Назад в библиотеку

---

Анализ формоизменения металла и совершенствование режимов прокатки колёсных заготовок и метода их расчёта

Автор: Снитко С.А., Яблуновский Н.Н.

Актуальной проблемой, стоящей сегодня перед ведущими заводами-производителями штамповано-катаных колес Украины (ОАО «Интерпайп НТЗ») и России (ОАО «Выксунский металлургический завод» (ВМЗ)), является снижение металлоемкости производства, в том числе за счет уменьшения процента брака на прессопрокатной линии. Решение данной проблемы связано с необходимостью выполнения исследований в двух направлениях. Первое направление – это анализ температурно-скоростных, силовых и деформационных режимов штамповки и прокатки колесных заготовок на основе экспериментальной информации, полученной в условиях промышленного производства колес. Второе направление – это теоре-тические исследования и разработки, направленные в конечном итоге на создание новых методов расчета и проектирования металло-сберегающих технологий штамповки и прокатки колес.

Технология производства колес включает ряд основных операций. Непосредственное отношение к магистерской работе принадлежит процесс прокатки колес в колесопрокатном стане. Деформация колесных заготовок в современных колесопрокатных станах представляет собой непрерывную прокатку замкнутого круга - обода колесной заготовки - между рабочими валками различной конфигурации, расположенными в разных местах по окружности обода.

Экспериментальная информация по силовым и скоростным параметрам процесса прокатки получена в условиях промышленного производства колес Ø957 мм с плоскоконическим диском на прессопрокатной линии ОАО «ВМЗ». По принятой схеме деформации, заготовки массой 485 кг после предварительной осадки гладкими плитами на прессе силой 20 МН транспортировали по рольгангу к прессу силой 50 МН. Поданные на стол пресса силой 50 МН заготовки, имеющие температуру 1190°С, подвергали осадке-разгонке конусной плитой в нижнем технологическом кольце. Подготовленные таким образом заготовки транспортировали по рольгангу к прессу силой 100 МН, где получали отформованные заготовки (рис. 2.1) с окончательными размерами ступицы с примыкающей к ней частью диска и предварительными для последующей прокатки размерами обода с примыкающей к нему частью диска.

В процессе выполнения технологических операций, связанных с прокаткой колес, производили замеры давлений жидкости в гидросистеме КПС. Выполняли три параллельных замера давлений жидкости. В качестве измерительных приборов использовали: манометры избыточного давления МТП–160 – для замеров давлений в гидроцилиндре рабочего хода верхнего наклонного валка и гидроцилиндре прямого хода салазок нажимных валков; манометр избыточного давления МП 4–У – для замеров давления в гидроцилиндре прямого хода каретки коренных валков. Диапазон показаний манометров – (0–40) МПа, цена деления –5 МПа, класс точности – 1,5.

Фиксирование показаний манометров выполняли путем видеосъемки цифровой камерой Canon Power Shot A 570IS с последующей передачей информации в компьютер. Обработку результатов видеосъемок, включающую построение массивов данных по давлениям в зависимости от времени, осуществляли на компьютере с шагом по времени Δt=0,033 с.

Полученные значения сил (усредненные по 3-м параллельным замерам давлений) при прокатке черновых колес представлены в виде графических зависимостей от времени деформации и показаны на рис. 1.3.

Расчет приращения внутреннего диаметра колеса при прокатке выполняли на основе данных о перемещении каретки коренных валков и перемещении салазок нажимных валков. Указанные данные при прокатке каждого колеса фиксируются с помощью специально предусмотренных датчиков и автоматически выводятся на дисплей в виде графических зависимостей в режиме реального времени. Кроме того, на данном дисплее также в автоматическом режиме строится график приращения внутреннего диаметра прокатываемого колеса. Настройка системы автоматики ведется по приращению внутреннего диаметра прокатываемого колеса. Система ведет отсчет от нуля и до требуемой величины раскатки колеса по внутреннему диаметру. Указанные графики, построенные с использованием усредненных по 3-м параллельным замерам значениям соответствующих параметров, пред-ставлены на рис. 1.4.

В существующей методике расчета параметров прокатки заготовок колес условия контактного трения задают в виде условия Амантона и при этом используют ничем не обоснованные данные о величине коэффициента контактного трения равного 0,3 – 0,35. Однако, простое перенесение результатов экспериментальных исследований по определению величин коэффициента трения при горячей продольной прокатке стали на процесс прокатки колесных заготовок, является, по меньшей мере, необоснованным. Более того, задание условий трения в таком виде и использование таких значений коэффициента контактного трения применительно к прокатке колесных заготовок приводит к неверным значениям напряжения трения, превышающим напряжение текучести деформируемого металла на сдвиг.

В настоящее время при анализе процессов деформирования заготовок колёс широкое распространение получили методы математического моделирования, основанные на методе конечных элементов. Вместе с тем, в технической литературе отсутствует научно обоснованный метод расчёта условий контактного взаимодействия прокатных валков с колёсной заготовкой. На его создание и направлена часть магистерской работа.

В предложенном методе представлена схема нахождения толщины слоя металла с однородным напряженно-деформированным состоянием (НДС) рис. 1.5.

На основе этой схемы была получена экспериментально-теоретическая формула для расчета показателя сил контактного трения

Установлено, что в диапазоне изменения технологических факторов, существующих на практике, используемых при расчете в качестве исходных данных, показательсил трения на контакте с верхним наклонным валиком изменяется в пределах от 0,27 до 0,44, а на контакте с нижним наклонным валиком изменяется в пределах от 0,21 до 0,32.

Выводы

Изучение таких вопросов, как изменение скоростных и силовых параметров при прокатке колес по калибровках, существующих в настоящее время, и режимах обжатийи исследования условий контактного трения при прокатке колес дают возможность промоделировать данный процесс для дальнейшего его изучения и совершенствования,что обеспечит снижение металлоемкости производства.

Список источников

1. Шифрин М.Ю. Резервы производительности и выхода годного при прокатке колес / Михаил Юльевич Шифрин. – М.: Металлургия, 1989. – 144 с
2. Производство железнодорожных колес / [Г.А. Бибик, А.М. Иоффе, А.В. Праздников и др.]. – М.: Металлургия, 1982. – 232 с.
3. Яковченко А.В. Проектирование профилей и калибровок железнодорожных колес А.В. Яковченко, Н.И. Ивлева, Р.А. Голышков. - Донецк: Донецкий национальный технический университет, 2008. - 491с.
4. Чекмарев А.П., Николаев В.А. Исследование коэффициента трения при горячей прокатке // Изв. вузов Черная металлургия. – 1958. – № 12. – С. 57–67.
5. Трение и смазки при обработке металлов давлением: справочник / [А.П. Грудев, Ю.В. Зильберг, В.Т. Тилик]. – М.: Металлургия, 1982. – 312 с.
6. Контактное трение в процессах обработки металлов давлением / [А.Н. Леванов, В.Л. Колмогоров, С.П. Буркин и др.]. – М.: Металлургия, 1976. –416 с.
7. Хайкин Б.Е. Инженерные формулировки закона трения в условиях обработки металлов давлением / Б.Е. Хайкин // Изв. вузов Черная металлургия. – 1990. – № 1. – С. 38–41.
8. Зильберг Ю.В. Закон и модели пластического трения / Ю.В. Зильберг // Изв. вузов Черная металлургия. – 2000. – № 11. – С. 22 – 24.
9. Зильберг Ю.В. Некоторые физические особенности пластического трения / Ю.В. Зильберг // Кузнечно-штамповочное производство. – 2002. – № 6. – С. 22–26.
10. Евстратов В.А. Теория обработки металлов давлением / Виталий Алексеевич Евстратов. – Харьков:Вища школа. Изд-во при Харьк. Ун-те, 1981. – 248 с.
11. Снитко С.А. Анализ силовых и скоростных параметров прокатки колес / С.А. Снитко // Наукові праці ДонНТУ. Металургія: Зб. наук. пр. – Донецьк, 2008. – Вип. 10 (141). – С. 163–172.
12. Целиков А.И. Теория продольной прокатки [учебник для студентов машиностроительных и металлургических вузов] / А.И. Целиков, Г.С. Никитин, С.Е. Рокотян – М.: Металлургия, 1980. – 320 с.
13. Губкин С.И. Пластическая деформация металлов / Сергей Иванович Губкин. – М.: Металлургиздат, 1960. – Т.2. – 416 с.
14. Томленов А.Д. Теория пластического деформирования металлов / Александр Дмитриевич Томленов. – М.: Металлургия, 1972. – 408 с.
15. Солод В.С. Математическое моделирование сопротивления деформации при горячей прокатке углеродистых сталей / В.С. Солод Я.Е. Бейгельзимер, Р.Ю. Кулагин // Металл и литье Украины. 2006. – № 7–8. – С. 52 – 56.
16. Целиков А.И. Теория прокатки. / А.И. Целиков, А.И. Гришков. – М.: Металлургия, 1970. – 358 с.