Проектирование технологических процессов изготовления подпятника

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОДПЯТНИКА Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине

«Технология производства и ремонта вагонов»

Объектом исследования является тележка грузового вагона модели 18−100, сборочная единица — надрессорная балка тележки грузового вагона, деталь — подпятник.

Цель работы: разработать технологический процесс изготовления подпятника надрессорной балки тележки грузового вагона модели 18−100.

В курсовом проекте проведен выбор действующего типового технологического процесса — изготовление надрессорной балки тележки грузового вагона, составлен технологический процесс изготовления и произведена разработка технологических операций.

Курсовой проект выполнен в текстовом редакторе Microsoft Word 2007 и представлен на диске в конверте на обороте обложки.

Содержание Введение

1 Анализ исходных данных для разработки технологического процесса

1.1 Назначение сборочной единицы

2 Назначение детали

2.1 Описание детали

2.2 Схема детали

3 Условия эксплуатации

3.1 Действующие силы, виды трения и изнашивания взаимодействующих поверхностей

4 Ремонт надрессорной балки тележки грузового вагона

4.1 Существующий технологический процесс ремонта надрессорной балки тележки грузового вагона

4.2 Ремонт подпятника надрессорной балки тележки грузового вагона

5 Изготовление новой детали

5.1 Изготовление литых боковых рам и надрессорных балок

6 Разработка этапов механической обработки

6.1 Cхема обеспечения процесса механической обработки

7 Выбор оборудования, контроль, выбор инструмента, алгоритм изготовления детали

7.1 Выбор оборудования, контроль, выбор инструмента, алгоритм изготовления детали

7.2 Расчет режимов механической обработки

8 Экономическая часть Заключение Библиографический список Приложение, А Карты технологического процесса Приложение Б Чертежи В конверте на обороте обложки:

Диск.

word 97/2007 Файл Технология производства и ремонта вагонов. doc;

компас 3D-V8 Plus/V9 Файл подпятник. cdw;

компас 3D-V8 Plus/V9 Файл надрессорная балка тележки 18−100.cdw;

компас 3D-V8 Plus/V9 Файл алгоритм изготовления надрессорной балки тележки 18−100.cdw

Введение

Курсовой проект по дисциплине «Технологии производства и ремонта вагонов» выполняется с целью закрепления знаний, полученных при изучении технологических и других дисциплин. В процессе его выполнения мы показываем умение пользоваться справочниками, нормативно-технической документацией, технической литературой, инструкциями, приобретаем опыт в проектировании технологического процесса при ремонте деталей и сборочных единиц вагонов.

Разработка любого технологического процесса является комплексной задачей, для решения которой в конкретных условиях производства нужно найти оптимальный вариант процесса изготовления или ремонта заданного изделия. Оптимальным является такой вариант процесса, который обеспечивает выполнение всех требований конструкторской документации на данное изделие при наименьших производственных затратах.

Разработка технологических процессов в общем случае включает комплекс взаимосвязанных работ: анализ исходных данных, определение типа производства, выбор действующего процесса-аналога, выбор исходной заготовки и метода ее получения, выбор технологических баз, разработка технологического маршрута, выбор технологического оборудования, разработка технологических операций, выбор инструмента и приспособлений, нормирование технологического процесса, его тарификация, определение техники безопасности, оформление технологических документов, расчеты основных параметров производства, разработка цеховой планировки.

Любой технологический процесс может существовать в двух формах: и виде совокупности определенных действий людей и технологического оборудования и в виде комплекта документов, определяющих эти действия.

Технологический процесс как комплект документов записывают на специальных бланках. Правила оформления технологической документации установлены стандартами Единой системы технологической документации (ЕСТД), согласно которым документы подразделяют на виды и выполняют строго по определенной форме. К технологическим документам относятся графические и текстовые документы, которые отдельно или в совокупности определяют технологический процесс изготовления изделия и содержат необходимые данные для организации производства. К графическим документам относят карты эскизов, к текстовым — маршрутную и комплектовочную карты, карту технологического процесса, операционную карту, ведомость оснастки и др.

1 Анализ исходных данных для разработки технологического процесса

1.1 Назначение сборочной единицы Тележки грузовых вагонов модели 18−100 служат для направления движения вагона по рельсовому пути, распределения и передачи всех нагрузок от кузова на путь, а также восприятия тяговых и тормозных сил и обеспечения движения вагона с минимальным сопротивлением и необходимой плавностью хода.

Балка надрессорная — одна из основных деталей каркаса тележки модели 18−100. Это несущий элемент тележки, выполненный в виде пустотелой литой балки, опирающийся на рессорные комплекты, и снабженной подпятником (опорное соединение) со шкворнем (стержень — предохранитель саморазборки) и скользунами, что обеспечивает перераспределение нагрузок от кузова вагона на рессорные комплекты. Назначенный срок службы каркаса тележки до списания балки надрессорной 30 лет. Назначенный срок службы до первого деповского ремонта — 2 года, до первого капитального ремонта — 8 лет. Установленная наработка на отказ — не менее 2 лет.

Надрессорная балка отлита из стали 20ФЛ или 20ГФЛ в виде бруса равного сопротивления изгибу. Она имеет замкнутое коробчатое сечение и изготовляется вместе с подпятником, полкой для крепления кронштейна мертвой точки рычажной передачи тормоза, опорами для скользунов, выемками для размещения фрикционных клиньев, буртами, ограничивающими смещение внутренний пружин рессорного комплекта и выступами, удерживающими наружные пружины от смещения при движении тележки.

Надрессорные балки тележек 18−100 отлиты из низколегированной стали, имеющей предел прочности не менее 500 МПа, предел текучести не менее 300МПа, относительное удлинение не менее 18%, поперечное сужение не менее 25%, ударную вязкость при +200С не менее 0,5 МДж/м2.Подобные характеристики имеет сталь 20ФЛ, 20ГФЛ.

Каждый скользун состоит из опоры, литой заодно с надрессорной балкой, колпака, надетого на опору, прокладок для регулировки зазоров между скользунами рамы вагона и тележки, болта, предохраняющего колпак от падения.

Через подпятник кузов непосредственно опирается на тележку. Для прочности он усилен колонкой, в которой размещен поддон , являющийся опорой шкворня. На подпятник надрессорной балки опирается пятник кузова. Через их центры пропущен стальной шкворень. Боковые перемещения надрессорной балки амортизируются поперечной упругостью пружин, на которые она опирается.

1- подпятник; 2 — кронштейн мёртвой точки рычажной передачи тормоза; 3 — опора для скользуна; 4 и 5 — бурты, ограничивающие смещения наружных и внутренних пружин рессорного комплекта при движении тележки; 6 — выемка, служащая для размещения фрикционных клиньев; 7 — полка для крепления кронштейна мёртвой точки; 8 — колпак (коробка) скользуна; 9 — прокладки для регулировки зазоров между скользунами вагона и тележки; 10 — болт, предохраняющий колпак скользуна от падения; 11 — поддон для опоры шкворня; 12 — колонка, усиливающая опору на подпятник пятника вагона.

Рисунок 1 — Надрессорная балка тележки модели 18−100

2 Назначение детали

Подпятник является одним из ответственных элементов вагона. Он предназначен для передачи нагрузки от кузова вагона к обрессоренным частям тележки. Безопасность движения поездов во многом зависит от конструкции, материала, технологии изготовления и ремонта подпятникового места, а также качество его осмотра.

2.1 Описание детали Подпятник является составной частью надрессорной балки (рис.2). Подпятник имеет опорную поверхность, наружный и внутренний бурты, а также отверстие под шкворень.

Через подпятник кузов непосредственно опирается на тележку. Для прочности он усилен колонкой , в которой размещен поддон , являющийся опорой шкворня. На подпятник надрессорной балки опирается пятник кузова. Через их центры пропущен стальной шкворень. Боковые перемещения надрессорной балки амортизируются поперечной упругостью пружин, на которые она опирается.

2.2 Схема детали Рисунок 2 — Подпятник

3 Условия эксплуатации Эксплуатируется тележка в условиях крайне не благоприятных. В процессе эксплуатации на них воздействуют факторы внешней среды такие, как перемена температуры от — 50єС зимой до + 50єС летом, влажность, повышенное содержание пыли.

В эксплуатации надрессорная балка должна находиться в исправном состоянии.

Подпятник при работе испытывает значительные статические и динамические нагрузки, большие перепады температур. Кроме того, на его работу отрицательно влияет незащищенность сопряженных деталей от попадания в зоны трения абразивных частиц.

Сложное конструктивное исполнение деталей и их геометрических форм требует повышения уровня технологии изготовления, ремонта, системы контроля и испытания.

Значительные продольные и поперечные нагрузки на подпятник проявляются при входе состава в кривые участки пути или выходе из них, при переломах профиля железнодорожного полотна, на сортировочных станциях и горках, при трогании с места и торможениях. Перегрузки в материале деталей также возникают от несинхронности колебаний сочлененных вагонов. При этом особенно сильно и часто этот эффект возрастает, когда неисправны гасители колебаний как гидравлического так и фрикционного типа. Тогда все основные детали не только перегружаются, но и сильно изнашиваются. Возможно появление деформаций в отдельных деталях устройства, отколов, трещин и других повреждений, включая разрушения.

Подпятниковые места надрессорных балок (подпятники) изнашиваются по внутренним граням наружного бурта, опорной поверхности и стенкам отверстия для шкворня. Наиболее интенсивно изнашиваются внутренние поверхности бурта по оси, совпадающей с продольной осью вагона. Средневзвешенная интенсивность износа составляет 0,75 — 0,8 мм в год. Интенсивность износа бурта вдоль вагона в 2 — 2,5 раза больше, чем поперек его. Скорость износа опорной поверхности подпятника составляет 0,4 мм в год. По условиям нормальной работы пятника в подпятнике наибольший износ внутренней поверхности наружного бурта может быть допущен не более 10 мм по диаметру, а износ опорной поверхности в подпятнике — не более 7 мм. При повышенных износах в направлении продольной оси вагона пятника и подпятника появляется возможность относительного перемещения и соударения их, что может привести к повреждениям надрессорной балки, отколу внутреннего бурта подпятника и трещинам в пятнике.

Изнашивание наклонных плоскостей надрессорных балок до предельного состояния наступает к 10 — 12 годам. Согласно Руководству по капитальному ремонту грузовых вагонов, наплавка этих плоскостей производится при износе более 2 мм.

К повреждениям относятся неисправности, появившиеся в результате неправильной эксплуатации вагона или нарушений технических условий и технологии в процессе изготовления тележек: трещины и изломы в литых несущих элементах (боковые рамы, надрессорные балки), трещины и изломы валиков, подвесок тормозных башмаков и др. В напряженных зонах боковых рам тележек наиболее часто появляются трещины в буксовом проеме в месте перехода к наклонному поясу и в нижних углах проема рессорного комплекта, реже в верхнем поясе и в наклонном.

При анализе случаев появления трещин, разрушении надрессорных балок и боковых рам тележек в эксплуатации было установлено, что основными их причинами явились скрытые дефекты в литье (раковины, неметаллические включения), горячие трещины литейного происхождения, несоответствие металла техническим условиям на литье по химическому составу и механическим свойствам, в результате усталостных явлений металла, из-за наличия на поверхностях деталей острых забоин или ожогов от электросварки, которые явились концентраторами напряжений.

3.1 Действующие силы, виды трения и изнашивания взаимодействующих поверхностей В настоящее время эксплуатация вагонного парка происходит в условиях повышенного использования грузоподъемности вагона и высоких скоростей движения. В результате даже при движении по прямолинейным участкам с V=11 м/с сила инерции достигает значений достаточных для отрыва пятников от плоской поверхности подпятника.

В результате возможно краевое опирание пятника и перераспределение нагрузок по пятнику и, как следствие, повышенная повреждаемость в зоне пятников.

Трещина опорной колонки является следствием дефектов литейного происхождения. Эти трещины в соответствии с инструкцией разрешается заваривать при условии, что трещина расположена в нижней части колонки (h<250 мм), доступна для разделки и длина ее составляет не более половины длины периметра сечения колонки в данном месте. Выявляются эти трещины через технологические окна верхнего и нижнего поясов с подсветкой. Кольцевые трещины являются следствием краевого опирания пятника на подпятник особенно при дополнительном воздействии центробежных и ветровых нагрузок на кузов вагона. Как правило, эти трещины зарождаются в зонах подпятников, расположенных по поперечной оси вагона. Заваривать кольцевые трещины разрешается при условии, что длина ее не превышает 250 мм и не переходит через наружный борт на плоскость верхнего пояса.

На образование кольцевой трещины вблизи прилива для шкворня влияет также действие крутящего момента, образующего при продольном смещении пятника по подпятнику, особенно при наличии значительных износов борта подпятника и упорных поверхностей пятника. В этом случае возможно образование трещин вокруг всего прилива для шкворня с последующим выламыванием этого прилива и падением его внутрь объема надрессорной балки.

Трещины наружного борта образуются чаще в сечениях борта по продольной оси вагона при значительных износах внутренних поверхностей от взаимодействия с пятником. При деповском ремонте разрешается эти трещины заваривать при условии, что длина двух трещин не превышает 120 мм. При капитальном ремонте заварка трещин не допускается.

При обследованиях надрессорных балок установлено, что глубина износов опорных поверхностей подпятника, упорных поверхностей наружных и внутренних буртов резко возросли. Это происходит из-за увеличения интенсивности перемещение пятника по подпятнику.

Перемещение пятника по подпятнику при дополнительном воздействии кромочного опирания пятника на подпятник и поворот пятника относительно подпятника при прохождении кривых приводят к износам опорной поверхности подпятника с максимальной глубиной износа возле наружного борта по поперечной оси вагона. Интенсивность этого износа составляет примерно 0,3−0,4 мм в год.

Различают следующие виды трения:

— трение покоя — трение двух тел, находящихся в относительном движении;

— трение без смазочного материала — трение двух тел при отсутствии на поверхности трения введенного смазочного материала любого типа;

— трение со смазочным материалом — трение двух тел при наличии на поверхности трения введенного смазочного материала любого типа;

— трение скольжения — трение движения двух твердых тел, при котором скорости тел в точках касания различны по величине и направлению;

— трение качения — трение движения двух твердых тел, при котором их скорости в точках касания одинаковы по величине и направлению;

— трение качения с проскальзыванием — трение движения двух тел, соприкасающихся при одновременном трении качения и скольжения в зоне контакта.

Различают следующие виды изнашивания:

— механическое — изнашивание в результате механических воздействий;

— коррозионно-механическое — изнашивание в результате механического воздействия, сопровождаемого химическим или электрическим воздействием материала со средой;

— абразивное — механическое изнашивание материалов в результате режущего или царапающего действия твердых тел и твердых частиц;

— гидроэрозионное — изнашивание поверхности в результате воздействия потока жидкости (газов);

— гидроабразивное — абразивное изнашивание в результате действия твердых тел или твердых частиц, увлекаемых потоком жидкости;

— усталостное — механическое изнашивание в результате усталостного разрушения при повторном деформировании микрообъемов материалов поверхностного слоя;

— кавитационное — механическое изнашивание при движении твердого тела относительно жидкости, при котором пузырьки газа захлопываются вблизи поверхности, что создает местное высокое давление или высокую температуру;

— окислительное — коррозионно-механическое изнашивание, при котором преобладает химическая реакция материала с кислородом или окружающей средой;

В узле пятник-подпятник (зеркало, бурты) имеются следующие виды трения:

— трение со смазочным материалом;

— трение скольжения;

— трение покоя;

А также механический вид изнашивания.

При движении вагона в прямом участке пути на балку действует со стороны кузова вагона нагрузка, равномерно распределенная по площади подпятника (рис.3). Равнодействующая статическая нагрузка на балку со стороны кузова вагона Pст при осевой нагрузке 23,5 т равна 42,7 тс = 427 000 Н. Нагрузка уравновешивается реакциями R1 и R2 со стороны рессорных комплектов тележки.

а — с серийными скользунами по прямым участкам пути;

б — с упругороликовыми скользунами по прямым участкам пути;

в — с серийными скользунами в кривых;

г — с упругороликовыми скользунами в кривых.

Рисунок 3- Схемы нагружения надрессорной балки при движении вагона

4 Ремонт надрессорной балки

4.1 Существующий технологический процесс ремонта надрессорной балки тележки грузового вагона Для ремонта надрессорной балки в вагонном депо предусмотрены цеха для ремонта тележек. В нем устанавливаются всевозможные стенды для проведения технологических операций по контролю и ремонту надрессорных балок. Надрессорные балки ремонтируются в соответствии с «Инструкцией по ремонту тележек грузовых вагонов РД 32 ЦВ 052 — 02».

Это текущий вид ремонта надрессорной балки тележки грузового вагона (рис.4).

Рисунок 4 — Структура технологического процесса ремонта надрессорной балки тележки грузового вагона Балки, не прошедшие контроль на годность (ремонтопригодность), отправляются в металлолом.

Все дефекты, образованные в процессе эксплуатации, можно разделить на несколько групп:

Трещины и отколы — характерны для:

1. опорной поверхности подпятника;

2. наружного бурта подпятника;

3. внутреннего бурта;

4. продольные и поперечные трещины верхнего пояса не более 250 мм;

5. опор скользунов;

6. наклонных поверхностей;

7. откол буртов наклонных поверхностей;

8. износ отверстия, отколы прилива под державку мертвой точки;

9. излом, трещины, излом скользуна.

Излом характерен для:

1. опорной и упорной поверхности подпятника;

2. наклонных поверхностей;

3. упорных ребер;

4. отверстия под шкворень;

5. износ между ограничительными буртами для фрикционного клина.

4.2 Ремонт подпятника надрессорной балки тележки грузового вагона После определения объема ремонта все дефекты подпятника надрессорной балки тележки грузового вагона должны быть устранены.

При плановых видах ремонта разрешается заваривать трещины в подпятнике надрессорной балки. Суммарная длина трещин в подпятнике допускается не более 250 мм, если трещины кольцевые прерывистые, расположенные в разных секторах, на расстоянии от центра не ближе 80 мм.

Ранее установленные в подпятник износостойкие кольца (полукольца) удалить станочной обработкой.

Диаметр подпятника определять от верхней горизонтальной поверхности наружного бурта на глубине 10 мм с учетом конусности 1:12,5 (4 градуса 36 минут).

Подпятник с диаметром 302,5 ^+1,5 мм не требует ремонта.

Контроль диаметра подпятника надрессорной балки производить штангенциркулем ШЦ-III-400−0,1 ГОСТ 166–89.

Контроль глубины подпятника надрессорной балки производить штангеном подпятника проект Т914.06 ПКБ ЦВ (рис 5).

У надрессорной балки, изготовленной до 1986 г. с глубиной подпятника 25 мм изношенные опорная поверхность, наружный и внутренний бурты подпятника восстанавливают согласно «Инструкции по сварке и наплавке при ремонте грузовых вагонов» и разработанной ВНИИЖТ Инструкцией ТИ-05−01−06/НБ износостойкой наплавкой с обеспечением твёрдости 240 … 300 НВ, с последующей станочной обработкой подпятника до чертёжных размеров с обеспечением конусности внутренней поверхности наружного бурта 1:12,5 и диаметром 302,5^+1,5 мм на глубине 10 мм.

У надрессорной балки, изготовленной с 1986 г., с глубиной подпятника 30 мм с изношенными опорной поверхностью, наружным и внутренним буртами подпятника, наружный и внутренний бурты наплавляют износостойкой наплавкой согласно «Инструкции по сварке и наплавке при ремонте грузовых вагонов» и ТИ-05−01−06/НБ с обеспечением твердости 240 … 300 НВ.

Подпятник растачивается на глубину 36±1 мм с обеспечением конусности внутренней поверхности наружного бурта 1:12,5 и диаметром 302,5^+1,5 мм на глубине 10 мм.

На станочно обработанную плоскую опорную поверхность подпятника устанавливается прокладка по чертежу М 1698.01.005 диаметром 298_-1,3 мм.

При поступлении надрессорной балки с установленной ранее прокладкой, подпятник с глубиной 36±1 мм, имеющий износы на наружном и внутреннем буртах, выработки наружного бурта от прокладки, наплавляются согласно «Инструкции по сварке и наплавке при ремонте грузовых вагонов» и ТИ-05−01−06/НБ износостойкой наплавкой с обеспечением твердости 240 … 300 НВ с последующей станочной обработкой согласно чертежа М 1698.01.000 СБ и обеспечением конусности внутренней поверхности наружного бурта 1:12,5 с последующей постановкой прокладки по чертежу М 1698.01.005.

1 — подпятник, 2- штанген подпятника Т 914.06.000.

Рисунок 5 — Схема контроля глубины подпятника штангеном подпятника Т 914.06.000 ТУ 32 ЦВ 2022;95

Оставшаяся толщина опорной поверхности подпятника не менее 18 мм определяется ультразвуковыми толщиномерами типа УТ-93П, А 1207, А 1208, ТУЗ-1, ТУЗ-2 и других типов.

При станочной обработке подпятника в месте сопряжения наружного бурта с плоской опорной поверхностью подпятника должна быть обеспечена галтель радиусом 3 … 4 мм. Отсутствие галтели не допускается.

Прокладка (диск) по чертежу М 1698.01.005 диаметром 298_-1,3 мм свободно устанавливается фаской вниз на опорную поверхность подпятника надрессорной балки, изготовленной после 1986 года и расточенной на глубину 36±1 мм. Допускается постановка прокладки с суммарным износом по толщине до 2 мм, но не более 1,5 мм на сторону.

Внутренний бурт подпятника восстанавливается наплавкой до чертежных размеров. Разрешается производить ремонт отверстия подпятника под шкворень с восстановлением внутреннего бурта постановкой втулки с приваркой её по наружному периметру сплошным швом в соответствии с требованиями ТК-231.

Верхняя кромка внутреннего бурта или втулки должна располагаться от плоской опорной поверхности на высоте:

— 5 мм у подпятника глубиной 25 или 30

— 11 мм у подпятника расточенного на глубину 36±1 мм.

За базовую поверхность надрессорной балки при установке на станок принимать опорные поверхности, которыми надрессорная балка опирается на пружины рессорных комплектов.

При подкатке тележки под вагон в подпятник закладывается весом до 100 г одна из смазок: графитовая ГОСТ 3333–80, солидол ГОСТ 1033–79 с добавкой графита смазочного ГОСТ 8295–73.

В качестве оборудования при ремонте применяется установка для автоматической наплавки подпятника надрессорной вагонной балки (рис.6).Установка предназначена для восстановления электродуговой наплавкой под слоем флюса изношенных упорной и опорной поверхностей подпятника надрессорной вагонной балки.

Рисунок 6 — Установка для автоматической наплавки подпятника надрессорной балки тележки грузового вагона

5 Изготовление новой детали

5.1 Изготовление литых боковых рам и надрессорных балок Вагоны грузового парка оборудованы в основном двухосными тележками 18−100 (с буксами на роликовых подшипниках). Каждая такая тележка имеет две литые боковые рамы и литую надрессорную балку, составляющие несущий каркас тележки, две колесные пары с буксовыми комплектами, два комплекта рессорного подвешивания и тормозную рычажную передачу.

Стальные боковые рамы и надрессорные балки изготовляют из углеродистой стали марки 20Л, полученной мартеновским способом или в электрических печах. Однако эта сталь не удовлетворяет возросшим требованиям по механической прочности и особенно по ударной вязкости и поэтому перед вагоностроительной промышленностью поставлена задача о переходе на изготовление боковых рам и надрессорных балок из низколегированных.

Марганцовисто-ванадиевая сталь марки 20ГФЛ имеет следующий химический состав: 0,17—0,25% углерода; 1,2—1,5% марганца; 0,2—0,5% кремния; 0,06—0,13% ванадия, не более 0,3% хрома, никеля, меди; серы и фосфора не более 0,04% каждого. Эта сталь должна обладать временным сопротивлением 539 МПа, пределом текучести 392 МПа, относительным удлинением не менее 18%, относительным сужением не менее 25% и ударной вязкостью 490 кДж/м² при температуре 20 °C и 245 кДж/м² при температуре —60°С. Долговечность деталей из этой стали, как показывают испытания, в 2 раза выше, чем из ранее применявшейся углеродистой стали.

Основой формовочных смесей для отливки боковых рам и надрессорных балок являются оборотная смесь (горелая земля) и кварцевый песок, которые смешиваются с огнеупорной глиной, древесно-угольным песком и сульфитной щелочью. Компонентами стержневых смесей являются сухой кварцевый песок, молотая глина, сульфитная щелочь и специальный крепитель, состоящий из натуральной олифы, льняного масла и отходов перегонки сланцев.

С целью повышения податливости стержней при высокой температуре (уменьшение сопротивления свободной усадке отливки с целью предотвращения горячих трещин) в стержневые смеси добавляют опилки.

Боковые рамы и надрессорные балки имеют сложную форму, поэтому при отливке требуют большого количества стержней, необходимых для получения внутренних полостей. Стержни могут выполняться составными, т. е. после формовки и сушки их отдельные части соединяют вместе с помощью специальных клеев. Правильность соединения контролируют специальными шаблонами. Большинство стержней изготовляют на формовочных стержневых машинах, а стержни сложной формы — вручную.

Для обеспечения необходимой прочности и жесткости стержней в них заформовывают арматуру, изготовленную в виде отдельных прутков или пространственных каркасов из малоуглеродистой стальной проволоки. Для облегчения газоотвода в стержнях создают вентиляционные каналы. Увеличение газоотводной способности, повышение газопроницаемости и прочности стержней достигается сушкой. Сушка стержней производится в специальных печах при температуре 210 — 230° С в течение 1,5 — 2 ч. После сушки для уменьшения пригара стержни покрывают мелким кварцевым песком.

Изготовленные стержни контролируют. При этом проверяют, их форму, плотность набивки, качество сушки и другие возможные отклонения.

При формовке вместе с литниковой системой укрепляются на модельных плитах.

Формовка производится на формовочных машинах поточных линий. Сначала опоки заполняют облицовочной, а затем наполнительной смесями. Смеси в опоках уплотняются встряхиванием стола формовочной машины. Отдельные зоны дополнительно уплотняются пневматической трамбовкой. После окончания формовки из опок удаляют модели отливок. При выполнении этой операции часто происходят обвалы кромок. Обвалившаяся смесь приводит к образованию поверхностных дефектов на отливках и поэтому должна удаляться продувкой сжатым воздухом. Обрушившиеся кромки восстанавливают вручную.

Процесс изготовления полуформ завершается созданием газоотводных каналов, способствующих удалению газов, образующихся от соприкосновения расплавленного металла с формовочной землей и стержнями, а также установкой холодильников, жеребеек и других технологических элементов. Особое внимание при этом уделяется контролю правильности установки стержней, так как отклонения могут привести к образованию разностенности отливок. Верхняя полуформа кантуется и стыкуется с нижней.

Формы заливают на заливочном участке из ковшей при температуре стали 1440—1470°С. После заполнения формы металлом 3—4 раза подкачивают расплавленный металл с интервалом в 4—6 с.

Для равномерного и постепенного охлаждения отливок их выдерживают в течение 1 —1,5 ч непосредственно в формах.

Выбивают полуформы и стержни из куста отливок на механизированных выбивных решетках. Затем куст отливок подают на участок, гле удаляют проволочные каркасы стержней из внутренних полостей отливок, отрезают литниковую систему, удаляют прибыли. Отлитые боковые рамы и надрессорные балки осматривают, выявляют возможные дефекты технологического происхождения (горячие трещины, раковины и др.) и заваривают допустимые литейные пороки до термической обработки.

Боковые рамы и надрессорные балки, изготовленные из стали марки 20ГФЛ, подвергают нормализации для получения однородной мелкозернистой структуры и снятия внутренних напряжений. Нормализация производится в специальных печах с нагревом до температуры 915+15° С, выдержке в них в течение 4 ч и остывании на воздухе в помещении цеха.

После окончания термической обработки боковые рамы и надрессорные балки подают в дробеструйные камеры для очистки отливок от пригоревшей формовочной смеси. Эта операция позволяет дополнительно выявлять некоторые мелкие поверхностные дефекты, такие, как небольшие трещины, раковины, которые можно устранить заваркой в соответствии с установленной технологической документацией.

Процесс изготовления боковых рам и надрессорных балок завершается на участке механической обработки. В боковых рамах на горизонтально-фрезерных станках зачищают плоскости буксовых проемов, на радиально-сверлильных станках сверлят отверстия в кронштейнах подвесок башмаков. Для установки фрикционных планок в ушках вертикальной колонки боковой рамы сверлят отверстия диаметром 21 мм. Фрикционные планки крепят заклепками диаметром 20 мм, которые нагревают до температуры 1000—1050°С в электрических горнах и запрессовывают с помощью гидравлической скобы.

В надрессорной балке сверлят отверстия для крепления державки «мертвой точки» рычажной передачи, растачивают подпятниковое место многорезцовой головкой на горизонтально-расточном или специальном станке. Опорную поверхность, торцы наружного и внутреннего буртов подпятникового места обрабатывают одновременно.

Боковые рамы и надрессорные балки являются ответственными деталями, поэтому процесс их изготовления контролируют пооперационно.

При окончательной приемке боковых рам их сортируют по базовому размеру между внешними направляющими буксовых проемов (2185+5 мм) на шесть групп с интервалом 2 мм.

Много внимания уделяется разработке методов повышения предела выносливости отливок. В частности, целесообразно повышать предел выносливости наиболее повреждаемых зон (в углах буксовых и рессорного проемов) путем создания в этих зонах остаточных напряжений, достаточных по величине и не вызывающих усталостных разрушений. Это достигается дополнительным охлаждением (подстуживанием) трещино-опасных зон при нормализации деталей.

Рекомендуется также боковые рамы упрочнять упругопластическим деформированием. Этот метод заключается в том, что, раму нагружают вертикальной нагрузкой до предела текучести по зоне буксового проема и выдерживают в течение 5 мин, после чего нагрузку снимают. В результате в этой зоне создаются остаточные напряжения, противоположные по знаку рабочим напряжениям, что и приводит к повышению предела выносливости наиболее нагруженных зон боковых рам.

Надрессорная балка имеет сложную форму, поэтому эффективнее изготавливать её с помощью литья в литейные формы, так этот способ изготовления является простым, надежным и технически налаженным. Боковые рамы и надрессорные балки отливают в литейные формы, состоящие из верхней и нижней опок (полуформ). В каждой опоке заформовывают по две боковые рамы или надрессорные балки. Модели боковых рам и надрессорных балок изготовляют из алюминиевых сплавов. Материал сталь марки 20ГФЛ является приемлемым решением для изготовления.

6 Разработка этапов механической обработки

6.1 Cхема обеспечения процесса механической обработки С целью улучшения качества ремонта деталей тележки разработана технология фрезерования подпятникового узла надрессорной балки на специальном станке 46.6898 (рис. 7).

Рисунок — 7 Схема обработки подпятника надрессорной балки тележки грузового вагона Для реализации схем обработки спроектированы комплекты специального сборного инструмента (рис. 8, 9). Кинематическая схема фрезерования на станке 46.6898 предусматривает одновременное использование при обработке подпятника двух фрез, перемещающихся по окружности подпятникового узла, с целью обработки его за один оборот планетарного механизма шпиндельной головки. Конструкция планетарного механизма перемещения двух вращающихся шпинделей защищена патентом на полезную модель.

Рисунок 8 — Фреза для обработки подпятника Рисунок 9 — Фреза для обработки буксового проема Оригинальная конструкция разработанных сборных инструментов гарантирует надежное крепление специальных и стандартных сменных твердосплавных режущих пластин с помощью клиновых зажимов и установочных элементов, располагающихся по наружным диаметрам ступеней корпуса в такой последовательности, что позволяет завершить обработку рабочих поверхностей за один проход, обеспечив требуемые форму и размеры надрессорной балки и боковой рамы.

Необходимое технологическое оборудование и оснастка для механической обработки подпятника надрессорной балки.

Оборудование: специальный горизонтально-фрезерный станок 46.6898;

Оптимальные значения параметров режима резания при обработке на специальных станках подпятникового места и наклонных плоскостей надрессорной балки, обеспечивающие заданное качество обработки: частота вращения инструмента — 300 — 350 об/мин, подача инструмента за оборот шпиндельной головки — 4 — 5 мм, глубина резания — 6 — 7 мм.

Инструмент: сборная фреза фасонная с твердосплавными пластинами;

Контроль после процесса механической обработки осуществляется штангеном подпятника Т 914.06.000 (рис.5).

— Диаметр подпятника: 302+1,5

— Толщина наружного бурта подпятника: Минимально допустимый размер бурта равен 27 мм.

— Толщина внутреннего бурта: Минимально допустимый размер внутреннего бурта 6 мм.

— Глубина опорной поверхности подпятника: Предельно допустимые размеры глубины опорной поверхности подпятника М min = 28 мм M max =34 мм

— Предельно допустимая величина неравномерности износа зеркала подпятника 3 мм.

Комплект инструмента для обработки подпятникового места надрессорной балки состоит из двух фрез 1 и 2, одна из которых производит обработку плоской опорной поверхности наружного бурта А, внутренней цилиндрической поверхности наружного бурта Б, плоской опорной поверхности «зеркала» В, наружной цилиндрической поверхности внутреннего бурта Е, а также снимает внутреннюю фаску бурта подпятника Г, а вторая — обработку плоской поверхности внутреннего бурта шкворневой горловины Д со снятием фаски Ж (рис. 10, а). Проектируемый сборный фрезерный инструмент разработан для реализации кинематической схемы комбинированного фрезерования с копированием формы обрабатываемых поверхностей на специальном фрезерном станке 46.6898 для обработки подпятникового места надрессорной балки (рис. 10, б). Высокое качество и точность восстановления достигаются за счет использования оптимальной формы и размеров инструментов, а также обработки всех поверхностей подпятника за один установ детали в приспособлении на станке.

Фреза 1 (рис. 11, а) для механической обработки подпятникового места состоит из ступенчатого корпуса 2, клиновых зажимов для крепления сменных твердосплавных режущих пластин 3 и 6, установочных элементов для крепления сменных твердосплавных режущих пластин 7, установочных шпонок 1 для закрепления инструмента на шпинделе станка, пятигранных сменных твердосплавных пластин 4 (6 штук) PNUM160512 для обработки плоской поверхности наружного бурта А, четырехгранных сменных твердосплавных пластин 8 (3 штуки) SNUM120408 для снятия фаски наружного бурта Г и сменных твердосплавных пластин 5 (6 штук) для обработки цилиндрических поверхностей Б и Е наружного и внутреннего буртов подпятникового места и плоской опорной поверхности «зеркала» В (рис. 11, б). Предлагаемый инструмент позволяет использовать на позиции 5 как новые пластины LNUX 301 940, так и изготовленные из них методом переточки резцовые вставки, которые имеют геометрию режущей части, повторяющую форму и размеры обрабатываемой поверхности детали (рис. 11, в). Совместно с фрезой 1 в обработке подпятника на станке 48.6898 в данном случае участвует малая фреза 2 (рис. 12, а). Фреза 2 для механической обработки внутреннего бурта шкворневой горловины подпятникового места состоит из нижнего корпусного кольца 2 для установки крепежных шпонок 1, промежуточного кольца 3, регулирующего глубину обработки подпятника (для балок с глубиной подпятника мм — толщина кольца 25 мм, с глубиной мм — толщина 30 мм, а с глубиной мм — толщина 36 мм), верхнего ступенчатого корпусного кольца 4 для крепления твердосплавных режущих четырехгранных пластин 5 SNUM120408 и трехгранных пластин 6 TNMM270616, а также крепежных винтов 7 для закрепления режущих пластин в корпусе и соединительных винтов 8 для сборки элементов корпуса инструмента (рис. 12, б). Технология использования сменных твердосплавных пластин в представленном сборном режущем инструменте позволяет экономить значительную часть твердого сплава при ремонте подвижного состава.

Сборные фасонные фрезы, закрепленные на оправках шпинделей в вертикальной плоскости вращения, плавно подаются в зону резания к наплавленному подпятниковому месту (рис. 12, а). Под действием сил резания происходит врезание твердосплавных пластин 4, 8 и резцовых вставок 5 (рис. 11, б) в наплавленный металл внутренней цилиндрической поверхности наружного бурта Б (рис. 10, а). Глубина резания на один проход составляет 4−8 мм во избежание вибраций и больших усилий резания. Врезание осуществляется до тех пор, пока резцовые твердосплавные вставки 5 не обработают опорную поверхность «зеркала» В, внутреннюю цилиндрическую поверхность наружного бурта Б и наружную цилиндрическую поверхность Е внутреннего бурта шкворневой горловины, пластины 8 — внутреннюю фаску Г наружного бурта подпятникового места, пластины 4 — плоскую опорную поверхность, А наружного бурта подпятникового места (рис. 10, а). Одновременно с фрезой 1 начинает работать фреза 2. Происходит врезание твердосплавных пластин 5 и 6 в наплавленный металл внутреннего бурта (рис. 12, б). Глубина резания на один проход составляет 1−4 мм во избежание вибраций и больших усилий резания. Врезание осуществляется до тех пор, пока твердосплавные режущие пластины 5 не обработают опорную поверхность внутреннего бурта шкворневой горловины Д, а пластины 6 — наружную фаску 5×45° цилиндрической поверхности внутреннего бурта Ж (рис. 10, а). После одновременной обработки твердосплавными пластинами подпятникового места, обработанные поверхности принимают необходимые размеры и форму, так как форма фасонного инструмента и расположение режущих элементов полностью повторяют конструкцию подпятника (рис. 12, в). При этом улучшается качество обработанной поверхности, экономится время обработки и снижается расход твердосплавных пластин.

Для перемещения вращающихся шпинделей станка вдоль окружности подпятникового места при необходимости обработки за один оборот предлагается специальная конструкция планетарного механизма вращения двух работающих шпинделей, которая защищена патентом на полезную модель № 52 138 от 10.03.2006 г. и разработана для применения на специальных фрезерных станках модели 46.6898.

Конструкция планетарного механизма вращения шпинделей фрезерного станка состоит из металлического корпуса 1 (корпуса станка), металлической крышки 2, представляющей собой планетарное зубчатое колесо с внутренним зацеплением, фиксирующим шпиндели по длине в заданном положении, кольца 3, вала-шестерни 4, червячной передачи 5, цилиндрической зубчатой передачи 6 и вспомогательного электродвигателя 7 (рис. 13). Планетарный механизм позволяет на специальном фрезерном станке 46.6898 произвести обработку всего подпятникового места при помощи двух разработанных одновременно вращающихся специальных фрез 1 и 2 за один оборот. Частота вращения планетарного зубчатого колеса регулируется изменением геометрических параметров червячной и цилиндрической зубчатых передач.

а — обозначение обрабатываемых рабочих поверхностей подпятникового места надрессорной балки; б — комплект специального сборного фрезерного инструмента, установленного на специальном фрезерном станке 46.6898 для обработки подпятникового места надрессорной балки (вид спереди) грузового вагона Рисунок 10 — Схема обработки подпятника комплектом специальных фасонных фрез с твердосплавными режущими пластинами, а — сборная фреза для обработки подпятникового места надрессорной балки; б — схематичное изображение конструкции фрезы; в — режущие вставки из переточенных твердосплавных пластин LNUX 301 940

Рисунок 11 — Сборный инструмент для механической обработки подпятникового места надрессорной балки грузового вагона

а — схема комбинированной обработки комплектом сборного фрезерного инструмента на специальном фрезерном станке 46.6898; б — малая сборная фреза для обработки внутреннего бурта шкворневой горловины подпятникового места; вподпятниковое место, обработанное при помощи спроектированного комплекта инструментов Рисунок 12 — Сборный инструмент для механической обработки подпятникового места надрессорной балки Рисунок 13 — Схема планетарного механизма вращения шпинделей специального фрезерного станка 46.6898 для обработки подпятникового места надрессорной балки В процессе работы станка вал работающего вспомогательного электродвигателя 7, вращаясь, приводит в движение цилиндрическую зубчатую передачу 6. Ведомое колесо цилиндрической зубчатой передачи вращает червяк сопряженной червячной передачи 5, приводящий в движение червячное колесо. Червячное колесо жестко соединено с валом-шестерней 4, поэтому, получив вращение от червяка, передает его на вал-шестерню 4. Затем вал-шестерня 4 входит в зацепление с металлической наружной крышкой 2 стального корпуса 1, являющейся одновременно планетарным зубчатым колесом с внутренним зацеплением, и вращает её (рис. 13). Проходящие через металлическую крышку два вала вращаются вместе с крышкой, постепенно перемещаясь вдоль окружности подпятникового места. Фиксирующее кольцо 3 поддерживает валы в заданной плоскости. Оба шпинделя вращаются независимо от металлической крышки с одинаковой частотой вращения. После того, как металлическая крышка совершает полный оборот вдоль окружности подпятникового места, обработка на данной глубине резания завершается и задаётся новая глубина резания для инструмента на проход. Использование в конструкции станка 46.6898 планетарного механизма вращения шпинделей позволяет сократить время обработки подпятникового места надрессорной балки в 2−2,5 раза, уменьшить по Грешность механической обработки за счет одновременной плавной обработки всех наплавленных поверхностей комплектом вращающихся инструментов с использованием постоянных установочных баз и применения в качестве установочных баз предварительно обработанных наклонных плоскостей.

Все комплекты инструментов прошли испытания на ремонтных предприятиях Западно-Сибирской железной дороги (вагонное депо ВЧД-2 Омск-Сортировочный и вагонное депо Тайга).

Проведенные испытания фрезерного сборного инструмента для механической обработки деталей тележки выявили следующие преимущества:

а) Твердосплавные режущие пластины крепятся по наружным диаметрам ступеней корпуса и по линии их пересечения в такой последовательности и при таких углах установки, что по достижении опорной поверхности подпятникового места инструмент полностью повторяет его форму и размеры, обеспечивая параметры неровностей обработанных поверхностей: шероховатости — Ra не более 12,5 мкм, Rz не более 40 мкм и волнистости — Wa не более 50−60 мкм.

б) Высокая точность обработки за счет одновременной обработки всех поверхностей подпятника с использованием в качестве установочных баз предварительно обработанных наклонных плоскостей в отличие от использования старых баз и применения специальных режущих твердосплавных вставок, обладающих правильной, геометрией и высокой стойкостью режущей части.

в) Увеличение жесткости режущих элементов за счет заклинивания резцовых вставок 5 (рис. 11, б) в корпусе инструмента 1 (рис. 10, а) коническими втулками, снижение ударных нагрузок и вибраций.

г) Сокращение времени обработки в среднем в 1,5−2,5 раза за счет использования попарно вращающихся инструментов.

Конструкции сборных фрез защищены патентами на полезную модель № 48 852 (фреза 1) от 10.11.2005 г. и № 50 142 от 27.12.2005 г. (фреза 2) Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам России.

7 Выбор оборудования, контроль, выбор инструмента, алгоритм изготовления детали, расчет режимов механической обработки

7.1 Выбор оборудования, контроль, выбор инструмента, алгоритм изготовления детали Оборудование: специальный горизонтально-фрезерный станок 46.6898;

Инструмент: сборная фреза фасонная с твердосплавными пластинами;

Контроль после процесса механической обработки осуществляется штангеном подпятника Т 914.06.000.

Рисунок 14 — Алгоритм изготовления надрессорной балки тележки 18−100

7.2 Расчет режимов механической обработки К параметрам режима резания относятся: частота вращения инструмента — 300 — 350 об/мин, подача инструмента за оборот шпиндельной головки — 4 — 5 мм, глубина фрезерования — 6 мм, скорость резания, величина подачи.

Минимальный припуск: при последовательной обработке противолежащих поверхностей (односторонний припуск):

zmin=Rz+h (1)

Где Rz — высота неровностей профиля на предшествующем переходе, Rz=12,5 мкм.

h — глубина дефектного поверхностного слоя на предшествующем переходе h=30 мкм

zmin=30+12,5=42,5 мкм Скорость резания — окружная скорость фрезы, м/мин:

(2)

Где C_v -коэффициент,C_v=332

D — диаметр фрезы D =112,5 мм Т — период стойкости, T=180 мин;

t - глубина фрезерования t=6 мм;

s_z— величина подачи s_z =0,12 мм/об;

Bширина фрезерования =112,5 мм;

z=1.

показателей степени:

— q=0,2;

— x=0,1;

— y=0,4;

— u=0,2;

— p=0;

— m=0,2.

Общий поправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий фактические условия резания:

K_V= K_MV • K_ПV • K_ИV (3)

где K_MV — коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала, K_MV=0,869.

K_ПV — коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки, K_ПV=0,8

K_ИV - коэффициент, учитывающий материал инструмента, K_ИV=0,6

K_V=0,869•0,8•0,6=0,41 712

95,68 м/мин.

Для проверки правильности расчетов определим частоту вращения фрезы, об/мин:

(4)

об/мин.

8 Экономическая часть В данный момент купить новую или бывшую в эксплуатации надрессорную балку не представляет особой сложности, так как есть множество организаций занимающихся продажей различных деталей подвижного состава. В таблице 1 приведены цены на надрессорные балки различных лет изготовления.

Таблица 1 — Цены ООО «Металло-транспортная компания» на надрессорные балки, а также закупочная цена для ВЧД-2 Омск-Сортировочный

Для сравнения в таблице 2 приведена цена ремонта надрессорной балки при деповском ремонте.

Таблица 2 — Цена ремонта надрессорной балки при деповском ремонте

Себестоимость производства новой надрессорной балки составляет около 15 000−17 000 рублей.

Вывод: Изготовление новой надрессорной балки является эффективным решением для получения запасов новых деталей, однако для налаживания производства в условиях депо это является не выполняемой задачей, так как необходима закупка всего необходимого оборудования для литья и всех стадий производства, а также специально оборудованное помещение и рабочий персонал. Поэтому наиболее рациональна будет покупка надрессорных балок в хорошем техническом состоянии и своевременный ремонт для поддержания работоспособности всех ответственных узлов детали.

Заключение

В курсовом проекте изучен технологический процесс изготовления надрессорной балки, определены условия эксплуатации детали, рассмотрен существующий технологический процесс ремонта надрессорной балки и подпятника, составлен технологический процесс изготовления надрессорной балки литьем, выбрано технологическое оборудование и оснастка для механической обработки ответственных узлов надрессорной балки, в экономической части сделан вывод о целесообразности налаживания производства надрессорных балок в условиях депо, получены навыки оформления технологических документов, составления алгоритма изготовления детали.

Библиографический список

1 Г. Ф. Гусев, В. А. Королев «Проектирование технологических процессов ремонта деталей вагонов» Ч.1, Омск, 1997 г.

2 Г. Ф. Гусев, В. А. Королев, Л. А. Пасечникова «Проектирование технологических процессов ремонта деталей вагонов» Ч.2, Омск, 1998 г.

3 Г. Ф. Гусев, В. В. Зубенко «Комплектация и оформление технологических документов при ремонте вагонов»: Методические указания при курсовом проектировании / Г. Ф. Гусев, В. В. Зубенко; Омский гос. Ун-т путей сообщения. Омск, 2006. 54 с.

4 Быков Б. В., Пигарев В. Е. Технология ремонта вагнонов: Учебник для средних специальных учебных заведений ж.-д. трансп. — М.: Желдориздат, 2001. — 559 с.

5 Технология производства и ремонта вагонов: Учебник для вузов ж.-д. трансп. / К. В. Мотовилов, В. С. Лукашук, В. Ф. Криворудченко, А. А. Петров; Под ред. К. В. Мотовилова. — М.: Маршрут, 2003. — 382 с.