t ~ ~o'~
La presente invention concerne la fabrication des essieux, et autres axes metalliques de forme voisine de celle des essieux, dans tous les cas où ces essieux ou axes se terminent a chacune de leurs deux extremites par des parties cylindriques ou coniques, clenommees fusees, dont le diametre moyen est inférieur au plus gros diamatre de l'essieu ou axe consideré.
Llinven-tion s'applique specialement bien a la fabri-cation des essieux de materiel roulant de chemin de fer.
De tels essieux comportent successivement, d'une extrémite a l'autre:
- une premiere fusee, constituee par un cylindre ou un cône d'un diametre moyen, se terminant par un épaulement arrondi de raccordement avec la portee de deflecteur qui la - suit; cette fusee sert de support au vehicule par l'interme-diaire d'un roulement ou d'un coussine-t, - une premiere portée de deflecteur, encore appelee parfois garde-graisse, de faible longueur, dont le profil est un arrondi, et d'un diametre moyen yeneralement superieur au diametre de la fusee, - une premiere portee de calage d'un diametre supe-rieur au diamatre de la fusée et au diametre moyen de la portée de déflecteur; c'est sur cette portée de calage que sexa fixée une roue du véhicule, - un corps qui peut être cylindrique dans certains types d'essieux, ou cylindro-biconique dans certains autres types; le diametre du corps es-t toujours inferieur au diametre de la portee de calage et généralement superieur au diametre de la fusee, - une deuxieme portee de calage identique a la pre-miere, et destinee a recevoir une autre roue du vehicule, - une deuxieme por-tée de dé~lec-teur identique a la ~, .
1 ~ 70()~l~
première, et enfin, - une deuxième fusee iden-tique à la première, servant de support au véhicule par l'intermediaire d'un roule-ment.
Il est a noter qu'un essieu-axe peut egalement comporter:
- soit une portee d'engrenage, de diamètre generale-ment superieur au diamètre du corps et superieur au diametre de portee de calage; c'es-t sur cette portee que se fixe I0 l'engrenage d'entralnement de la locomotive, - soit deux portées supplémentaires destinées a recevoir les disques de freinage des voitures de voyageurs, des wagons ou des locomotives. Leur diametre (disc) est géne-ralement superieur au diametre du corps et superieur au dia-metre de la portee de calage; des corps intermediaires ont un diametre voisin du diametre du corps.
Ceci etant bien defini pour la clarte de l'expose qui va suivre, voici maintenant un bref rappel des procedes de forgeage a chaud connus pour fabriquer des essieux-axes, qui agissent tous par étirage de l'ébauche. On peut les classer en trois catégories distinctes:
1 - Le forgeage vertical libre, en tas plats, en matrices ou en etampes, realise soit au moyen d'une presse hydraulique verticale, soit au moyen d'un marteau-p~lon, ; 2 - Le forgeage horlzontal libre, realise au moyen d'une machine a forger hor~zontale a marteaux mult~ples, 3 - Le laminage sur un train de laminoir spécial muni de galets, dont le pr~ncipe rappelle celui du laminage ~ 2 -1 ~ 7 ~ "~
des tubes d'acier sans soudure.
Ces procédés présentent des inconvénients importants:
a) Tout d'abord, les procédés par forgeage (1) et t ~ ~ o '~
The present invention relates to the manufacture of axles, and other metallic axes similar in shape to that axles, in all cases where these axles or axles are end at each of their two ends with parts cylindrical or conical, known as rockets, the diameter of which medium is less than the largest diameter of the axle or axle considered.
Llinven-tion applies especially well to the manufacture cation of axles of railway rolling stock.
Such axles successively comprise, of a extremity to the other:
- a first rocket, consisting of a cylinder or a medium diameter cone, ending in a shoulder rounded connection with the deflector surface which - follows; this rocket is used to support the vehicle by means of diary of a bearing or a cushion, - a first deflector surface, also called sometimes grease guard, of short length, whose profile is rounded, and of generally greater average diameter to the diameter of the rocket, - a first setting span of a larger diameter -laughing at the diameter of the rocket and the average diameter of the deflector range; it is on this timing range that sexa fixed a vehicle wheel, - a body which can be cylindrical in some types of axles, or cylindrical-biconical in some others types; the diameter of the body is always less than the diameter of the setting span and generally greater than the diameter of the rocket, - a second stalling range identical to the first-miere, and intended to receive another wheel of the vehicle, - a second port of die ~ lec-tor identical to the ~,.
1 ~ 70 () ~ l ~
first, and finally, - a second rocket identical to the first, serving as a support for the vehicle through a roller is lying.
It should be noted that an axle-axle can also include:
- either a gear bearing, of general diameter -greater than the diameter of the body and greater than the diameter stalling range; it is on this scope that is fixed I0 the locomotive's drive gear, - either two additional ranges intended for receive brake discs from passenger cars, wagons or locomotives. Their diameter (disc) is gen-generally greater than the diameter of the body and greater than the diameter meter of stalling range; intermediate bodies have a diameter close to the diameter of the body.
This being well defined for the clarity of the presentation which will follow, here is now a brief reminder of the hot forging known for manufacturing axles, which all act by stretching the blank. We can classify them into three distinct categories:
1 - Free vertical forging, in flat heaps, dies or stamps, produced either by means of a press vertical hydraulics, either by means of a hammer-p ~ lon, ; 2 - Free horizontal forging, carried out by means a hor ~ zontal forging machine with multiple hammers, 3 - Rolling on a special rolling mill train fitted with rollers, the principle of which recalls that of rolling ~ 2 -1 ~ 7 ~ "~
seamless steel tubes.
These methods have significant drawbacks:
a) First, the forging processes (1) and
(2) e~igent un très grand nombre de coups de presse : entre 100 et 130 pour les procédés (1), entre 400 et sao pour le procédé (2?, et la cadence de production est peu élevée.
b) Ensuite, pour tous les procédés connus, la qualité du résultat obtenu dépend, entre autres choses, de la fiabilité de la commande de la presse, de la ~achine à
forger, ou du laminoir, et cette fiabilité est difficile a assurer etant donnée la très grande multiplicité et la comp-plexité des opérations élémentaires successi~es a réaliser.
c) d'autre part, les surépaisseurs sont fortes dans les procédés (1) et assez fortes dans le procédé (2?, si bien que les mises au mille (rapport entre le poids de l'ébauche et celui de l'essleu fini après usinage) so~t fortes : 1,300 avec les procédés (1) et 1,250 avec Le procede (2).
d) La qualité interne des essieux fabriqués selon ~0 les procédés (1) est bonne, mais les surépaisseurs obtenues par forgeage sont importantes. Bn revanche, la qualite interne des essieux fabriqués selon le procédé (2) est plus su~ette à caution, du fait de déformations effectuées essentiellement en peau, tandis que les surépaisseurs sont plus faibles qu'en ` (1~.
e) Dans les procédés (1) r la rectitude est tres imprécise et nécessite une opération intermédiaire de dressage.
Dlune maniere égale~ent connue, certains essieux sont fabriqués sans aucun forgeage, à partir d'une ébauche ronde laminée, dressée apr8s un traitement thermique de normalisa-; tion, puis usinée. Les deux inconvénients principaux de cette méthode connue sont que l'usinage coupe certaines fibres du .~
1 1 7002~métal laminé, ce qui peut en-traîner une moindre résis-tance mécanique de l'essieu, et ~ue la mise au mille métallique, c'est-à-dire le rapport entre le poids de l'ébauche et le poids de l'essieu fini, est très élevée.
Le but de la présente invention est d'éviter tous ces inconvénien-ts des procédés connus en utilisant un procédé
de forgeage par refoulement-filage à chaud, qui ne procède plus du tout par étirage, mais au contraire par refoulement des parties médianes et filage simultané des parties extrêmes d'une ébauche chauffée, de telle sorte que ce procédé se tra-duit par une opération unique de compression de l'ébauche dans -une matrice fermée.
~ cet effet, la présente invention a pour objet un procédé de fabrication des essieux-axes par forgeaye par reEou-lement-filage d'une ébauche chauffée pleine ou tubulaire, ca-ractérisé en ce que le diame-tre de l'ébauche est inférieur au plus gros diamètre de l'essleu-axe a fabri~uer, en ce qu'au moins une partie de l'ébauche est chauffée à une température comprise entre 1100 et 1300C, et en ce que le forgeage par ~o refoulement-filage de cette ébauche comporte une opération si-multanée de refoulement des parties médianes et de filage d'au moins une des deux fusées de l'essieu-axe, cette opération simultanée étant effectuée par un seul coup de presse.
Le procédé peut èn outre présenter au moins l'une des caractéristi~ues suivantes:
Suivant une premiere variante de l'invention, pour un meme essieu-axe, le foryeage par refoulement-filage sieffec-tue dans une matrice dont toutes les pièces sont fixes, en deux coups de presse successifs, a raison d'un coup de presse pour chacune des deux moitiés transversales de l'essieu-axe, les deux coups de presse étant séparés par un rechauffage et par une manutention intermediaires.
Suivant une deuxième varian-te de l'invention, le '~'','4 - 4 -0 (1 2 /-i forgeage par refouleme~.t-filage d'un essieu-axe complet s'effectue en un seul coup de presse, le corps de l'essieu-axe restant ~ixe, tandis que la matrice comporte deux bagues de fusee mobiles, qui façonnent par filage les deux fusees et les deux portees de cleflecteur, et par refoulement simul-tane. les portees de calage.
Suivant une caracteristique particulière de l'in-vention, l'ebauche est chauffee dans son ensemble à une même temperature, de preference comprise entre 1.100 et 1.300C, et plus specialement voisine de 1.260C.
Suivant une autre caracteristique particulière del'invention, distincte de la precedente, l'ebauche subit un chauffage differentiel etage.
C'est ainsi qu'il est tout specialement recommande de chauffer les parties de l'ébauche destinees à former les fusees de l'essieu à une temperature comprise entre 1100 et . 1250C, et de preference voisine de 1180C.
: C'est ainsi qu'il est egalement recomm.ande que, en ; plus de ce qui precède, les parties de l'ebauche destinees à
` 20 former les portees de calage intermediaires recevant ou les disques de freins ou les roues pour engrenages, soient chauffees à une temperature comprise entre 1200C et 1.300C, et de preference voisine de 1.~60C.
Dans le cas d'un essieu dont le corps cylindrique ne subira pas de deformation par forgeage, la partie de l'e-bau~he destinee à forrner le corps de l'essieu-axe ne sera pas chauffée.
Pour cha.uf~ex l'éba.uche dans le procéde selon l'invention, et tout specialement s'il s'agit d'un chauffage differentiel etage, il est preferable d'utiliser un.chauffage . par induction.
Suivant une autre caracteristique paxticuliere de QO~
l'in~ention, l'ébauche est constituee par une barxe ronde laminée et ecroutee a~a~t chau~fa~e.
Elle peut aussi être constituee d'une baxre carrée a angles arrondis, ou e~core d'une barre a section. transversale ogivale c'est à dire d'une barre carrée à faces bombées, et écroutée avant chauffage.
Le procédé de forgeage par refoulement-filage des essieux-axes selon l'invention peut etre réalisé indif~éremment sur une presse à forger ve~ticale ou sur une presse a. forger ~ lO horizontal. A la rigueur, la direction du forgeage pourrait :.~ meme etre oblique,~mais cela ne présente aucun avantage .~ pratique.
.. ~ Dans le procédé selon l'in~ention, chaque partie de la matrice est efficacement lubrifiée individuellement, quelle que soit la direction du forgeage.
. Comme on le comprend, la présente invention présente sur les procédés connus de forgeage ou de laminage des essieux d'importants avantages.
Tout dlabord, la caden.ce de fabxication.est beaucoup plus elevée puisque, pour un mêm.e essieu, il faut ici seulement deux, ou même un seul, coup de presse au lieu de 100 à 130, ou même 400 a 500, dans tels ou tels des pxocédes connus.
Ensuite, la qualite du resultat obtenu est i~.depen.-: dante d'une fiabilite plus ou moins grande d'un systeme de commande, puisque c'est le profil géometrique des pi~ces de la matrice, lequel est predetermine avec une grande précision, qui impose les dimenslons de l'essieu ainsi fabrique, ~'autre part, l'ebauche peut ~tre cylindrique, ce qui simplifie la préparation.
Malgre cela, les surépaisseurs de l'essieu ainsiobtenu brut de forgeage par refoulement-filage qui sont .
1 3 ~V(~
enlevées par usinage ulterieur pour obtenir l'essieu fini, sont notablement plus faibles que dans les procédés connus.
Ainsi, pour obtenir un essieu de 520 kg, il suffit de partir d'une ébauche de moins de 600 Kg, contre 680 Kg pour l'ébauche subissant un forgeage vertical de type connu et 650 Kg pour l'ébauche subissant un forgeage horizontal de type connu. Ici, le rapport entre le poids de l'ébauche et le poids de l'essieu fini est inferieur à 1,150.
Avant usinage des surepaisseurs, l'essieu fabrique par le procédé selon l'invention ne nécessite pas d'éba~urage, car il ne présente aucune bavure.
En ce qui concerne la qualité interne de l'essieu ainsi obtenu, il faut noter que ce procédé réalise un fibrage intégral. Lors de l'usinage final, on usine des fibres com-plètes, sans rompre aucune fibre existante.
D'une facon générale, la précision du forgeage selon l'invention est bien meilleure que dans tous les procédés connus.
En ce qui concerne le chauffage de l'ébauche, les variantes du pr~cédé selon l'invention qui utilisent un chauffage differentiel etage, par exemple par induction, per-mettent de réaliser une économie d'énergie importante par - rapport au chauffage complet de l'ébauche.
L'invention présente donc de multiples avantages.
Afin de bien la faire comprendre, on ~a décrire ci-après, à titre d1exemples non limitatifs, trois modes de réa-lisation d'essieux de matériel ferroviaire selon l'invention.
Le premier exemple concerne un essieu A à corps cylindrique. Le deuxième exemple concerne un essieu B à
corps cylindro-biconique. Le troisième exemple concerne un essieu Ca corps cylindrique et a 4 portées de calage.
La figure l est une coupe longitudinale de l'essieu A.
t ~ 700~'1 La figure 2 est une coupe longitudinale de l'essieu B.
La figure 3 est une coupe longitudinale de l'essieu C à 4 portees de calage.
Les figures 4 e-t 5 representent des courbes de température de chauf-fage différentiel étagé pour chacune des deux moities de l'essieu C.
Les figures 6, 7 et 8 sont une vue schematique du forgeage par refoulement-filage de l'essieu ~ ; elles compren-nent respectivement :
- en figure 6, une vue de l'ébauche, de la presse et des bagues de fusee mobiles avant forgeage par refoulement-.
filage.
- en figure 7, une vue de l'ensemble en fin de forgeage par re~oulement-filage.
- en figure 8, une vue de l'ensemble apres forgeage par refoulement-filage, c'est a dire apres retrait de l'elé--ment supérieur de la presse, et retrait des bagues de fusee mobiles.
De meme, les figures 9, 10 et 11 sont vue schématique du forgeage par refoulement-filage de l'essieu B ; elles comprennent respectivement :
en figure 9, une vue aYant forgeage par refoulement-filage - en figure 10, une vue en fin de forgeage par refou-lement-filage - en figure 11, une vue apres forgeage par refoule-ment-filage - les figures 12, 13 et 14 sont une vue schematique du forgeage par refoule~ent-filage de l'essieu C ~ elles-com-prennent respecti~ement :
- figure 12 : une vue a~ant refoulement-filage - figure 13 : une vue de l'ensemble en ~in de 1 ~ 70(~4 refoulement-filage - figure 1~ : une vue de l'ensemble apres refoule-ment-filage.
En se référant aux Figures 1, 2 et 3, on voit des essieux comportant siccessivement, d'une extrémité a l'autre:
- une première fusée fl, constituée par un cylindre ou un cône de diametre moyen d(f?, se terminant par un épaule-ment arrondi de raccordement avec la portée de déflecteur qui la suit; cette fusée sert de support au véhicule par l'inter-médiaire d'un roulement ou d'un coussinet, - une premiere portee de déflecteur pdl, encore appelée parfois garde-graisse>~, de faible longueur, dont le :: profil est un arrondi, et de diametre moyen d(pd) géneralement supérieur au diametre d(f) de la fusée, - une premiere portée de calage pc1 de diametre ~ d(pc) supérieur au diametre d(f) de la fusée et au diametre :. moyen d(pd) de la portée de déflecteur; c'est sur cette portée de calage que sera fixee une roue du véhicule, - un corps c, qui peut etre cylindrique, de diametre d(c) dans certains types d'essieux tels que selon la figure 1, ; ou cylindro-biconique dans certains autres types tels que ;- ~ selon la figure 2 (soit d(c) le diametre minimal dans ce der-nier cas); le diametre d(c) du corps est toujours inférieur au diametre d(pc) de la portée de calage et generalement supe-rieur au diametre d(f) de la fusee, : - une deuxieme portee de calage pc2 identique a la premiere, et destinee à recevoir une autre roue du vehicule, - une deuxieme portee de deflec-teur pd2 identique a ~ la premiere, et enfin, : 30 - une deuxieme fusée f2 identique a la premiere, servant de support au véhicuIe par l'intermédiaire d'un roule-ment.
_ g _ , ,, Il est à noter qu'un essieu-axe peut egalement comporter:
~ soit une portee d'engrenage pe, de diamètre d(pe) generalement superieur au diamètre du corps d(c) et superieur au diamètre de portee de calage d(pc); c'est sur cette portee que se fixe l'engrenage d'entralnement de la locomotive, - soit (voir figure 3) deux portees supplementaires p.disc 1 et p disc.2 destinees à recevoir les disques de frei-nage des voitures de voyageurs, des wagons ou des locomotives;
leur diamètre d (disc) est generalement superieur au diamètre du corps d(c) et superieur au diamètre de la portee de calage d(pc). Les corps intermediaires Cl et C2 ont un diamètre voi-sin de d(c).
Ces trois types d'essieux A, B, C representes sur les figures peuvent être fabriques selon l'invention dans des conditions de forgeage-matriçage iden-tiques, les seules diffe-rences étant d'ordre géométrique, en particulier pour les parties constituant le corps e-t le nombre de portees de calage de l'essieu.
Leurs dimensions respectives sont en effet les sui-vantes, en millimètres:
Essleu AFusee Portee de Portee de Corps _ deflecteur calage Diamètresd(f)=130 d(pd)=152 d(pc)=200 d(c)=173 Longueur191 _ 180 1369 Essieu B
Diamètres d(f)= d(pd) - d(pc) = d(c) =
157,25 191,28 222,25 201,5/189 30L~ 1 98,35 ~ 46 - 9a -~ t ~ 70024 Essieu C Ivoir page 10) Si leur forgeage par refoulement-filage est réalise ~: en deux coups de presse successifs, a raison d'un poux chacune des deux moities de l'essieu, on effectue un premier chauffage differentiel étagé pour la première moitié de l'essieu selon la courbe de température 2 de la figure 4. Sur cette figure, l'ébauche schématisée en 1 est celle qui.convient pour un essieu C. C'est une barre ronde de 2430 millimetres de lon-gueur et ~ -''`. ' .~ .
.~
"
~ 1 ~002/~
de 195 millimètres de diam~tre. son chauffage est effectue par induction de la maniere suiYa~te :
La partie 4 de llebauche 1, ~ui a 335 mm de longueur, est chauffée a une température de 1260C. Elle est destinee à former la portee de calage du disque e-t le corps interme-diaire.
La partie 3 de l'ebauche 1, qui a 600 mm de longueur, est chauffee à une -temperature de 1180C. Elle est destinee à former la portée de calage de la roue, la portee d,e deflec-teur et la fusee.
La partie 5 de l'ébauche 1 restante n'est par chaufféeet reste à la température ambiante.
Après forgeage par refoulement-filage de cette première moitié, comme il va être expliqué plus loin, on procède au chauffage par induction de la deuxième moitié de l'ébauche 1 après avoir entouré la premiere moitié déjà forgee par une enveloppe de protection 6. Le proil the~mique ap-plique est represente en 7 sur la figure 5. Il est symetri~ue de celui de la figure ~. 'Apr8s quoi l'on procède au deuxieme coup de presse.
t . _, '. _____ . __ ~ ............... -'-T
Essieu C Fusee Portee Portee Portee Corps Corps , de de de inter-deflec- calage calage mediai-teur des des res roues d sques nages .__ ~ _ . _ . ._ Dia~`etres d(f)= d(pd~= d(pcl)= d(p.dis l d(Cl)= (c) = 155 130 160 185 = 188 160 . . __ ... ____ -.. _____ .
Longueur 217 49 165 184 107 836 . ,. ._ . . ._ ._ . .
On peut aussi proceder au forgeage par refoulement-filage en un seul coup de presse si l'on a, chauffe les deux moitiés de l'ébauche simultanément, et si la presse dont on - ` ~ J ~
dispose le permet.
Le for~eage par refoulen~e~,t-fi1a,~e d,'un essieu de type A, à corps cylindrique, est schema.ti.se sur les ~igures 6, 7 et 8.
; Sur la figure 6, a~ant for~eage, la. partie ,media~e de l'ebauche 8 est serree entre les deux moities he~i-cylindri-ques 9 et 10 de la matrice, qui presen.tent d'autre part deux evidements en 11 et 12, de diamètre adapte aux dimensions à
~ obtenir pour les deux portees de cala.ge. De plus 7 deux ba~ues :' 10 de fusee mobiles 13 et 14, de profil con~enable, sont disposees .: à chaque extremite de l'ebauche.
Comme on le voit en comparant les figures 6 et 7, le forgeage par refoulement-filage selon l'in~en.tion consiste ,~ à pousser les bagues de fusee mobiles 13 et 14 (figure 6) . jusqu'en 13' et 14' (figure 7) soit en deux opération,s de :::
presse successives, soit en une seule opération,, de telle sorte que les deux fusées sont ohtenues par fila.ge, tandis que les deux portees de calage sont obtenues par refoulement, le f~ila~e et le refoulement se produisant simultanement~
',. 20 Après forgeage (figure 8~, on,ecarte en 13" et 14"
les deux bagues de fusee mobiles, on releve la demi-matrice 9, de sorte que l'essieu forge 15, reposant sur la demi-matrice 10~ peut être alors manutentionne.
Les figures 9~ 10 et 11 schematisent les mêmes operations pour le forgeage par reEoulement-filage d'un essieu à corps cylindro-biconique, de type B. La seule dif-f~rence avec ce qui precède est que les deux moities ~6 et 17 de la matrice ont, dans leur partie mediane, un profil cylindro-biconique, et non plus un profil cylindrique.
Un des avantages essentiels du fargeage par refoule-ment~filage selon l'invention est que les surepa.tsseurs resi~
duelles après forgeage, à eliminer par usinage ulterieur, sont f3 ~
ici beaucoup plus faibles que dans les méthodes de-forgeage . connues.
Les figures 12, 13 et 14 schematisent egalement les : mêmes operations pour le forgeage par refoulement-filage d'un : essieu à 4 portees de calage de type C. La seule difference reside dans le fait que les deux moitiés 18 et 19 de la matrice comportent deux portées de calage supplémentaires et non plus un profil c~lindrique ou cylindro-bicon.ique.
Ainsi pour un essieu de type A, le tableau I ci-;~ dessous donne les dimensions, en diamètre et en longueur, de l'essieu completement fini, de l'essieu brut de forgeage selon l'invention avant usinage.
. Le tableau II donne les mêmes dimensions pour un.
essieu de type B.
. Le tableau III donne les memes dime~si.ons pour un essieu de type C.
Tableau I - Essieu de corps cylindrique d.e type ~ . Dimensions en millim.etres ; - 20 .. ~ Fusee Portee de Portée de Corps deflecteur calage . . _ . ... . . .. __ . . _ Diametres Essieu fini 130 . 152 200173 Essieu brut de forgeage connu 150 172220 193 Essieu brut de forgeage selon l'invention 138 178 208181 Longueurs Essieu fini 191 58 1801369 Essieu brut de forgeage connu 225 60 250 1300 Essieu brut de forgeage selon l'invention 205 58 1881314 ___ . _ _ .
~ J 7~02 /~
Tableau II - Essieu de corps cylindro-Diconique, de type Dimensions en millimètres.
.. .. _ . . .
Fusee Portee de Portee de Corps deflecteur calage . ._. ... _ I
Diamè-tres Essieu fini 157,25 191,28 222,25 210,5/189 Essieu brut de . . .
forgeage connu 182 213 243 221 /209 Essieu brut de forgeage selon l'inven-tion 165 . 199 232 208 /196 _ __ . .~
Longueurs , x y x Essieu fini298,85 46 193,7 524 152 524 Essieu brut de .
forgeage connu 325 45 255 415 300 415 Essieu brut de forgeage selon .
l'invention314 45 202 496 200 496 _ . _ . . I _ _~
Tableau III - Essieu de corps cylindrique de type C -avec 4 portees de calage Dimensions en millimètres , ._ . _ ~ - .---__ ._ . . ..
Fusee- Portée Portee Corps Portee Corps de de- de ca- interme- de ca- cen-teurC~ deage diaire ldaege tral roue disque __ ... _. . .___ ._ Diametres Essieu fini 130 160 185 160 188 155 Essieu brut de forgeage connu 150 180 205 205 205 175 Essieu brut de forgeage selon l'invention 138 168 193 168 196 163 .. __ . _ . __ .
Longueurs Essieu fini 217 49 165107 184 836 Essieu brut de forgeage connu 240 50 <- -460 - ~ 780 Essieu brut de forgeage selon l'inventlon 231 ~ _ 173 99 152 828 .
- 1~ 7()()2~ - -Ces resultats ~Q~t tout a l~aYantage du procédé
selon l'invention.
Afin de les xendre plus expressifs, le tableau I~
ci-dessous, qui decrit la succession des opératio~s, presente les mises au mille entre le lingot de depart et l'essieu fini, dans trois cas:
- ler cas : Essieu de type A laminé, non ~orgé, et usiné.
- 2ème cas : Essieu'de t~pe B laminé, ~oxgé selon 10un procédé connu et usiné.
- 3ème cas : Essieux de type~A ou B, forgés selon l'invention et usines.
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Dans le cas dless,ieux tubula,ires r l'ébauche comporte un noyau d~ diam~tre convenable en silice, ou en tout autre produit refra,ctaire poudreux, dont le coefficient de dilatation par rapport à celui de l'acier a essieux est tel que, à 1260C, son adherence a~ec l'ebauche soit bonne sans être excessive, et que, à la temperature ambiante, son elimination ne presente aucune difficulte.
Il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, ima~iner des variantes et perfectionne-ments de details, de même qu'envisager llemploi de moyensequivalents.
.
. - lS -(2) e ~ igent a very large number of press shots: between 100 and 130 for the processes (1), between 400 and sao for the process (2 ?, and the production rate is low.
b) Then, for all known methods, the quality of the result obtained depends, among other things, on the reliability of the press control, of the ~ machine forging, or rolling mill, and this reliability is difficult to ensuring given the very great multiplicity and comp plexity of elementary operations successi ~ es to achieve.
c) on the other hand, the excess thicknesses are strong in processes (1) and fairly strong in process (2 ?, so that the bets per thousand (ratio between the weight of the blank and that of the finished essleu after machining) so ~ t strong: 1,300 with the processes (1) and 1,250 with the process (2).
d) The internal quality of the axles produced according to ~ 0 the processes (1) is good, but the extra thicknesses obtained by forging are important. On the other hand, internal quality axles manufactured according to method (2) is more su ~ ette caution, mainly due to deformations in skin, while the extra thicknesses are lower than in `(1 ~.
e) In the processes (1) r the straightness is very imprecise and requires an intermediate dressing operation.
Dlune equal way ~ ent known, some axles are manufactured without any forging, from a round blank laminated, erected after a standard heat treatment ; tion, then machined. The two main drawbacks of this known method are that machining cuts certain fibers of the . ~
1 1 7002 ~ rolled metal, which can lead to a lower resistance axle mechanics, and ~ ue the metal centering, i.e. the ratio between the weight of the blank and the weight of the finished axle, is very high.
The object of the present invention is to avoid all these disadvantages of known methods using a method forging by extrusion-hot spinning, which no longer proceeds at all by stretching, but on the contrary by repression of middle parts and simultaneous spinning of the end parts a heated blank, so that this process works duit by a single operation of compression of the blank in -a closed matrix.
~ For this purpose, the present invention relates to a manufacturing process of the axles by forgeaye by reEou-Lement-spinning of a heated blank or tubular blank, characterized in that the diameter of the blank is less than the larger diameter of the essleu-axis to manufacture ~ uer, in that at less part of the blank is heated to a temperature between 1100 and 1300C, and in that the forging by ~ O discharge-spinning of this blank comprises an operation if-multane of repression of the middle parts and spinning of minus one of the two stub axles, this operation being carried out by a single press.
The method may further include at least one of the following characteristics:
According to a first variant of the invention, for the same axle-axis, the foryeage by displacement-spinning sieffec-kills in a matrix of which all the parts are fixed, in two successive press calls, due to a press call for each of the two transverse halves of the axle, the two press strokes being separated by reheating and by intermediate handling.
According to a second variant of the invention, the '~'',' 4 - 4 -0 (1 2 / -i forging by upsetting ~ .t-spinning of a complete axle-axle is carried out in one press stroke, the axle body remaining axis ~ ixe, while the matrix has two rings of mobile rockets, which shape the two rockets by spinning and the two spanner covers, and by simulated discharge tane. the timing ranges.
According to a particular characteristic of the information vention, the blank is heated as a whole to the same temperature, preferably between 1.100 and 1.300C, and more especially close to 1.260C.
According to another particular characteristic of the invention, distinct from the previous one, the blank undergoes a differential floor heating.
This is how it is especially recommended.
to heat the parts of the blank intended to form the stub axle at a temperature between 1100 and . 1250C, and preferably close to 1180C.
: This is how it is also recommended that, in ; more of the above, the parts of the draft intended for `20 to form the intermediate stalls receiving or brake discs or the gear wheels are heated at a temperature between 1200C and 1.300C, and preference close to 1. ~ 60C.
In the case of an axle with a cylindrical body will not be deformed by forging, the part of the e-bau ~ he intended to form the body of the axle-axle will not heated.
For cha.uf ~ ex the ebba.uche in the procedure according to the invention, and especially if it is a heating differential floor, it is better to use a heater.
. by induction.
According to another specific characteristic of QO ~
in ~ ention, the blank is constituted by a round barx laminated and scanned at ~ a ~ t chau ~ fa ~ e.
It can also consist of a square baxre with rounded angles, or e ~ core of a section bar. transverse ogival, i.e. a square bar with rounded faces, and peeled before heating.
The process of forging by discharge-extrusion of axles according to the invention can be made indif ~ erently on a vertical forging press or on a press a. to forge ~ horizontal horizontal. If need be, the forging department could :. ~ even be oblique, ~ but this has no advantage . ~ practical.
.. ~ In the process according to the in ~ ention, each part of the matrix is effectively lubricated individually, whatever the direction of forging.
. As will be understood, the present invention presents on known methods of forging or rolling axles significant benefits.
First of all, the timing of fabxication is much higher since, for the same axle, it is necessary here only two, or even one, press swipe instead from 100 to 130, or even 400 to 500, in such and such pxocédes known.
Then, the quality of the result obtained is i ~ .depen.-: Dante of a more or less great reliability of a system of command, since it is the geometrical profile of the pieces the matrix, which is predetermined with great precision, which imposes the dimensions of the axle thus produced, ~ 'on the other hand, the blank can be cylindrical, which simplifies preparation.
Despite this, the excess thicknesses of the axle thus obtained raw forging by push-back which are .
1 3 ~ V (~
removed by subsequent machining to obtain the finished axle, are significantly lower than in known methods.
So, to get an axle of 520 kg, just start of a blank of less than 600 Kg, against 680 Kg for the rough undergoing vertical forging of known type and 650 kg for the blank undergoing horizontal forging of known type. Here, the ratio between the weight of the blank and the weight of the axle finished is less than 1.150.
Before machining the extra thicknesses, the axle manufactures by the method according to the invention does not require eba ~ urage, because it has no burrs.
Regarding the internal quality of the axle thus obtained, it should be noted that this process achieves fiberizing integral. During final machining, fibers are machined full, without breaking any existing fibers.
In general, the precision of forging according to the invention is much better than in any process known.
As regards the heating of the blank, the variants of the pr ~ ceded according to the invention which use a differential floor heating, for example by induction, per-save significant energy by - report on complete heating of the blank.
The invention therefore has multiple advantages.
In order to make it clear, we ~ a describe below next, by way of nonlimiting examples, three modes of reacting reading of railway equipment axles according to the invention.
The first example concerns an axle A with body cylindrical. The second example concerns an axle B with cylindrical-biconical body. The third example concerns a axle Ca cylindrical body and has 4 stalls.
Figure l is a longitudinal section through axle A.
t ~ 700 ~ '1 Figure 2 is a longitudinal section through axle B.
Figure 3 is a longitudinal section of the axle C with 4 stalls.
Figures 4 and 5 show curves of differential differential heating temperature for each of the two halves of axle C.
Figures 6, 7 and 8 are a schematic view of the forging by discharge-spinning of the axle ~; they understand are respectively:
- in Figure 6, a view of the blank, of the press and mobile rocket rings before forging by repression-.
spinning.
- in Figure 7, a view of the assembly at the end of forging by re ~ oulement-spinning.
- in Figure 8, a view of the assembly after forging by discharge-spinning, that is to say after removal of the element - upper press, and removal of rocket rings mobile.
Similarly, Figures 9, 10 and 11 are schematic views forging by discharge-spinning of axle B; they include respectively:
in FIG. 9, a view having forging by discharge-spinning - In Figure 10, a view at the end of forging by refou-lement-spinning - In Figure 11, a view after forging by upsetting -ment-spinning - Figures 12, 13 and 14 are a schematic view forging by repression ~ ent-spinning of the axle C ~ Elles-com-respectfully take:
- Figure 12: a view a ~ backflow-spinning - Figure 13: a view of the assembly in ~ in 1 ~ 70 (~ 4 delivery-spinning - Figure 1 ~: a view of the assembly after repression-ment-spinning.
Referring to Figures 1, 2 and 3, we see axles comprising siccessively, from one end to the other:
- a first rocket fl, consisting of a cylinder or a cone of average diameter d (f ?, ending in a shoulder-rounded connection with the deflector surface which follows her; this rocket is used to support the vehicle through the middle of a bearing or bearing, - a first range of pdl deflector, again sometimes called grease guard> ~, of short length, the :: profile is a round, and of average diameter d (pd) generally greater than the diameter d (f) of the rocket, - a first setting span pc1 in diameter ~ d (pc) greater than the diameter d (f) of the rocket and the diameter :. means d (pd) of the deflector range; it is on this scope chock that will be fixed a wheel of the vehicle, - a body c, which can be cylindrical, of diameter d (c) in certain types of axles such as according to FIG. 1, ; or cylindrical-biconical in certain other types such as ; - ~ according to figure 2 (let d (c) be the minimum diameter in this last-deny case); the diameter d (c) of the body is always less than the diameter d (pc) of the setting span and generally greater than less than the diameter d (f) of the rocket, : - a second pc2 setting range identical to the first, and intended to receive another wheel of the vehicle, - a second range of pd2 deflector identical to ~ the first, and finally, : 30 - a second f2 rocket identical to the first, serving as a support for the vehicle by means of a roller is lying.
_ g _ , ,, It should be noted that an axle-axle can also include:
~ or a gear bearing pe, of diameter d (pe) generally greater than the diameter of the body d (c) and greater at the setting span diameter d (pc); it's on this litter fixed by the locomotive's central gear, - either (see Figure 3) two additional spans p.disc 1 and p disc.2 intended to receive the brake discs swimming in passenger cars, wagons or locomotives;
their diameter d (disc) is generally greater than the diameter of body d (c) and greater than the diameter of the setting span d (pc). The intermediate bodies C1 and C2 have a diameter around sin of d (c).
These three types of axles A, B, C represent the figures can be produced according to the invention in identical forging-forging conditions, the only differences rences being of a geometrical order, in particular for body parts and the number of stalls of the axle.
Their respective dimensions are in fact the following in millimeters:
Essleu AFusee Scope of Body Scope _ timing deflector Diameters d (f) = 130 d (pd) = 152 d (pc) = 200 d (c) = 173 Length 191 _ 180 1369 Axle B
Diameters d (f) = d (pd) - d (pc) = d (c) =
157.25 191.28 222.25 201.5 / 189 30L ~ 1 98.35 ~ 46 - 9a -~ t ~ 70024 Axle C Ivory page 10) If their press-spinning forging is carried out ~: in two successive press releases, one lice each of the two halves of the axle, a first heating is carried out differential differential for the first half of the axle according to the temperature curve 2 in FIG. 4. In this figure, the outline shown schematically in 1 is the one that is suitable for a axle C. It is a round bar of 2430 millimeters long cheer and ~ -``. '' . ~.
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of 195 millimeters in diameter. its heating is carried out by induction in the following way:
Part 4 of llebauche 1, ~ ui has 335 mm in length, is heated to a temperature of 1260C. She is destined to form the wedge of the disc and the intermediate body diary.
Part 3 of the blank 1, which is 600 mm long, is heated to a temperature of 1180C. She is destined to form the chock span of the wheel, the span d, e deflec-tor and the rocket.
The remaining part 5 of the blank 1 is not heated and remains at room temperature.
After forging by extrusion-extrusion of this first half, as will be explained later, we inductively heat the second half of blank 1 after having surrounded the first half already forged by a protective envelope 6. The ~ ~ theme pro-plique is represented at 7 in figure 5. It is symetri ~ ue from that of figure ~. 'After which we proceed to the second press release.
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Axle C Spindle Scope Scope Scope Scope Body Body , de de inter-deflection timing media setting res sor sque wheels swimming .__ ~ _. _. ._ Dia ~ `beings d (f) = d (pd ~ = d (pcl) = d (p.dis ld (Cl) = (c) = 155 130 160 185 = 188 160 . . __ ... ____ - .. _____.
Length 217 49 165 184 107 836 . ,. ._. . ._ ._. .
It is also possible to forge by repression-spinning in one press stroke if one has, heats both halves of the blank simultaneously, and if the press - `~ J ~
disposes allows.
Le for ~ eage par refoulen ~ e ~, t-fi1a, ~ ed, 'un essieu de type A, with cylindrical body, is schema.ti.se on the ~ igures 6, 7 and 8.
; In Figure 6, a ~ ant for ~ eage, la. party, media ~ e of the blank 8 is clamped between the two halves he ~ i-cylindri-ques 9 and 10 of the matrix, which on the other hand present two recesses in 11 and 12, of diameter adapted to the dimensions to ~ obtain for the two litters of cala.ge. In addition 7 two ba ~ ues : '10 of mobile rocket 13 and 14, of profile con ~ enable, are arranged .: at each end of the draft.
As can be seen by comparing Figures 6 and 7, forging by pushing-spinning according to in ~ en.tion consists , ~ push the mobile rocket rings 13 and 14 (Figure 6) . up to 13 'and 14' (Figure 7) or in two operations, s of :::
successive press, either in one operation, so that the two rockets are obtained by fila.ge, while the two wedging ranges are obtained by discharge, the f ~ ila ~ e and the repression occurring simultaneously ~
',. 20 After forging (figure 8 ~, we move 13 "and 14" apart the two mobile rocket rings, the half-matrix 9 is raised, so that the axle forges 15, resting on the half matrix 10 ~ can then be handled.
Figures 9 ~ 10 and 11 schematize the same operations for forging by flow-spinning of a axle with cylindrical-biconical body, type B. The only difference f ~ rence with the above is that the two halves ~ 6 and 17 of the matrix have, in their middle part, a cylindrical profile biconic, and no longer a cylindrical profile.
One of the essential advantages of backfilling ment ~ spinning according to the invention is that the resepa.tsseurs resi ~
dual after forging, to be removed by subsequent machining, are f3 ~
here much weaker than in de-forging methods . known.
Figures 12, 13 and 14 also schematize the : same operations for forging by pushing-spinning of a : axle with 4 type C shims. The only difference lies in the fact that the two halves 18 and 19 of the matrix have two additional shims and no longer a profile c ~ lindrique or cylindro-bicon.ique.
Thus for a type A axle, Table I below ; ~ below gives the dimensions, in diameter and in length, of the fully finished axle, the raw forging axle according to the invention before machining.
. Table II gives the same dimensions for one.
type B axle.
. Table III gives the same dime ~ si.ons for a type C axle.
Table I - Type cylindrical body axle ~. Dimensions in millimeters ; - 20 .. ~ Fusee Scope of Body Range timing deflector . . _. ... . .. __. . _ Diameters Finished axle 130. 152 200173 Gross axle of known forging 150 172 220 193 Gross axle of forging according to invention 138 178 208 181 Lengths Finished axle 191 58 1 801 369 Gross axle of known forging 225 60 250 1300 Gross axle of forging according to the invention 205 58 1881314 ___. _ _ .
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Table II - Cylindrical-Diconic body axle, type Dimensions in millimeters.
.. .. _. . .
Rocket Scope of Body Scope timing deflector . ._. ... _ I
Diameters Finished axle 157.25 191.28 222.25 210.5 / 189 Gross axle of. . .
known forging 182 213 243 221/209 Gross axle of forging according to the invention 165. 199 232 208/196 _ __. . ~
Lengths, xyx Finished axle 298.85 46 193.7 524 152 524 Gross axle of.
known forging 325 45 255 415 300 415 Gross axle of forging according to.
invention 314 45 202 496 200 496 _. _. . I _ _ ~
Table III - Type C cylindrical body axle -with 4 stalls Dimensions in millimeters , ._. _ ~ -. --- __ ._. . ..
Rocket- Scope Body Scope Body Scope from de- de ca- interme- de ca- cen-teurC ~ deage diaire ldaege tral disc wheel __ ... _. . .___ ._ Diameters Finished axle 130 160 185 160 188 155 Gross axle of forging known 150 180 205 205 205 175 Gross axle forging according to invention 138 168 193 168 196 163 .. __. _. __.
Lengths Finished axle 217 49 165 107 184 836 Gross axle forging known 240 50 <- -460 - ~ 780 Gross axle forging according to inventlon 231 ~ _ 173 99 152 828 .
- 1 ~ 7 () () 2 ~ - -These results ~ Q ~ t all al ~ aYantage of the process according to the invention.
In order to make them more expressive, Table I ~
below, which describes the sequence of operations, presented the odds between the starting ingot and the axle finished, in three cases:
- 1st case: Axle type A laminated, not ~ wrought, and factory.
- 2nd case: Axle t ~ pe B laminated, ~ oxidized according to 10a known and machined process.
- 3rd case: Axles type ~ A or B, forged according to invention and factories.
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In the dless case, ieux tubula, ires r the blank includes a core of suitable diameter of silica, or any other Refreshed, powdery product, whose coefficient of expansion compared to that of axle steel is such that, at 1260C, its adhesion to ~ ec the draft is good without being excessive, and that, at room temperature, its elimination does not present no problem.
It is understood that one can, without leaving the framework of the invention, ima ~ iner variants and improves details, as well as considering the use of equivalent means.
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