BR112014016642B1

BR112014016642B1 - Roda ferroviária de aço fundido

Info

Publication number: BR112014016642B1
Application number: BR112014016642-0A
Authority: BR
Inventors: Joh Schumacher
Original assignee: Amsted Rail Company, Inc
Priority date: 2012-01-31
Filing date: 2012-08-13
Publication date: 2021-06-29
Also published as: UA113424C2; EP2809526B1; CN104023994B; BR112014016642A8; EA025698B1; JP5951803B2; US8944482B2; EP2809526A4; EP2809526A1; AU2012368255B2; JP2015515405A; US20130193705A1; BR112014016642A2; AU2012368255A1; CA2862797C; CN104023994A; WO2013115842A1; EA201491275A1; CA2862797A1; MX2013001957A

Abstract

roda ferroviária de aço fundido e unidade de fundição e método para produzir uma roda ferroviária de aço fundldo. uma roda ferroviária de aço fundido inclui um cubo que tem um furo axial. um aro é concêntrico com o furo. uma placa estende-se substancialmente na direção radial a partir do cubo até o aro. a placa tem uma face frontal e uma face traseira. a placa tem uma pluralidade de raios que se estendem entre o cubo e o aro. raios adjacentes possuem espessuras diferentes definidas entre a face frontal e a face traseira.

Description

Antecedentes da Invenção

[0001] A presente matéria se refere geralmente à fundição de objetos usando uma operação de fundição.

[0002] As rodas ferroviárias de aço fundido são fabricadas durante uma operação de fundição em que aço em fusão é vazado em um molde de grafita usinado. O molde inclui tipicamente uma metade superior ou tampa que é usualmente um bloco de grafita e uma metade inferior ou base que é também usualmente um bloco de grafita. A porção superior ou face frontal do objeto que é fundido é usinada na tampa e a porção inferior ou face traseira do objeto que é fundido é usinada na base. O molde inclui seções que formam um cubo, uma placa e um aro da roda ferroviária. Quando a seção de tampa e a seção de base são combinadas para formar um molde completo, tal molde completo é posicionado em uma estação de vazamento em que metal em fusão é vazado dentro da cavidade no molde para formar o cubo, a placa e o aro da roda ferroviária.

[0003] Em algumas unidades conhecidas, um massalote central é previsto na seção de tampa do molde de maneira tal que metal em fusão adicional pode ser retido como necessário para preencher no sentido descendente o molde durante o resfriamento e solidificação da roda ferroviária logo após o vazamento. São aceitas normas para porosidade de rodas ferroviárias de aço que devem ser satisfeitas projetando-se o massalote central para reter um volume adequado de metal para preencher de maneira descendente os moldes durante o resfriamento e solidificação da toda. No enchimento da cavidade do molde e do massalote central, o vazamento do metal é interrompido e o molde de grafita é então deslocado desde a estação de vazamento deixando tempo suficiente para o aço se solidificar antes das seções de tampa e base serem separadas.

[0004] Em um molde de grafita usinado, a grafita absorve calor proveniente do metal em fusão de uma maneira tal que a toda em fusão é resfriada e solidificada de modo razoavelmente rápido na superfície externa em contato com a grafita. Isto permite uma alta taxa de produção de rodas, pois a tampa e a base podem ser separadas entre si de modo razoavelmente rápido logo após o vazamento permitindo assim que a roda seja apropriadamente resfriada e termicamente tratada de outra forma durante a fabricação. Devido à rápida absorção do calor proveniente do aço em fusão pelo molde de grafita, constitui uma prática corrente prever uma placa espessa entre o cubo e o aro para assegurar que o centro da placa permaneça em fusão por um período de tempo suficiente para permitir que metal em fusão em excesso no massalote central escoe a parti do cubo, através da placa e até o aro, para obter a porosidade desejada na roda ferroviária. A espessura adicionada da placa se soma ao peso global da roda ferroviária. O material extra da placa pode ser posteriormente usinado para fora, mas este processo acrescenta tempo e custo ao processo de fabricação.

[0005] É desejável diminuir a quantidade de material na placa, mas ainda permitindo que a placa permaneça em fusão tempo o bastante para se conseguir a porosidade desejada da roda ferroviária de aço fundido.

Breve Descrição da Invenção

[0006] Em uma modalidade, é prevista uma roda ferroviária de aço fundido tendo um cubo o qual tem um furo axial. Um aro é concêntrico com o furo. Uma placa estende-se substancialmente na direção radial a partir do cubo até o aro. A placa tem uma face frontal e uma face traseira, A placa tem uma pluralidade de raios que se estendem entre o cubo e o aro. Raios adjacentes têm espessuras diferentes definidas entre a face frontal e a face traseira.

[0007] Opcionalmente, os raios mais espessos podem permitir que um volume maior de metal em fusão escoe a partir do cubo para o aro durante a fundição da roda ferroviária. Os raios podem ser solidários entre si e formados durante uma fundição da roda ferroviária de tal maneira que a placa pode ser contínua entre o cubo e o aro. Opcionalmente, os raios podem incluir uma série de raios maiores e menores alternados e circunferencialmente posicionados. Os raios maiores podem ser mais espessos do que raios menores adjacentes. Os raios menores podem ser mais finos do que raios maiores adjacentes, Os raios maiores podem incluir saliências que aumentam a espessura dos raios maiores. Os raios menores podem ter vazios exteriores aos mesmos definidos entre as saliências.

[0008] Opcionalmente, a face frontal da placa pode ser lisa e contínua. A face traseira da placa pode ser descontínua e definida por uma série de saliências e vazios definindo raios correspondentes. Os raios podem ter ressaltos que definem contornos entre raios adjacentes. A diferença de espessuras entre raios adjacentes pode diminuir geralmente deslocando-se radialmente para fora ao longo dos raios. Opcionalmente, os raios têm extremidades de cubo e extremidades de aro. As espessuras dos raios menores nas extremidades de cubo podem ser significativamente inferiores às espessuras dos raios maiores nas extremidades de cubo. As espessuras dos raios menores nas extremidades de aro podem ser aproximadamente iguais às espessuras dos raios maiores nas extremidades de aro.

[0009] Em uma outra modalidade, é prevista uma roda ferroviária de aço fundido tendo um cubo o qual tem um furo axial. Um aro é concêntrico com o furo. Uma placa estende-se substancialmente na direção radial a partir do cubo até o aro. A placa tem uma face frontal e uma face traseira, A placa tem uma dimensão de espessura definida entre as faces frontal e traseira. Sobre a placa, pelo menos uma dentre a face frontal e a face traseira inclui uma série de saliências e vazios alternados e circunferencialmente posicionados. As saliências são definidas como sendo mais espessas do que vazios adjacentes e os vazios são definidos como sendo mais finos do que saliências adjacentes,

[00010] Opcionalmente, as saliências mais espessas podem permitir que um maior volume de metal em fusão escoe a partir do cubo para o aro durante a fundição da roda ferroviária. A diferença de espessuras entre as saliências e os vazios pode geralmente diminuir deslocando-se radialmente para fora a partir do cubo. A placa pode incluir ressaltos que definem contornos ente as saliências e os vazios. Opcionalmente, as saliências podem compreender aproximadamente metade da placa e os vazios podem compreender aproximadamente metade da placa. A placa pode incluir entre aproximadamente quatro e oito saliências com os vazios intercalados entre as saliências. As saliências e os vazios podem definir setores truncados aproximadamente iguais da placa. As saliências podem ser mais espessas próximo do cubo e mais finas próximo do aro. Opcionalmente, as saliências e os vazios podem ser previstos tanto a face frontal quanto na face traseira. As saliências sobre as faces frontal e traseira podem estar geralmente alinhadas entre si. Os vazios sobre as faces frontal e traseira podem estar geralmente alinhadas entre si.

[00011] Em uma modalidade adicional, é prevista uma unidade de fundição para produzir uma roda ferroviária de aço fundido tendo uma panela de fundição para conter um metal em fusão. A unidade inclui um molde para receber o metal fusão a partir da panela de fundição. O molde tem uma seção de tampa e uma seção de base com uma cavidade de molde definida entre elas conformada para formar a roda ferroviária. A seção de tampa tem uma primeira face de cavidade que define parte da cavidade do molde. A seção de base tem uma segunda face de cavidade que define parte da cavidade do molde. Pelo menos uma dentre a primeira e a segunda faces de cavidade tem uma série de saliências e cavidades alternadas e circunferencialmente posicionadas que formam saliências e vazios correspondentes sobre a superfície da roda ferroviária quando fundida.

[00012] Opcionalmente, a unidade pode incluir ainda uma unidade de macho para cubo recebida no molde em uma localização radialmente central da cavidade de molde. A unidade de macho para cubo pode ter um massalote de cubo configurado para receber metal em fusão em excesso durante a fundição. O massalote para tubo alimenta o metal em fusão em excesso para a cavidade de molde durante o resfriamento e a solidificação da roda ferroviária. Um volume maior de metal em fusão é vazado na cavidade de molde através da área alinhada com as cavidades do que através da área alinhada com as saliências.

[00013] Opcionalmente, a primeira face de cavidade pode ser geralmente lisa e não inclui saliências e cavidades, enquanto que a segunda face de cavidade inclui as saliências e cavidades. Opcionalmente, ressaltos podem se estender entre as saliências e as cavidades. Os ressaltos podem ser geralmente perpendiculares à correspondente primeira ou segunda face de cavidade. Opcionalmente, as saliências podem compreender aproximadamente metade da correspondente face de cavidade e as cavidades compreendem aproximadamente metade da correspondente face de cavidade. As saliências e cavidades podem definir setores truncados aproximadamente iguais da correspondente face de cavidade. A cavidade de molde pode ter uma espessura substancialmente constante entre a primeira e a segunda faces de cavidade ao longo das saliências, quando se desloca radialmente para fora ao longo das saliências. A cavidade de molde pode ter uma espessura geralmente decrescente entre a primeira e a segunda faces de cavidade ao longo das cavidades quando se desloca radialmente para fora ao longo das cavidades.

[00014] Em uma modalidade adicional, um método de produzir uma roda ferroviária de aço fundido inclui prever um molde tendo uma seção de tampa e uma seção de base com uma cavidade de molde definida entre elas conformada para formar a roda ferroviária. A seção de tampa tem uma primeira face de cavidade que define parte da cavidade do molde. A seção de base tem uma segunda face de cavidade que define parte da cavidade do molde. Pelo menos uma dentre a primeira e a segunda faces de cavidade tem uma série de saliências e cavidades alternadas e circunferencialmente posicionadas que formam saliências e vazios correspondentes sobre a superfície da roda ferroviária. A seção de tampa tem uma porção de cubo localizada centralmente na direção radial e a seção de base tem uma porção de cubo localizada centralmente na direção radial. O método inclui vazar metal em fusão dentro das porções de cubo da seção de base e da seção de tampa de tal maneira que o metal em fusão entra na cavidade de molde tanto na seção de tampa quanto na seção de base. O método inclui vazar metal em fusão em um massalote de cubo alinhado com as porções de cubo. O metal em fusão no massalote de cubo é usado para alimentar metal em fusão para a cavidade de molde após a cessação do vazamento de metal em fusão. Um maior volume de metal em fusão é vazado na cavidade de molde através das áreas alinhadas com as cavidades do que das áreas alinhadas com as saliências.

[00015] Opcionalmente, a cavidade de molde pode ter uma espessura definida entre a primeira e a segunda faces de cavidade. A espessura da cavidade de molde nas áreas alinhadas com as cavidades pode ser maior que a espessura da cavidade de molde nas áreas alinhadas com as saliências. Opcionalmente, o método pode incluir vazar por gravidade metal em fusão a partir do massalote de cubo para dentro da cavidade de molde à medida que a roda ferroviária resfria e se solidifica. As cavidades proporcionam uma maior área na cavidade de molde para o metal em fusão escoar do que as saliências,

Descrição Sucinta dos Desenhos

[00016] A figura 1 ilustra uma roda ferroviária formada de acordo com uma modalidade exemplificativa.

[00017] A figura 2 é uma vista de topo da roda mostrada na figura 1.

[00018] A figura 3 é uma vista traseira da roda mostrada na figura 1.

[00019] A figura 4 é uma vista em corte transversal da roda tomada através de uma área mais espessa da roda.

[00020] A figura 5 é uma vista em corte transversal da roda tomada através de uma área mais fina da roda.

[00021] A figura 6 é uma vista em corte transversal da roda mostrando a diferença de espessura da placa ao longo das seções mais espessa e mais fina.

[00022] A figura 7 é uma vista em corte parcial de uma unidade de fundição para fabricar a roda.

[00023] A figura 8 ilustra uma modalidade exemplificativa de uma seção de base de um molde que é usado para formar uma face traseira da roda.

[00024] A figura 9 é uma vista em corte parcial de uma porção de uma outra unidade de fundição para fabricar a roa de acordo com uma modalidade alternativa.

Descrição Detalhada da Invenção

[00025] A figura 1 ilustra uma roda ferroviária 100 formada de acordo com uma modalidade exemplificativa. A roda 100 inclui um cubo 102 tendo um furo axial 104 disposto para receber, de uma maneira convencional, uma extremidade de um eixo (não mostrado). Formada solidariamente com o cubo 102 e estendendo-se radialmente ao mesmo fica uma placa 106. Um aro 108 é formado perifericamente na borda radialmente externa da placa 106. O aro 108 tem uma superfície de banda de rodagem 110 e um flange 112 estendendo-se radialmente para fora da superfície de banda de rodagem 110 no lado de dentro da roda 100. Em uma modalidade exemplificativa, o aro 108 é axialmente deslocado em relação ao cubo 102 em direção ao lado de fora da roda 100 de uma maneira convencional.

[00026] Em uma modalidade exemplificativa, a roda 100 é formada usando um processo de fundição em que metal em fusão, tal como aço em fusão, é vazado dentro de uma cavidade de molde para formar a roda 100. Em uma modalidade exemplificativa, o aço em fusão é vazado pelo topo dentro da cavidade de molde para encher a cavidade de molde. Alternativamente, o aço em fusão pode se vazado por pressão por baixo para dentro da cavidade de molde. Um massalote de cubo central é usado para armazenar metal em fusão em excesso por um período de tempo durante o processo de fundição para ser capaz de alimentar o metal em fusão descendentemente na cavidade para assegurar enchimento completo da cavidade de molde e porosidade apropriada do metal na roda 100 depois da solidificação. O metal em fusão permanece líquido por um período longo o bastante para alimentar a cavidade de molde com metal em fusão durante o resfriamento e a solidificação da roda 100. O metal em fusão escoa a partir do massalote de cubo através da placa 106 para dentro do aro 108 à medida que roda 100 resfria e se solidifica. A solidificação geralmente tem lugar a partir de fora da roda 100 para dentro da roda 100.

[00027] Em uma modalidade exemplificativa, a roda 100, particularmente na placa 106, tem áreas de diferentes espessuras, por exemplo algumas áreas espessas e algumas áreas finas, para balancear o fluxo do metal em fusão adequado durante a solidificação através das áreas mais espessas com a vantagem competitiva de reduzir o peso global da roda 100. As áreas finas da placa 106 reduzem o peso global da roda 100 pois menos material metálico é fornecido em tais áreas. As áreas espessas da placa 106 agem como calhas ou tubos para alimentar o ar 108, criando assim tubos em fusão para o metal em fusão escoar durante o resfriamento e a solidificação da roda 100. À medida que a roda 100 se resfria de fora para dentro, a roda 100 na área mais espessa permanece em fusão (não solidificado) por um período de tempo mais longo, possibilitando que o metal em fusão escoe desde o cubo 102 até o aro 108 por um período de tempo mais longo.

[00028] A figura 2 é uma vista de topo da roda 100. A figura 3 é uma vista traseira da roda 100 mostrando o lado interior da roda 100. A figura 4 é uma vista em corte transversal da roda 100, tomada através de uma área mais espessa da roda 100, como mostrado pela linha 4-4 na figura 3. A figura 5 é uma vista em corte transversal da roda 100 tomada através de uma área mais fina da roda 100, como mostrado pela linha 5-5na figura 3.

[00029] Com referência às figuras 1-5, a placa de espessura variável 106 é mostrada como incluindo uma pluralidade de raios 120 estendendo-se entre o cubo 102 e o aro 108. Os raios 120 são solidários entre si e formados durante uma fundição da roda 100 de tal modo que a placa 106 é contínua entre o cubo 102 e o aro 108. Raios 120 adjacentes têm diferentes espessuras definidas entre uma face frontal 122 e uma face traseira 124 da placa 106. A face frontal 122 fica voltada para fora enquanto que a face traseira 124 fica voltada para dentro. Na modalidade ilustrada, a face frontal 122 da placa 106 é lisa e contínua, porém percebe-se que a face frontal 122 pode ser descontínua e incluir elementos similares como descrito mais adiante com respeito à face traseira 124. Por exemplo, em uma modalidade alternativa, as saliências e os vazios 126, 128 podem ser previstos sobre a face frontal 122 ao invés de sobre a face traseira 124. Em outras modalidades alternativas, as saliências e os vazios 126, 128 podem ser previstos sobre tanto a face frontal 122 quanto a face traseira 124. Em tais modalidades, as saliências 126 sobre as faces frontal e traseira 122, 124 podem ser alinhadas entre si e os vazios 128 sobre as faces frontal e traseira 122, 124 podem ser alinhados entre si.

[00030] A face traseira 124 da placa 106 é descontínua e definida por uma série de saliências 126 e vazios 128 entre as saliências 126. As saliências e os vazios 126, 128 definem raios 120 correspondentes. Por exemplo, um raio 120 é definido pela área da placa 106 tendo uma das saliências 126 enquanto que um raio 120 adjacente é definido pela área da placa 106 tendo um dos vazios 128.

[00031] Os raios 120 incluem uma série de raios maiores e menores circunferencialmente posicionados e alternados 130, 132. Os raios maiores 130 são mais espessos que os raios menores 132 adjacentes. Os raios menores 132 são mais finos do que raios maiores 130 adjacentes.Os raios maiores 130 são as porções da placa 106 tendo as saliências 126. Os raios menores 132 são as porções da placa 106 tendo os vazios 128. As saliências 126 aumentam a espessura dos raios maiores 130 em comparação com os raios menores 132. Os vazios 128 são definidos no exterior da placa 106 juntamente com os raios menores 132 entre as saliências 126.

[00032] Os raios maiores 130 (p. ex., os raios mais espessos) permitem que um maior volume de metal em fusão escoe desde o cubo 102 para o aro 108 durante a fundição da roda 100. Os raios menores 132 (p. ex., os raios mais finos) têm em essência um volume da roda 100 removido (p. ex., o vazio 128) para diminuir o peso da roda 100. O tamanho (p. ex., a largura, a espessura, o comprimento, o formato) dos vazios 128 pode ser selecionado para balancear a redução de peso versus a integridade estrutural e a resistência mecânica da roda 100. O tamanho (p. ex., a largura, a espessura, o comprimento, o formato) das saliências 126 pode ser selecionado para controlar a alimentação de metal em fusão a partir do massalote de cubo através da placa 106 até o aro 108 durante o processo de fundição. Por exemplo, ter saliências 126 maiores possibilita que um maior volume de aço em fusão escoe para o aro 108 durante o processo de solidificação. Por exemplo, ter saliências 125 maiores possibilita que o tubo em fusão dure por um período de tempo mais longo para o interior da roda 100 (p. ex., na área das saliências 126) se solidificar.

[00033] Ressaltos 134 definem as bordas externas das saliências 126. Os vazios 128 são definidos entre ressaltos 134 de saliências 126 adjacentes. Os ressaltos 134 definem contornos entre raios maiores e menores 130, 132 adjacentes. Em uma modalidade exemplificativa, o ressaltos 134 estendem-se geralmente perpendiculares com respeito à face traseira 124. Opcionalmente, os ressaltos 134 podem ser curvos para prover uma transição suave entre as superfícies descontínuas da face traseira 124. Por exemplo, um filete pode ser previsto no fundo do ressalto 134. Alternativamente, os ressaltos 134 podem ser angulados em um ângulo não perpendicular com respeito à face traseira 124.

[00034] Em uma modalidade exemplificativa, é previsto um número igual de saliências 126 e vazios 128. Os vazios 128 são intercalados entre as saliências 126. Em uma modalidade exemplificativa, as saliências podem compreender aproximadamente a metade da face traseira 124da placa 106 e os vazios 128 podem compreender aproximadamente a metade da face traseira 124da placa 106. A área coberta pelos vazios 128 ou pelas saliências 126 pode depender do tamanho e do formato dos vazios 128 e das saliências 126. Em algumas modalidades, os vazios 128 podem compreender mais da metade da face traseira 124 da placa 106. Em outras modalidades, as saliências 126 podem compreender mais da metade da face traseira 124 da placa 106. Na modalidade ilustrada, a placa 106 inclui seis saliências 126 e seis vazios 128 intercalados entre as saliências 126. A placa 106 pode incluir mais ou menos do que seis saliências 126 e vazios 128 em modalidades alternativas. Opcionalmente, a placa 106 pode incluir entre aproximadamente quatro e oito saliências 126 com correspondentes vazios 128 intercalados entre elas. A O número de saliências 126 e de vazios 128 pode depender do diâmetro da roda 100, da quantidade desejada de redução de peso da roda 100, da quantidade de metal em fusão requerida para escoar desde o cubo 102 até o aro 108 durante a fundição e/ou da taxa de resfriamento e solidificação da roda 100 durante o processo de fundição. Na modalidade ilustrada, as saliências 126 e os vazios 128 definem setores truncados aproximadamente iguais da placa 106. Os ressaltos 134 estendem-se radialmente para fora a partir do cubo 102 de tal modo que os raios 120 são geralmente em forma de torta. As linhas de centro das saliências 126 estendem-se em geral radialmente para fora a partir do cubo 102 para o aro 108. Outros formatos são possíveis em modalidades alternativas. Opcionalmente, as saliências 126 podem ser conformadas diferentemente do que os vazios 128.

[00035] A figura 6 é uma vista em corte transversal da roda 100 mostrando a diferença de espessura da placa 106 ao longo tanto do raio maior 130 quanto do raio menor 132 (mostrado em linha interrompida), que são ambos identificados na figura 3. A placa 106 nas saliências 126 é mais espessa do que a placa 106 nos vazios 128. Uma área A é definida pela saliência 126 que é uma área aumentada da placa 106 que permite que um maior volume de metal em fusão escoe desde o cubo 102 até o aro 108 durante a fundição da roda 100. A espessura aumentada da placa 106 na saliência 126 permite que um maior volume de metal em fusão escoe desde o cubo 102 até o aro 108 durante a fundição da roda ferroviária 100. A placa 106 nos vazios 124 é mais fina do que a placa 106 nas saliências 126.

[00036] Uma espessura T da placa 106 é definida entre a face frontal 122 e a face traseira 124. Ao longo dos vazios 128, a placa 106 tem uma espessura TV. Ao longo das saliências 126, a placa 106 geralmente tem uma espessura TR. Um comprimento radial L da placa 106 é definido entre o cubo 102 e o aro 108. A espessura TR da saliência é geralmente maior do que a espessura TV do vazio ao longo de pelo menos parte do comprimento radial L da placa 106. Em uma modalidade exemplificativa, a espessura TR da saliência é maior do que a espessura TV do vazio ao longo de uma maior parte do comprimento radial L. Uma diferença das espessuras de saliência e vazio TR e TV é representada por TD. Opcionalmente, a diferença de espessura TD é variável ao longo do comprimento radial L. Opcionalmente, a diferença de espessura TD pode ser nula ao longo de pelo menos uma porção do comprimento radial L.

[00037] Os raios 120 têm extremidades de cubo 140 próximas do cubo 102 e extremidades de aro 142 próximas do aro 108. Em uma modalidade exemplificativa, a placa 106 inclui filetes 144,146 ao longo das faces frontal e traseira 122, 124 da placa 106 na extremidade de cubo 140. A placa 106 inclui filetes 148, 150 nas faces frontal e traseira 122, 124 na extremidade de aro 142. Os filetes 144-150 proporcionam transições suaves entre a placa 106 e o cubo 106 ou o aro 108. A espessura T da placa 106 geralmente aumenta nos filetes 144-150. Os filetes 144-150 tendem a aumentar a resistência mecânica da roda 100 na interface entre a placa 106 e o cubo 102 ou o aro 108. Os filetes 144-150 tendem a reduzir trincas por tensão ou fadiga nas interfaces entre a placa 106 e o cubo 102 ou o aro 108.

[00038] Em uma modalidade exemplificativa, a placa 106 ao longo da saliência 126 é mais espessa próximo do cubo 102 e mais fina próximo do aro 108. A diferença de espessura TD da placa 106 geralmente diminui ao longo do comprimento radial L, deslocando-se radialmente para fora a partir do cubo 102. Em uma modalidade exemplificativa, a espessura do vazio TV da placa 106 é geralmente constante ao longo do comprimento radial L, enquanto que a espessura da saliência TR é geralmente decrescente entre a extremidade de cubo 140 e a extremidade de aro 142. Em um ponto P ao longo da face traseira 124, a saliência 126 entra em transição para a placa 106 de modo que radialmente para fora do ponto P, as saliências e vazios 126,128 deixam de existir, mas a placa ao contrário tem uma superfície lisa contínua à medida que a placa 106 entra em transição para o aro 108. A diferença de espessura TD radialmente para fora do ponto P é zero.

[00039] As saliências 126 definem raios maiores 130 e os vazios 128 definem raios menores 132. Em uma modalidade exemplificativa, a espessura TV do raio menor 12 na extremidade de cubo 10 é significativamente menor do que a espessura TR do raio maior 130 na extremidade de cubo 140. A espessura TV dos raios menores 132 na extremidade de aro 142 é aproximadamente igual à espessura TR do raio maior 130 na extremidade de aro 142.

[00040] Em uma modalidade alternativa, em vez das saliências 126 e vazios 128 serem previstos sobre a face traseira 124, as saliências e vazios podem ser previstos sobre a face frontal 122, o que é mostrado na figura 6 pelas saliências 126’ e pelos vazios 128’ mostrados em linha interrompida. Em outras modalidades alternativas, ambas as saliências 126 e 126’ podem ser previstas sobre ambas as faces frontal e traseira 122, 124 e ambos os vazios 128 e 128’ podem ser previstos sobre ambas as faces frontal e traseira 122, 124. A figura 7 é uma vista em corte parcial de uma unidade de fundição 160 para produzir um objeto fundido, tal como a roda 100. Outros objetos podem ser fundidos usando os métodos e processos aqui descritos. A unidade 160 inclui uma panela de fundição 162 contendo um metal em fusão, tal como aço em fusão e uma unidade de tubo de vazamento 164 para vazar o aço em fusão dentro de um molde 180. Durante uma operação de vazamento, o metal em fusão é vazado através da unidade de tubo de vazamento 162 dentro do molde 180. O molde 180 recebe o metal em fusão a partir da unidade de tubo de vazamento 164 durante a operação de fundição para formar a roda ferroviária 100.

[00041] O molde 180 inclui uma seção de tampa ou seção superior 182 e uma seção de base ou seção inferior 184. A seção de tampa 182 é colocada no topo da seção de base 184 para proporcionar uma unidade de molde completa. A seção de base 184 e a seção de tampa 182 são usualmente compostas de material de grafita ou um outro material que dissipa rapidamente o calor para resfriar o objeto fundido. Uma cavidade de molde 186 é definida entre a seção de tampa 182 e a seção de base 184 a qual é conformada para formar a roda ferroviária 100. Por exemplo, tanto a seção de tampa 182 quanto a seção de base 184 podem ter porções da cavidade da roda usinadas nas mesmas que juntas definem a peça fundida para a roda ferroviária 100.

[00042] A seção de tampa 182 tem uma primeira face de cavidade 188 definindo parte da cavidade de molde 186. A seção de base 18 tem uma segunda face da cavidade 190 definindo parte da cavidade de molde 186. Em uma modalidade exemplificativa, a primeira e/ou a segunda faces de cavidade 188, 190 podem incluir elementos que definem as saliências e os vazios 126, 128 sobre a face traseira 124 e/ou a face frontal 122 da placa 106.

[00043] Em uma modalidade exemplificativa, o molde 180 tem uma unidade de macho de cubo 192 para formar o cubo 102 da roda 100. Em uma modalidade exemplificativa, a unidade de macho de cubo 192 inclui um pino 194 que define o furo 102 que recebe o eixo. A unidade de macho de cubo 192 inclui um massalote de cubo 196 que recebe metal em fusão em excesso durante o processo de vazamento. O massalote de cubo 196 alimenta o metal em fusão em excesso à cavidade de molde 186 durante o resfriamento e a solidificação da roda ferroviária 100, tal como por um processo de vazamento por gravidade onde um metal em fusão em excesso é alimentado por gravidade a partir do massalote de cubo 196 para dentro da cavidade de molde 186. O processo de vazamento por gravidade ocorre depois do processo de vazamento pressurizado e durante o processo de resfriamento/solidificação. Na modalidade ilustrada, o massalote de cubo 196 pode ser parte da seção de tampa 182 do molde 180. Por exemplo, a seção de tampa 182 pode incluir uma cavidade usinada acima da cavidade do molde 186 que recebe esse metal em fusão em excesso e retém o metal em fusão em excesso para posterior liberação dentro da cavidade de molde 196 à medida que a roda ferroviária 100 resfria e se solidifica.

[00044] Em uma modalidade alternativa, o massalote de cubo 196 pode ser um componente separado, tal como um membro de macho cilíndrico que substitui o pino 194 e tem aberturas que possibilitam que o metal em fusão em excesso escoe desde o membro de macho de cubo para dentro da cavidade de molde 186 à medida que a roda ferroviária 100 resfria e se solidifica. O membro de macho de cubo pode formar o furo 104 no cubo 102 preenchendo o espaço que por fim define o furo 104.

[00045] À medida que o metal resfria e se solidifica, este metal pode se contrair requerendo um volume adicional de material para preencher completamente a cavidade de molde 186. O volume em excesso de metal em fusão no massalote de cubo 196 é usado para completar o volume da cavidade de molde 186. Opcionalmente, o massalote de cubo 196 (e/ou o macho de cubo) pode ser localizado radialmente central dentro da cavidade de molde 186.

[00046] A figura 8 ilustra a seção de base 184 do molde 180 que é usada para formar a face traseira 124 da roda 100. A seção de base 184 é conformada para formar as saliências 126 e os vazios 128. Em uma modalidade exemplificativa, a segunda face de cavidade 190 da seção de base 184 tem uma série de saliências 200 e cavidades 201 circunferencialmente posicionadas e alternadas que formam correspondentes vazios 128 e saliências 126 sobre a face traseira 124 da roda ferroviária 100. As saliências 200 estendem-se para dentro da cavidade de molde 186 e as cavidades 202 são intercaladas entre as saliências 200. As saliências 200 e as cavidades 202 podem ser de qualquer tamanho e/ou formato para definir os correspondentes vazios 128 e saliências 126. Na modalidade ilustrada, as saliências 200 e as cavidades 202 definem setores truncados aproximadamente iguais da segunda face de cavidade 190 ao longo de uma seção de placa 204 da segunda face de cavidade 190. A segunda face de cavidade 190 também inclui uma seção de cubo 206 usada para formar o cubo 102 e uma seção de aro 208 usada para formar o aro 108. A seção de placa 204 é posicionada entre as seções cubo e de aro 206. 208. A seção de placa 204 não é lisa, mas ao contrário é descontínua e definida pelas saliências 200 e cavidades 202.

[00047] Ressaltos 210 estendem-se entre as saliências 200 e as cavidades 202. Os ressaltos 210 estendem-se geralmente perpendiculares à segunda face de cavidade 190. Opcionalmente, os ressaltos 210 podem ser angulados a um ângulo não perpendicular com respeito à segunda face de cavidade 190. Os ressaltos 210 podem ser curvos para definir uma transição suave entre as saliências 200 e as cavidades 202. Em uma modalidade exemplificativa, as saliências 200 e/ou as cavidades 202 são afiladas entre si de tal modo que próximo da seção de aro 208, as saliências e cavidades 200, 202 geralmente coincidem entre si e próximo da seção de cubo 206, as saliências 200 são elevadas com respeito às cavidades 202.

[00048] Opcionalmente, as saliências 200 podem compreender aproximadamente a metade da área da segunda face de cavidade 190 e as cavidades 202 podem compreender aproximadamente a metade da área da segunda face de cavidade 190. As saliências 200 podem compreender mais da metade da área da segunda face de cavidade 190 em modalidades alternativas. As cavidades 202 podem compreender mais da metade da área da segunda face de cavidade 190 em modalidades alternativas.

[00049] Quando a seção de tampa 182 e a seção de base 184 são montadas em conjunto, a cavidade de molde 186 tem diferentes espessuras ao longo das saliências 200 em comparação com ao longo das cavidades 202. A cavidade de molde 186 é mais espessa ao longo das cavidades 202, o que permite que um maior volume de metal em fusão seja vazado parra dentro da cavidade de molde 186 através da área alinhada com as cavidades 202 do que através da área alinhada com as saliências 200. As cavidades 202 alternadamente formam as saliências 126 da roda ferroviária 100 e as saliências 200 por fim formam os vazios 128 da roda ferroviária 100. As saliências 200 tendem a preencher um volume da cavidade de molde 186 reduzindo a quantidade material metálico usada para formar a roda 100 e reduzindo assim o peso global da roda 100.

[00050] A figura 9 é uma vista em corte parcial de uma unidade de fundição por pressão pelo fundo 260 de acordo com uma modalidade alternativa para fabricar um objeto fundido, tal como a roda 100. Outros objetos podem ser fundidos usando os métodos e processos aqui descritos. A unidade 260 inclui uma panela de fundição 262 colocada em um tanque de contenção 264. Uma cobertura 266 de tanque e uma unidade de tubo de vazamento 268 são posicionadas sobre um topo 270 do tanque de contenção 264 para vedar uma câmara 272. A unidade de tubo de vazamento 268 inclui um tubo de vazamento 274 que se estende a partir da cobertura 266 de tanque para dentro da panela de fundição 262 até perto de um fundo 276 da panela de fundição 262. Um metal em fusão, tal como aço em fusão, é contido na panela de fundição 262. O tubo de vazamento 274 pode ser composto de material cerâmico.

[00051] Durante uma operação de vazamento, um gás inerte ou ar pressurizado é injetado sob pressão na câmara 272, forçando deste modo metal em fusão para cima através do tubo de vazamento 274 para dentro de um molde 280 posicionado acima da panela de fundição 262 e do tanque de contenção 264. O molde 280 recebe o metal em fusão a partir do tubo de vazamento 274 durante a operação de fundição para formar a roda ferroviária 100.

[00052] O molde 280 inclui uma seção de tampa ou seção superior 282 e uma seção de base ou seção inferior 284. A seção de tampa 282 é colocada em cima da seção de base 284 para proporcionar uma unidade de molde completa. No processo de fundição com pressão pelo fundo, a seção de base 284 e a seção de tampa 282 são habitualmente compostas de material de grafita ou de um outro material que rapidamente dissipe o calor para resfriar o objeto fundido. Uma cavidade de molde 286 é definida entre a seção de tampa 282 e a seção de base 284 a qual é conformada para formar a roda ferroviária 100. Por exemplo, tanto a seção de tampa quanto a seção de base 284 podem ter porções da cavidade da roda usinadas nas mesmas as quais juntas definem a peça fundida para a roda ferroviária 100.

[00053] A seção de tampa 282 tem uma primeira face de cavidade 288 definindo parte da cavidade de molde 286. A seção de base 284 tem uma segunda face de cavidade 290 definindo parte da cavidade de molde 26. Em uma modalidade exemplificativa, a primeira e/ou a segunda faces de cavidade 288, 290 são conformadas para definir o cubo 102m a placa 106 e o aro 108. A primeira e/ou a segunda faces de cavidade 288, 290 podem incluir elementos que definem as saliências e vazios 126, 128 sobre a face traseira 124 e/ou a face frontal 122 da placa 106.

[00054] Em uma modalidade exemplificativa, o molde 280 em uma unidade de macho de cubo 292 para formar o cubo 102 da roda 100. Durante a fundição, a unidade de macho de cubo 292 é usada para interromper o vazamento pressurizado de metal em fusão através do tubo de vazamento 274 para dentro da cavidade de molde 286, tal como quando a cavidade de molde 286 é preenchida com o metal em fusão para formar a roda ferroviária 100.

[00055] Em uma modalidade exemplificativa, a unidade de macho de cubo 292 inclui um macho 294 de cubo para formar o furo 104 e o cubo 102. O macho de cubo 294 inclui uma cavidade que define o massalote 296 de cubo que recebe o metal em fusão em excesso durante o processo de vazamento pressurizado. O massalote de cubo 296 alimenta o metal em fusão em excesso na cavidade de molde 286 durante o resfriamento e a solidificação da roda ferroviária 100, tal como por um processo de vazamento por gravidade onde o metal em fusão em excesso é alimentado por gravidade a partir do massalote de cubo 296 para dentro da cavidade de molde 286. O macho de cubo 294 é um membro de macho cilíndrico que é móvel dentro do molde 280. O macho de cubo 294 inclui aberturas 298 que permitem que o metal em fusão escoe para dentro do massalote de cubo 296 durante o vazamento pressurizado de metal em fusão a partir do mecanismo de vazamento e que permitem que o metal em fusão em excesso escoe a partir do massalote de cubo 296 para dentro da cavidade de molde 286 à medida que a roda ferroviária 100 resfria e se solidifica.

[00056] Deve ficar entendido que a descrição acima se destina a ser ilustrativa e não restritiva. Por exemplo, as modalidades acima descritas (e/ou aspectos das mesmas) podem ser usadas em combinação uma com outra. Além disso, podem ser feitas muitas modificações para adaptar uma situação ou material particular aos ensinamentos da invenção sem se afastar de seu escopo. Dimensões, tipos de materiais, orientações dos vários componentes e número e as posições dos vários componentes aqui descritos destinam-se a definir parâmetros de certas modalidades e não são de nenhuma forma limitantes e são meramente modalidades exemplificativas.Muitas outras modalidades e configurações dentro do espírito e escopo das reivindicações serão evidentes àqueles especialistas na técnica ao rever a descrição acima. O escopo da invenção deve portanto ser determinado com referência às reivindicações anexas, juntamente com o pleno escopo de equivalentes a que estas reivindicações autorizam. Nas reivindicações anexas, os termos “incluído” e “em que” são usados como os equivalentes simples em Português dos respectivos termos “compreendendo” e “onde”.Além do mais, nas reivindicações que se seguem, os termos “primeira”, “segunda” e “terceira”, etc., são usados meramente como marcações, e não se destinam a impor requisitos numéricos sobre seus objetos. Ainda mais, as limitações das reivindicações que se seguem não são escritas em formato meio-mais-função não se destinam a ser interpretadas com base na 35 U.S.C.§ 112, sexto parágrafo, a menos e até que tais limitações de reivindicação usem expressamente a frase “meios para” seguida por uma declaração de vazio de função de estrutura adicional.

Claims

1. Roda ferroviária de aço fundido (100), caracterizada pelo fato de que compreende:um cubo (102) tendo um furo axial (104);um aro (108) concêntrico com o furo (104); euma placa (106) estendendo-se na direção radial a partir do cubo (102) até o aro (108), a placa (106) tendo uma face frontal (122) e uma face traseira (124), a placa (106) tendo uma pluralidade de raios (120) que se estendem entre o cubo (102) e o aro (108), raios adjacentes tendo espessuras diferentes definidas entre a face frontal (122) e a face traseira (124), em que a face traseira (124) da placa (106) é descontínua e definida por uma série de saliências (126) e vazios (128) definindo raios (120) correspondentes, e em que os raios (120) têm extremidades de cubo e extremidades de aro; os raios (120) compreendem uma série de raios maiores (130) e menores (132) alternados e circunferencialmente posicionados, as espessuras dos raios menores (132) nas extremidades de cubo sendo menores do que as espessuras dos raios maiores (130) nas extremidades de cubo, as espessuras dos raios menores (132) nas extremidades de aro sendo iguais às espessuras dos raios maiores (130) nas extremidades de aro, e a espessura dos raios maiores (130) decresce ao longo de um comprimento radial a partir do cubo (102) para o aro (108), e a espessura dos raios internos é constante ao longo de um comprimento radial a partir do cubo (102) para o aro (108).

2. Roda ferroviária (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os raios mais espessos permitem que um maior volume de metal em fusão escoe a partir do cubo (102) em direção ao aro (108) durante a fundição da roda ferroviária (100).

3. Roda ferroviária (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os raios (120) são solidários entre si e formados durante uma fundição da roda ferroviária (100) de tal maneira que a placa (106) é contínua entre o cubo (102) e o aro (108).

4. Roda ferroviária (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os raios (120) compreendem uma série de raios maiores (130) e menores (132) alternados e circunferencialmente posicionados, os raios maiores (130) sendo mais espessos que os raios menores (132) adjacentes, os raios menores (132) sedo mais finos que os raios maiores (130) adjacentes.

5. Roda ferroviária (100), de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que os raios maiores (130) têm saliências (126) que aumentam a espessura dos raios maiores (130), os raios menores (132) tendo vazios exteriores dos mesmos definidos entre as saliências (126).

6. Roda ferroviária (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os raios (120) têm ressaltos (134) definindo contornos entre raios adjacentes.

7. Roda ferroviária (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a diferença de espessuras entre raios adjacentes diminui deslocando-se radialmente para fora ao longo dos raios.

8. Roda ferroviária de aço fundido (100), caracterizada pelo fato de que compreende:um cubo (102) tendo um furo axial (104);um aro (108) concêntrico com o furo (104); euma placa (106) estendendo-se na direção radial a partir do cubo (102) até o aro (108), a placa (106) tendo uma face frontal (122) e uma face traseira (124), a placa (106) tendo uma dimensão de espessura definida entre as faces frontal (122) e traseira (124);em que, sobre a face traseira (124), a placa (106) inclui uma série de saliências (126) e vazios (128) alternados e circunferencialmente posicionados, a placa (106) nas saliências (126) sendo mais espessa que a placa (106) em vazios (128) adjacentes e a placa (106) nos vazios (128) sendo mais fina do que a placa (106) nas saliências (126) adjacentes, e em que as saliências (126) são compreendidas de raios (120), e em que os raios (120) têm extremidades de cubo e extremidades de aro; os raios (120) compreendem uma série de raios maiores (130) e menores (132) alternados e circunferencialmente posicionados, as espessuras dos raios menores (132) nas extremidades de cubo sendo menores do que as espessuras dos raios maiores (130) nas extremidades de cubo, as espessuras dos raios menores (132) nas extremidades de aro sendo iguais às espessuras dos raios maiores (130) nas extremidades de aro, e a espessura dos raios maiores (130) decresce ao longo de um comprimento radial a partir do cubo (102) para o aro (108), e a espessura dos raios internos é constante ao longo de um comprimento radial a partir do cubo (102) para o aro (108).

9. Roda ferroviária (100), de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que a espessura aumentada da placa (106) nas saliências (126) permite que um maior volume de metal em fusão escoe a partir do cubo (102) em direção ao aro (108) durante a fundição da roda ferroviária (100).

10. Roda ferroviária (100), de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que a diferença de espessuras da placa (106) ao longo das saliências (126) comparada com os vazios diminui deslocando-se radialmente para fora a partir do cubo (102).

11. Roda ferroviária (100), de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que a placa (106) inclui ressaltos (134) definindo contornos entre as saliências (126) e os vazios (128).

12. Roda ferroviária (100), de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que as saliências (126) compreendem aproximadamente a metade da placa (106) e os vazios (128) compreendem aproximadamente a metade da placa (106).

13. Roda ferroviária (100), de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que a placa (106) inclui entre aproximadamente quatro e oito saliências (126) com os vazios (128) intercalados entre as saliências (126).

14. Roda ferroviária (100), de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que as saliências (126) e os vazios (128) definem setores truncados aproximadamente iguais da placa (106).

15. Roda ferroviária (100), de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que a placa (106) ao longo das saliências (126) é mais espessa próximo do cubo (102) e mais fina próximo do aro (108).