2.1.3. Виготовлення деталей з листового й профільного прокату

У вагонобудуванні прокат використовують в основному як вихідний матеріал для виготовлення деталей, не піддаваємих подальшій обробці й вступаючих безпосередньо на складання.

Форма поперечного переріза прокату називається його профілем. Сукупність різних профілів і різних розмірів прокату називається сортаментом. Сортамент прокату, якій застосовується у вагонобудуванні, може бути зведений у наступні групи: листової, сортової, періодичної, спеціальний і труби.

Маршрутний опис технологічного процесу виготовлення суцільнокатаного колеса

Найменування операції	Обладнання, інструмент	Схема обробки
1	2	3
Різання злитка на мірні вихідні заготівки Ділення розрізаного злитка на заготівки Контроль якості за­готувань і маркування Двоступінчастий нагрів заготівок протягом 5...5,5 ч Очищення торців заготівок від окалини Попереднє осаджування заготівки й збивання окалини з бічної поверхні 7. Остаточне осаджування заготівки в каліброваному кільці 8. Розгін металу пуансоном у каліброваному кільці 9. Формування заготівки колеса 10. Прокатка колеса (розкочування диска, обіду, прокатка гребеня на ободі) 11. Згибання диска колеса, прошивання отвору й таврування 12. Контроль основних розмірів колеса (діаметр по колуі катання, ширина­ обіду, товщина диска у маточини й обіду) 13. Механічна обробка колеса (попередня) 14. Термічна обробка: варіант I - загартування поверхні кочення із прокатного нагрівання з наступним уповільненим охолодженням на повітрі; варіант II - вертикальне переривчасте загартування з окремого нагрівання 15. Контроль (основних розмірів, твердості обіду, огляд і виявлення поверхневих дефектів, визначення механічних властивостей металу) 16. Механічна обробка коліс (остаточна) 17. Контроль (механічної обробки, наявності клейм і прийомоздавальної документації)	Слиткоразрізной верстат Гідравлічний слитколом зусиллям 3 МН Пресс для маркування Методична піч, карусельна піч Спеціальна очисна установка Гідравлічний прес зусиллям 25...30МН Те ж, зусиллям 50 МН, каліброване кільце Гідравлічний прес зусиллям 50 МН Те ж, зусиллям 100 МН Багатовалковий колесопрокатний стан Гідравлічний прес зусиллям 30 МН, штамп, набір клейм Контрольні скоби й шаблони, дискомер Колесотокарний напівавтомат Обертовий гартівний стіл Вертикальна гартівна установка Механізований стенд контролю, вимірювальний інструмент, устаткування для механічних і копрових випробувань Колесотокарний напівавтомат Вимірювальний інструмент

Листовий прокат підрозділяють на тонколистовий-листова сталь товщиною 0,2.. .3,9 мм і товстолистовий - листова сталь товщиною 4.. 160 мм. Різновидами листового прокату є: сталева стрічка товщиною 1,2.. .3,8 мм і шириною 20.. .200 мм; широкосмугова сталь (смуга) товщиною 4.. .60 мм і шириною 160.. .1050 мм.

Профілі сортового прокату розділяються на дві групи: профілі простої геометричної форми — коло, квадрат, шестигранник, прямокутник й ін.; фасонні профілі загального й спеціального призначення — кут, швелер, двотавр, тавр, зетовий й ін.

Прикладами періодичного й спеціального прокатів, застосовуваних у вагонобудуванні, можуть бути: періодичний прокат листів обшивання піввагонів і спеціальний прокат профілів упорних плит автозчепу, клина автозчепу, бандажних кілець й ін.

Підготовчі операції й розкрій прокату. Прокат, що поставляє металургійною промисловістю, відрізняється більшим різноманіттям розмірів по ширині й довжині. Застосування для деталей вагонів прокату немірних розмірів по ширині й довжині спричиняє збільшення відходів, а отже, і зниження коефіцієнта використання матеріалу. Тому з метою забезпечення найбільш економічного розкрою прокату варто ширше застосовувати замовлення на його поставку мірних або кратних розмірів для конкретних деталей вагона. Процес, що передує безпосередньому виготовленню заготівок і деталей із прокату, полягає в його підготовці до оброблення - очищенню й виправленню.

Очищення прокату служить для видалення з його поверхні засобів консервації, іржі, окалини й забруднень. Для цього застосовують механічні й хімічні способи. Широко розповсюдженим способом механічного очищення поверхні прокату є дробеметний.

З хімічних способів очищення поверхні прокату й заготівок застосовують знежирення й травлення. Для знежирення поверхні використають розчинники або емульсійні состави. Травленням у травильних розчинах видаляють окалину й іржу з поверхні прокату.

На рис. 2.4 показана механізована лінія дробеметного очищення й ґрунтування листів шириною до 4000 мм, товщиною 4...15 мм і довжиною до 10 000 мм. Листи обробляються на лінії в горизонтальному положенні. Лист укладають на приводний конвеєр1 і переміщають у камеру попереднього підігріву 2, де його сушать при температурі 150...350 °С. З камери лист надходить у дробеметну камеру 3, у якій він очищається від окалини й іржі. Далі лист подається в камеру ґрунтування 4, де на поверхню листа гарячим розпиленням наноситься шар, що пасивує. Після ґрунтування лист подається на колосникові ґрати 5, на яких відбувається природне сушіння, і далі — на відводящий конвеєр, що, 6. Продуктивність лінії 1100... 1600 м²/ч, робоча швидкість просування металу 0,6...3,5 м/хв.

Виправлення листового й профільного прокату, застосовуваного для виготовлення заготівок і деталей, необхідно, якщо прокат має неприпустимі перекручування.

Рис. 2.4. Механізована лінія очищення й ґрунтування листів

Для забезпечення якості заготівок і готових деталей прокат, що має неприпустиму кривизну або хвилястість, піддають виправленню з точністю 1 мм на 1 м довжини (ширини). Вихідний прокат і заготівки правлять у холодному стані на листоправильних вальцях, а також на фрикційних і гідравлічних пресах.

Розкрій прокату варто проводити як можна більш економічно. Необхідно раціонально розташовувати контури заготівок (деталей) на листі, що розкроюється, або смузі, домагаючись мінімальних відходів, а неминучі відходи ощадливо розкроювати на дрібні заготівки (деталі). Для цього попередньо розробляють карти розкрою (схема із зображенням контуру листа, на якому розташовані контури заготівок, що вирізують,).

На рис. 2.5 показані варіанти розкрою товстолистової сталі на заготівки для напівднищ котла цистерни. Зробивши розрахунок по зазначеним на рис. 2.5 розмірам для шести напівднищ, легко переконатися, що варіант виготовлення напівднищ із трикратної заготівки є більше економічним. Показником, що характеризує ступінь раціональності розкрою, служить коефіцієнт розкрою матеріалу

Рис. 2.5. Варіанти карт розкрою листового прокатуна заготівки на півднищ казана цистерни: а — двократний; б — трикратний

де F₃ М₃ — відповідно площа й маса заготівки; n — число заготівок, що вирізують із листа;

F_л М_л — відповідно площа й маса листа.

Чим ближче значення k_р до одиниці, тим раціональне розкроєн вихідний матеріал (лист, смуга й ін.).

Різання, застосовуване при виготовленні деталей вагонів, може бути наступних видів: на ножицях, термічна, у штампах, на пресах. У заготівельних відділеннях і цехах для розрізання й відрізання прокату найчастіше використають ножиці трьох типів: з паралельними ножами, з нахиленими ножами (гильотинні), дискові.

Ножицями з паралельними ножами ріжуть вузькі й товсті полоси й профільний прокат (гофровані листи). Гильотинні ножиці застосовуються для розрізання на заготівки листів товщиною до 40 мм. Дискові ножиці використаються для поздовжнього різання листа, а також для вирізки заготівок криволінійної форми.

При різанні на ножицях у звичайних умовах обсяг основного машинного часу в загальній трудомісткості різання незначний, більша частина часу витрачається на установку й переміщення заготівки в процесі різання, на транспортування нарізаних заготівок і видалення відходів. Організація комплексно-комплексно-механізованих робочих місць (рис. 2.6) значно підвищує продуктивність різання.

Термічне різання застосовується для листового матеріалу середньої й великої товщини. Термічний спосіб придатний як для прямолінійної, так і для фігурного різання металу товщиною до 300 мм.

Термічне різання є одним з основних технологічних процесів при виготовленні деталей вагонів. Причому обсяг виготовлення деталей за допомогою термічного різання щорічно збільшується. Основними видами термічного різання є кисневе й плазменно-дугове різання.

Процес кисневого різання заснований на згорянні металу в струмені кисню й видаленні цим струменем рідких оксидів, що утворяться. У місці різання метал нагрівають підігріваючим полум'ям, , різака до температури запалення, потім по каналі різака подають ріжучий кисень, запалюють факел і різак переміщають уздовж лінії реза. Для полум'я, що підігріває, використають суміш ацетилену або його замінника (пропан, природний газ) і кисню.

Рис. 2.6. Комплексно-механізоване робоче місце різання листового

прокату на ножицях з похилим ножем:

1 — візок для вирізаних заготівок; 2 — бункер для відходів; 3 — механізм штовхання відходів у бункер; 4 — ножиці; 5 й 6 — візки відповідно для поздовжнього й поперечного різання листа; 7 — портальний маніпулятор; 8,11 і 13 — рейкові колії; 9 до 10 — причіпні візки, що підтримують лист при поздовжнім різанні; 12 — стелаж для листів; 14 — механізм подачі

Плазменно-дугове різання засноване на плавленні металу в зоні робочого газу. Робочим газом при -плазменно-дуговому різанні є аргон, азот, суміш аргону й азоту з воднем, кисень у суміші з азотом, стиснене повітря. Процес плазменно-дугового різання практично застосується до будь-яких металів.

Значні перспективи в технології термічного різання полягають у застосуванні лазерної техніки, що дозволяє здійснювати різання будь-яких конструкційних матеріалів, забезпечуючи високі показники точності, якості поверхні й продуктивності.

Випускаємі у наш час газорізальні машини, (автомати й напівавтомати портального, портально-консольного або шарнірного типів) оснащені фотокопіювальними пристроями, програмними системами керування, автоматичними пристроями стабілізації різаків над поверхнею прокату, поворотними трьохрезаковими блоками для фігурної вирізки деталей зі скосом кромок під зварювання, автоматичною системою подачі газів іншими пристроями.

Hа машинах для термічного різання (рис. 2.7) можна виконувати наступні технологічні операції: прямолінійний і фігурний розкрій листів з Х- і V-образним обробленням кромок під зварювання; вирізку фігурних великогабаритних деталей зі зварних полотнищ, одночасну вирізку фігурних деталей з пакета листів вертикальними різаками; багаторезакове різання смуг й інших дрібних деталей.

Основні операції. З основних операцій при виготовленні вагонних деталей з листів і профілів найбільше часто застосовують типові операції листового штампування (табл. 2.2), згинання обичайок, згинання смуг і профілів на ребро, згинання труб. Розглянемо технологічні особливості деяких операцій.

Рис. 2.7. Схема установки портальної газорізальної машини

з програмним керуванням:

1 - рейкова колія; 2 — портал; 3 — супорт; 4 — пульт керування; 5 — розрізаємий аркушевий прокат,

Рис. 2.8. Схема багатопереходного згинання деталей з листового прокату, виконуваного із застосуванням універсальних штампів

Згинання листового прокату. Найпоширеніший вид згинання листового прокату - універсальне згинання деталей на кромкозгинальних пресах (рис. 2.8).

У масовому й багатосерійном виробництві для одержання гнутих профілів використають профілезгинальні стани, які призначені для гнучкі різних профілів у холодному стані зі смугового й рулонного матеріалу. Процес гнучкі полягає в поступовому доданні плоскій заготівці форми необхідного профілю при послідовному проходженні смуги через декілька пар обертових фігурних валків, кожна їх яких має відповідні напрямні струмки.

Процес гнучкі листового матеріалу в холодному стані має ряд технологічних особливостей. При згинанні зовнішні волокна заготівки в зоні перегину розтягуються, внутрішні стискуються. При малих радіусах згинання можливо надмірне розтягання зовнішніх волокон, що приводить до руйнування заготівки. Мінімально припустимий радіус вигину R_min (рис. 2.9) залежить від товщини s і пластичних властивостей матеріалу, що згинає, і визначається емпірично R_min = ks, де k - емпіричний коефіцієнт, що враховує пластичні властивості матеріалу.

Робочий радіус згинання приймають зі стандартних рядів нормальних лінійних розмірів за умовою R = (l,5...2,0) R_min.

Друга особливість процесу холодної гнучкі полягає в зміні знака деформацій внутрішніх і зовнішніх волокон.

Таблиця 2.2