Схемы производства цельнокатаных колес на разных заводах

№ операции	Завод им.К.Либкнехта	Уральский завод	Завод Тейлор	Завод Эджоутер	Завод Карнеги Иллинойе Стил Корп.	Завод АРМКО	Завод Беккер - Бессемер
5	Прокатка на стане с двумя двигателями мощностью 1500 и 1200 л.с.	Прокатка на стане с двигателем мощностью 1100л.с.	Прокатка на стане с двумя двигателями общей мощностью 1600 л.с.	Прокатка на чистовом стане с двигателем мощностью 1200л.с.	Подогрев обжатых заготовок в камерной печи	Подогрев колесных заготовок	Прошивка дыры в ступице колесных заготовок на 13– т молоте
6	Выгибка диска и калибровка обода колес на прессе мощностью 2500 т	Выгибка диска и калибровка обода колес на прессе мощностью 2500т	Выгибка диска и калибровка обода колес на прессе мощностью 3000т	Выгибка диска и калибровка обода колес на прессе мощностью 2500т	Формовка колесных заготовок на прессе мощностью 675т	Прокатка колес на стане	Прокатка на стане с двумя двигателями мощностью по 750л.с.
7	Термическая обработка колес: обрызгивание обода с последующим самоотпуском в неотапливаемых колодцах	Замедленное охлаждение колес в колодцах и на воздухе	Термическая обработка колес: обрызгивание обода с последующим самоотпуском в неотапливаемых колодцах	Термическая обработка колес	Прошивка отверстия ступице на прошивном прессе мощностью 675 т	Выгибка диска и калибровка обода колес на прессе	Выгибка диска и калибровка обода колес на прессе мощностью 3000т
8	Механическая обработка колес	Осмотр колес	Механическая обработка колес	Механическая обработка колес	Подогрев колесных заготовок в камерной печи	Замедленное охлаждение колес	Термическая обработка колес

№ операции	Завод им.К.Либкнехта	Уральский завод	Завод Тейлор	Завод Эджоутер	Завод Карнеги Иллинойе Стил Корп.	Завод АРМКО	Завод Беккер - Бессемер
9	Механическая обработка колес				Прокатка колесных заготовок на стане с двигателем мощностью 750л.с.	Механическая обработка термически не обрабатываемых колес	Механическая обработка колес
10	Нагрев колес в кольцевых печах с вращающимся подом				Выгибка диска и калибровка обода колес на прессе мощностью 1800т	Термическая обработка колес: закалка в масле со специального нагрева; отпуск и охлаждение в колодце до 100
11	Термическая обработка колес: обрызгивание обода с последующим самоотпуском в колодцах				Замедленное охлаждение колес на воздухе, в уравнительной печи и в охлаждающих колодцах	Механическая обработка термически не обрабатываемых колес
12		Примечание: Технология предусматривает возможность производства механической обработки после термической обработки			Механическая обработка колес

№ операции	Завод им.К.Либкнехта	Уральский завод	Завод Тейлор	Завод Эджоутер	Завод Карнеги Иллинойе Стил Корп.	Завод АРМКО	Завод Беккер - Бессемер
13					Термическая обработка колес: нагрев впечи с шагающим подом; закалка в воде и последующий отпуск; охлаждение в масле

б) необходимость снижения подачи при подрезке ребер в процессе разрезки слитков многогранной формы на слиткоразрезных станках. Многогранный же слиток принят в связи со стремлением избежать образования трещин на слитках.

В бандажном производстве находят применение и круглые слитки. Это объясняется тем, что для производства бандажей применяются слитки меньшего развеса и, следовательно, меньшего диаметра. Опасность же образования трещин на слитках уменьшается с уменьшением их диаметра.

В последнее время изучается возможность применения в колесопрокатном производстве слитков особой формы, которые примерно на одну треть от донной части имеют многогранную форму, а в верхних двух третях — круглую. Применение таких слитков, не устраняя необходимости в уменьшении подачи при резке ребер, дает возможность уменьшить разбег по весу заготовок.

Преимущества получения заготовок для цельнокатаных колес из блумов следующие:

а) отсутствие усадочной раковины, рыхлости и других пороков, обычно присущих слитку;

б) большая плотность металла заготовки;

в) чистота наружной поверхности заготовки;

г) возможность создания методического, равномерного нагрева заготовки вследствие того, что сечение заготовки круглое;

д) точность размеров заготовок, а следовательно, и точность их развеса.

Однако опыт работы отечественного и ряда зарубежных заводов показал, что при надлежащей отливке слитков, с соблюдением всех технологических требований, недостатки литой заготовки не имеют существенного значения при производстве черных цельнокатаных колес, и поэтому применение комплектных слитков технически и экономически целесообразно.

Вторая особенность различных технологических процессов, применяемых при производстве колес, определяется тем, как осуществляется деформирование и последующая термическая обработка с одного нагрева или с промежуточными подогревами. Промежуточные подогревы применяются либо в случае использования маломощного оборудования, либо при значительном снижении температуры в процессе деформирования. Наконец, промежуточный нагрев может быть необходим при изготовлении колес из высокоуглеродистых или легированных сталей. При этом температура первоначального нагрева должна быть ниже, чем при обработке углеродистой стали с обычным содержанием углерода, а сопротивление металла деформации при этом — повышенным, что, естественно, уменьшает температурный интервал обработки.

Сопоставление данных, приведенных в табл. 1, не дает пред­ставления о различных стадиях деформирования, которому под­вергается литая или катаная заготовка в процессе производства цельнокатаных колес. Для того чтобы получить более полное представление о всех стадиях процесса, сравним технологию, применяемую заводом им. К. Либкнехта (рис. 14), с которой совпадает технология заводов Уральского, Тейлор и Эджуотер, с технологией завода Карнеги Илл. Стил Корп., применяемой также и некоторыми другими заводами (рис. 15).

Как видно из рис. 15, деформирование колесной заготовки производится на заводе Карнеги в пять операций. При первой операции круглая заготовка обжимается в плоский круглый диск, имеющий внизу незначительно выступающую ступицу, служащую в дальнейшем для центрирования. Затем заготовка, после подо­грева, передается на второй пресс, на котором происходит фор­мовка колесной заготовки. Получаемая в процессе формовки ко­лесная заготовка имеет конфигурацию, весьма близкую к кон­фигурации готового колеса. В верхней части заготовки имеется наметка будущего отверстия в ступице, а обод выполняется с гребнем. Формовка колесной заготовки с гребнем может быть выполнена благодаря значительной мощности формовочною пресса, которая на заводе Карнеги составляет 6300 т. Пресс та­кой мощности позволяет, помимо готовых ступицы и диска, по­лучить обод с хорошо подготовленной наружной поверхностью, имеющей гребень. Прошивка дыры на специальном прессе по­зволяет завершить подготовку к прокатке. Отформованная с про­шитым отверстием колесная заготовка передается на колесопро­катный стан, на котором происходит раскатка колесной заготов­ки и завершается оформление поверхности катания колеса и вы­катка гребня. Наконец, последним этапом деформирования яв­ляется выгибка диска и калибровка обода.

Характерной особенностью этой операции является примене­ние на заводе Карнеги сдвигающихся секторных клиньев, охва­тывающих снаружи весь обод. Профиль внутренней поверхности клиньев соответствует профилю поверхности катания колеса. При обжатии колеса секторными клиньями устраняется его оваль­ность. Операция уничтожения следов клиньев на наружной по­верхности обода производится дважды, с поворотом колеса.

В схеме завода им. К. Либкнехта (рис. 14) роль центрирую­щего элемента осуществляет центральное отверстие, прошитое в процессе операций, производимых на первом осадочном прессе. Как и в первой схеме, исходной заготовкой может служить либо круглая катаная заготовка, либо, чаще, многогранный слиток. После осаживания и прошивки центрального отверстия заготовка передается на формовочный пресс, на котором в результате де­формирования получается колесная заготовка с оформленной сту­пицей и диском. Это требует меньшей мощности пресса, чем в схеме завода Карнеги. Однако мощность формовочного пресса на заводе Тейлор составляет 6000 т, а на заводах СССР — 7000 т. Эта мощность не используется полностью при формовке колес­ной заготовки. Следует иметь в виду, что на заводе Эджуотер все операции горячего деформирования до прокатки, включая формовку колесной заготовки, производятся на одном прессе мощ­ностью 5000 т.

Рис. 14. Технологическая схема Рис. 15. Технологическая схема

производства цельнокатаных ко- производства цельнокатаных ко-

лес на отечественных заводах лес завода Карнеги Илл.Стил Корп.

При деформировании колеса по схеме завода Карнеги коле­сопрокатный стан нагружен больше, чем при деформировании по схеме завода им. К. Либкнехта. В задачу колесопрокатного стана в схеме завода Карнеги входит, как и в схеме завода им. К. Либкнехта, раскатка колесной заготовки по диаметру и формирование поверхности катания. Однако это сопряжено со значительно большей деформацией по кругу катания. Естествен­но, что это вызывает необходимость в более мощном гидравли­ческом приводе нажимных роликов, а следовательно, и в элек­тродвигателях большей мощности. Так, мощность приводного электродвигателя колесопрокатного стана, установленного на за­воде Карнеги равна 750 л. с., в то время как суммарная мощ­ность двух двигателей колесопрокатного стана завода им. К. Либ­кнехта равна 1620 л. с.

Выгибка диска на заводе им. К. Либкнехта и на аналогичных установках за рубежом производится так же, как и в схеме за­вода Карнеги, а калибровка обода производится только по шири­не¹ и по внутреннему диаметру. По наружной поверхности обо­да колесо не калибруется.

Таковы, в основном, принципиальные технологические схемы деформирования металла на всех переделах горячего конвейера большинства заводов.

Несколько отличен от процесса деформирования в обеих описанных схемах процесс деформирования на заводе АРМКО. Уже на первом осадочном прессе заготовке придается очертание ко­леса. Это требует применения пресса очень большой мощности — 9000 т. Второй пресс завершает, по сути дела, подготовку колес­ном заготовки к прокатке и прошивает отверстие в ступице. Для этой операции применяется также мощный гидравлический пресс — 8000 т. Дальнейшее деформирование осуществляется на колесопрокатном стане и выгибном и калибрующем прессе, мало отличающихся по конструкции от соответствующих агрегатов завода Карнеги. Схема деформирования, принятая на заводе АРМКО представлена на рис. 16.

Сопоставление описанных схем деформирования металла при производстве цельнокатаных колес заставляет отдать предпочтение технологической схеме отечественных заводов. В ней для осаживания и прошивки при­меняются прессы значительно меньшей мощности. Весь процесс осуществляется с одного нагрева, без промежуточных подогревов, применяемых в первой схеме перед формовкой и прокаткой, а в третьей схе­ме - перед прокаткой. Это устраняет необходимость в допол­нительных нагревательных уст­ройствах.

Благодаря совмещению операций осаживания и прошивки на одном прессе не требуется специального агрегата для прошивки отверстия в ступице колеса, как это имеет место в первой и третьей схемах. Во второй схеме находят примене­ние колесопрокатные станы го­ризонтального типа без специ­ального приспособления для центрирования прокатываемой колесной заготовки. Это повышает производительность всей установки, так как отпадает необходимость в затрате времени на надевание заготовки на центрирующий стержень.

Значительные различия имеются и в технологической схеме термической обработки колес. На заводах им. К. Либкнехта, Тейлор и других термическая обработка производится без специального подогрева. От выгибного пресса колеса с температурой 920—980° передаются на закалочные столы, где подвергаются закалке путем обрызгивания круга катания при вращении колеса. Обрызгивание производится тангенциально направлен­ными струями воды, поступающей из трубок, расположенных на разных уровнях. После поверхностной закалки обода колеса проходят самоотпуск. Этот процесс осуществляется на перечисленных заводах по-разному: на заводе им. К. Либкнехта — в

Рис. 16. Технологическая схема производства цельнокатаных

колес на заводе АРМКО

неотапливаемых колодцах, в которые колеса загружаются стоп­кой в 6 штук; на заводе Тейлор — на воздухе, причем снятые с закалочного стола колеса поворачиваются на 90° и в верти­кальном положении устанавливаются вплотную на стеллажи в горизонтальный ряд.

На заводе Карнеги термической обработке подвергаются не все колеса. В соответствии с заказами термической обработке подвергается либо только обод, либо все колесо. При закалке обода колеса нагревают в печи с шагающим подом до темпера­туры выше критической точки. После нагрева колеса устанав­ливают в вертикальном положении в закалочную машину и сообщают им вращение с равномерной скоростью при погружении обода в воду на 15—20 мм (рис. 17). После закалки колеса под­вергаются отпуску при температуре 375—475° с последующим медленным охлаждением до температуры ниже 150°.

Рис. 17. Закалочная маши- Рис. 18. Устройство для закалки

на (схема): колес в масле:

1 – приводной ролик; 2 – 1 – поворотный шток; 2 – бак с

поддерживающий ролик; маслом

3 – бак с водой

При закалке всего колеса после соответствующего нагрева его в печи термического отделения, оно погружается целиком в бак с маслом, получая при этом вращательное движение. Вра­щение горячего колеса может осуществляться благодаря тому, что оно подвешивается на кране при помощи специальной штан­ги. После закалки колёса подвергаются отпуску для получения заданных механических свойств. Если для облегчения последую­щей механической обработки необходимо получение невысокой твердости ступицы, то отверстия ступицы закрываются перед закалкой специальными дисками.

На заводе АРМКО термической обработке подвергаются так­же не все колеса. Закалка осуществляется в баках с маслом пос­ле нагрева колес в кольцевых печах. На рис. 18 показано закалочное устройство, применяемое на заводе АРМКО. После за­калки колеса подвергаются отпуску в специальных обогревае­мых колодцах, в которых выдерживаются 12 час. при соответствующей температуре. Последующее охлаждение колес осуществляется в специальных футерованных колодцах, предваритель­но нагретых до температуры около 100°. Медленное охлажде­ние предохраняет колеса от образования больших напряжений в местах перехода сечений и, следовательно, от образования тре­щин.

Имеющиеся данные позволяют установить следующие вари­анты термической обработки колес:

1. Закалка с прокатного нагрева в воде с последующим охлаждением на воздухе в стопках.

2. Закалка с прокатного нагрева в воде с последующим самоотпуском в специальных неотапливаемых колодцах.

3. Закалка со специального нагрева в воде с последующим отпуском и замедленным охлаждением после него.

4. Закалка со специального нагрева в масле с последующим отпуском и замедленным охлаждением после него.

Метод термической обработки определяет, естественно, меха­нические свойства колес. Подробно этот вопрос будет освещен ниже.

Очень важным является вопрос о месте термической обработ­ки цельнокатаных колес по ходу технологического процесса. На зарубежных заводах термическая обработка производится перед механической обработкой.

На заводе им. К- Либкнехта производится только термическая обработка. Механическая обработка колес производится на вагоностроительных и вагоноремонтных заводах и в депо железных дорог. Однако на большинстве этих предприятий не производят должного подбора колес по диаметру при посадке на ось. Это приводит к тому, что на ось могут быть запрессованы колеса со значительным расхождением в диаметре. При этом обточка должна вестись по колесу меньшего диаметра, что приводит к снятию большого закаленного слоя металла на колесе большего диаметра. Следует иметь в виду, что закалка обода, повышающая износостойкость колеса, производится лишь на сравнительно небольшую глубину, и поэтому снятие большой стружки приводит, помимо затраты излишнего времени на механическую обработку и потери наиболее ценного износостойкого слоя металла, к уменьшению срока службы колеса как вследствие значительного уменьшения его диаметра, так и вследствие уменьшения глубины закаленного слоя у поверхности катания.

Это обстоятельство привело к тому, что при проектировании колесопрокатного цеха, в котором предусматривалась и механическая обработка выпускаемых колес, была предусмотрена возможность производства механической обработки до тер­мической обработки.

Ввиду того, что такая технология была запроектирована впервые, и что по мнению проектировщиков имелась опасность изменения размеров обработанного колеса после термической обработки, вопрос был разрешен организацией грузопотоков как для выполнения термической обработки перед механической, так и для обратной последовательности этих процессов.