Сборник трудов конференции Павловские чтения 2010

Подождите немного. Документ загружается.

Секция 4. Сортопрокатное и волочильное производство

410

Рисунок 1 – Определения параметров очага деформации

Рисунок 2 – Выбор рациональной конструкции опорных элементов валкового узла

Секция 4. Сортопрокатное и волочильное производство

411

Рисунок 3 - Определение принципиальной схемы механизма установки валкового узла

Рисунок 4 - Создание замкнутого силового контура станины рабочей клети

Секция 4. Сортопрокатное и волочильное производство

412

Рисунок 5- Расчет напряжений и деформаций в станине рабочей клети с применением ме-

тода конечных элементов

Рисунок 6 – Рабочее проектирование

Министаны нового типа отличает пониженная металлоемкость, малые габариты, существен-

ная легкость эксплуатации и обслуживания по сравнению с промышленными станами, достаточно

низкие энергетические затраты. Массогабаритные характеристики министанов нового типа адек-

ватны производительности и в то же время обеспечивают высокое качество металлопроката, что

делает их привлекательными для предприятий малого и среднего бизнеса, работающих в области

металлургии и машиностроения.

УДК 677.72

Секция 4. Сортопрокатное и волочильное производство

413

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КАНАТОВ И ПОВЫШЕНИЕ ЭКС-

ПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ

Т.В. Силуянова

, В.А. Трусов

, Л.М. Капуткина

, Ю.С. Филина

, В.А. Королев

Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»

ОАО «Северсталь-метиз», г. Череповец

Стальные канаты находят широкое применения во многих отраслях промышленности. Уве-

личение технологического ресурса стальных кантов – одно из основных задач канатного произ-

водства, которое осуществляется за счет применения новых технологий, материалов и усовершен-

ствования конструкций канатов.

Стальные канаты состоят из элементов, при его изготовлении сначала формируют проволо-

ки в прядь, а затем прядь свивают в готовый канат (рисунок 1).

Рисунок 1 – Структура стальных канатов для тяговых элементов

Проведенные маркетинговые исследования эксплуатации канатов для экскаваторов свиде-

тельствуют о недостаточной эксплуатационной стойкости. Для выявления причин низкой эксплуа-

тационной стойкости каната проведен статистический анализ основных дефектов, который пока-

зал, что причинами преждевременного выхода стального каната из строя являются переменные

напряжения, коррозия, износ проволок каната.

Для решения этих проблем и повышения технического ресурса стальных канатов использу-

ют инновационное техническое решение – пластическое обжатие элементов каната. Пластическое

обжатие обеспечивает по всему контуру пряди каната сопротивление износу, уменьшает контакт-

ные и крутящие напряжения, более равномерную навивку на многослойные барабаны [1].

В 2009 году разработана и внедрена технология изготовления стальных круглопрядных ка-

натов с пластически обжатыми прядями больших диаметров на ОАО «Северсталь-метиз». Техно-

логическая схема таких канатов включает в себя следующие операции (пример для каната диамет-

ром 39 мм):

- подготовку катанки диаметром 6,5 мм стали 70КК к производству проволоки (травление,

бурирование);

- многократное волочение проволоки для внутренних слоев пряди прочностью 1770 МПа,

для наружных слоев – 1570 МПа;

- перемотку проволоки на зарядные катушки;

- изготовление пластически обжатых прядей на прядевьющей машине SRN 36х500 диамет-

ром 12,5 мм;

- изготовление канатов на канатной машине типа MKVS 6х1250 номинальным диаметром 39

мм;

- контроль качества и сертификация;

упаковку, маркировку и хранение канатов.

Секция 4. Сортопрокатное и волочильное производство

414

Для того чтобы изготовить канат из пластически обжатых прядей были рассчитаны геометри-

ческие и силовые параметры технологического процесса [2]. В качестве опытного взяли наиболее

часто используемый в промышленности канат для экскаваторов конструкции 6х36, с металличе-

ским сердечником номинальным диаметром 39 мм. Для каната выбранного диаметра были рассчи-

таны маршруты волочения проволок пряди и задана группа прочности проволок пряди (таблица

1).

Таблица 1 – Схема маршрута волочения проволок

Маршруты волочения

Конечный диаметр

проволоки, мм

Предел прочности,

Н/мм

Центральная проволока

6,5 →6,0

6,0→5,23→4,59→4,08→3,67→3,34→3,07→2,81→

1770

Проволока первого слоя

6,5→6,05→5,62→5,23→4,86→4,52→4,20

4,2→3,68→2,77→2,4→2,21→

1770

Большая проволока второго слоя

6,5→6,05→5,62→5,23→4,86→4,52→4,20

4,2→3,66→3,20→2,79→2,43→2,12→

1770

Малая проволока второго слоя

6,5→5,78→5,13→4,56→4,05→3,6→3,2

3,2→2,79→2,43→2,12→1,84→1,61→

1770

Проволока третьего слоя (наружная)

6,5→6,5→6,03→5,59→5,18→4,8

4,8→4,22→3,7→3,25→2,85→2,51→

1570

подготовка поверхности (травления, бурирования) проволоки

термообработка проволоки (патентирование)

Пластическое круговое деформирование пряди осуществляли за два прохода в роликовой кас-

сете модели СLF-180-40-33-F в процессе свивки пряди (рисунок 2), установленной между обжи-

мающими плашками и рихтовальным устройством.

К приемному

барабану

Рисунок 2 – Схема деформирования пряди

Расчет элементов каната произвели при помощи ЭВМ в программе DOSBox 0.71. Результаты

расчета представлены в таблице 2, а конструкция каната показана на рисунке 3.

Таблица 2 – Рассчитанные геометрические параметры элементов каната с номинальным диамет-

ром 39,0 мм

Элемент каната Диаметр, мм

Канат 40,95

2,6

1,9

1,85

1,4

2,2

Секция 4. Сортопрокатное и волочильное производство

415

Прядь 13,02

Проволоки пряди:

Центральной

Проволоки первого слоя

Большой проволоки во втором слое

Малой проволоки во втором слое

Проволоки третьего слоя

2,60

1,90

1,85

1,40

2,20

Сердечник 14,90

Пряди сердечника:

Центральной пряди

Наружных прядей

5,30

4,80

Проволоки пряди сердечника:

Центральной

Проволоки первого слоя

1,70

1,55

Конструкция пряди 1+7+7/7+14 диамет-

ром 13,05 мм

Конструкция каната 6х36 (1+7+7+7/7+14)+(7х7),

типа ЛК-РО с металлическим сердечником диа-

метром 39,6 мм

Рисунок 3 – Конструкция пряди (а) и каната (б)

Были проведены экспериментальные исследования, начиная от сортовой заготовки до гото-

вого продукта. Проволоки опытных канатов оценили на микроструктуру для определения влияния

деформации на прядь каната и на изменение деформации пряди по сечению. Для изучения микро-

структуры проволоки, вырезали образцы в плоскости, параллельной направлению течения металла

(«продольные» шлифы). Исследования проводили на электронном микроскопе «Axiovert 40MAT»

при увеличениях х500 и х1000, после выплетания проволок из пряди каната. Фотоснимки микро-

структуры получили с помощью камеры VS – CTT 205.

Для оценки свойств проволок по сечению пряди применяли метод определения микротвер-

дости вдавливанием алмазной пирамиды при нагрузке 500 гс для деформированных проволок на-

ружного слоя на поперечных и продольных микрошлифах, на глубине ~ 0,1 и 0,2 мм, при нагрузке

200 гс – для проволок прядей каната внутренних слоев.

Параллельно проводили исследование по влиянию пластического деформирования пряди на

механические свойства проволоки каната. Испытания по оценке свойств проволоки проводили по

стандартным методикам. Статическое растяжение проволок производили на разрывной испыта-

тельной машине Р-5, перегиб проволок – на гибочной машине НГ-2 и скручивание – вертикальных

машинах.

Центральная прядь

сердечника

Наружная прядь

сердечника

Прядь каната

Секция 4. Сортопрокатное и волочильное производство

416

Испытаниями на растяжение каната оценивали механические свойства отдельных проволок и

всего каната через суммарное разрывное усилие каната в целом. Результаты разрывной нагрузки

каната соответствовали требованиям нормативного документа на канаты с пластически обжатыми

прядями (таблица 3).

Таблица 3 – Результаты измерений разрывной нагрузки каната

№ об-

разца

Суммарная разрывная на-

грузка каната, кН

Суммарная разрывная нагрузка каната по НД,

кН

1 1287,9

1252,9

2 1285,2

3 1285,2

4 1276,5

Выводы

Увеличение эксплуатационного ресурса канатов возможно за счет применения новой

конструкции каната с пластически обжатыми прядями.

2. Определены параметры деформирования пряди, разработана технологическая схема, рас-

считаны элементы каната с зазорами в тангенциальном направлении, выбрано оборудование про-

изводства прядей и каната.

Оптимальными параметрами деформирования является пластическое обжатие пряди в

роликовой волоке системы калибров стрельчатый треугольник – круг на 6 – 8 %.

4. Разработаны технические требования и изготовлена опытно-промышленная партия кана-

тов номинальным диаметром 39 мм.

5. Канаты показали высокую эксплуатационную стойкость у потребителя, превышающих в

2 раза стойкость обычных круглопрядных канатов.

Литература:

В.А. Малиновский, Л.Д. Соломкин. Ваерные и некоторые другие канаты типа ПК. / Стальные

канаты №3 Сборник научных трудов под ред. Малиновского В.А. – Одесса: МАИСК. 2003. –

С.187.

2. Стравничук П.А. Разработка энергосберегающей технологии производства пластически дефор-

мированных арматурных канатов прокаткой. – Магнитогорск. 2007. – С.16.

Секция 4. Сортопрокатное и волочильное производство

417

МОДЕЛИРОВАНИЕ ФОРМЫ НОСКА ВЫВОДНЫХ ПРОВОДОК

СОРТОПРОКАТНЫХ СТАНОВ

Слукин Е.Ю.

Россия, ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет им. Первого Президента России

Б.Н.Ельцина»

Технологическая подготовка сортопрокатного производства включает разработку калибровки

валков и проектирование валковой арматуры для прокатки заданного профиля. Освоение новой

калибровки, как правило, требует изготовления нового комплекта сменных деталей арматуры:

роликов, пропусков, проводок, линеек. Для изготовления этих деталей или их моделей с целью

последующей отливки в настоящее время все шире применяют многооперационные станки с

ЧПУ - обрабатывающие центры.

Возможности геометрических редакторов современных CAD/CAM систем позволяют пользо-

вателю сравнительно быстро создавать компьютерные 3D- модели большинства этих деталей,

включая проводки простой формы, но при моделировании так называемых фасонных проводок у

него могут возникнуть серьезные затруднения. Характерной особенностью указанных деталей

является наличие участка лекальной поверхности, форма которой определяется конфигурацией

контактирующего с ней ручья валка. Задание таких участков детали средствами любой системы

твердотельного моделирования, например SolidWorks, для их последующего построения занима-

ет весьма продолжительное время. Это вызвано необходимостью ввода определяющего лекаль-

ную поверхность набора точек, нахождение координат которых для пользователя бывает весьма

затруднительно.

В настоящее время во многих системах геометрического моделирования в различных облас-

тях машиностроения для аналитического описания кривых и поверхностей деталей широко ис-

пользуется метод Безье [1,3], согласно которого уравнение порции поверхности в декартовых

координатах имеет вид:

∑∑

= =

vgugw

vgugrw

vurr

0 0

)()(

),(

где r

- радиусы-векторы характеристических точек порции поверхности; w

- значение веса

(полноты) в каждой характеристической точке; g

, g

– полиномиальные базисы степени n, на-

пример, полиномы Бернштейна для параметров u и v (

]1,0[,

∈

Поскольку детали валковой арматуры описываются кривыми и поверхностями не выше вто-

рой степени, то применение для их моделирования полиномов более высокого порядка не требу-

ется. При n = 2 указанное уравнение описывает порцию рациональной биквадратичной поверх-

ности [2] и может быть представлено в виде системы:

2211

)()1()(2)1)((

)()()1()()(2)1)(()(

),(

vuwvvuwvuw

vuwurvvuruwvuwur

vurr

+−+−

2211

)1(2)1(

)(

uwuuwuw

uwruuwruwr

jjj

jjjjjj

+−+−

)1(2)1()( uwuuwuwuw

jjj

+−+−=

.2,1,0;2,1,0];1,0[,

∈

jivu

Секция 4. Сортопрокатное и волочильное производство

418

Порция такой поверхности задается девятью характеристическими точками, образующими

характеристический многогранник, причем самой поверхности принадлежат только четыре из

них: r

, r

. Эти вершины будут называться основными, а прочие - вспомогательными.

Изменение соотношения весов (полноты) w

во вспомогательных вершинах по отношению к

основным (значения в которых приняты равными 1) позволяет управлять формой моделируемой

поверхности.

Путем преобразования рассмотренной системы для частных условий можно моделировать все

типы порций поверхностей, характерные для сменных деталей арматуры. Описанный вокруг ка-

ждой детали характеристический многогранник (скелет) может быть представлен как совокуп-

ность характеристических многогранников порций, составляющих поверхность детали, причем

часть вспомогательных вершин этих многогранников может совпадать с вершинами скелета. По-

ложение основных и остальных вспомогательных вершин определяется формой и размерами

рассматриваемого участка поверхности детали, а также способом представления моделируемого

объекта, например, в виде обобщенного цилиндра, реализуемого в применяемой системе машин-

ной графики.

Моделирование поверхностей роликов, пропусков линеек и проводок простой формы рас-

смотренным способом в любой из применяемых в настоящее время CAD/CAM систем не встре-

чает каких либо трудностей и сводится к заданию размеров тех или иных конструктивных эле-

ментов этих деталей. При моделировании фасонных проводок, дополнительно требуется решить

задачу по построению характеристического многогранника носка этой детали, так как его форма

определяется конфигурацией сопрягаемого с ней ручья валка. При представлении такой проводки

в виде обобщенного цилиндра ее образующий u-контур, перемещающийся в направлении v,

обычно задается 8-ю вершинами (рис.1). Носок проводки состоит из двух участков: участка при-

легания к валка, определяемый точками Q

-Q

, и участка скоса, задаваемого точками Q

-Q

Характеристический скелет и образующий контур фасонной проводки

Рис.1

Построение скелета участка прилегания к валкам. Для задания этого участка необходимо

определить положение (координаты вершин) характеристических ломаных Q

, Q

и значения

полноты w

, w

, в каждой из них.

Линии, ограничивающие участок прилегания сверху и снизу, задаются характеристическими

ломаными Q

(нижняя) и Q

(верхняя). Эти линии образуются в результате пересечения поверх-

ности ручья с верхней и нижней гранями проводки, поэтому их контур будет определяться очер-

таниями первого. Нахождение аналитического описания названных линий традиционным мето-

Секция 4. Сортопрокатное и волочильное производство

419

дом - решением соответствующей системы уравнений [4], усложнит вычислительный процесс и

нарушит концептуальное единство математической модели описания формы проводки, так как

при этом, скорее всего, потребуется переход от параметрического описания одной из пересекаю-

щихся поверхностей к ее описанию в неявном виде.

Так как все рассматриваемые в настоящей работе кривые и поверхности имеют степень не

выше двух, то решение этой задачи можно существенно упростить, используя некоторые свойст-

ва конических сечений, известных из проективной геометрии [5,6]. Согласно [5] коническое се-

чение определено, если известно пять принадлежащих ему точек. Для отображения одного кони-

ческого сечения на другое следует установить соответствие между указанными точками этих се-

чений. Применительно к рассматриваемому случаю это выразится:

в проектировании по определенному закону выбранных на каждом взаимодействующим с

проводкой сегменте ручья калибра пяти точек P

(i)

'(v

) в точки соответствующего сегмента

(i)

пр

), принадлежащего линии, ограничивающей участки прилегания носка проводки сверху

или снизу . При этом напомним, что v

;=u

;

- последующего представления спроектированного сегмента P

(i)пр

) в форме Безье, для чего

необходимо по полученным в результате проектирования пяти точкам построить его характери-

стическую ломаную P

, P

и определить значение полноты w

при вершине P

(рис. 2).

Отображение точек сегмента конической кривой ручья на плоскость носка проводки (а) и по-

строение характеристической ломаной (б,в)

б в

Рис.2

Проектирование пяти точек сегмента ручья в точки соответствующего сегмента на линии

носка проводки в общем виде может быть задано уравнением