Повышение механических свойств крупных стальных отливок путем их армирования при ЛГМ
Рассмотрены методы повышения долговечности литых стальных отливок «Рама боковая», «Балка надрессорная», «Корпус поглощающего аппарата». предложен вариант выбора узлов армирования данных отливок, разработан технологический процесс армирования и получены результаты, которые показали рост механических...
Gespeichert in:
| Datum: | 2010 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2010
|
| Schriftenreihe: | Процессы литья |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/49768 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Повышение механических свойств крупных стальных отливок путем их армирования при ЛГМ / В.А. Болюх, И.О. Шинский // Процессы литья. — 2010. — № 2. — С. 57-62. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-49768 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-497682013-09-28T03:06:31Z Повышение механических свойств крупных стальных отливок путем их армирования при ЛГМ Болюх, В.А. Шинский, И.О. Новые методы и прогрессивные технологии литья Рассмотрены методы повышения долговечности литых стальных отливок «Рама боковая», «Балка надрессорная», «Корпус поглощающего аппарата». предложен вариант выбора узлов армирования данных отливок, разработан технологический процесс армирования и получены результаты, которые показали рост механических свойств типовых отливок на 15-20 %. Розглянуто методи підвищення довговічності литих сталевих деталей «Рама бокова», «Балка надресорна», «Корпус поглинаючого апарату». запропоновано варіант вибору вузлів армування даних виливків, розроблено технологічний процес армування та отримано результати, які показали ріст механичних властивостей типових виливків на 15-20 %. The methods of increase of longevity of the cast steel foundings are considered «Side frame», «Bolster», «The body of draft gears», the variant of choice of knots of reinforce of these foundings is offered, the technological process of reinforce is developed and results which rotined growth of mechanical properties of the model foundings on 15-20 % are got. 2010 Article Повышение механических свойств крупных стальных отливок путем их армирования при ЛГМ / В.А. Болюх, И.О. Шинский // Процессы литья. — 2010. — № 2. — С. 57-62. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. 0235-5884 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/49768 621.743.45:625.15 ru Процессы литья Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Новые методы и прогрессивные технологии литья Новые методы и прогрессивные технологии литья |
| spellingShingle |
Новые методы и прогрессивные технологии литья Новые методы и прогрессивные технологии литья Болюх, В.А. Шинский, И.О. Повышение механических свойств крупных стальных отливок путем их армирования при ЛГМ Процессы литья |
| description |
Рассмотрены методы повышения долговечности литых стальных отливок «Рама боковая», «Балка надрессорная», «Корпус поглощающего аппарата». предложен вариант выбора узлов армирования данных отливок, разработан технологический процесс армирования и получены результаты, которые показали рост механических свойств типовых отливок на 15-20 %. |
| format |
Article |
| author |
Болюх, В.А. Шинский, И.О. |
| author_facet |
Болюх, В.А. Шинский, И.О. |
| author_sort |
Болюх, В.А. |
| title |
Повышение механических свойств крупных стальных отливок путем их армирования при ЛГМ |
| title_short |
Повышение механических свойств крупных стальных отливок путем их армирования при ЛГМ |
| title_full |
Повышение механических свойств крупных стальных отливок путем их армирования при ЛГМ |
| title_fullStr |
Повышение механических свойств крупных стальных отливок путем их армирования при ЛГМ |
| title_full_unstemmed |
Повышение механических свойств крупных стальных отливок путем их армирования при ЛГМ |
| title_sort |
повышение механических свойств крупных стальных отливок путем их армирования при лгм |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| publishDate |
2010 |
| topic_facet |
Новые методы и прогрессивные технологии литья |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/49768 |
| citation_txt |
Повышение механических свойств крупных стальных отливок путем их армирования при ЛГМ / В.А. Болюх, И.О. Шинский // Процессы литья. — 2010. — № 2. — С. 57-62. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
| series |
Процессы литья |
| work_keys_str_mv |
AT bolûhva povyšeniemehaničeskihsvojstvkrupnyhstalʹnyhotlivokputemiharmirovaniâprilgm AT šinskijio povyšeniemehaničeskihsvojstvkrupnyhstalʹnyhotlivokputemiharmirovaniâprilgm |
| first_indexed |
2025-07-04T11:01:22Z |
| last_indexed |
2025-07-04T11:01:22Z |
| _version_ |
1836713912289984512 |
| fulltext |
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 2 (80) 57
Новые методы и прогрессивные технологии литья
УДК 621.743.45:625.15
В. А. Болюх, И. О. Шинский
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
ПОВЫШЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КРУПНЫХ
СТАЛЬНЫХ ОТЛИВОК ПУТЕМ ИХ АРМИРОВАНИЯ
ПРИ ЛГМ
Рассмотрены методы повышения долговечности литых стальных отливок «Рама боковая»,
«Балка надрессорная», «Корпус поглощающего аппарата». Предложен вариант выбора узлов
армирования данных отливок, разработан технологический процесс армирования и получены
результаты, которые показали рост механических свойств типовых отливок на 15-20 %.
Ключевые слова: рама боковая, балка надрессорная, корпус поглощающего аппарата,
литье по газифицируемым моделям.
Розглянуто методи підвищення довговічності литих сталевих деталей «Рама бокова», «Балка
надресорна», «Корпус поглинаючого апарату». Запропоновано варіант вибору вузлів арму-
вання даних виливків, розроблено технологічний процес армування та отримано результати,
які показали ріст механичних властивостей типових виливків на 15-20 %.
Ключові слова: рама бокова, балка надресорна, корпус поглинаючого апарату, лиття за
моделями, що газифікуються.
The methods of increase of longevity of the cast steel foundings are considered «Side frame»,
«Bolster», «The body of draft gears», the variant of choice of knots of reinforce of these foundings
is offered, the technological process of reinforce is developed and results which rotined growth of
mechanical properties of the model foundings on 15-20 % are got.
Keywords: side frame, bolster, the body of draft gears, lost foam process.
В современных условиях роста железнодорожных перевозок большое значение
придается эффективности работы железнодорожного транспорта и минимизации
затрат на ремонт и обслуживание вагонов.
На сегодняшний день большинство грузовых вагонов эксплуатируются на теле-
жках модели 18-100, в которой за последние годы выявлен ряд недостатков в кон-
струкции и в качестве полученных литых стальных деталей, а также в их сверхнор-
мативном износе опорных поверхностей и накоплении усталостных повреждений
в наиболее нагруженных зонах.
Проведенный анализ литературных источников показывает, что много работ ве-
дется по продлению срока службы стальных литых деталей транспортной тележки
грузовых вагонов как в ремонте, так и при изготовлении новых деталей. В работе
[1] рассмотрен вариант повышения долговечности надрессорной балки за счет
установки упругих скользунов, в работе [2] авторами рассмотрены вопрос безна-
плавочного восстановления изношенных опорных поверхностей методом горячей
посадки износостойких накладок, а также упрочнение трещиноопасных зон упруго-
пластическим деформированием. В работе [3] автор предложил способ модифици-
рования феррито-перлитной стали 20ГЛ титаном, алюминием и азотом в сочетании
с суженными пределами концентрации базовых элементов (кремния, марганца и
углерода), что позволило получить сталь с высокой статистической надежностью
за счет карбонитридного упрочнения.
58 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 2 (80)
Новые методы и прогрессивные технологии литья
Рама боковая
Зоны
неразрушающего
контроля
Места вырезки
темплетов
для контроля
микроструктуры
Балка надрессорная
Зоны неразрушаю-
щего контроля
Места вырезки
темплетов
для контроля
микроструктуры
Контрольные зоны отливок
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 2 (80) 59
Новые методы и прогрессивные технологии литья
Согласно работе [4], предусмотрены зоны обязательного неразрушающего
контроля, которые более подвержены литейным дефектам. В таблице показаны
зоны обязательного контроля рамы боковой и балки надрессорной, а также места
вырезки микрошлифов.
Из многолетнего опыта отечественных ремонтных депо также определены наи-
более частые усталостные дефекты надрессорных балок и рам боковых. На рис. 1
отображены места возможного образования усталостных трещин рамы боковой и
балки надрессорной [5].
В работе [6] дана оценка адекватности характеристик напряженно-
деформированного состояния модели боковой рамы тележки марки 18-100 грузо-
вого вагона. Расчеты проводились методом конечных элементов. Установлено, что
испытательная нагрузка находится в допустимых пределах.
а
б
Рис. 1. Места возможного образования усталостных трещин: а - отливка «Балка
надрессорная»: трещины (1-10), износ поверхностей (А, В, С, Д); б - отливка
«Рама бокова»: трещины (1-8, 11, 12), откол направляющего буртика (9), откол
ушков в местах крепления фрикционных планок (10); износы поверхностей:
направляющих буксового проема (B), опорной поверхности буксового проема
(C), фрикционных планок (неподвижных) (D)
60 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 2 (80)
Новые методы и прогрессивные технологии литья
В работе [7] проводились усталостные испытания 26-ти надрессорных балок
тележки при идентичных граничных условиях на испытательной машине. Количество
разрушений балок по сечению скользуна составляет 88,5 %. Зарождение усталост-
ных трещин в этих деталях происходит на внутреннем ребре жесткости с выходом
на нижний пояс и боковые стенки.
В работе [8] автор смоделировал тепловой расчет и определил зоны наи-
более вероятного возникновения дефектов при изготовлении боковой рамы
тележки грузовых вагонов, такими зонами являются: буксовый проем боковой
рамы тележки по внутреннему радиусу 55 мм; нижний угол рессорного проема.
В работе [9] также смоделированы условия кристаллизации стальной отливки
«Рама боковая» и характер распределения возможных мест дефектов усадоч-
ного происхождения (рис. 2).
На наш взгляд, армирование
крупных стальных отливок транс-
портной тележки грузовых ваго-
нов позволит получить детали с
повышенными механическими и
эксплуатационными свойствами,
а также избежать таких литейных
дефектов, как горячие трещины и
усадочные раковины. Суть выбора
узлов для армирования сводится
к определению узлов, подвержен-
ных наиболее частым максималь-
ным нагрузкам, а также наиболее
уязвимых к литейным дефектам
(таких как горячие трещины - концентраторов напряжений в дальнейшей эксплуа-
тации), связанных одновременно и с образованием газовых дефектов.
Для выбора узлов армирования исследуемых частей отливок «Рама боковая»,
«Балка надрессорная» и «Корпус поглощающего аппарата» была изучена литература
и проводено 3-мерное моделирование статического анализа с использованием
программы SolidWorks Simulation (твердотельное параметрическое ассоциативное
моделирование сложных деталей).
При помощи этих программ получены объемные изображения моделей указан-
ных отливок (рис. 3-5), на которых различной интенсивностью цвета показаны зоны
напряженно-деформированного состояния.
В процессе статического анализа данных отливок были приложены нагрузки, ко-
Рис. 2. Модель литейных дефектов рамы боковой
Рис. 3. Модель напряженного состояния отливки
«Рама боковая»
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 2 (80) 61
Новые методы и прогрессивные технологии литья
торые на 30-40 % больше действующих эксплуатационных нагрузок [10]. При разра-
ботке модели использовали традиционные методы конечных элементов. В качестве
критерия прочности выбран критерий Мизеса – критерий энергии формоизменения,
который определяет момент исчерпания несущей способности путем сравнения
величины эквивалентного напряжения с пределом текучести материала.
На основе анализа полученных данных разработан технологический процесс
армирования проблемных узлов в контрольных местах, где предел текучести пре-
вышает допустимые нормы, а также в местах образования раковин.
Технологический процесс, в основном, базируется на ЛГМ-процессе (литье по
газифицируемым моделям), когда пенополистироловая модель отливки в песчаной
форме замещается расплавленным сплавом, который затвердевает и формирует
готовую отливку [11,12]. На первом этапе экспериментов были изготовлены фраг-
менты пенополистироловых моделей данных отливок, которые поочередно армиро-
вали прутком, дробью и стружкой, покрывали огнеупорным покрытием, формовали
в литейном контейнере с огнеупорным наполнителем, вакуумировали, после чего
производили заливку требуемым сплавом. Такие же фрагменты получали без арми-
Рис. 4. Модель напряженного состояния отливки
«Балка надрессорная»
Рис. 5. Модель напряженного состо-
яния отливки «Корпус поглощающего
аппарата, РТ-120»
62 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 2 (80)
Новые методы и прогрессивные технологии литья
рующей фазы. Предварительные данные показывали рост механических свойств
типовых отливок на 15-20 %. В настоящее время разрабатываются способы опти-
мального размещения арматуры в пенополистироловых моделях для стабильного
получения качественных армированных стальных отливок отливок «Рама боковая»,
«Балка надрессорная», «Корпус поглощающего аппарата» транспортной тележки
марки 18-100 грузовых вагонов.
1. Северинова Т. П., Попов О. Н. Увеличение долговечности надрессорной балки грузового
вагона за счет установки упругих скользунов // Вестник ВНИИЖТ. − 2005. − № 3. − C. 37-40.
2. Улучшение структуры и повышение свойств литых феррито-перлитных сталей для транс-
портного машиностроения / А. В. Рабинович, Ю. А. Бубликов, Г. Н. Трегубенко, Г. А. Поляков,
и др.// Современная электрометаллургия. − 2008. − №1. − С. 36-40.
3. Попов С. И. Концепция безнаплавочного ремонта старогодных литых деталей тележек
// Вестник ВНИИЖТ. – 2002. − № 6. − С. 19-25.
4. ОСТ32.183.2001. Тележки двухосные грузовых вагонов колеи 1520. Детали литые. Рама
боковая и балка надрессорная. Технические условия.
5. Инструкция по техническому обслуживанию вагонов в эксплуатации ЦВ-ЦЛ-408. Совет по
железнодорожному транспорту государств – участников содружества // Протокол от 21-
22 мая 2009. № 50.
6. Попов О. Н. Оценка адекватности характеристик напряженно-деформированного состояния
стендовой и эксплуатационной форм нагружения боковой рамы тележки грузового вагона
// Наука и техника транспорта. – 2007. − №1. − С. 14-18.
7. Якушев А. В. Прогнозирование усталостного ресурса литых деталей грузового вагона:
Дис. ... канд. техн. наук. − Екатеринбург, 2007. – 118 с.
8. Додонов А. В. Обоснование мероприятий по совершенствованию тележек грузовых ваго-
нов: Дис. канд. техн. наук. − Санкт-Петербург, 2008. – 175 с.
9. Михайлов В. Н., Краснятов Д. С. Применение компьютерного моделирования стальной
отливки «Рама боковая» с целью выявления литейных дефектов // Вестник БГТУ. – 2008.
− № 2. − С. 117-118.
10. Шадурин Л. А. Расчет вагонов на прочность. − М.: Машиностроение, 1971. − 432 с.
11. Пат. 45168 Украина, МПК В21H 1/00. Спосіб одержання армованих виливків / И. О. Шинс-
кий, О. Й. Шинский, П. Н. Каричковский, В. А. Болюх. − Опубл. 25.08.2009, Бюл. 16/2009.
12. Пат. 45168 Украина, МПК В21H 1/00. Спосіб одержання коліс залізничного транспорту
/ И. О. Шинский, О. Й. Шинский, П. Н. Каричковский, В. А. Болюх. − Опубл. 2009.10.26,
Бюл. 20/2009.
13. ОСТ 32.175-2001. Аппараты поглощающие автосцепного устройства грузовых вагонов и
локомотивов. Общие технические требования.
Поступила 10.01.2010
|