способ лазерной обработки поверхности катания и гребня железнодорожных колесных пар

Формула изобретения

Способ лазерной обработки поверхности катания и гребня железнодорожных колесных пар, заключающийся в том, что устанавливают и закрепляют колесную пару в устройстве вращения, поверхность, подлежащую обработке лазером, подготавливают под лазерное упрочнение путем нанесения матовых покрытий, исключающих возможность отражения лазерного луча, производят настройку фокусирующей системы таким образом, чтобы диаметр пятна лазерного излучения соответствовал выбранному режиму, причем для настройки диаметра пятна лазерного излучения определяют такое расстояние от фокальной плоскости оптической системы до обрабатываемой поверхности колесной пары, которому должно соответствовать сечение лазерного луча, имеющего заданный диаметр, устанавливают с помощью программно-управляемого устройства необходимые скорости вращения колесной пары и перемещения лазерного луча, включают сжатый воздух для сдува факела продуктов горения в вытяжную вентиляцию, производят лазерную обработку поверхности катания и гребня железнодорожной колесной пары СО ₂-лазером на выбранном режиме до получения геометрии дорожек лазерного упрочнения, исключающих оплавление зоны термического воздействия и взаимное перекрытие дорожек лазерного упрочнения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам упрочнения рабочих поверхностей деталей и узлов из различных марок стали, работающих в условиях трения-износа, а именно к способам лазерной обработки поверхностей катания и гребня железнодорожных колесных пар.

Из уровня техники известен способ упрочнения стальных колес, описанный в авторском свидетельстве SU 1693094 А1, 23.11.1991. В данном способе проводят термическую обработку обода, армирование слоя, прилегающего к поверхности катания колеса в радиальном направлении, причем на поверхности катания выполняют глухие отверстия, стенки которых обладают твердостью, превосходящей твердость материала, в котором они выполнены. Однако данный способ упрочнения стальных колес не обеспечивает необходимой износостойкости.

В качестве прототипа принят способ упрочнения стальных колес, описанный в авторском свидетельстве RU 2127768 С1, 20.03.1999. В данном способе производят термическую обработку поверхности профиля катания колеса и ее армирование элементами жесткости, обладающими твердостью, превосходящей твердость материала, в котором элементы жесткости выполнены в виде дорожек, причем дорожки, опоясывающие поверхность профиля катания колеса, выполняют разомкнутыми и со смещением мест разрыва дорожек между собой, при этом соотношение высоты сечения дорожки к его ширине соответствует 1 к 3-5. Однако данный способ упрочнения стальных колес также не обеспечивает необходимой износостойкости.

Технический результат, который может быть получен от использования изобретения, заключается в повышении износостойкости поверхности катания и гребня колесной пары за счет повышения твердости и получения высокодисперсной структуры упрочненной зоны.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе лазерной обработки поверхности катания и гребня железнодорожных колесных пар устанавливают и закрепляют колесную пару в устройстве вращения, поверхность, подлежащую обработке СО₂-лазером, подготавливают под лазерное упрочнение путем нанесения специальных матовых покрытий, исключающих возможность отражения лазерного луча, производят настройку фокусирующей системы таким образом, чтобы диаметр пятна лазерного излучения соответствовал выбранному режиму, устанавливают с помощью программно-управляемого устройства необходимые скорости вращения колесной пары и перемещения лазерного луча, включают сжатый воздух для сдува факела продуктов горения в раструб вытяжной вентиляции и производят лазерную обработку поверхности катания и гребня железнодорожной колесной пары на выбранном режиме.

На фиг.1 изображена поверхность катания и гребень железнодорожного колеса, упрочненные лазером.

Лазерное упрочнение поверхности катания колесной пары осуществляется сканирующим лучом лазера при соблюдении и выдержке значений параметров, обеспечивающих стабильность процесса и получение геометрии дорожек упрочнения без оплавления зоны термического воздействия. Упрочнение производится без взаимного перекрытия дорожек лазерного упрочнения.

Лазерное упрочнение поверхности катания колесной пары следует производить на специализированном технологическом СО₂ -лазере в составе с устройством вращения колесных пар.

Настройка диаметра пятна лазерного излучения определяется установкой обрабатываемой поверхности колесной пары на таком расстоянии от фокальной плоскости оптической системы, которому должно соответствовать сечение лазерного луча, имеющего заданный диаметр.

Процесс лазерного упрочнения поверхности катания колесной пары осуществляется в следующей последовательности:

- устанавливается колесная пара в устройство вращения и закрепляется;

- поверхность, подлежащую обработке, подготавливают под лазерное упрочнение путем нанесения специальных матовых покрытий, исключающих возможность отражения лазерного луча;

- производится настройка фокусирующей системы таким образом, чтобы диаметр пятна лазерного излучения соответствовал выбранному режиму;

- устанавливаются с помощью программно-управляемого устройства необходимые скорости вращения колесной пары и перемещения лазерного луча;

- включается сжатый воздух для сдува факела продуктов горения в раструб вытяжной вентиляции;

- производится лазерная обработка поверхности колесной пары на выбранном режиме.