Kompletná analýza výrobného procesu dielcov odliatkov vlaku: od prototypu po hotový výrobok

Zavedenie
Vlaky sú chrbtovou kosťou modernej železničnej dopravy a ich bezpečnosť a stabilita priamo ovplyvňujú životy a majetok cestujúcich. Ako základné štrukturálne komponenty, liate oceľové diely pre vlaky nesú významné mechanické zaťaženia a nárazové sily, ktoré si vyžadujú mimoriadne prísne výrobné požiadavky. Odlievacie oceľové diely musia mať nielen vynikajúce mechanické vlastnosti, ale počas výrobného procesu tiež udržiavajú rozmerovú presnosť a kvalitu povrchu.

1. Návrh a tvorba modelu
Dizajn
Dizajn častí liateho ocele musí byť založený na analýze síl, ktoré zažijú počas prevádzky a operačného prostredia. Na vykonávanie mechanických simulácií na zabezpečenie štrukturálnej spoľahlivosti a bezpečnosti využívajú inžinieri konštrukcie, ako je analýza konečných prvkov (FEA), na vykonávanie mechanických simulácií. Bežne používané materiály, ako napríklad nízka zliatina, musí spĺňať národné železničné normy a medzinárodné špecifikácie zloženia a výkonu. Fáza návrhu si tiež vyžaduje zváženie obmedzení procesu odlievania, ako je smer nalievania, rozdelenie zmršťovania a rýchlosť chladenia, aby sa predišlo defektom počas následnej výroby.

Tvorba modelu
Model je základom procesu odlievania a musí presne replikovať konštrukčné výkresy. Používané tradičné materiály zahŕňajú drevo, plast, vosk a kov. Bežné metódy zahŕňajú obrábanie a 3D tlač, z ktorých posledne sa v posledných rokoch stáva čoraz populárnejším kvôli svojej vysokej presnosti a schopnosti vytvárať zložité tvary. Po výrobe modelu je potrebné povrchové ošetrenie, aby sa zabezpečila hladká a bezchybná povrchová úprava a vyhýba sa dierka a drsných povrchov v odliatku. Príspevky na obrábanie sú tiež zahrnuté do návrhu modelu na uľahčenie následného obrábania.

2. Vytváranie plesní
Pieskové formy
Pieskové formy sú najbežnejšie používaným typom plesní a sú vyrobené z žiaruvzdorného pieskového piesku alebo živicového piesku. Vytváranie plesní zahŕňa formovanie, tvorbu jadra a montáž. Počas formovania sa forma pritlačí do piesku, aby sa vytvorila dutina. Forma sa potom odstráni, aby sa vytvorila dutina liatia. Komponent jadra vyžaduje na zaistenie vnútornej štruktúry jadrovú skrinku vyrobenú z refraktérneho materiálu. Pieskové formy ponúkajú vynikajúcu priepustnosť vzduchu a pevnosť formy, čo uľahčuje výtok plynu a prietok roztavenej ocele.

Kovové formy
Pre hmotnostné diely, ktoré si vyžadujú vysokú presnosť, sa môžu použiť kovové formy, ako sú oceľové formy. Kovové formy ponúkajú výhody, ako je vysoká odolnosť voči opotrebovaniu, dlhá životnosť a rozmerová stabilita, ale výroba je drahšia a používajú sa predovšetkým na malé, zložité odliatky. Kovové formy sa vyrábajú pomocou strojových strojov CNC a vyžadujú tepelné ošetrenie na zvýšenie odolnosti proti tvrdosti a opotrebeniu.

3. Topenie a nalievanie
Olevné topenie
Proces topenia sa zvyčajne vykonáva v elektrickej oblúkovej peci alebo indukčnej peci. Teplota pece a chemické zloženie sú nastavené podľa oceľovej zmesi. Obsah prvkov, ako je uhlík, síra a fosfor, sa prísne kontroluje, aby sa zabezpečila pevnosť a húževnatosť odlievania. Počas procesu topenia sa tiež pridávajú deoxidátory a legovacie prvky, aby sa zvýšila čistota a výkon ocele. Po tavení sa meraná teplota roztavenej ocele, aby sa zabezpečila, že je pri primeranej teplote kvapaliny počas nalievania.

Proces nalievania
Nalievanie je kritickým krokom ovplyvňujúcim kvalitu obsadenia. Roztavená oceľ tečie do dutiny formy cez hradlový systém. Dobre navrhnutý hradlový systém zaisťuje hladký prietok roztavenej ocele, vyhýbajúc sa turbulenciám a tvorbe pórov. Rýchlosť a teplota nalievania sa musia striktne kontrolovať. Príliš rýchlo môže rýchlosť viesť k inklúziám plynu, zatiaľ čo príliš pomalá rýchlosť môže ľahko vytvoriť studený zatvorený. Po naliate roztavená oceľ postupne tuhne vo forme. Miera chladenia má priamy vplyv na štruktúru zŕn a vlastnosti odlievania.

4. Čistenie odlievania a tepelné spracovanie
Čistenie
Po tuhnutí vyžaduje odlievanie drvenie pieskových plesní, odstraňovanie bleskov a čistenie povrchu. Mechanické vybavenie, ako sú rezačky a mlynčeky, sa používajú na odstránenie prebytočného materiálu, aby sa zabezpečilo priehľadné obrysy odlievania. Čistenie tiež odstraňuje zvyškový piesok a mierku na zlepšenie povrchovej úpravy. Povrchové defekty, ako sú póry a inklúzie, sa opravujú zváraním.

Tepelné spracovanie
Tepelné spracovanie je rozhodujúcim krokom pri zlepšovaní mechanických vlastností odliatkov. Žíhanie eliminuje vnútorné napätia a zlepšuje uniformitu mikroštruktúry; Normalizácia vylepšuje veľkosť zŕn a zvyšuje pevnosť; Zhasenie rýchlo ochladzuje oceľ, aby vytvorila tvrdú martenzitickú štruktúru; A temperovanie upravuje rovnováhu medzi tvrdosťou a húževnatosťou. Parametre tepelného spracovania musia byť presne prispôsobené zloženiu materiálu a zamýšľané, aby sa predišlo prehriatiu alebo podčiarknutiu, čo môže viesť k degradácii výkonu.

5. Opakovanie a kontrola
Obrábanie
Tepelne ošetrené odliatky zvyčajne podliehajú dokončovacím operáciám, vrátane otáčania, mletia, vŕtania a mletia, aby sa dosiahli navrhnuté rozmery a geometrické tolerancie. Ovrobenie nielen zaisťuje presnosť montáže, ale tiež zlepšuje povrchovú úpravu a zvyšuje výkonnosť. Počas obrábania sa musí zabrániť deformácii a poškodeniu a na zaistenie častí a prípravných obrábaní sa musia použiť príslušenstvo.

Kontrola kvality
Odliatia oceľové časti musia podstúpiť prísne nedeštruktívne testovanie, vrátane nasledujúcich:
Ultrazvukové testovanie (UT): detekuje vnútorné praskliny, inklúzie a ďalšie defekty.
Rádiografické testovanie (RT): Používa röntgenové zobrazovanie na identifikáciu vnútorných pórov a trhlín.
Testovanie magnetických častíc (MT): detekuje povrchové a podpovrchové praskliny. Dimenzionálne merania a testy mechanických vlastností (testy ťahu, tvrdosti a nárazu) sa vykonávajú súčasne, aby sa zabezpečilo, že produkt spĺňa návrhy a štandardné požiadavky.

6. Kontrola a balenie hotových výrobkov
Záverečná kontrola
Po obrábaní a testovaní sa vykonáva komplexná vizuálna kontrola, aby sa zabezpečila neprítomnosť trhlín, deformácie, hrdze a ďalšie problémy. Rozmery sa preskúmajú, aby sa potvrdila presnosť montáže. Funkčné testy sa vykonávajú na kľúčových častiach, ako je dynamické vyváženie nápravy.

Balenie
Dokončené výrobky sú balené pomocou materiálov absorbujúcich nárazy, aby sa zabránilo poškodeniu počas prepravy. Inhibítory hrdze sa aplikujú na povrch, aby sa zabránilo hrdze. Balená štítok jasne označuje model produktu, špecifikácie, dátum výroby a opatrenia na zabezpečenie hladkej logistiky a inštalácie.