авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |

Развитие теории и практики процессов калибровки и прокатки фланцевых профилей

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Дорофеев Владимир Викторович

Развитие теории и практики процессов калибровки

и прокатки фланцевых профилей

Специальность 05.16.05 – Обработка металлов давлением

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Новокузнецк, 2011

Работа выполнена на кафедре «Обработка металлов давлением и металловедение» в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирский государственный индустриальный университет» (СибГИУ).

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Перетятько Владимир Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Трусов Виталий Алексеевич

доктор технических наук, доцент

Темлянцев Михаил Викторович

доктор технических наук, профессор

Шилов Владислав Александрович

Ведущая организация: ОАО «Уральский институт металлов»

Защита состоится «30» марта 2012 г. в 1000 часов в аудитории 3п на заседании диссертационного совета Д212.252.01 при Сибирском государственном индустриальном университете по адресу: 654007, г. Новокузнецк Кемеровской области, ул. Кирова 42, факс: (3843) 465792; e-mail: ds21225201@sibsiu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет».

Автореферат разослан 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета Д212.252.01 Нохрина О.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы: Современная теория прокатки интенсивно развивается, опираясь на достижения математики, физики, механики сплошных сред, металловедения и других фундаментальных наук. Для решения численных задач и математического моделирования все более широко применяются компьютерные технологии. Выводы теории прокатки используют при разработке оптимальных режимов деформации, конструировании оборудования и проектировании калибровок прокатных валков.

Большой вклад в развитие и становление основ теории прокатки внесен трудами отечественных ученых: И.А. Тиме, Р.Р. Тонкова, Н.С. Верещагина, А.Ф. Родзевича-Белевича, С.Н. Петрова, В.Е. Грум-Гржимайло, А.Ф. Головина, А.П. Виноградова, И.М. Павлова, С.И. Губкина, А.И. Целикова, А.Я. Хейна, А.П. Чекмарева, В.С. Смирнова, И.Я. Тарновского, В.Н. Выдрина, П.И. Полухина и многих других. Получили признание исследования зарубежных ученых: С. Финка, К. Кодрона, В. Тафеля, Э. Зибеля, Т. Кармана, С. Экелунда, В. Тринкса, В. Люега, А. Помпа, А. Надаи, Э. Ороуона, Г. Форда, Р. Симса, М. Стоуна, А. Гелеи, З. Вусатовского и других.

Однако, несмотря на значительные достижения в развитии общей теории прокатки и технологии, процесс прокатки в калибрах и вопросы, связанные с калибровкой валков ввиду многообразия факторов, свойственных прокатке в калибрах, изучены еще недостаточно хорошо.

Среди различных фасонных профилей проката особое место занимают фланцевые профили, к которым относятся двутавровые балки, рельсы, швеллеры и т.д. Характерной особенностью фасонных фланцевых профилей является то, что они имеют форму, значительно отличающуюся от формы исходной заготовки – обычно квадратного или круглого сечения, следовательно, прокатка таких профилей идет с большой неравномерностью обжатий.



Исследование формоизменения металла при прокатке в фасонных фланцевых калибрах, рациональная конструкция калибров и выбор режимов деформации невозможны без учета четкого понимания процесса течения металла в калибре и анализа его деформированного состояния.

Таким образом, исследования формоизменения металла при прокатке в фасонных фланцевых калибрах, разработка новых методов расчета калибровок и способов прокатки фланцевых профилей на основе современной теории прокатки с целью повышения качества проката и снижения издержек на его производство является весьма актуальной задачей, как в научном, так и в практическом плане.

Работа выполнена в соответствии с Государственной программой «Основы политики Российской Федерации в области развития наук и технологий на период до 2010 года и дальнейшую перспективу» от 30 марта 2002 г. и перечнем «критических технологий Российской Федерации», разделы «Технологические совмещаемые модули для металлургических мини-производств», «Компьютерное моделирование», Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007–2012 годы» от 6 июля 2006 г., разделы «Технологии производства программного обеспечения», «Технологии создания и обработки кристаллических материалов», а также согласно планам госбюджетных и хоздоговорных работ ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет».

Цель диссертационной работы:

Развитие научных основ новых методов калибровки и процессов прокатки фланцевых профилей и получение комплекса технических и технологических решений, направленных на повышение эффективности производства за счет снижения энергетических затрат, повышения производительности, улучшения качества и расширения сортамента прокатываемой продукции.

Основные задачи:

1. Развитие научных основ определения эффективности деформации металла в калибрах методом верхней оценки, разработка эффективных с точки зрения экономии энергетических ресурсов условий деформирования металла в разрезных и рельсовых калибрах.

2. Разработка технических решений по усовершенствованию технологии прокатки железнодорожных и трамвайных рельсов на основе результатов исследований формоизменения и деформированного состояния металла в калибрах, обеспечивающих снижение материальных и энергетических затрат.

3. Развитие технологии прокатки рельсов с использованием универсальных калибров, разработка методики расчета калибровки валков при прокатке рельсов в универсальных калибрах компактной трехклетьевой реверсивной группы клетей в условиях модернизированных рельсопрокатных станов.

4. Совершенствование технологии прокатки швеллеров, разработка новых способов прокатки сложных фланцевых профилей с целью повышения эффективности производства.

5. Внедрение результатов теоретических и экспериментальных исследований в производство фланцевых профилей.

Методы исследований: При исследованиях использовались методы теории подобия и моделирования процессов ОМД, метод координатных сеток с элементами сбора и обработки информации на компьютере в среде MathCAD14, метод верхней оценки при решении задач по теоретической оценке мощности деформации в калибрах, методы тензометрии, статистические методы обработки данных, метод математического планирования эксперимента.

Личный вклад автора состоит в научной постановке задач исследования, анализе литературных данных, в выполнении экспериментальных и опытно-промышленных исследований формоизменения металла в калибрах, статистической обработке и анализе полученных результатов, внедрении новых технологий в производство.

Достоверность и обоснованность полученных результатов, выводов и рекомендаций подтверждается большим объемом экспериментального материала, полученного в лабораторных и промышленных условиях с применением современных методик, корректным использованием математического аппарата; сравнительным анализом аналитических и экспериментальных результатов и зависимостей; применением современных методов статистической обработки результатов; сопоставлением полученных результатов с данными других исследователей; эффективностью предложенных технических решений, подтвержденных результатами промышленных испытаний и внедрением в производство. Достоверность и новизна технических решений подтверждена свидетельствами на изобретения и патентами.

Научная новизна работы заключается в том, что:

– впервые разработаны математические модели расчетов энергетических характеристик деформирования металла в открытых симметричных, наклонных несимметричных разрезных калибрах и в чистовом двухвалковом рельсовом калибре в зависимости от его наклона в валках, позволяющие оценить эффективность формоизменения металла в калибрах за счет уменьшения мощности деформирования;

– получены диаграммы распределения деформации металла в ящичных, трапециевидных, рельсовом разрезном калибрах при прокатке рельсов Р65. Установлены закономерности влияния величины уширения в рельсовых калибрах на изменение деформированного состояния металла и расположение зон с различной схемой деформации по сечению раскатов из этих калибров, получены закономерности формоизменения осевой пористости в процессе прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки;

– получены новые научные результаты по исследованию деформированного состояния трамвайных рельсов при разрезке головки профиля в зависимости от глубины внедрения и диаметра разрезного ролика; выявлены математические зависимости распределения значений деформации в поверхностных слоях по оси желоба от обжатия разрезным роликом; получена диаграмма действительных значений усилий для образования желоба головки трамвайного рельса, рассчитанная на основе экспериментальных значений усилий в зависимости от глубины разрезки и диаметра разрезного ролика;

– выполнен анализ закономерностей изменения осевых остаточных напряжений в элементах рельса после прокатки от неравномерности распределения пластических деформаций между элементами профиля в чистовом двухвалковом и чистовом универсальном калибрах при прокатке рельсов Р65; теоретически обоснована и подтверждена экспериментально закономерность влияния осевых остаточных напряжений на концевую кривизну рельсов;

– теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены зависимости формы и размеров разрезного гребня в первом трапециевидном калибре в системе черновых калибров для прокатки железнодорожных рельсов из непрерывнолитой заготовки от минимальной протяженности периферийной зоны, зоны столбчатых кристаллов в непрерывнолитой заготовке и высоты гребня со стороны подошвы в калибре для предварительной разрезки;

– разработана рациональная методика расчета калибровки валков трехклетьевой непрерывно-реверсивной группы в составе двух универсальных и одной двухвалковой клетей для прокатки рельсов, основанная на равенстве коэффициентов вытяжки по элементам профиля в универсальных калибрах.

Практическая значимость работы состоит в следующем:

– разработана новая технология прокатки балок и швеллеров средних и малых размеров с использованием наклонных разрезных калибров, внедрение которой позволило повысить эффективность деформации в разрезных калибрах (патент №2103078 РФ), конструкция чистового рельсового двухвалкового калибра (А.с. №1731305 СССР) для оптимизации положения его в валках;

– разработаны технические решения по усовершенствованию технологии прокатки железнодорожных рельсов в черновых калибрах (патенты №2103077 РФ, №2223156 РФ), новые способы прокатки и правки рельсов (патенты №2100107 РФ, №2299250 РФ, №2394660 РФ) используемые в технологии производства рельсов специального назначении повышенного качества, технология прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки, трамвайных рельсов в чистовой универсальной клети (патенты №2233716 РФ, №2403108 РФ), внедрение которых позволило повысить производительность и качество продукции;

– разработана технология прокатки рельсов с использованием предчистового четырехвалкового универсального калибра и чистового двухвалкового калибра в двухклетьевой непрерывной группе клетей (А.с. №1445823 СССР, №1607985 СССР, №1614869 СССР) и технология прокатки рельсов с использованием универсальных калибров по схеме: предчистовой трехвалковый – чистовой четырехвалковый калибр (патент №2241556 РФ) для достижения минимального различия остаточных напряжений в процессе прокатки по элементам профиля и уменьшения концевой кривизны рельсов;

– разработаны новые технические и технологические решения для прокати швеллеров (патент №2132247 РФ), монорельсов для подвесных монорельсовых дорог (патент №2288045 РФ) и скобы упорной для пружинных рельсовых скреплений (патент №2254178 РФ), обеспечивающие повышение эффективности производства фланцевых профилей;





– представлено техническое решение модернизации рельсопрокатного стана ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК» с расположением оборудования, разработана методика расчета калибровки валков рельсов в трехклетьевой непрерывно-реверсивной группе, и разработаны калибровки железнодорожных и трамвайных рельсов для выпуска высококачественных длинномерных рельсов;

– полученные в работе научные результаты исследований могут быть использованы для развития теории обработки металлов давлением и представляют интерес как учебный материал при разработке спецкурсов по теории прокатки и калибровки прокатных валков.

Реализация результатов работы. Основные разработки внедрены в течение 2000-2010 гг. на ОАО «НКМК» (с 01.07.2011 ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК»):

– внедрение новой технологии прокатки балок и швеллеров малых размеров с использованием наклонных разрезных калибров (патент №2103078 РФ) при прокатке швеллера №10 позволило снизить растягивающие напряжения на кромках фланцев, улучшить условия захвата за счет уменьшения абсолютных обжатий, увеличить производительность прокатного стана на 5%, улучшить качество готового проката на 1,0%;

– внедрение новых способов прокатки железнодорожных рельсов в черновых калибрах (патенты №210377 РФ, №2223156 РФ), способа прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки (патент №2254941 РФ), новых способов расточки валков и калибровки рельсов (патенты №2100107 РФ, №2394660 РФ) позволило улучшить качество продукции и снизить расходный коэффициент металла на 5,4 кг на тонну. Годовой экономический эффект (в ценах 2010 г.) составил 20111872 руб;

– внедрение валкового узла универсального четырехвалкового калибра для прокатки трамвайных рельсов (патент №2233716 РФ), нового способа калибровки швеллеров (патент №2268788 РФ) стабилизировало процесс прокатки. Годовой экономический эффект от внедрения разработанных способов (в ценах 2010 г.) составил 14045700 руб. в год;

– разработка технологии прокатки новых фланцевых профилей: монорельса М200 и скобы упорной для пружинного рельсового скрепления обеспечило устойчивую прокатку в калибрах и минимальный расход прокатных валков. Годовой экономический эффект за счет освоения новых видов продукции (в ценах 2010 г.) составил 8568609 руб.

Положения, выносимые на защиту:

1) научные основы теоретического определения энергетических характеристик деформирования металла в калибрах, результаты энергетических параметров эффективности деформирования металла в открытых симметричных, наклонных несимметричных разрезных калибрах и в чистовом двухвалковом рельсовом калибре в зависимости от его наклона в валках;

2) банк экспериментальных данных по исследованию формоизменения и деформационного состояния металла в ящичных, трапециевидных, рельсовом разрезном калибрах при прокатке железнодорожных рельсов Р65; формоизменения осевой пористости и центральной ликвации в процессе прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки; деформированного состояния металла в рельсовых калибрах в зависимости от величины уширения;

3) зависимость влияния формы и размеров разрезного гребня первого трапециевидного калибра в системе черновых калибров для прокатки рельсов из непрерывнолитой заготовки на значения ударной вязкости в подошве рельса; результаты промышленного исследования прокатки рельсов с использованием универсальных калибров;

4) результаты экспериментального исследования деформированного со стояния трамвайного рельса при разрезке головки профиля в зависимости

от диаметра и глубины внедрения разрезного ролика;

5) новые технические и технологические решения по усовершенствованию прокатки железнодорожных, трамвайных рельсов, швеллеров и производства новых фланцевых профилей сложной формы: монорельсов для подвесных монорельсовых дорог и скобы упорной для пружинных рельсовых скреплений;

6) методика расчета калибровки валков трехклетьевой непрерывно-реверсивной группы в составе двух универсальных и одной двухвалковой клетей для прокатки рельсов, основанная на равенстве коэффициентов вытяжек по элементам профиля в универсальных калибрах, и разработанные по этой методике калибровки железнодорожных и трамвайных рельсов.

Апробация работы. Основные результаты доложены и обсуждены на следующих конференциях: «Повышение эффективности производства и улучшение качества работы в свете решений XXV съезда КПСС» (г. Новокузнецк, 1976 г.); научно-техническое совещание в соответствие с программой ГКНТ «028 «Транспорт»» на 1986–90 г.г.; научно-технический совет МЧМ СССР по освоению технологии прокатки железнодорожных рельсов с использованием универсальных клетей и прокатки рельсов из непрерывнолитых заготовок (г. Новокузнецк, 1989 г.); III Международная конференция «Прочность и пластичность материалов в условиях внешних энергетических воздействий» (г. Николаев, 1993 г.); ежегодные заседания государственной рельсовой комиссии (1993–2010 г.г.); Международная конференция «Актуальные проблемы материаловедения в металлургии» (г. Новокузнецк, 1997 г.); Межгосударственная конференция «Проблемы развития металлургии Урала на рубеже XXI века» (г. Магнитогорск, 1996 г.); первом – пятом (1995–2003 г.г.) международных конгрессах прокатчиков; Международная конференция «Высокие технологии в современном материаловедении» (г. Санкт-Петербург, 1997 г.); Международная научно-техническая конференция «Современные проблемы и пути развития металлургии» (г. Новокузнецк, 1997 г.); первый Международный семинар «Актуальные проблемы прочности» (г. Новгород, 1997 г.); Всероссийская научно-практическая конференция «Металлургия на пороге XXI века» (г. Новокузнецк, 2000 г.); Межрегиональная конференция «Роль науки, новой техники и технологий в экономическом развитии регионов» (2001 г.); V Международный семинар «Современные проблемы прочности» (г. Старая Русса, 2001 г.); XXXVII семинар «Актуальные проблемы прочности» (г. Санкт-Петербург, 2001 г.); Всероссийская научно-практическая конференция «Инновации в машиностроении–2001» (г. Пенза, 2001 г.); Международная научно-техническая конференция «Научно-технический прогресс в металлургии» (г. Новокузнецк, 2001 г.); IX Международный семинар «Актуальные проблемы материалов: наука и технология» (г. Екатеринбург, 2002 г.); Всероссийские научно-практические конференции «Металлургия: Новые технологии, управление, инновации и качество» (г. Новокузнецк, 2005–2006 г.г.); Всероссийская научно-практическая конференция аспирантов и молодых ученых (г. Новокузнецк, 2008 г.).



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.