В технологической линии современных сортовых машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) для их порезки на мерные длины используют гидравлические ножницы. Механизм резания ножниц включает станину, в которой располагается неподвижный верхний и подвижный нижний суппорты с закрепленными на них ножами. Нижний суппорт приводится в действие от поршневого гидроцилиндра. Технические характеристики привода механизма резания, его работоспособность и качество торцевых поверхностей заготовки связано с конструкцией ножей [1].
Известно, что для порезки заготовки круглого поперечного сечения используются шевронные и фасонные (профильные) ножи. Ножи изготавливают из углеродистых сталей или легированных сталей типа 6ХВ2С (ГОСТ 5950–73) с твердостью до 60HRC. Как отмечено в, для порезки круглой заготовки предпочтительно применять фасонные ножи (рисунок 1), радиус ручья в которых должен отвечать соотношению.
R = d / 2 + e
где
- d – диаметр заготовки;
- e – разница между радиусами ручья и разрезаемого проката
В авторском свидетельстве предложен профиль ручья ножа с переменным радиусом и показана его высокая эффективность при по-резке круглого проката пакетом.
Рисунок 1 – Схема фасонного ножа
С учетом представленных сведений авторами статьи предложено использовать ножи с переменным радиусом ручья в гидравлических ножницах МНЛЗ при порезке заготовки круглого поперечного сечения. На первом этапе исследований работоспособности таких ножей проведено изучение их напряженного состояния. Методика и результаты исследований приведены в статье [2]. Исследования выполнялись поляризационно-оптическим методом, который применяется для изучения напряженного состояния элементов конструкций оборудования на моделях, выполненных из оптически чувствительных материалов.
В соответствии с описанием работы был построен профиль ножа для порезки заготовки диаметром 200 мм (рисунок 2), на основании которого из фотоупругого материала (органическое стекло) в масштабе 1:2 были изготовлены плоские модели верхнего и нижнего ножей (рисунок 3а), а из неупругого материала – модели разрезаемой заготовки с поперечным сечением, соответствующим внедрению нижнего ножа 0, 50, 100 и 150 мм (рисунок 3б).
Рисунок 2 – Профиль ножа для порезки заготовки диаметром 200 мм
Рисунок 3 – Физические модели ножей (а) и разрезаемой заготовки (б)
Задачей экспериментов являлось получение качественных картин распределения напряжений в ножах при разном внедрении в заготовку. Эксперименты выполнялись на поляризационной установке
(рисунок 4).
Рисунок 4 – Поляризационная установка с моделями ножей и заготовки
В состав установки входят источник света в виде натриевых ламп, расположенных в коробке с матовым стеклом 1, поляризатор 2 и анализатор 3. Между анализатором 3 и поляризатором 2 располагаются физические модели ножей 4 и заготовки 5. Модели ножей закреплены на двух поперечинах 6 и 7, установленных между двумя стойками 8, имитирующих соответственно верхний и нижний суппорты и станину ножниц. Верхняя поперечина 6 закреплена на стойках 8 неподвижно, нижняя поперечина 7 – с возможностью перемещения. Силовое нагружение ножей создается гидравлическим домкратом 9 [3].
Испускаемые источником света лучи, проходя через поляризатор и анализатор, формируют интерференционную картину в виде совокупности темных и светлых полос (изохром). В пределах изохромы одного цвета разница главных напряжений σ1–σ2 одинакова. Вид и цвет изохром качественно и количественно характеризуют распределение механических напряжений в моделях ножей и соответственно в реальных объектах. В ходе экспериментов между моделями ножей устанавливалась модель заготовки, отвечающая определенному внедрению нижнего ножа, а с помощью домкрата создавалось его силовое нагружение. Получаемые в поле анализатора картины изохром фотографировали для последующего качественного анализа распределения напряжений. На рисунке 5 приведены фотографии картин распределения напряжений в моделях ножей при имитировании разного внедрения в заготовку.
На представленных фотографиях видны места концентрации напряжений. Так, в начальный момент при нулевом внедрении зона высоких напряжений располагаются в центральной части на кромках ручьев ножей. Причем на верхнем ноже напряжения охватывают сектор практически в 2 раза больший, чем на нижнем. Также концентраторы напряжений отмечены в точках касания ножей с заготовкой. При увеличении внедрения нижнего ножа картины распределения напряжений изменяются. При внедрении 50 мм напряжения в нижнем ноже выше, чем в верхнем и располагаются на боковых частях кромки. Кроме того, наблюдаются концентраторы напряжений в местах закрепления ножей. При дальнейшем увеличении внедрения нижнего ножа в заготовку отмечается рост напряжений в верхнем ноже. Далее концентраторы напряжений распространяются практически вдоль всей кромки верхнего и нижнего ножа, контактирующей с заготовкой.
Таким образом, с помощью поляризационно-оптического метода наглядно определены места возможного разрушения ножей. В дальнейшем для получения количественных оценок напряженного состояния ножей планируется выполнить исследование методом конечных элементов.
Рисунок 5 – Фотографии изохром в моделях ножей при внедрении нижнего ножа 0 мм (а), 50 мм (б), 100 мм (в) и 150 мм (г)
Список источников
- Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3–х томах. Т.3. Машины и агрегаты для производства и отделки проката. Учебник для вузов / А. И. Целиков, П. И. Полухин, В. М. Гребеник и др. – М.: Металлургия, 1988, – 680 с.
- Петров П. А. Обоснование параметров и совершенствование конструкции ножей поперечной резки сортового проката : дис. канд. техн. наук : 05.02.13 : защищена 15.02.2018 / Петров П. А. – Алчевск, 2017, – 212 с.
- Исследования и внедрения высококачественной резки круглой легированной и конструкционной сталей на ножницах стана 350-I в холодном состоянии: отчет о НИР, – Х-74-94, – Донецк, 1974, – 120 с.