19.5. Основные перспективы совершенствования технологии формирования колесных пар
Обобщая сказанное выше о технологических особенностях и технико-экономических показателях различных методов формирования колесных пар, можно заключить следующее. Прессовый метод формирования, несмотря на возможные некоторые его улучшения, в целом не отвечает современным требованиям производства и возросшим требованиям эксплуатации подвижного состава. Гидропрессовая сборка путем торцового подвода рабочей жидкости в зону сопряжения под высоким давлением позволяет получать посадки с более высокой статической прочностью, чем механические запрессовки, при снижении общего уровня напряженного состояния сопрягаемых элементов. При этом уменьшается возможность повреждения посадочных поверхностей. Однако гидропрессовое формирование посадки только частично усовершенствует технологию сборки запрессовкой. Тепловой метод сборки, обладая известными преимуществами перед прессовым, имеет недостатки, затрудняющие широкое его внедрение, особенно при используемом в настоящее время защитном покрытии подступичных частей оси герметизирующим эластомером ГЭН-150(В). Технология формирования колесных пар с применением искусственного холода и цинкового гальванического покрытия подступичных частей оси по сравнению с существующими методами сборки имеет целый ряд преимуществ. Новый способ формирования увеличит надежность эксплуатации подвижного состава, удлинит сроки службы колесных пар и уменьшит расходы на их изготовление и ремонт, что может дать значительный экономический эффект. В дальнейшем необходимы испытания колесных пар в эксплуатационных условиях, но уже полученные предварительные данные показывают, что новая технология сборки колесных пар может найти широкое применение как в железнодорожном, так и в других видах рельсового транспорта.
Таким образом, совершенствование технологии формирования колесных пар, на основании сказанного выше, с учетом сложившихся в локомотиво- и вагоностроении производственных условий, может идти по следующим основным направлениям. Прежде всего, возможен переход от обычного прессового метода формирования с использованием смазки (растительные масла) к запрессовке насухо с гальваническим цинковым покрытием подступичных частей оси. При этом значительно повышается технологическая стабильность процесса, цинковая «смазка» полностью предохраняет контактные поверхности от повреждений как в процессе запрессовки, так и при спрессовке колес. Кроме того, увеличивается примерно в 2 раза прочность соединения ось — колесо, обеспечивается антикоррозийная защита оси, повышается ее усталостная прочность. Такую технологию следует рассматривать как промежуточный этап для перехода к формированию колесных пар с применением искусственного холода.
Прессовый метод может быть заменен также гидропрессовой сборкой с торцовым подводом масла в зону сопряжения под высоким давлением. Для дальнейшего повышения несущей способности гидропрессовых соединений целесообразно, по данным И. Л. Чернина, использовать в процессе их формирования в качестве гидросреды вместо масла различные жидкотекучие композиции (в том числе и полимерные). Последние обеспечивают повышение коэффициента трения и площади фактического контакта сопрягаемых деталей, а также образуют тонкослойные антикоррозийные покрытия в зоне контакта.
Следует изучить возможность перехода от теплового метода формирования с использованием в качестве антикоррозийного защитного покрытия эластомера ГЭН-150(В) к тепловой сборке с гальваническим цинковым (или другим) покрытием подступичных частей оси. При этом упрощается процесс формирования колесных пар, значительно повышается его технологическая стабильность, а также облегчается дальнейший переход к новой прогрессивной технологии — сборке с применением искусственного холода. Возможно применение и комбинированной сборки — умеренного нагрева колес и охлаждения подступичной части осей с цинковым или другим антикоррозийным покрытием.
Однако наиболее целесообразным, особенно для колесных пар с упругим тяговым колесом, является, очевидно, внедрение взамен существующей технологии метода формирования с применением искусственного холода и гальванического цинкового покрытия оси. Дальнейшее повышение несущей способности посадок, собранных с помощью холода, возможно, в частности, за счет использования нового вида соединений с натягом с заданным макропрофилем в зоне контакта.
Совершенствование технологии сборки колесных пар в любом из указанных направлений требует дополнительных исследований и эксплуатационных испытаний колесных пар, сформированных по новой технологии.
ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
42. Укажите, какими требованиями следует руководствоваться при установлении температуры нагрева закаленных деталей для тепловой сборки соединений с натягом.
43. Сравните с точки зрения производительности, экономичности и механических свойств швов сварных соединений автоматизированную сварку в углекислом газе и ручную дуговую сварку открытой дугой.
44. Воспользовавшись технологическим справочником (см., например: Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х томах. — Москва: Машиностроение, 1978, т. 1), ознакомьтесь с технологией, технико-экономическими характеристиками и областями применения специальных способов сварки: ультразвуковой, взрывом, трением, электронно-лучевой, плазменной, диффузионной, световым лучом.
45. Укажите, в каких случаях для уравновешивания вращающихся деталей и узлов локомотивов используют статическую, а в каких — динамическую балансировку. С помощью «Справочника технолога-машиностроителя» [17, т. 1] или другой специальной литературы ознакомьтесь с различными методами статической и динамической балансировки.
46. Пользуясь СТМ [17, т. 1] или учебником [7], ознакомьтесь с технико-экономическими характеристиками и технологией выполнения клеевых соединений деталей машин.
47. Объясните, почему сборку с использованием глубокого холода не применяют для узлов с закаленными и отпущенными «на мартенсит» охватываемыми деталями.
48. Объясните, почему для смазки сопрягаемых поверхностей при запрессовке колес на ось колесной пары используют растительные, а не минеральные масла.
49. Назовите способы демонтажа колесных пар локомотивов и их технико-экономические характеристики.
РЕЗЮМЕ РАЗДЕЛА
Разнообразные методы формообразования, обработки и сборки не только характеризуются различной производительностью и рентабельностью — они могут существенно влиять на качественные характеристики производимых изделий, в частности на их надежность. Конструктор новой машины должен поэтому предусмотреть наиболее эффективные технологические методы ее изготовления, обеспечивающие наилучшие прочностные свойства, высокую износо- и коррозионную стойкость и другие необходимые эксплуатационные качества. Выбор метода формообразования, обработки и сборки зависит, таким образом, от служебного назначения проектируемой конструкции, условий ее работы, испытываемых напряжений и т. п.
Служебные свойства деталей локомотивов начинают формироваться в процессе изготовления заготовок. Поэтому важно уже на данном этапе предусмотреть возможность улучшения эксплуатационных качеств деталей, применив современные конструкционные материалы и прогрессивные методы получения точных заготовок на базе всемерного развития малоотходной технологии.
Методы механической обработки заготовок выбирают в зависимости от формы обрабатываемых поверхностей, заданной точности, шероховатости, некоторых специальных требований с учетом способа выполнения заготовки и типа производства. Важные эксплуатационные свойства деталей локомотивов во многом определяются отдельными характеристиками качества поверхности, приобретенными металлом поверхностного слоя в процессе обработки резанием. Значительный эффект повышения долговечности деталей, работающих в условиях циклических нагрузок и имеющих конструктивные концентраторы напряжений, а также подвергающихся действию коррозионного фактора, достигается в результате поверхностного пластического деформирования. Исходя из эксплуатационных требований, предъявляемых к той или иной детали, можно назначить определенные условия механической обработки, обеспечивающие получение обрабатываемых поверхностей с необходимыми параметрами качества. Таким путем выявляется возможность управлять качеством обработанной поверхности.
Одним из наиболее эффективных и распространенных способов изменения свойств металлов и сплавов является термическая и химико-термическая обработка. Наиболее экономичным методом защиты от коррозии и обеспечения декоративных функций различных стальных конструкций локомотивов продолжает оставаться окраска; успешно используется также гальваностегия.
При сборке локомотива осуществляют соединение его составных частей запрессовкой, свинчиванием, сваркой, пайкой, клепкой, склеиванием и т. п., выполняют разнообразные слесарно-пригоночные работы, регулирование, контроль и испытания собранных узлов и изделия в целом. Одним из самых распространенных способов получения неразъемных соединений металлических конструкций в локомотивостроении является сварка ручная дуговая, полуавтоматическая в углекислом газе, автоматическая и полуавтоматическая под флюсом, а также контактная — точечная и шовная. Технология сборки оказывает значительное влияние на многие важные эксплуатационные характеристики изделий.
Это обстоятельство конструктор новой машины должен обязательно учитывать, например при проектировании ответственных соединений с гарантированным натягом, таких, как соединения ось — колесо колесных пар локомотивов и др.
Знания физической сущности влияния технологии изготовления на служебные свойства деталей и узлов локомотивов и основных принципов технологического управления их надежностью позволят конструктору устанавливать обоснованные технические требования к проектируемой конструкции в отношении наиболее принципиальных моментов ее технологического обеспечения.