СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗНОШЕННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ БУКСОВЫХ ШЕЕК ОСЕЙ КОЛЕСНЫХ ПАР
METHOD TO RECOVER WORN-OUT SURFACES OF WHEEL PAIR AXLE BOX JOURNALS

Изобретение относится к железнодорожному подвижному составу и специальному самоходному подвижному составу (ССПС), в частности к восстановлению изношенных поверхностей буксовых шеек осей вагонных, локомотивных и ССПС колесных пар газотермическим напылением, а именно 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, с последующим шлифованием наплавки, 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, после чего осуществляют термообработку (см. RU №2107598, В23К 26/00, 1998).
Известный 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 способ восстановления осей колесных пар железнодорожного подвижного состава, включающий устранение выработок посадочных мест под подшипники букс и ступицы колес в пределах их ремонтных размеров и восстановление торцевых частей наплавкой, при этом торцевые части наращивают наплавкой дополнительного металла, имеющего механические свойства не ниже свойств металла оси, с их удлинением на величину, эквивалентную по объему выработкам посадочных мест с учетом припуска на механическую обработку, затем производят поочередный местный нагрев посадочных мест до температуры выше точки АСз диаграммы состояния железо - углерод и продольную горячую осадку, при которой нагрузку прикладывают нормально к торцевой поверхности оси, расположенной у восстанавливаемого посадочного места, до уширения последнего по всей его длине на величину, превышающую глубину выработки с припуском на механическую обработку, после чего охлаждают нагретую часть оси на воздухе до температуры ниже 600°С, аналогично осаживают посадочное место на противоположной стороне оси, затем производят центровку торцов и механическую обработку посадочных мест и торцевых частей оси (см. RU №2248861, В22D 19/10, 1998).
Известный способ обеспечивает продление срока службы и повышение эксплуатационной надежности осей колесных пар. Недостатком данного способа является высокая сложность процесса восстановления изношенной поверхности осей за счет больших циклических нагрузок при высоких температурах, которые могут деформировать соседние участки детали.
Известен 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, после нанесения слоя проводят его пластическое деформирование при обкатке роликами (см. В.Я.Шаровский. Электроимпульсный метод восстановления осей колесных пар // Вагоны и вагонное хозяйство, 2006, №32, с.38).
Данный способ используют для восстановления буксовых шеек только с прямым конусом, так как он повторяет геометрию изношенной поверхности, что ограничивает возможности способа, и позволяет восстанавливать изношенные поверхности шеек глубиной до 0,5 мм на диаметр.
Известен также способ восстановления изношенных поверхностей буксовых шеек осей колесных пар электродуговой металлизацией напылением. Способ включает подготовку изношенной поверхности буксовой шейки оси (далее шейка) в виде проточки поверхности под напыление на глубину 0,90 мм, ее накатывания, обезжиривания и нарезания мелкой резьбы, электродуговую металлизацию напылением, которую осуществляют напылением на подготовленную поверхность металлических капель со скоростью до 150 м/с, что соответствует давлению сжатого газа - воздуха 0,55 МПа, и последующую проточку полученного напыленного слоя до номинального размера (см. Казьмин В.П., Берзин М.М. и др., Восстановление шеек осей колесных пар напылением // Железнодорожный транспорт, 2002, №1, с.46-49).
Известный способ позволяет с высоким качеством восстанавливать изношенные шейки осей, но с получением покрытия толщиной не более 0,90 мм на сторону.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ восстановления изношенных поверхностей буксовых шеек осей колесных пар, включающий подготовку изношенной поверхности под напыление путем ее проточки глубиной до 1,2 мм, накатывания, обезжиривания, нарезания на ней мелкой резьбы, электродуговую металлизацию напылением подготовленной поверхности путем распыления на нее металлических капель под давлением сжатого газа и последующую механическую обработку полученного напылением слоя до номинального размера, при этом проточку изношенной поверхности под напыление производят глубиной 0,95-1,20 мм, а напыление осуществляют под давлением 0,60-0,70 МПа сжатого газа, в качестве которого используют один из газов, выбранный из ряда: воздух, диоксид углерода, отработанные газы двигателя внутреннего сгорания, азот, инертные газы. В качестве инертного газа используют аргон (см. RU №2296659, В23Р 6/00, 10.04.2007).
Известный способ обеспечивает восстановление шеек с глубиной износа до 1,2 мм под посадку первого и второго подшипников, однако не позволяет осуществлять восстановление значительного количества осей, имеющих износ шеек более 1,2 мм на сторону на месте посадки второго подшипника.
Техническим результатом заявляемого способа является увеличение количества восстанавливаемых осей за счет дополнительного восстановления шеек с более глубоким износом их на месте посадки на буксовую шейку второго подшипника при сохранении необходимого качества восстановительного покрытия.
Технический результат достигается в способе восстановления изношенных поверхностей буксовых шеек осей колесных пар, включающем проточку изношенной поверхности под напыление, ее накатывание, обезжиривание, нарезание мелкой резьбы, электродуговую металлизацию напылением, которую производят путем напыления на подготовленную поверхность металлических капель под давлением 0,60-0,70 МПа сжатого газа, в качестве которого используют один из газов: воздух, диоксид углерода, отработанные газы двигателя внутреннего сгорания, азот, инертный газ, и последующую механическую обработку полученного напыленного слоя до номинального размера, причем проточку изношенной поверхности шейки производят ступенчато на глубину 1,0-1,1 мм и 2,0-2,1 мм соответственно на местах посадки первого и второго подшипников с конусным переходом между ними, при этом после накатывания и обезжиривания на местах посадки подшипников нарезают мелкую резьбу, а на конусном переходе - кольцевые канавки.
Сущность способа поясняется чертежами.
На фиг.1 представлена шейка после проточки, повторного упрочняющего накатывания, обезжиривания, нарезания мелкой резьбы и канавок, на фиг.2 - шейка после напыления (надеты защитные втулка и гайка), на фиг.3 - напыленная шейка после механической обработки. На чертежах показаны: 1 - буксовая шейка оси колесной пары; 2 - глубина ступенчатой проточки поверхности шейки под напыление; 3 - защитная втулка; 4 - защитная гайка; 5 - толщина слоя покрытия после металлизации; 6 - толщина слоя готового покрытия.
Способ осуществляют следующим образом.
Ось колесной пары с изношенной поверхностью буксовой шейки 1, имеющей задиры, вырывы металла и риски на цилиндрической поверхности, закрепляют в станке на специализированном участке, где проводят процесс подготовки изношенной поверхности шейки к металлизации. С этой целью производят ступенчатую проточку изношенной поверхности шейки на глубину 1,0 мм и 2,0 мм соответственно под первый и второй подшипники с конусным переходом между этими проточенными поверхностями, накатывают специальным роликом всю проточенную поверхность и обезжиривают, затем нарезают мелкую резьбу на проточенных цилиндрических поверхностях и кольцевые канавки на переходном конусе с глубиной и шагом соответственно 0,2-0,3 мм и 0,8-1,0 мм. Затем устанавливают защитные втулку 3 и гайку 4 и производят напыление подготовленной поверхности способом электродуговой металлизации.
Металлизацию подготовленной поверхности осуществляют следующим образом. Две постоянно сматывающиеся с изолированных катушек проволоки из стали марки 30ХГСА диаметром 1,6-2,0 мм, пройдя через металлизатор ЭМ-17, сближаются и электрическая дуга, возникающая между ними от источника постоянного тока, расплавляет концы проволок, образуя капли жидкого металла. Сжатый газ, подаваемый через центральное сопло под давлением 0,60-0,70 МПа, распыляет металл на мельчайшие жидкие частицы размером 100-200 мкм и наносит их с большой скоростью на подготовленную шейку. Образовавшаяся металлогазовая струя ударяет в подготовленную шероховатую поверхность, при этом на поверхности детали частицы закрепляются в неровностях и остывают, образуя прочное металлическое покрытие. Соединение покрытия с основой и частиц в слое между собой носит механический характер. Это так называемое «холодное напыление».
Температура покрытия в процессе напыления не должна превышать 80°С.
В качестве сжатого газа используют газ, выбранный из ряда: воздух, диоксид углерода, отработанные газы двигателя внутреннего сгорания, азот, инертный газ, преимущественно аргон.
Во время продольного перемещения металлизатора, закрепленного в резцедержателе станочного суппорта, за один проход наносится слой толщиной 0,2-0,3 мм до получения покрытия толщиной несколько выше номинальной, после чего производят механическую обработку напыленного слоя до его номинального размера.
В таблице представлено количество восстанавливаемых шеек из числа забракованных по глубине износа.
Таблица
Количество восстанавливаемых буксовых шеек из числа забракованных по глубине износа
Известный способ:
Предложенный способ:
прямая проточка
ступенчатая проточка
100
130
Из данных таблицы следует, что количество восстанавливаемых изношенных шеек осей колесных пар увеличилось со 100 до 130 за счет дополнительного восстановления шеек с износом их до 2,0 мм глубиной на месте посадки на шейку второго подшипника. При этом качество восстановительного покрытия и прочность восстановленных шеек осей сохранились на необходимо высоком уровне.