Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора
технических наук: 05.16.05 – Обработка металлов давлением. —
Сибирский государственный индустриальный университет (СибГИУ). —
Новокузнецк, 2011. — 35 с.
Научный консультант: доктор технических наук, профессор Перетятько
В.Н.
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.
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 про-кати 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.
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.
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 про-кати 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.