Спосіб гарячого об’ємного штампування поковок залізничних коліс підвищеної точності

Реферат: Винахід належить до обробки металів тиском і може бути використаний при виробництві залізничних коліс. Спосіб гарячого об'ємного штампування поковок залізничних коліс підвищеної точності включає осадку, попереднє формування початкової заготовки та остаточне її формування в закритих штампах. На операції попереднього формування заготовку деформують з дотриманням умови ∆е≤0,6, де ∆е=emax-emin - нерівномірність логарифмічної деформації заготовки в радіальному напрямку; emах, emіn - максимальне та мінімальне значення ступеня логарифмічної деформації заготовки в радіальному напрямку. Здійснення способу забезпечує зниження ступеня овальності заготовки, що сприяє зниженню рівня відбракування готових коліс за дефектами у вигляді ексцентриситету та різнотовщинності маточини. UA 100319 C2 (12) UA 100319 C2 UA 100319 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до області чорної металургії, зокрема до гарячого об'ємного штампування поковок (заготовок) залізничних коліс. При виробництві залізничних коліс використовуються технологічні схеми, що передбачають операцію осадки початкової заготовки фігурними пуансонами або фасонними плитами на першому переході її деформації. Практика використання таких схем штампування заготовок коліс свідчить про їх чутливість до рівномірності розподілу металу по периферії заготовки після її осадки, тобто величини овальності і різнотовщинності заготовки. Недостатньо рівномірний розподіл металу по периферії заготовки в подальшому призводить до таких дефектів коліс, як ексцентриситет маточини і обода колеса; різнотовщинності обода; різностінність маточини. Збільшення овальності заготовки під час її деформації (осадки і розгонці) є наслідком нерівномірності її деформації в радіальному напрямі, величина якої залежить від міри деформації і конфігурації штампового інструменту. Відомий спосіб виробництва залізничних коліс, який полягає в тому, що з метою підвищення точності геометричних параметрів коліс розгін центральної зони заготовки роблять в калібрувальному кільці на діаметр, рівний 1,0-1,15 діаметру полотна верхньої половини формувального штампу (Авт. св. СССР № 718211, МПК В21K 1/28 / Способ изготовления колесных заготовок под прокатку./ Серяченко В.К., Валетов М.С., Ганаго О.А. и др.: опубл. 28.02.80. бюл. № 8.). Відомий спосіб виробництва залізничних коліс спрямований на попередження утворення овальності заготовки за рахунок використання калібрувального кільця. Недоліком відомого способу є та обставина, що в деяких випадках (наприклад, при великій деформації і величині геометричної нерівномірності деформації заготовки) утворюється значна різнотовщинність периферійної зони заготовки, що не забезпечує отримання геометричних параметрів колеса відповідно до вимог діючих стандартів. Найбільш близьким за технічною суттю і досягнутим результатом до технічного рішення, яке заявляється, і прийнятим як прототип є спосіб виготовлення центрів локомотивних коліс, який включає осадку і розгін початкової заготовки з отриманням потовщення її периферійної і центральної зон, і подальше формування в штампах. При цьому розгін периферійної зони заготовки здійснюють до отримання потовщення, рівного 1,55-1,65 ширини обода готового центру, а в процесі розгону центральної зони створюють ухил від центру до периферії, рівний 2,5-3,5° (Авт. св. СССР № 935178, МПК В21Н 1/04, В21K 1/28 / Способ изготовления центров локомотивных колес / Кузьмичев В.М., Валетов М.С., Чернобривенко Ю.С. и др.: опубл. 15.06.82. бюл. № 22.) До недоліків прототипу слід віднести те, що технологічний прийом зменшення міри деформації металу обода колеса на першому переході осадки і розгонці до 1,55-1,65 ширини обода готового колеса (зазвичай периферійну зону заготовки на першому переході осаджують до 0,8-1,0 ширини обода готового колеса), що не усуває причину утворення овальності і різнотовщинності заготовки, що зумовлює продовження протікання цього процесу на другому переході штампування заготовки у формувальних штампах з утворенням значної різнотовщинності заготовки, як і у разі штампування у калібрувальному кільці. Задача винаходу полягає у вдосконаленні способу гарячого об'ємного багатоперехідного штампування поковок залізничних коліс, в якому шляхом оптимізації геометричних параметрів штампового інструменту на першому переході осадки і розгонці поковки створюються умови її деформації, що забезпечують мінімально можливе збільшення овальності заготовки. Ця задача вирішується тим, що в способі виробництва залізничних коліс, який включає осадку, попереднє формування початкової заготовки (розгін) і остаточне її формування в закритих штампах, згідно з винаходом, на операції попереднього формування заготовки деформують з дотриманням умови: ∆е≤0,6, де ∆е=emax.-emin. - нерівномірність логарифмічної деформації заготовки в радіальному напрямі; еmах. - максимальне значення ступеня логарифмічної деформації заготовки в радіальному напрямі; emin. - мінімальне значення ступеня логарифмічної деформації заготовки в радіальному напрямі, після чого виконують остаточне формування в штампах. Значення "e" відповідає відносній істинній деформації (логарифмічна деформація), яка знаходиться за формулою e=ln(d1/d0), де d1 - кінцевий діаметр заготовки; d0 - початковий діаметр заготовки. Значення ∆е≤0,6 обумовлене умовами утворення овальності і різнотовщинності заготовки зі значеннями, що забезпечують бездефектне виготовлення коліс, оскільки при ∆е>0,6 утворення 1 UA 100319 C2 5 10 15 20 25 30 овальності і різнотовщинності заготовки не забезпечує бездефектне виготовлення коліс із-за підвищеного ексцентриситету і нерівномірного заповнення порожнини штампа при її формуванні в закритих штампах. Винахід пояснюється фіг. 1 і 2, на яких представлені схема операції осадки заготовки і її розгонку пуансоном з плоскою ділянкою на торці діаметром "d" і ухилом "α" (фіг. 1) і залежність нерівномірності деформації заготовки в радіальному напрямі від "d" і "α" (фіг. 2). Суть способу полягає в наступному. Початкову заготовку під час технологічної операції осадки і розгонки деформують з дотриманням умови: ∆е≤0,6 після чого виконують штампування у формувальних штампах. При цьому при виконанні на операції осадки і розгонки параметри пуансона "d" і "α" призначають, узгодившись із залежностями, які представлені на фіг. 2. Приклад конкретної реалізації способу гарячого об'ємного штампування повнопрофільних заготовок залізничних коліс в умовах колесопрокатного цеху ВАТ "ШТЕРПАЙП-НТЗ" м. Дніпропетровська. Перед експериментальним випробуванням способу в промислових умовах з метою визначення значень нерівномірності деформації заготовки в радіальному напрямі "∆е" спільно з Національною металургійною академією України було проведено комп'ютерне моделювання за допомогою програми Forge3 діючого в цеху процесу штампування заготовки коліс діаметром 957 мм по ГОСТ 9036-88. За результатами моделювання, значення Де для процесу штампування з використанням пуансона з діаметром плоскої ділянки d=300 мм і кутом α=20° складає 0,74. З метою зниження величини Де до значення 0,495 (менше 0,6) було проведено моделювання експериментального штампування 5 заготовок з використанням пуансона з діаметром плоскої ділянки d=450 мм і кутом α=15°. Див. фіг. 2. Результати моделювання при штампуванні на пресі силою 50 МН заготовок з використанням пуансона зі зміненою конфігурацією показали зниження середньої величини різниці діаметрів заготовки, виміряних у взаємно перпендикулярних напрямах (величини овальності) з 15 мм до 7 мм порівняно із заготовками, відштампованими за існуючою схемою. Різнотовщинність заготовки в обох випадках не перевищувала 6 мм. Таким чином, виконання операції на стадії осадки і розгонки заготовки співвідношення ∆е≤0,6 яке заявляється, забезпечує зниження овальності заготовки, що сприяє зниженню рівня відбракування готових коліс по дефектах - ексцентриситет і різностінність маточини. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 Спосіб гарячого об'ємного штампування поковок залізничних коліс підвищеної точності, що включає осадку, попереднє формування початкової заготовки та остаточне її формування в закритих штампах, який відрізняється тим, що на операції попереднього формування заготовку деформують з дотриманням умови: ∆е≤0,6, де ∆е=emax-emin - нерівномірність логарифмічної деформації заготовки в радіальному напрямку; emах, emіn - максимальне та мінімальне значення ступеня логарифмічної деформації заготовки в радіальному напрямку. 2 UA 100319 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3