Глава XI проектирование размеров и допусков чернокатаных колес и калибровка инструмента

§ 52. Проектирование размеров и допусков колеса в черном виде по заданным чистовым размерам

При производстве цельнокатаных колес процесс штамповки и прокатки ведется с расчетом получения заданных размеров сту­пицы, диска, ширины обода и внутреннего диаметра обода. На­ружный же диаметр обода (диаметр круга катания) при суще­ствующей технологии колеблется в значительных пределах. Ве­личина диаметра по кругу катания зависит от веса заготовки и от степени точности выполнения размеров диска, внутреннего диа­метра и ширины обода колеса.

Основанием для установления номинального размера диамет­ра чернокатаных колес по кругу катания служит размер диаметра по кругу катания обработанного колеса по и по стандарту более позднего издания — ГОСТ 4835—49 на колесные пары. По этим стандартам номинальный размер диаметра колей принят равным 950 и 1050 мм. В размерах черного колеса необходимо учесть припуск на обработку, который обусловлен нали­чием сравнительно большого числа дефектов на поверхности ка­тания и гребне при изготовлении колес из литой заготовки.

Припуск должен быть выбран на основании следующих со­ображений:

1) должно быть обеспечено удаление максимального количе­ства дефектов, расположенных по кругу катания, на гребне и на внутренней стороне обода;

2) должна быть обеспечена возможность исправления оваль­ности колес по кругу катания;

3) припуск должен быть минимальным, с тем чтобы умень­шить потери металла при обработке колесных пар и сократить время, затрачиваемое на обработку.

До настоящего времени принимался припуск, равный 4 мм по радиусу или 8 мм по диаметру колеса. Однако опытом работа колесопрокатного цеха доказана возможность сокращения этого припуска до 3 мм по радиусу или 6 мм по диаметру. Такой при­пуск в большой степени удовлетворяет третьему условию и обес­печивает выполнение первых двух.

Основной вид дефектов, поражающих поверхность катания цельнокатаного колеса, — плены, составляющие 95% всех дефектов, встречающихся на круге катания.

По результатам замера глубины вырубок на поверхности катания 565 колес с пленами произ­водства завода им. К. Либкнехта была построена кумулятивная кри­вая распределения плен по глубине залегания (рис. 170).

Анализ кривой позволяет уста­новить, что 78% исследованных ко­лес имеют глубину залегания плен на поверхности катания до 3 мм, т. е. укладываются в указанный припуск и могут быть удалены при механической обработке колеса да­же минимального диаметра. Если учесть, что оставшиеся 22% колес, глубина залегания плен в которых превышает 3 мм, относятся ко всем размерам колес в пределах допусков на наружный диаметр, то можно практически считать, что все 100% дефектов, расположенных по по­верхности катания, будут удалены при обточке. Действительно, из 8077 обследованных колес только 20 были забракованы по пленам, что составляет 0,25%. Следует также отметить, что глубина залегания плен на всех забракованных коле­сах была очень значительной.

Припуск на обработку в 6 мм позволяет устранить овальность до 5 мм. Опыт показал, что такая овальность может явиться следстви­ем лишь весьма серьезного наруше­ния технологии. На рис. 171 приве­дены кривые распределения вели­чины овальности для трех опытных плавок в отдельности и суммарная для 456 колес. Как видно, овальность, не превышает 3 мм.

Рис. 170. Кумулятивная кривая распределения

плен по глубине залегания на поверхности катания

цельнокатаных колес условного диаметра 950мм

Ограничение размера наружного диаметра обработанного ко­леса односторонним допуском определяет односторонний допуск и для чернокатаных колес. Наилучшим дли последних было бы принятие допуска, равного допуску дли обработанных колес, т. е. + 14 мм. Это облегчило бы подбор колес по диаметру при фор­мировании колесных пар и снизило бы потери металла при об­точке. Однако в некоторых случаях можно рекомендовать уве­личение допуска до +16 мм, учитывая, что снятие четырехмил­лиметровой стружки при обточке не составляет затруднений. Следует помнить, что колеса максимального диаметра служат дольше.

Рис. 171. Кривые распределения овальности по кругу катания

цельнокатаных колес условного диаметра 950мм

Наружный диаметр колес в значительной мере определяется весом заготовки. Поэтому допуск на наружный диаметр черно- . катаного колеса зависит также от получения заготовки с соответ­ствующим колебанием по весу.

Может быть допущена разность в весе заготовки G, опреде­ляемая формулой

G= ,

где — максимальный диаметр колеса по кругу катания;

— минимальный диаметр колеса по кругу катания;

Н — ширина обода колеса;

— удельный вес прокатанной колесной стали.

При указанных выше номинальном размере диаметра в 956 мм и допуске в +14 мм допускаемое расхождение в весе заготовки будет (ширина обода взята средней):

G=

Получение разбега по весу заготовки в указанных пределах вполне возможно.

Толщина гребня черного колеса находится в непосредственной связи с толщиной гребня обработанных колес. По ГОСТ 4835—49 толщина гребня должна быть равна 34 мм. Учитывая необходимость обработки колес как с внутренней, так и с наружной стороны, толщина гребня черного колеса должна быть выбрана с припуском, обеспечивающим получение необходимой толщины гребня после механической обработки.

Рис. 172. Увеличение толщины гребня при обточке колеса

Однако припуск не должен быть чрезмерно большим, так как снятие большой стружки ухудшает условия работы резцов колесотокарных станков и требует затраты дополнительного времени. Оптимальным следует считать припуск для обработки гребня по толщине равным 2 мм, а толщину гребня — 36 мм.

Действительно, минимальная обточка колеса по кругу катания на 6 мм увеличивает исходную толщину гребня на 1,7 мм (рис. 172). Следовательно, при исходном размере толщины греб­ня в 36 мм после обточки по кругу катания можно получить тол­щину гребня в 37,7 мм. Учитывая необходимость минимальной обточки с внутренней стороны гребня на 2 мм, требуемая толщи-па гребня в 34 мм может быть получена снятием с наружной сто­рона гребня стружки в 1,7 мм.

Снятие стружки в 2 мм является нормальным для колесотокарных станков и не вызывает затруднений при обточке колесных пар. Для колес большего диаметра, не имеющих каких-либо1 вырубок на гребне, такая обточка приведет к получению колес большего диаметра и после: обточки, а следовательно, к увеличе­нию срока службы колесной пары.

Что касается допуска на толщину гребня, то его следует при­нимать двусторонним и равным +2 мм. Такой допуск вызы­вается условиями прокатки колес. Износ деформирующего ин­струмента и износ элементов рабочей клети расстраивают стан, что приводит к значительным колебаниям в размерах гребня. Поэтому допуск на толщину гребня должен обеспечивать возмож­ность изменения толщины гребня в достаточно широких пределах.

Предлагаемый допуск не затруднит обточку колесных пар при максимальном размере гребня, и в то же время обеспечит необходимое маневрирование этим размером при настройке стана.

В колесах, имеющих вырубки на гребне, рекомендуемые раз­меры толщины гребня в черном виде обеспечат получение греб­ня необходимой толщины для подавляющего большинства обра­ботанных колес в обточенном виде.

Действующим стандартом на обработанные цельнокатаные колеса предусматривается ширина обода колеса, равная 130 мм, с плюсовым допуском в 6 мм. Так как чернокатаные колеса подвергаются механической обработке с внутренней сторо­ны обода, причем снимается стружка толщиной 2—2,5 мм, нужно предусмотреть увеличение номинального размера ширины обода до 132 мм, а допуск оставить равным +6 мм.

Что касается влияния дефектов, обнаруживаемых на ободе, на выход годного при принятых размерах, то при средней шири­не гребня в 36 мм и при условии обточки колеса, имеющего минимальный диаметр в 956 мм, может быть получено годное колесо при глубине залегания дефекта на внутренней сторона обода в 6 мм. Более глубокая вырубка потребует дополнитель­ной обработки по кругу катания.

Так как по внутренней поверхности обода колесо не подвер­гается механической обработке, то размеры внутреннего диамет­ра обода и допуски на этот размер должны полностью соответ­ствовать размерам и допускам, предусмотренным для обработан­ных колес.

Длина ступицы складывается из длины внутренней ее части, толщины диска и длины наружной части. Эти элементы связаны не только между собой, но и с другими элементами колеса.

Таким образом, как размеры отдельных элементов, так и дли­на ступицы в целом может быть определена лишь при рассмотре­нии этих зависимостей.

Длина наружной части ступицы связана с расстоянием от наружного торца ступицы до внутренней боковой поверхности обода. Это расстояние в обработанном колесе, в соответствии с , должно быть равно 108 3 мм.

В процессе формирования колесной пары обрабатываются как наружный торец ступицы, так и внутренняя боковая поверхность обода. Поэтому расчет длины наружной части ступицы должен вестись с учетом этих операций.

Если обозначить припуск на механическую обработку наруж­ного торца ступицы через , а толщину снимаемого с внутренней боковой поверхности обода слоя через , то номинальный раз­мер расстояния от внутренней боковой поверхности обода до наружного торца ступицы в чернокатаном колесе определится выражением

Припуск на механическую обработку на наружном торце сту­пицы можно принять равным 3 мм. Что касается припуска на обработку с внутренней боковой поверхности обода, то он будет зависеть от наличия и глубины залегания дефектов. При макси­мальной глубине залегания дефекта и максимальной ширине обода величина снимаемого слоя может достичь 6 мм, что следует учесть при определении размера .

Таким образом, максимальное значение размера будет равно

=105+3+6=114мм

Этот размер и следует принять исходным при расчете длины ступицы.

Если дефектов на внутренней стороне обода нет, то размер может быть оставлен после обточки равным 108 мм ( ).

В этом случае на наружном торце ступицы получится избыточная толщина в 6 мм, которую придется срезать. Однако даже при выполнении этой операции в два прохода, ее время перекрывается временем расточки отверстия ступицы, производимой одновременно на том же станке.

Отсюда припуск на обработку на наружном торце ступицы следует принять равным 6 мм.

С другой стороны, на внутреннем торце ступицы обычно рас­полагается наибольшее число дефектов, что заставляет снимать стружку толщиной не менее 4 мм. Таким образом, номинальная длина L ступицы чернокатаного колеса может быть определена из выражения

где — длина ступицы обработанного колеса.

При определении допуска на длину ступицы следует учиты­вать, что ступица полностью оформляется на формовочном прес­се. При этом на ее длину влияет также и толщина диска, завися­щая от настройки формовочного пресса и регулировки его в про­цессе деформирования. Колебания в толщине диска и в высотах заполнения центральной полости и определяют колебания в дли­не ступицы.

Следует считать возможным принятие двустороннего допуска на длину ступицы, причем допуск на плюс должен соответство­вать плюсовому допуску обработанного колеса, а допуск на минус определится при допущении, что минимальная толщина стружки, снимаемой на наружном и внутреннем торцах ступицы, должна быть не менее 3 мм. Тогда минусовый допуск будет равен

10-6=4мм

Диск по толщине и ступица по наружному диаметру не под­вергаются механической обработке и должны соответствовать размерам и допускам, предусмотренным для этих элементов в обработанных колесах.

Необходимость избегнуть застревания колесной заготовки па оправке формовочного пресса обусловливает коничность оправки, а следовательно, и коничность отверстия в ступице, принимаемую обычно в 10—12 мм на длину ступицы.

Максимальный размер диаметра конусного отверстия должен быть принят из соображений устранения эксцентриситета при дальнейшей расточке.

Рис. 173 иллюстрирует распределение величины эксцентриси­тета для большого числа колес производства завода им. К. Либкнехта. Как видно из рисунка, для огромного большинства колес эксцентриситет не превышает 5 мм. Исходя из такого эксцентри­ситета, максимальный диаметр отверстия ступицы черного коле­са и может быть принят:

,

где — расчетный диаметр отверстия ступицы обработанного колеса;

— эксцентриситет.