ASPECTE ALE PROCESELOR DE DEFORMARE PLASTICA LA FABRICAREA/REPARAREA COMPONENTELOR VEHICULELOR FEROVIARE

1. Analiza reperelor vehiculelor feroviare, obținute prin deformare plastica

Tehnologia de fabricare a osiei montate

Osia montata este elementul esential care concura la siguranta vehiculului pe cale si care sustine intreaga constructie a acestuia, avand urmatoarele componente (Fig. 1):

rotile;

osia propriu-zisa;

butucul franei disc (la osiile cu frana disc).

Tabelul.1

Procesele tehnologice utlizate la constrcutia vehiculelor feroviare

Fig. 1. Osia montata

1.2. Tehnologia de fabricare a osiilor si rotilor monobloc

Osia are forma unei bare drepte cu sectiune circulara si portiuni de diametre diferite, corespunzatoare solicitarilor la care sunt supuse si destinatiei lor.

Principalele parti componente ale osiei (Fig. 2.) sunt:

corpul osiei - partea centrala cuprinsa intre roti;

portiunile de calare - partea pe care se preseaza cele doua roti;

fusurile - portiunile pe care se monteaza cutiile de osie.

Fig. 2. Osia propriu-zisa

Ele se executa prin deformare plastica la cald din lingouri prin forjare, sau prin laminare in bare sau blumuri urmate de forjare.

Barele, blumurile si lingourile din care se forjeaza nu trebuie sa prezinte sufluri sau alte defecte. Ele se pot indeparta prin daltuire sau polizare, cu conditia ca aceasta operatie sa se faca in pante line (max.30%), adancimea maxima de patrundere fiind de 25mm, iar suprafata curatata sa nu depaseasca 5% din suprafata totala a lingoului. Din acesta se utilizeaza aproximativ 60%, restul fiind indepartat (de la capete).

Forjarea are loc cu ciocane de .5tf sau cu ajutorul preselor hidraulice de 1000..2000tf.

Temperatura finala de incalzire si intervalul de temperatura pentru deformarea plastica se stabilesc in functie de indicii de plasticitate, de rezistenta, de deformare si de transformarile structurale care apar in otel. Este necesar ca indicii de plasticitate sa aiba valori cat mai mari iar rezistenta la deformare sa fie cat mai mica.

Temperatura de inceput de forjare pentru otelurile nealiate la osii se admite t = 1200sC, aceasta fiind in functie de continutul in carbon. Temperatura finala trebuie sa fie intre 900 . 950sC.

Viteza de incalzire trebuie sa fie limitata astfel incat lingoul prin incalzire sa nu-si distruga integritatea ca urmare a tensiunilor interne determinate de diferenta de temperatura intre straturile interioare si exterioare ale lingoului. Viteza de incalzire se limiteaza numai pana la temperatura de 500 . 600sC deoarece peste aceste temperaturi plasticitatea lingoului creste foarte mult. Pentru a avea certitudinea ca si materialul din mijlocul lingoului a ajuns la aceasta temperatura, se limiteaza viteza de incalzire atunci cand stratul de la suprafata lingoului are temperatura de 700 . 800sC.

Viteza de racire se limiteaza numai la osiile din oteluri aliate la care pentru o anumita valoare a vitezei de racire apare defectul cunoscut sub numele de fulgi. Aceasta consta in aparitia unor microfisuri la o anumita distanta de la suprafata si care se extind pe toata circumferinta.

Confectionarea osiei trebuie sa inceapa de la o anumita dimensiune transversala a lingoului, dimensiune ce trebuie sa ofere posibilitatea obtinerii gradului de deformare optim C:

( 1)

unde: A_i - sectiunea transversala a lingoului;

A_sf - sectiunea transversala maxima a unei osii in stare de semifabricat (dupa forjare).

Valorile gradului de deformare la fabricarea osiilor trebuie sa aiba urmatoarele valori minime:

de la lingou la osie - forjare: C=3

de la lingou la osie - laminare: C= 5

de la lingou la bara (blum) - laminare: C= 2

de la bara la osie - forjare: C= 2

La stabilirea valorilor optime ale gradului de deformare (coroiaj) trebuie sa se tina seama de proprietatile mecanice ale otelului respectiv. Modificarea proprietatilor mecanice ale otelului in timpul deformatiilor plastice apare ca urmare a structurii fibroase ce se accentueaza cu cresterea gradului de deformare. La inceputul deformarii plastice are loc o crestere a valorilor proprietatilor mecanice in toate directiile dar pe masura ce creste gradul de deformare, structura fibroasa se accentueaza si gradul de anizotropie creste foarte mult.

Osia in stare de semifabricat trebuie sa aiba astfel de dimensiuni incat adaosul de prelucrare sa fie de 35mm/diam. pe portiunea de calare a rotii si de 20mm /diam. la celelalte portiuni.

Osiile brute nu trebuie sa prezinte defecte astfel incat adaosul de prelucrare dupa degrosare sa fie intre 5 . 20mm/diam. la portiunea de calare a rotilor si de .7mm/diam. la celelate portiuni. Osiile brute trebuie sa fie drepte pentru a se putea prelucra. Daca ele prezinta o anumita sageata se admite indreptarea lor numai la cald (600 . 700sC).

Fabricarea si prelucrarea centrului de roata

Discul unei roti se executa din otel carbon obisnuit prelucrat la cald prin presare si laminare sau forjare in matrite. Se executa din calupuri de otel debitate la rece din lingouri. Partea centrala a calupului se indeparteaza prin perforare. Dupa elaborarea centrului de roata si marcarea acestuia la cald se lasa sa se raceasca intr-un loc ferit de curenti de aer, prin stivuirea lor in hala sau in gropi sub clopote de protectie.

La alegerea materialului trebuie luat in considerare faptul ca la franarea cu saboti bandajul se dilata iar pentru mentinerea contactului dintre bandaj si abada, centrul de roata trebuie sa fie elastic in directie radiala. Acesta este motivul pentru care discului i se da forma de S alungit.

Se obisnuieste sa se realizeze verificarea acestei proprietati printr-o proba de deformare a centrului de roata sub sarcini succesive.

Dupa obtinerea rotii ca semifabricat se executa polizarea obadei si centrului de roata de nereguralitatile provenite de la turnare, laminare sau forjare.

Este necesar, in primul rand, sa se aleaga treptele tehnologice pentru obtinerea preciziei pozitiei relative dintre suprafete, apoi treptele tehnologice pentru obtinerea preciziei dimensiunilor care leaga aceste suprafete folosindu-se pe cat posibil principiul bazei unice (fig 3).

Fig. Bazele tehnologice la prelucrarea centrului de roata

Structura procesului tehnologic in acest caz cuprinde urmatoarele operatii:

operatia a I-a - bazele tehnologice sunt trepte tehnologice brute iar peretii butucului si cei ai obadei trebuie sa aiba o grosime cat mai uniforma. Centrarea rotii nu se face dupa suprafata inferioara a butucului 1 ci dupa cea exterioara 6.

Avem la aceasta operatie:

- suprafata 8, suprafata plana de asezare;

- suprafata 6, suprafata de centrare;

- suprafata 9.

Se executa strunjirea de degrosare la suprafetele 1, 2, 4, 7 si partial 6.

operatia a II-a - bazele tehnologice sunt considerate suprafetele 7 si 6 deja prelucrate. Piesa se va rezema pe suprafata 2 si se executa strunjire de degrosare pe suprafetele 3, 5, 8 si partial 6, precum si pe suprafata interioara 1.

operatia a III-a - a treia operatie este echilibrarea rotii. Roata se monteaza pe un dorn pe masina de echilibrat. Daca ea ramane in echilibru indifirent inseamna ca este echilibrata bine. Daca nu, va trebui sa se determine masa de metal care sa se indeparteze de la partea mai grea. Acest lucru se realizeaza prin lipirea de chit pe partea mai usoara. Daca masa chitului este mai mica decat 0,1kg se face o frezare pe obada iar daca este mai mare ca 0,1kg se face o dezaxare a centrului de roata spre partea cea mai grea.

operatia a IV-a - se executa operatiile I si II dupa recentrarea rotii (strunjire-degrosare).

operatia a V-a - se executa strunjire de finisare cand se prelucreaza toate suprafetele, cu exceptia suprafetei 4.

operatia a VI-a - se strunjeste suprafata 1 cu conicitatea de 1:700 si a detaliilor A si B, realizandu-se gaurirea pentru depresarea rotii.

Fabricarea bandajului

Bandajele se executa din otel carbon nealiat cu o rezistenta la rupere la tractiune de minim 70 daN/mm². Caracteristicile mecanice ale otelurilor pentru bandaje, prevazute in standardele interne si internationale.

Bandajele se executa prin forjare si laminare din calupuri de otel debitate din lingouri sau tagle la temperatura de 9501000⁰C.

Dupa laminare acestea se supun unui tratament termic de normalizare la o temperatura de 900.950⁰C.

Rugozitatea suprafetelor prelucrate care vin in contact cu centrul de roata este de 5 m, cea a suprafetei de rulare de 120 m, iar a flancului exterior de 60 m.

Bandajul ca piesa separata se prelucreaza numai pe suprafetele exterioare care vin in contact cu centrul de roata, prelucrare care se executa pe un strung carusel cu mai multe suporturi pentru cutite.

Fabricarea inelului de fixare(Borck)

Inelul de fixare se executa din bare laminate de otel (OL-37) avand profilul conform celui din figura.4.

Inainte de indoire bara se taie la o astfel de lungime ca dupa montarea pe roata, intre capetele libere ale inelului sa nu fie o distanta mai mare de 5mm.

Fig.4. Profilul inelului de fixare

1.6. Fabricarea rotilor monobloc

Se manifesta tot mai pregnant tendinta generala de a se folosi la vagoane roti monobloc, executate dintr-o singura bucata, la care butucul si membrana sunt asemanatoare cu cele de la roata disc dar obada are o sectiune mai mare, incluzand si pe aceea corespunzatoare bandajului.

S-a extins folosirea rotilor monobloc laminate din otel la vagoane si la vehiculele motoare, in special la cele de mare viteza.

Ele se executa in mod obisnuit din otel nealiat, dar in multe tari si din fonta turnata.

Fabricarea rotilor monobloc se executa prin forjare si laminare din calupuri de otel debitate din lingouri. Aceasta are loc pe masini automatizate.

In laminor roata are o pozitie verticala fiind centrata de trei role (fig.4). Rolele 1 si 2 sunt deplasabile astfel ca se pot fabrica roti de diferite diametre.

In presa de ambutisare si perforare se da forma necesara, adica ondularea discului si perforarea butucului rotii. Pe fiecare roata se marcheaza beneficiarul si data, la o temperatura de minim 950sC.

Racirea lor se face incet, neinfluentata sau se executa o racire comandata de beneficiar.

La unele administratii de cale ferata se aplica o calire a flancului exterior si a suprafetei de rulare, mai ales la vehiculele motoare.

Deoarece dimensiunile rotii ca semifabricat se apropie foarte mult de dimensiunile rotii finisate, este necesar un numar mic de operatii de prelucrari mecanice .

Fig.4.: 1,2,3-role, 4,5-cilindri de laminare, 6-role pentru delimitarea latimii coroanei

Fig.5.

Fig.6.

Fig.7.

Fig.8.

Fig.9.

Fig.10.