СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗНОШЕННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ БУКСОВЫХ ШЕЕК ОСЕЙ КОЛЕСНЫХ ПАР ПОДВИЖНОГО СОСТАВА И ПУТЕВЫХ МАШИН
METHOD FOR RESTORATION OF WORN SURFACES OF BLOCK JOURNALS OF WHEEL SET AXLES IN ROLLING STOCK AND TRACK MACHINES

Изобретение относится к железнодорожному подвижному составу, в частности к восстановлению изношенных поверхностей буксовых шеек осей колесных пар вагонного, локомотивного, электроподвижного составов и путевых машин способом электродуговой металлизации напылением.
Известен способ восстановления изношенных поверхностей шеек осей колесных пар подвижного состава путем лазерной наплавки, в котором изношенную поверхность шейки оси обезжиривают, подвергают механической обработке, затем осуществляют лазерную наплавку с подачей наплавочного порошка через сопло и шлифование, при этом металл изношенной поверхности шейки перед наплавкой термостатируют, а лазерную наплавку проводят при мощности лазера не менее 1,5 кВт, диаметре лазерного луча не менее 1,5 мм при подаче прокаленного наплавочного порошка со скоростью от 0,1 г/с и более, при угле наклона сопла относительно вертикальной оси луча лазера 35-45°, при этом при наплавке наложение валиков друг на друга осуществляют с коэффициентом перекрытия 0,5-0,7 с последующей их термообработкой (Патент RU №2107598, В23К 26/00, 1998).
Данный способ обеспечивает получение необходимой структуры наплавленного материала, обладающего высокой износостойкостью. Недостатками данного способа являются сложность аппаратурного оформления и низкая производительность наплавки при глубинах износа поверхности шеек более 0,7 мм.
Известен также электроимпульсный метод восстановления буксовых шеек вагонных осей колесных пар, включающий подготовку изношенной поверхности буксовой шейки оси, наращивание слоевого покрытия с использованием стального электрода, материал которого переносится на обрабатываемую поверхность шейки оси и формирует слой с прочностью, сопоставимой с прочностью материала оси, и последующее пластическое деформирование нанесенного слоя путем обкатки роликами (В.Я.Шаровский. Электроимпульсный метод восстановления осей колесных пар // Вагоны и вагонное хозяйство, 2006, №32, с.38).
Известный способ используют для восстановления буксовых шеек только с прямым конусом, поскольку при его осуществлении происходит повторение геометрии изношенной поверхности, что ограничивает возможности способа и позволяет восстанавливать изношенные поверхности шеек только глубиной до 0,5 мм на диаметр.
Наиболее близким техническим решением является способ восстановления изношенных поверхностей буксовых шеек осей колесных пар электродуговой металлизацией напылением. Способ включает подготовку изношенной поверхности буксовой шейки оси (далее шейка): проточку поверхности под напыление на глубину 0,9-1,0 мм, ее накатывание, обезжиривание накатанной и близлежащих поверхностей шейки, нарезание мелкой резьбы; электродуговую металлизацию напылением, которую проводят распылением на подготовленную поверхность расплавленных металлических частиц со скоростью до 150 м/с, что соответствует давлению сжатого газа-воздуха 0,55 МПа, проточку полученного напыленного слоя до номинального размера (Казьмин В.П., Берзин М.М. и др. Восстановление шеек осей колесных пар напылением // Железнодорожный транспорт, 2002, №1, с.46-49).
При осуществлении данного способа на практике дистанция напыления первого прохода составляет 130 мм и последующих проходов - 160 мм.
Недостатком данного способа является высокое удельное усилие накатывания подготавливаемой поверхности специальным накатным роликом с вдавливанием его в шейку оси на величину 0,8 мм на сторону, которое приводит к шелушению поверхностного слоя металла шейки оси из-за его переупрочнения, что не только понижает адгезионную прочность напыляемого покрытия, но может привести и к понижению усталостной прочности восстанавливаемой шейки оси. Относительно большая дистанция напыления первого прохода на расстоянии 130 мм и последующих проходов на расстоянии напыления 160 мм обуславливает недостаточно высокую производительность напыления и недостаточно высокую адгезионно-когезионную прочность покрытия, поскольку частицы успевают остыть и в результате им не хватает тепловой и кинетической энергии для создания покрытия с необходимыми прочностными характеристиками, при этом также имеется большой отсев «холодных» частиц, не сумевших закрепиться на восстанавливаемой поверхности.
Техническим результатом заявленного способа является получение восстанавливаемых шеек осей с необходимым пределом выносливости, с более высокими прочностными характеристиками покрытия при одновременном повышении производительности напыления и уменьшении расходов на напыление.
Указанный технический результат достигается в способе восстановления изношенных поверхностей буксовых шеек осей колесных пар подвижного состава и путевых машин, включающем проточку под напыление изношенной поверхности шейки на глубину 0,9-1,0 мм, накатывание смазанной маслом проточенной поверхности шейки роликом с вдавливанием его в металл шейки на глубину 0,5-0,6 мм на сторону, обезжиривание накатанной и близлежащих поверхностей шейки, нарезание мелкой резьбы, электродуговую металлизацию напылением, которую проводят путем распыления капель жидкого металла на мельчайшие частицы под давлением сжатого газа и напыление их на подготовленную поверхность шейки при дистанции первого прохода напыления, равной 115-120 мм, а всех последующих проходов - 145-150 мм, при этом распыление капель жидкого металла на мельчайшие частицы осуществляют при давлении сжатого газа 0,55-60 МПа, проточку полученного напыленного слоя до его номинального размера.
В качестве сжатого газа используют воздух, диоксид углерода, отработанные газы двигателя внутреннего сгорания, азот, инертные газы.
В качестве инертного газа используют аргон.
Способ осуществляют следующим образом.
Ось колесной пары или всю колесную пару в сборе, имеющую изношенные буксовые шейки, устанавливают на участке металлизации в центры соответствующего станка, на котором производят процесс подготовки изношенной поверхности буксовой шейки, ее напыление и проточку напыленного слоя до его номинальной толщины.
Проточку изношенной поверхности шейки осуществляют на глубину 0,9-1,0 мм до начала разгружающей канавки. После проточки проводят упрочняющее накатывание проточенной и смазанной маслом поверхности специальным роликом с вдавливанием его в шейку оси на глубину 0,5-0,6 мм на сторону. Затем обезжиривают накатанную и близлежащие поверхностей шейки и нарезают мелкую резьбу.
Электродуговую металлизацию напылением осуществляют следующим образом.
В резцедержателе суппорта станка устанавливают металлизатор, с помощью которого производится напыление проволочного материала, причем дистанция напыления первого прохода (расстояние от места образования дуги между двумя проволоками до напыляемой шейки оси) равна 115-120 мм, всех последующих проходов - 145-150 мм.
Образовавшаяся металлогазовая струя ударяет в подготовленную шероховатую поверхность детали, на которой частицы жидкого металла закрепляются в неровностях и остывают, образуя прочное металлическое покрытие. Соединение покрытия с основой и частиц металла в слое между собой носит механический характер. Это так называемое «холодное напыление».
Температура нагрева покрытия в процессе напыления не должна превышать 80°С во избежание трещинообразования покрытия после полного остывания напыленной шейки оси. В качестве сжатого газа может быть использован воздух, диоксид углерода, отработанные газы двигателя внутреннего сгорания, азот, инертные газы, преимущественно аргон.
Во время продольного перемещения металлизатора, закрепленного в резцедержателе станочного суппорта, за первый проход наносится слой 0,4 мм толщиной, за последующие пять проходов - по 0,3 мм. Для получения покрытия толщиной 1,9 мм на сторону, что несколько выше номинальной, производят 6 проходов. После чего проводят проточку напыленного слоя до его номинальной толщины - 1 мм на сторону.
В таблице представлены данные по количеству проходов напыления и дистанции напыления при получении общей толщины слоя 1,9 мм на сторону по известному и предложенному способам.
Толщина слоя 1,9 мм является минимальной для того, чтобы после проточки рабочая толщина слоя составляла 1 мм на сторону. При этом напыление большей толщины слоя за один проход приводит к появлению «горячих» или «холодных» трещин, что является дефектом покрытия.
Таблица
Количество проходов
Дистанция напыления каждого прохода, мм
Толщина слоя напыления за один проход, мм
Известный способ
Предложенный способ
Известный способ
Предложенный способ
1
130
120
0,3
0,4
2
160
150
0,2
0,3
3
160
150
0,2
0,3
4
160
150
0,2
0,3
5
160
150
0,2
0,3
6
160
150
0,2
0,3
7
160
0,2
8
160
0,2
9
160
0,2
Толщина покрытия на сторону, мм
1,9
1,9
Из данных таблицы следует, что общее количество проходов для получения слоя толщиной 1,9 мм на сторону снизилось с 9 до 6, то есть производительность напыления возросла на 33%. При этом повысилась адгезионно-когезионная прочность покрытия за счет образования большей массы «горячих» частиц, т.е. большего количества частиц, имеющих в окружающей их пленке окислов жидкого металла, а также частиц, находящихся в высокопластичном состоянии, что в сумме приводит к образованию более плотного покрытия. Следовательно, при напылении проволоки определенного химического состава (в данном случае марки проволоки 30ХГСА) при оптимальных дистанциях напыления 120/150 мм (первый и последующие проходы) напыленное покрытие имеет более высокие эксплуатационные характеристики при увеличении коэффициента использования материала напыления, т.е. увеличивается производительность напыления с одновременным уменьшением расходов для напыления на 33%.
Кроме того, уменьшение усилия накатывания роликом во время подготовки поверхности (0,6 мм вместо 0,8 на сторону) приводит к увеличению адгезионной прочности напыляемого покрытия из-за отсутствия шелушения накатываемой поверхности при гарантированном сохранении предела выносливости восстанавливаемой буксовой шейки оси.