Иванов И. А., Воробьев А. А. Кушнер В. С., Безнин А. С.

(ПГУПС, г. Санкт – Петербург, РФ) (ОмГТУ, г. Омск, РФ)

The parameters of trealment stages for railway with inreased hard characteristics have been estimated and analized.

Сложившиеся условия эксплуатации железнодорожного транспорта требуют повышения надежности и увеличения срока службы колес. При наметившейся тенденции уменьшения браковки колес по износу гребня увеличилось (почти в два раза [1]) число дефектных колес с выщербинами на поверхности катания. Одним из направлений повышения качества колес, включенных в стратегическую программу обеспечения устойчивого взаимодействия в системе колесо – рельс, является повышение твердости материала ободьев колес до 3200 – 3600 Мпа (320 – 360 НВ). Существующие рекомендации [2] по режимам резания при восстановлении профиля поверхности катания вагонных колес разрабатывались, исходя из механических свойств колесной стали по ГОСТ 10791 – 89^*. При этом в качестве критерия оптимальности использована величина удельных приведенных затрат и пакет прикладных программ [3] поиска приближенного решения задач нелинейного программирования. Расчеты показали, что в зависимости от состояния поверхности обода колеса после эксплуатации, станка и применяемого инструмента параметры режима резания могут иметь различные значения как на одном колесе, так и на разных колесах. Усредненные значения параметров режима резания при восстановлении колес со среднестатистическим износом и без термомеханических повреждений (ТМП) находились для станков 1836 КЗТС, 165 Хегенштайдт, призматической и чашечной () пластин из Т14К8 в пределах: . Для колес с прокатом и ТМП: . Для колес с вертикальным подрезом гребня и ТПМ: .

ОАО “Выксунский металлургический завод” начинает производить колеса [4] с более высокими механическими свойствами (табл. 1.)

Таблица 1-Механические свойства колес (плавка №5302)

№ колеса	Остаточные напряжения, МПа	Механические свойства
		Обод					Диск
		, Мпа	, %	, %	, Дж/см²	НВ, Мпа на глубине 25 мм	, Мпа	, %	, %	, Дж/см²
367774	161,93	112	12	23	32	3260	83	18	34	25
367770	204,16	111	9,8	19	33	3270	83	18	33	30

Микроструктура в ободе и диске колес плавки №5302 – пластинчатый перлит и феррит по границам зерен с величиной зерна в ободе №6 – 7, а в диске – 6. Дисперсность перлита в ободе – 2 балла, в диске – 5 баллов. Структура обода на глубине 2 мм от поверхности – тонкопластинчатый перлит с межпластиночным расстоянием 0,06 – 0,075 мкм. На глубине 12 мм – перлит с межпластиночным расстоянием 0,075 мкм.

Повышение прочностных характеристик колесной стали определяет необходимость исследования процесса резания и последующей разработки рекомендаций по инструменту и режимам резания.

Температуры и силы резания, возникающие при обработке колес повышенной твердости чашечным резцом, рассчитывались с помощью программы, разработанной на основе термомеханического подхода [5]. Повышение производительности обработки, эффективности использования инструмента и оборудования может быть достигнуто путем стабилизации температуры резания на уровне 800 – 850 ⁰С.

Как показали расчеты, температура передней поверхности значительно выше температуры задней поверхности (рис.1.). С ростом скорости резания температура задней поверхности увеличивается быстрее, чем передней (рис.1). При температуре резания 850 °С максимальная температура передней поверхности достигает 1100 °С.

Рисунок 1- Распределение температуры по передней и задней поверхностям режущего инструмента и застойной зоны при резании стали НВ=3600 МПа, круглым твердосплавным резцом r=15 мм, g=0°, при s=2 мм/об, t= 2 мм, v=20 м/мин

При притуплении задней поверхности резца путем заточки цилиндрической фаски шириной 0,3-0,4 мм температура задней поверхности не превышает 600 °С. Можно ожидать, что такое предварительное притупление задней поверхности благоприятно отразится на работоспособности режущего инструмента, поскольку оно способствует уменьшению касательных напряжений на передней поверхности и препятствует началу пластических деформаций режущего инструмента. При увеличении ширины фаски износа температура задней поверхности увеличивается, но все же остается значительно ниже, чем на передней поверхности (рис.1).

Рисунок 2- Форма передней поверхности резца с упрочняющей и стабилизирующей фасками и стружкозавивающей плоскостью, расположенной уступом по отношению к стабилизирующей фаске

Повышение прочности и формоустойчивости режущего лезвия достигается и за счет заточки упрочняющей фаски на передней поверхности под небольшим отрицательным или нулевым передним углом. Ширина упрочняющей фаски не должна быть более (0,5-0,8) от максимальной толщины срезаемого слоя. При этом стружка должна сходить по передней поверхности, расположенной под большим (положительным) передним углом. Оптимальной формой передней поверхности является такая форма, при которой контакт стружки с передней поверхностью прерывается (рис.2). При этом достигается уменьшение температуры передней поверхности и сил резания [5].

Увеличение твердости обрабатываемого материала с 2750 МПа до 3600 МПА приводит к заметному повышению температур контактных поверхностей.

Рисунок 3- Влияние скорости резания на температуры передней и задней поверхностей инструмента при s= 1,2 мм/об, t=2 мм

При резании круглыми (чашечными) резцами глубина резания и подача также существенно влияют на температуру (рис.4).

Рисунок 4- Влияние глубины резания (а) при s=1,2 мм/об, v=30 м/мин и подачи (б) при t=2 мм, v=30 м/мин на температуры передней

и задней поверхностей инструмента

При постоянной температуре резания 850 °С скорость резания уменьшается с ростом глубины резания, подачи и твердости обрабатываемой стали (рис.5.)

Рисунок 5- Влияние глубины резания, подачи и твердости обрабатываемой стали на рациональную скорость резания, соответствующую

температуре резания 850 °С

Эти факторы существенно влияют и на силы резания (рис.6).

Рисунок 6- Влияние глубины резания, подачи и твердости колесной стали на силы резания

Значительное влияние глубины резания связано с увеличением наибольшего значения угла в плане, что приводит к росту толщины срезаемого слоя.

Силы резания возрастают при увеличении глубины резания, подачи и твердости обрабатываемой стали (рис.5.). Особенно резкое увеличение сил наблюдается в области больших значений глубины резания.

Литература

1. Цюренко В. Н. Повышение срока службы колес / Сб. докладов научно – практической конференции “Современные проблемы взаимодействия подвижного состава и пути” – КОЛЕСО - РЕЛЬС 2003. Щербинка: ОАО РЖД, ВНИИЖТ, 2003 – с.52.

2. Рекомендации по использованию и назначению параметров режима механической обработки при восстановлении профиля поверхности катания вагонных колес. М.: ЦВ МПС, 1994 – 26 с.

3. Иванов И. А., Урушев С. В., Алешин А. Д. Оптимизация параметров режимов резания цельнокатаных колес/ Zeszyty naukowe Politechniki Slaskiej №1094, Seria Transport, z.15. Gliwice: 1990 – str. 79-92.

4. Пашолок И. Л., Филиппов Г. А., Шишов А. А. Колеса с повышенной твердостью обода производства ОАО “ВМЗ”/ Сб. докладов научно-практической конференции “Современные проблемы взаимодействия подвижного состава и пути” – КОЛЕСО - РЕЛЬС 2003. Щербинка: ОАО РЖД, ВНИИЖТ, 2003 – с.56 – 57.

5. Васин С. А., Верещака А.С., Кушнер В. С. Резание материалов: Термомеханический подход к системе взаимосвязей при резании: Учеб. для техн. вызов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2001. – 448 с.: ил.

6. Лоладзе Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. – М.: Машиностроение, 1982. – 320 с.