PL176608B1

PL176608B1 - Narzędzie kształtowe i sposób obróbki wiórowej zestawów kół narzędziem kształtowym

Info

Publication number: PL176608B1
Application number: PL95316135A
Authority: PL
Inventors: Hermann Ross; Reinhard Robotta; Hans Naumann; Hans Lutze
Original assignee: Niles Simmons
Priority date: 1994-03-29
Filing date: 1995-03-25
Publication date: 1999-06-30
Also published as: EP0776258B1; ES2102335T1; DE59509783D1; PL316135A1; EP0776258A1; US5890854A; WO1995026246A1

Abstract

1. Narzedzie ksztaltowe do obróbki wiórowej zestawów kól pojazdów szyno- wych droga frezowania ksztaltowego, skladajacego sie z korpusu z umieszczonymi na nim wkladkami tnacymi, przy czym za- chodzace na siebie w kierunku skrawania krawedzie tnace stanowia negatyw zadanego ksztaltu profilu kola, znamienne tym, ze czolowy frez ksztaltowy (1) o osi prostopa- dlej sklada sie z korpusu w postaci tarczy oraz z krawedzi tnacych umieszczonych na elementach tnacych (4 ÷ 10), ulozonych w sposób odpowiadajacy ksztaltowi powierz- chni tocznej i boku zarysu obrzeza kola, az do srodka ksztaltowego zakonczenia obrzeza kola. F i g 2 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest narzędzie kształtowe i sposób obróbki wiórowej zestawów kół pojazdów szynowych, narzędziem kształtowym.

Kształty obręczy kół pojazdów szynowych muszą być zgodne z odpowiednimi normami. Powierzchnia obwodu obręczy lub wieńców kół, zwłaszcza od środka kształtowego zakończenia obręczy koła do jego zewnętrznej powierzchni czołowej lub powierzchni czołowej wieńca koła, w czasie jego pracy ulega szczególnemu zużyciu. Dlatego obręcze i wieńce kół muszą być często reprofilowane, dla zagwarantowania spokojnej pracy wyposażonych w nie poj azdów szynowych oraz dla równomiernego obciążenia ich łożysk lub łoża obrotowego, jak również dla zredukowania lub zminimalizowania zużycia powierzchni szyn. Dotyczy to zwłaszcza kół pojazdów szynowych poruszających się z dużymi prędkościami.

Profilowanie obręczy i wieńców koła odbywa się metodą wiórowa, czyli za pomocą toczenia lub frezowania. W tym ostatnim przypadku stosuje się frezy obwodowe.

Do obróbki profili kół stosuje się także głowice frezowe lub kształtowe frezy walcowe, częściowo lub całkowicie dopasowane do profilu koła.

Z opisu patentowego nr US 3.540.103 znane jest urządzenie z frezem o osi równoległej, całkowicie dopasowanym do profilu koła. Stopniowane płytki tnące są rozmieszczone śrubowo, w kierunku obwodowym frezu.

W znanych rozwiązaniach frezarek do zestawów kół oś ftezujest równoległa do osi kół. We frezarce przedstawionej w niemieckim opisie patentowym H 9870 powierzchnia toczna i obrzeże koła są obrabiane za pomocą kształtowych frezów walcowych, a powierzchnia czołowa koła za pomocą drugiego suportu i podwójnego frezu czołowego. Osie obu frezów są równoległe do osi zestawu kół.

Wadą frezów obwodowych o osiach równoległych do osi kół jest powstawanie momentów obrotowych, działających podczas obróbki na zestaw kół w kierunku obwodowym. Wadą jest również stosunkowo twardy nakrój przy promieniowym dosuwaniu narzędzia, niewielka trwałość narzędzi oraz nie najlepsza jakość uzyskiwanej powierzchni.

Celem wynalazku jest konstrukcja narzędzia kształtowego, częściowo dopasowanego do profilu koła, oraz sposób obróbki zapewniający większątrwałość narzędzi i lepsze warunki skrawania w porównaniu z obróbką frezami obwodowymi o osi równoległej. Narzędzie uwzględnia różnątwardość reprofilowanych powierzchni kół, gwarantując także wysokąjakość powierzchni oraz kształtowanie kół bez zniekształcenia ich profili.

Sposób obróbki podczas profilowania zestawów kół można określić jako frezowanie profili okrągłych, przy czym frez częściowo lub całkowicie odpowiada profilowi koła. Rozróżnia się frezowanie profili okrągłych o osi frezu równoległej lub prostopadłej do osi zestawu kół. Przy frezowaniu profili okrągłych o osiach prostopadłych, oś frezu jest umieszczona prostopadle do osi zestawu kół. W procesie frezowania poprzecznego frez kształtowy jest ustawiony na zadany wymiar profilu koła.

W rozwiązaniu według wynalazku profil powierzchni tocznej koła wraz z zewnętrzną powierzchniąwieńca, do środka kształtowego zakończenia obrzeża koła powstaje w jednej operacji kształtowego frezowania obwodowego, o osi prostopadłej.

W ten sposób jest możliwa efektywna obróbka części profilu koła lub narażonych na silne zużycie elementów powierzchni tocznej i zewnętrznej powierzchni wieńca profilu koła, zwłaszcza w połączeniu z inną metodą obróbki. Wynikające z geometrii koła różne odległości płytek skrawających od środka obrotu narzędzia warunkująuzyskiwanie różnych prędkości skrawania, bez zmiany technologicznych parametrów obróbki. Dzięki temu powierzchnia toczna koła jest frezowana z niższąprędkością skrawania, gdy równocześnie powierzchnie obrzeża koła sąobrabiane z większą prędkością skrawania. W efekcie twarde i wzmocnione powierzchnie koła mogą być obrabiane z mniejszą prędkością skrawania.

Podczas frezowania profili okrągłych o osi prostopadłej, w skrawanej powierzchni powstają dodatkowe naprężenia, podobnie jak to ma miejsce przy frezowaniu obwodowym, zapewniające dużą odporność reprofilowanej powierzchni koła na obciążenia statyczne i na zużycie. Rozmieszczenie płytek tnących pozwala na zwiększenie objętości materiału zdejmowanego

176 608 podczas obróbki w stosunku do innych rozwiązań. Występujące siły bierne są nieznaczne w porównaniu z równoległym frezowaniem obwodowym. Następuje także zmniejszenie ilości wydzielanego ciepła na powierzchni koła poddawanego reprofilowaniu. W wyjątkowych przypadkach, przy obrzeżu symetrycznym, ostateczna obróbka profilu jest możliwa po przemieszczeniu frezu, przy zmianie kierunku obrotów koła lub frezu.

Profil koła może być również wykonany w jednej operacji, poprzez prostopadłe do osi frezowanie wewnętrznej powierzchni obrzeża koła, od powierzchni czołowej obręczy koła do kształtowego zakończenia obrzeża koła. Wymaga to użycia za każdym razem dwóch czołowych frezów kształtowych i co najmniej jednych sań do mocowania narzędzia, zamocowanych na maszynie do obróbki zestawów kół.

Trwałość narzędzi może być podwyższona poprzez dopasowanie materiału narzędzia do własności materiału, z którego jest wykonany profil koła. W rozwiązaniu według wynalazku mimośrodowość rozmieszczenia czołowych frezów kształtowych w przybliżeniu równa jest 0, pozwalając na uzyskanie możliwe dużej mocy skrawania i dobrej jakości powierzchni. Czołowy frez kształtowy do frezowania profili okrągłych o osi prostopadłej, składa się z korpusu w postaci tarczy oraz z krawędzi tnących umieszczonych na korpusie elementów tnących, dopasowanych do każdego odcinka profilu koła, ułożonych w sposób odpowiadający profilowi koła w sąsiedztwie powierzchni tocznej i zewnętrznego boku obrzeża koła, aż do środka kształtowego zakończenia obrzeża koła.

Zastosowanie czołowego freza kształtowego o osi prostopadłej, odpowiadającego zwłaszcza kształtowi powierzchni tocznej i zewnętrznego boku obrzeża koła aż do kształtowego, zakończenia obrzeża koła, dzięki dużej liczbie krawędzi tnących odpowiadających kształtowi profilu koła, pozwala na efektywną obróbkę koła, przy zapewnieniu dużej objętości zdejmowanego materiału oraz korzystnego układu sił skrawania. Krawędzie tnące odpowiadaj ące powierzchni tocznej są ułożone stopniowo, wzdłuż stycznych spirali. Profilowanie koła następuje po jednym obrocie zestawu kół, za pomocą narzędzia ustawionego na zadany wymiar. Względnie ustawienie czołowego frezu kształtowego i obręczy lub wieńca koła powoduje, że ich osie przecinają się. Trwałość tego rodzaju czołowych frezów kształtowych jest większa, niż wymienionych na wstępie, tradycyjnych narzędzi stosowanych do reprofilowania zestawów kół. Pozwalają one także na uzyskanie lepszej mikrostruktury reprofilowanej powierzchni tocznej koła. Rozwiązanie według wynalazku może być stosowane zarówno przy obróbce zestawów kół z napędem u góry, przy czym urządzenie może być umieszczone w dowolnym miejscu, jak również przy obróbce zestawów kół z napędem od dołu, współbieżnej i przeciwbieżnej.

W rozwiązaniu według wynalazku czołowy frez kształtowy o osi prostopadłej, składa się z korpusu w postaci tarczy, oraz z krawędzi tnących umieszczonych na nim elementów tnących, dopasowanych do każdego odcinka profilu koła, od wewnętrznej powierzchni czołowej obręczy koła do środka kształtowego zakończenia obrzeża koła. Ostateczna obróbka profilu koła następuje na końcu, za pomocą drugiego czołowego frezu kształtowego.

W rozwiązaniu według wynalazku stopień pokrywania się elementów tnących jest tak dobrany, że skrawanie następuje zgodnie z zasadami obróbki wykańczającej dużym posuwem. Dzięki temu uzyskujemy wysokąjakość obrabianej powierzchni, jak również lepsze własności użytkowe profilu koła.

W innym rozwiązaniu osie elementów tnących odpowiadających powierzchni tocznej sąw przybliżeniu prostopadłe do osi elementów tnących obrzeży kół. Elementy tnące sąrozmieszczone grupami, ułożonymi w kierunku stycznym do spirali oraz promieniowo, z zachowaniem luk pomiędzy kolejnymi, grupami. Elementy tnące mogą być mocowane w kasecie. Elementy tnące obrzeża koła są mocowane pionowo.

W innym rozwiązaniu według wynalazku czołowy frez kształtowy jest wyposażony na powierzchni czołowej w dziesięć grup elementów tnących, tworzących między sobą kąt 18°. Ich rozmieszczenie może być zmieniane zależnie od wielkości obrabianego profilu i użytych elementów tnących. Dobre odprowadzanie wióra zapewnia komora wiórowa.

176 608

Czołowy frez kształtowy z płytkami tnącymi odpowiadającymi profilowi koła charakteryzuj e się różną geometrią ostrzy - zwłaszcza różnymi kątami skrawania γ, przyłożenia α, kąt nastawienia χ i kąt nachylenia λ. Pozwala to na dokonywanie obróbki wzmocnionej powierzchni tocznej przy ujemnym kącie skrawania i nachylenia.

Wynalazek w przykładowych rozwiązaniach jest wyjaśniony na rysunku, na którym, figura 1 przedstawia powierzchnię czołową frezu w widoku, figura 2 - frez w przekroju wzdłuż płaszczyzny II-II, z ukośnie zakreskowanym przekrój em poprzecznym profilu obrzeża koła, figura 3 - elementy tnące stosowane w czołowym frezie kształtowym, ustawione grupami, w rysunku schematycznym, figura 4 - uchwyt elementu tnącego umieszczonego na czołowej powierzchni frezu, w przekroju płaszczyzną A-A, figura 5 - część powierzchni czołowej frezu kształtowego w innym rozwiązaniu, w powiększonym widoku, figura 6 - frez w przekrój u wzdłuż płaszczyzny II-II, z ukośnie zakreskowanym przekrojem poprzecznym profilu obrzeża koła, w powiększeniu, figura 7 - różne postacie elementów tnących, mocowanych na czołowym frezie kształtowym, w widoku, figura 8 - łańcuch elementów tnących, umieszczonych stopniowo jeden za drugim, tworzących ciągłą krawędź tnącą, w powiększonym widoku z boku, figura 9 - styczne rozmieszczenie ostrzy, w rysunku schematycznym.

Przedstawiony na fig. 1 czołowy frez kształtowy do obróbki powierzchni tocznej kół z zewnętrzną powierzchnią obrzeża koła, jest umieszczony na pozycj onowanych saniach obrabiarki do zestawów kół, wyposażonych w napęd narzędzia.

Powierzchnia czołowa czołowego frezu kształtowego 1, poczynając od osi frezu 2, jest profilowana promieniowo na zewnątrz w taki sposób, że jej równomiernie rozmieszczone w kierunku obwodowym 3, promieniowo stopniowane jeden za drugim lub jeden na przeciwko drugiego, jak ułożone promieniowo od wewnątrz na zewnątrz elementy tnące 4 *10 lub A - G (fig. 2, 3,7,8) z ich ostrzami 11 znajdującymi się w pozycji aktywnej, tworząnegatyw zadanego profilu obręczy lub wieńca koła 12, pomiędzy kształtowym zakończeniem obrzeża koła 13 i jego zakończeniem od strony powierzchni czołowej obręczy koła 14.

Figura 2 i fig. 3 przedstawia ustawienie czołowego frezu kształtowego 1 w stosunku do profilu obręczy lub wieńca koła 17. Na fig. 2 zaznaczono położenie osi zestawu kół 15, tworzącej zosiąfrezu2kąt prosty 16. Pokazany na fig. 2 i fig. 3 profil przekroju obręczy koła 17 został zakreskowany.

Pokazane na fig. 7 elementy tnące 4 * 8 (A - F) zostały wykonane z twardego materiału, zwłaszcza z węglików spiekanych. Zaopatrzono je w cztery rozmieszczone na ich obwodzie krawędzie tnące 18 * 21, kolejno ustawiane w pozycji cięcia. Krawędzie tnące 18 * 21 tworzą kształt odpowiadający obrabianemu przez nie profilowi koła, pomiędzy kształtowym zakończeniem obrzeża koła a obwodem obręczy koła. Po zużyciu krawędzi tnącej znajdującej się w pozycji cięcia, element tnący jest obracany w uchwycie, zwłaszcza w kasecie 22, wokół pokazanej na fig. 7 osi otworu 23 o kąt 90°, tak aby w pozycji cięcia znalazła się następna, jeszcze nie zużyta krawędź 19, 20 lub 21. Po zużyciu się wszystkich krawędzi tnących 18 *21, element tnący jest wymieniany na nowy. Jak pokazano na fig. 1, elementy tnące 4 * 9 są umieszczone grupami obok siebie na promieniu frezu, przy w przybliżeniu pionowym ustawieniu płaszczyzn płytek. Grupy te dobrane sąw taki sposób, aby ustawione w kierunku promieniowym sąsiednie elementy tnące 4,6,8,9 lub 5,7,9 zachowywały między sobąstały odstęp (fig. 6). Aby pomimo to zagwarantować ciągły profil obwodu obręczy koła, w kierunku obwodowym 3 zawsze po grupie krawędzi tnących elementów tnących 4, 6, 8, 9 następuje grupa krawędzi tnących elementów tnących 5, 7, 9 i odwrotnie.

Elementy tnące 4, 6, 8, 9 jednej grupy w kierunku obwodowym 3 pokrywają się z lukąpomiędzy elementami tnącymi 5,7, 9 innej grupy elementów tnących. Następujące po sobie w kierunku obwodowym grupy elementów tnących 4, 6, 8, 9 lub 5, 7, 9 tworzą ze sobą kąt 18°

176 608 pokazany na fig. 5. Jest to za każdym razem dziesięć grup elementów tnących 4 4-9 równomiernie rozmieszczonych na obwodzie czołowego frezu kształtowego 1. Ustawienie kątowe elementów tnących 4 4-9 odpowiada typowemu frezowi czołowemu.

Powierzchnia obwodowa obręczy koła, leżąca bardziej z boku powierzchni tocznej koła 14, odpowiada za spokojny bieg pojazdu szynowego. Obszar ten charakteryzuje się wyjątkowo drobną mikrostrukturą materiału. Do jego kształtowania służą elementy tnące 10 lub G, ułożone na płaskiej, wewnętrznej tarczy frezu 24, w sposób zapewniający zachowanie między nimi stosunkowo dużego odstępu w kierunku obwodowym 3. Na obwodzie rozmieszczono tylko dziesięć grup elementów tnących 10. Wszystkie elementy tnące 10 jednej grupy są ułożone stopniowo w kierunku obwodowym 3, jeden za drugim, w taki sposób, że sąsiednie narożniki tnące lekko nakładają się na siebie w kierunku promieniowym w stosunku do osi frezu 2. Wewnętrzny element tnący 10 grupy lub łańcucha wyprzedza w kierunku obrotu frezu sąsiednimi element tnący 10, leżący w kierunku promieniowym bardziej na zewnątrz. W ten sposób zachodzące na siebie elementy tnące 10 lub G tworzą łańcuch elementów tnących w sąsiedztwie powierzchni wewnętrznej tarczy frezu 24, działający jak ciągłe ostrze kształtowe o profilu odpowiadającym negatywowi reprofilowanej powierzchni obwodowej części obwodu obręczy koła od strony powierzchni tocznej 14, odpowiadającej za spokojny bieg pojazdu. Uchwyty elementów tnących umieszczone są wzrastająco lub opadająco, odpowiednio do kształtu profilu koła. Na rysunkach nie pokazano drugiego czołowego freza kształtowego do obróbki wewnętrznej strony obrzeża koła, odpowiadającego zadanemu kształtowi tej części profilu koła.

Figura 9 przedstawia styczne rozmieszczenie ostrzy odpowiadających profilowi powierzchni tocznej 14.

Fig. 5

Fig.4

Fig.3

176 608

OL OL

Fig· 6

176 608

—(vQn— ©K	-21 r-
\ ' 20 I2.7

Fig· 1

A

Fig.8

176 608

Fig. 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Narzędzie kształtowe do obróbki wiórowej zestawów kół pojazdów szynowych drogą frezowania kształtowego, składające się z korpusu z umieszczonymi na nim wkładkami tnącymi, przy czym zachodzące na siebie w kierunku skrawania krawędzie tnące stanowią negatyw zadanego kształtu profilu koła, znamienne tym, że czołowy frez kształtowy (1) o osi prostopadłej składa się z korpusu w postaci tarczy oraz z krawędzi tnących umieszczonych na elementach tnących (4 * 10), ułożonych w sposób odpowiadający kształtowi powierzchni tocznej i boku zarysu obrzeża koła, aż do środka kształtowego zakończenia obrzeża koła.
2. Narzędzie kształtowe według zastrz. 1, znamienne tym, że czołowy frez kształtowy (1) o osi prostopadłej składa się z korpusu w postaci tarczy, oraz z krawędzi tnących umieszczonych na nim elementów tnących (4 * 10), odpowiadających każdemu z odcinków wewnętrznego boku obrzeża koła, od wewnętrznej powierzchni czołowej obręczy koła do środka kształtowego zakończenia obrzeża koła.
3. Narzędzie kształtowe według zastrz. 1, znamienne tym, że rozmieszczenie krawędzi tnących biorących udział w skrawaniu jest zgodne z zasadami obróbki wykańczającej z dużym posuwem.
4. Narzędzie kształtowe według zastrz. 1, znamienne tym, że osie elementów tnących odpowiadających profilowi powierzchni tocznej (14) sąw przybliżeniu prostopadłe do osi elementów tnących odpowiadających profilowi obrzeża koła, przy czym elementy tnące (4 * 10) są rozmieszczone grupami, wzdłuż stycznych spirali oraz promieniowo, z zachowaniem odstępów pomiędzy kolejnymi grupami.
5. Narzędzie kształtowe według zastrz. 1, znamienne tym, że czołowy frez kształtowy (1) na obwodzie jest zaopatrzony w dziesięć grup elementów tnących, ustawionych względem siebie pod kątem 18°.
6. Narzędzie kształtowe według zastrz. 1, znamienne tym, że pomiędzy elementami tnącymi (4 * 10), w kierunku obróbki przewidziana jest komora wiórowa (26), umożliwiająca odprowadzanie wiórka.
7. Narzędzie kształtowe według zastrz. 1, znamienne tym, że czołowy frez kształtowy (1) ma różną geometrię, odpowiadającą profilowi koła.
8. Sposób obróbki skrawaniem zestawów kół pojazdów szynowych, poprzez frezowanie okrągłych profili za pomocą frezu kształtowego, którego krawędzie tnące stanowią negatyw zadanego profilu koła, znamienny tym, że profil powierzchni tocznej (14) z zewnętrzną powierzchnią obrzeża koła, aż do środka kształtowego zakończenia obrzeża koła, powstaje w jednej operacji, drogą frezowania kształtowego o osi prostopadłej, za pomocą czołowego frezu kształtowego (1).
9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że profil wewnętrznej powierzchni obrzeża koła od powierzchni czołowej obręczy koła aż do kształtowego zakończenia obręczy koła powstaje w jednej operacji, drogą frezowania kształtowego o osi prostopadłej, za pomocą czołowego frezu kształtowego (1).
10. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że obróbka profilu koła następuje równocześnie za pomocą dwóch czołowych frezów kształtowych (1) oraz co najmniej jednych sań.
11. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że obróbka następuje za pomocą narzędzi tnących wykonanych z materiałów odpowiadających własnościom materiału w obrębie profilu koła.
12. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że podczas obróbki mimośrodowość czołowych frezów kształtowych (1) jest równa w przybliżeniu zeru.

* * *

176 608