхня частина штампа; 2 -стінка струмка; 3 — заусенец (облой); 4 — поковка; 5 — нижня частина штампа; б-пуансон; 7 — матриця; 8 — виштовхував
Штампування у відкритих штампах найпоширеніші й характеризується тим, що по лінії рознімання штампа роблять заусенечні канавки для виходу надлишків металу, у результаті чого на штампуемої заготівці утвориться заусенец (облой). Це дозволяє знизити вимоги до точності обсягу заготівки. Після штампування заусенец видаляють на обрізному штампі, і поковка здобуває задану форму.
Для штампування простих за формою поковок застосовують однострумковий штамп. Складну поковку штампують у декількох штампах або в декількох штампувальних струмках одного штампа, поступово наближаючи форму вихідної заготівки до форми й розмірів поковки.
Штампування в закритих штампах характерне тим, що в них виконують так зване безоблойне штампування, у результаті чого знижуються втрати металу й трудомісткість виготовлення поковки.
Основні технологічні операції гарячого штампування розділяють на заготівельні, підготовчі, властиво штампувальні, оздоблювальні й контрольні.
До заготівельних операцій ставляться: зачищення й виправлення вихідного матеріалу; оброблення вихідного матеріалу на заготівки. При обробленні вихідного матеріалу на мірні заготівки під штампування використають: різання на прес-ножицях і кривошипних пресах; різання пилками й абразивними колами; газове різання й ін.
До підготовчих операцій відносяться: нагрівання заготівки, початкова формозміна вихідної заготівки. До кувальної температури заготівки нагрівають у полум'яних печах, електропечах, установках контактного електронагріву або індукційних нагрівачів. У результаті нагрівання повинна бути забезпечена температура заготівки, необхідна для штампування, при цьому відхід металу на окалину й обезуглероживание поверхневого шару заготівки повинно бути мінімальним. Тому нагрівання варто вести з певною швидкістю, забезпечуваної відповідним часом нагрівання, а процес штампування здійснювати при певному температурному інтервалі.
Нагрівання заготівки є досить відповідальною операцією, особливо для заготівок великої маси. Нагрівання з малою швидкістю приведе до глибокого окислювання й обезуглероживанию поверхневого шару, насиченню його топковими газами. При великій швидкості нагрівання через різні температури на поверхні й у серцевині заготівки можуть з'явитися внутрішні тріщини. Відповідальні заготівки звичайно нагрівають у методичних печах з обертовим подом (карусельні печі) або в печах, обладнаних пристроями для переміщення заготівки від входу до виходу.
У методичних печах температура підвищується від входу до виходу. Це дає можливість нагрівати заготівки до температури приблизно 750 °С с малою швидкістю (швидкість газової корозії в цьому інтервалі температур невелика). Далі швидкість нагрівання збільшують.
Штампування складної поковки як правило робиться в багатопотіковому штампі. Формозміна вихідної заготівки в цьому випадку здійснюється послідовно в заготівельних струмках штампа на дану поковку і з одного нагрівання заготівки.
До оздоблювальних операцій штампованих поковок відносяться: обрізка заусенця, прошивання отворів, термообробка, очищення від окалини, виправлення, калібрування, контроль кувань. Обрізка заусенця й прошивання отворів підрозділяються на гарячу й холодну. Великі й середні по масі поковки обрізають після їхнього штампування з використанням нагрівання під штампування. Дрібні поковки обрізають у холодному стані. Обрізку роблять на пресах із застосуванням роздільних або об'єднаних штампів для обрізки заусенця й пробивання отворів.
Виготовлення основних деталей вагонів. Метод гарячого штампування дозволяє одержати значну частку деталей вагонів у готовому виді або забезпечує одержання форм і розмірів кувань, близьких до форм і розмірів готових деталей.
Штампуванням в одно- або багатопотікових штампах (2-4 струмки) виготовляють значну частку деталей вагонів: упорну плиту, тяговий клин і маятникові підвіски автозчепного пристрою, закладку й розпірку тріангеля, серги центрального підвішування візків, багато деталей рам і кузовів й ін.
Чорнові осі вагонів (заготівки, що піддають подальшій механічній обробці) виготовляють із осьової заготівки квадратного або круглого перерізу, прокатаної з вуглеродистої стали Ос. В.
Залежно від типу виробництва чорнові осі вагонів виготовляють методом кування, штампування, поперечно-гвинтової прокатки або радіально-ротаційним гарячим деформуванням по робочих кресленнях і відповідно до вимог стандартів. При виготовленні чорнової осі повинні бути дотримані основні технічні вимоги.
Після формоутворення чорнові осі повинні бути піддані нормалізації або нормалізації з додатковою відпусткою.
Кожна вісь після термічної обробки повинна піддаватися ультразвуковому контролю.
Виправлення чорнових осей повинно проводитися після нагрівання під нормалізацію або після окремого нагрівання до температури не вище 700 °С без наступної термообробки. Температура наприкінці процесу виправлення повинна бути не нижче 600 °С.
На шийку або середній частині кожної чорнової осі в гарячому стані повинні бути чітко вибиті знаки висотою 10...15 мм і глибиною 1...3 мм у наступному порядку (через тире або із проміжком): дві останні цифри року виготовлення; номер плавки; порядковий номер осі, що починається з умовного номера підприємства-виготовлювача.
Чорнові осі, отримані вільним куванням на молотах, мають більші припуски (10...12 мм на сторону), спрощену конфігурацію й виконуються без утворення контурів основних елементів осі, що збільшує ковальські напуски. Тому застосування вільного кування для виготовлення чорнових осей припустимо тільки в одиничному виробництві в основному при виготовленні спеціальних осей.
У серійному виробництві при виготовленні чорнових осей застосовують двох-, трьохпотікові штампи-бойки. У цьому випадку вісь виконують із утворенням контурів її елементів і порівняно невеликим припуском на механічну обробку. Штампування осей здійснюють на гідравлічних або кривошипних пресах ( зусиллям 8...10 МН) із застосуванням маніпуляторів.
У крупносерійному виробництві для виготовлення чорнових осей використають радіально-кувальні машини. Наприклад, спеціальна механізована потокова лінія виготовлення чорнових осей із застосуванням радіально-кувальної машини складається з індукційної установки для нагрівання вихідних заготівок, радіально-кувальної машини НР-32, камери охолодження осей після кування, нормалізационної печі з камерою для вертикального положення нормализуємих осей, камери охолодження осей після нормалізації. Робота радіально-кувальної машини здійснюється під управлінням оператора або в автоматичному режимі.
Виготовлення чорнових осей поперечно-гвинтовою прокаткою є високопродуктивним і прогресивним методом. Він дозволяє одержати заготівку, розміри якої близькі до розмірів готової осі, і скоротити витрата металу на 15 %. Маршрутний технологічний процес виготовлення чорнових осей наведений на схемі (рис. 2.3).
Заготівки (штанги) круглого перерізу діаметром 230 мм надходять на ділянку по роликовому конвеєрі. Штанги оглядають і піддають зачищенню, а при наявності поверхневих дефектів — обдиранню. Потім штанги ріжуть дисковими пилками на мірні штучні заготівки й укладають на завантажувальні ґрати перед кільцевою нагрівальною піччю з обертовим подом. Для завантаження заготівок у піч і вивантаження з печі використають спеціальну завантажо-розвантажувальну машину. Нагрівають заготівки до температури 1180...1220 °С у на протязі 2,5...3 ч.
Нагріті заготівки після видачі з печі по роликовому конвеєру через установку гідрозбива окалини й далі передатним пристроєм подаються до трьохвалковому стану гвинтової прокатки. Подача заготівки в робочу кліть стану проходить при температурі 1150.. .1080 °С. Спочатку здійснюється прокатка переднього технологічного кінця заготівки, після чого цей кінець захоплюється механізмом осьового натягу, і далі прокатка заготівки здійснюється з натягом. У процесі прокатки валки за допомогою копіювальної системи переміщаються по заданій програмі; при цьому формується профіль чорнової осі.
Рис. 2.3. Схема маршрутного технологічного процесу виготовлення чорнових осей:
1 — надходження заготівок зі складу; 2 — зачищення штанг; 3 — поділ штанги на заготівки; 4 — нагрівання заготівок; J — гідрозбивши окалини; 6 — прокатка осі; 7 — відрізка технологічних кінців; 8 — таврування; 9-нормалізація; 10 — виправлення; 11 — очищення окалини; 12 — фрезерування торців; 13 — ультразвуковий контроль; 14 — подача на склад готової продукції
Після прокатки на стані заготівки конвеєром подають до пилок гарячого різання, де відрізають передні й задній технологічні кінці. Обрізані заготівки піддають гарячому тавруванню й передають на холодильники для охолодження до температури 450...500 °С.
Нормалізацію чорнових осей здійснюють у кільцевій печі з обертовим подом. При цьому осі нагрівають до температури 850...980 °С и витримують протягом 2,5...3 ч. Після цього роблять виправлення осей на пресі.
Послу повного охолодження чорнові осі надходять у камеру для дробеметного очищення поверхні від окалини. Потім роблять обробку торців осі на торцофрезерних верстатах і здійснюють ультразвуковий контроль дефектоскопом на наявність грубозернистої структури й внутрішніх пороків металу.
Суцільнокатані колеса для колісних пар візків вантажних і пасажирських вагонів виготовляють по робочих кресленнях і відповідно до технічних вимог стандартів.
Колеса повинні бути виготовлені зі спокійної сталі, виплавленої в мартенівських печах (колеса для пасажирських вагонів - зі середньовуглеродистої стали марки 1, для вантажних вагонів -з середньовуглеродистої стали марки 2.
Поверхня колеса не повинна мати полон, заходів, тріщин, розкатаних забруднень і повинна бути очищена від окалини.
Обіди коліс повинні бути піддані зміцнюючій термічній обробці шляхом переривчастого загартування й відпустки.
Колеса повинні піддаватися ультразвуковому й вихретоковому дефектоскопічному контролю.
На бічній зовнішній поверхні обіду повинні бути вибиті в гарячому стані знаки маркування в наступному порядку: рік виготовлення (дві останні цифри); марка стали; номер плавки; умовний номер підприємства-виготовлювача; порядковий номер колеса по системі нумерації підприємства-виготовлювача.
Маршрутна технологія виготовлення суцільнокатаних коліс наведена в табл. 2.1. Готові колеса, що відповідають вимогам технічної документації на їхнє виготовлення, пред'являються для приймання ОТК заводу й інспекторові МШС.
Колеса можуть бути виготовлені не тільки комбінованим методом кування й прокатки, але й методом послідовного штампування в трисекційному штампі на пресі із зусиллям 70 МН без застосування прокатки.