автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Разработка элементов теории и технологии производства швеллеров с применением в фасонных калибрах переменного изгиба стенки

ДОНЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

РГВ од

- 9 НОЯ 71П1

ЧИЧКАН АРТУР АЛЕКСЕЕВИЧ

К

ш

УДК 621.771.25.07-713

РАЗРАБОТКА ЭЛЕМЕНТОВ ТЕОРИИ И ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ШВЕЛЛЕРОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ В ФАСОННЫХ КАЛИБРАХ ПЕРЕМЕННОГО ИЗГИБА СТЕНКИ

Специальность 05.03.05 - Процессы и машины обработки давлением

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Донецк -2000

Диссертацией является рукопись

Работа выполнена в Донбасском горно-металлургическом институте Министерства образования и науки Украины, г.Алчевск.

Научный руководитель -

кандидат технических наук, доцент Луценко Виктор Александрович, Донбасский горно-металлургический институт, заведующий кафедрой обработки металлов давлением и металловедения, г.Алчевск.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, старший научный сотрудник Яковченко Александр Васильевич, профессор кафедры обработка металлов давлением Донецкого государственного технического университета, г.Донецк;

кандидат технических наук, доцент Солод Владимир Сергеевич, начальник отдела сортопрокатного производства НПО «Доникс», г.Донецк.

Ведущая организация: Национальная металлургическая академия Украины, кафедра обработки металлов давлением, Министерство образования и науки Украины, г.Дненропетровск.

Защита состоится « » Октября 2000г. в часов на заседании специализированного ученого совета Д 11.052.01 Донецкого государственного технического университета Министерства образования и науки Украины по адресу: 83000, г. Донецк, ул. Артёма, 58, 5-й учебный корпус, аудитория 353.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Донецкого государственного технического университета, г.Донецк, ул. Артёма, 58, 2-й учебный корпус.

Автореферат разослан« 0*9 2000г.

Ученый секретарь специализированного

ученого совета Д 11.052.01

доктор технических наук, профессор__

Сафьянц С.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Важнейшей задачей металлургической промышленно-ги Украины является повышение конкурентоспособности выпускаемой продук-ии. Одним из компонентов высокого уровня конкурентоспособности можно счи-зть быстрое удовлетворение потреонтольского спроса с минимальными затрата-:и на производство более широкого сортамента производимой продукции, так как настояшее время на мировом и внутреннем рынках требуются небольшие и редкие партии изделий широкого сортамента.

Существующие способы прокатки и калибровки фланцевых профилей не беспечивают быстрого перехода с производства одного профиля на другой с ми-имальными затратами. Расширение сортамента в сторону увеличения габарит-ых размеров профилей на большинстве действующих станов невозможно без их екопструкции, так как возникающие при этом нагрузки на элементы главных ли-ий клетей превышают допустимые.

Поэтому разработка и исследование новых способов прокатки сортовых протлей, позволяющих расширить сортамент производимой продукции без рекон-грукции главных линий стана, является актуальной задачей и представляет науч-ый и практический интерес.

Связь с научными программами, планами, темами. Соискатель принимал частие в качестве исполнителя госбюджетной работы кафедры ОМД и М, прово-имой Донбасским горно-металлургическим институтом «Разработка электрон-ых систем обучения и контроля знаний студентов металлургических и горных пециальностей» №19311029120 инв. №13971113224. Работа способствовала вы-олнению государственных национальных программ: «Концепция развития чер-ой металлургии Украины», «Национальная программа развития горно-[еталлургического комплекса Украины».

Цель работы. Расширение проектного сортамента швеллеров в сторону уве-ичения их габаритных размеров без реконструкции главных линий рабочих кле-ей стана.

Для достижения цели сформулированы и решены следующие задачи: разработка и исследование нового способа производства швеллеров, с совме-;ением в фасонных проходах интенсивного растяжения стенки и её обжатия;

разработка принципа конструирования фасонных швеллерных калибров с пе-емсиным изгибом стенки;

разработка методики построения фасонных швеллерных калибров с переменим изгибом стенки;

исследование температурного режима прокатки с получением расчётных фор мул по определению угловых коэффициентов излучения элементов профиля пр: применении переменного изгиба стенки в фасонных калибрах;

разработка математической модели технологического процесса производств швеллеров с реализацией результатов на ПЭВМ;

разработка модели напряженно-деформированного состояния при разгибании исследование процесса разгибания в профилегибочном калибре с получение! расчётных формул по определению напряжений, возникающих в стенке и вели чины её утонения, с учётом влияния на определяемые параметры внешних зон;

на основании теоретических и экспериментальных исследований - разработк и внедрение в производство технологии производства швеллеров с применением фасонных калибрах переменного изгиба стенки.

Объект исследования - производство профилей на сортопрокатных станах. Предмет исследования — технология производства швеллеров. Методы исследования - для исследования напряженного состояния в стенк раската при разгибании использовался метод совместного решения уравнени] равновесия и пластичности; методом планированного эксперимента определялас зависимость коэффициента, учитывающего влияние внешних зон при разгибании статистические методы обработки результатов эксперимента при исследовани) температурных режимов прокатки и планированного эксперимента.

Научная новизна. Для разработанного нового способа производства швелле ров:

впервые сформулирован принцип конструирования фасонных швеллерных ка либров, имеющих переменный изгиб стенки, заключающийся в том, что конфигу рация калибра должна обеспечить совмещение в проходе последовательно про цессов растяжения стенки раската в поперечном направлении с обжатием её п высоте;

получены формулы для построения фасонных швеллерных калибров, имею щих переменный изгиб стенки;

методом планируемого эксперимента получено регрессионное уравнение п определению коэффициента, учитывающего влияние внешних зон на силу разги бания в зависимости от толщины стенки и размеров очага деформации;

получило дальнейшее развитие представление о влиянии касательных и ежи мающих напряжений в стенке на утонение стенки при разгибании;

впервые создана модель напряженно-деформированного состояния металл при разгибании, позволяющая определять величину утонения стенки с учетом пг

метров очага деформации и корректировать геометрию калибров, предшест-тощих профилегибочному.

Практическая ценность полученных результатов. На основании сформу-фованного принципа разработан способ производства швеллеров с совмещении в фасонных проходах интенсивного растяжения стенки и обжатия, что позво-;ет расширить действующий сортамент прокатываемых профилей в сторону ¡еличения их габаритных размеров без реконструкции главных линий клетей »ртовьтх станов.

Разработана методика построения фасонных швеллерных калибров с переменам изгибом стенки.

Разработана методика расчёта утонения стенки при разгибании, позволяющая эрректировать геометрию калибров, предшествующих профилегибочному.

Разработано программное обеспечение, которое значительно облегчает нроек-фование технологических процессов прокатки швеллеров по предлагаемой тех-элогии.

Результаты диссертации использованы при разработке технологического провеса производства швеллеров на крупносортном стане 600 Алчевского металлур-гаеского комбината (АМК). При использовании нового способа прокатки произ-;дено и отгружено потребителю более 8 тысяч тонн швеллера СЮ" (АБТМ) тре-уемого качества, при этом получен экономический эффект 117359,2 грн. Резуль-пы работы могут быть рекомендованы для совершенствования технологических роцессов на существующих станах и учтены при разработке сортамента для пробируемых прокатных станов.

Личный вклад соискателя. Основная часть экспериментальных исследова-ий, которые вошли в диссертационную работу, выполнена совместно с сотруд-иками сортопрокатного цеха АМК и работниками кафедры ОМД и М ДГМИ. Ре-/льтаты исследований опубликованы автором индивидуально и в соавторстве с ими. Личный вклад автора состоит в проведении исследований и создании мате-атических моделей, в получении и обобщении результатов экспериментальных сследований процессов, происходящих при производстве швеллеров с примене-ием переменного изгиба стенки в фасонных калибрах. Основные идеи работы и ¡етодики теоретических и экспериментальных исследований принадлежат автору. 1 диссертации не использованы идеи соавторов.

Апробация результатов диссертации. Основные результаты данной работы ыли изложены и обсуждены на: 1-м, 2-м и 3-м конгрессах международного ]оюзз. прокатчиков "Состояние и основные направления развития прокатного роизводства" (г.Магнитогорск, 23-27 октября 1995г., г.Череповец, 27-30 октября

1997г. и г.Липецк, 19-22 октября 1999г.); Вссукраинской научно-тсхничсской конференции "Перспективные технологии и оборудование обработки давлением в металлургии и машиностроении", г.Краматорск, 22-24 апреля 1998г.; научно-технической конференции "Наука, производство, предпринимательство - развитию металлургии", г.Донецк, 11-12 сентября 1998г.; 7-ой международной конференции по прокатному производству - STEEL RQLLÏNG '98 "Evolution and Exploitation for the Advancement of the World", Tokyo, november 9-11, 1998г.; научно-технической конференции молодых специалистов "Азовсталь 99", г.Мариуполь, 29 мая 1999г.; научном семинаре кафедра ОМД и M (май 1999г.) Донбасского горно-металлургического института; объединённом научном семинаре кафедры ОМД ДонГТУ и прокатной лаборатории ДонНИИЧерМета; 5-й международной научно-технической конференции «Теоретические проблемы прокатного производства», г.Днепропетровск, 16-18 мая 2000г.; на расширенном семинаре кафедры ОМД Национальной металлургической академии Украины, ¡.Днепропетровск.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 9 статьях, 1 патенте и 1 положительном решении на изобретение, в том числе 5 статей в специализированных научных изданиях, рекомендованных ВАК для публикации результатов диссертационных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6-ти разделов, выводов, списка использованных источников (включает 124 наименования) и 15-и приложений. Материалы работы изложены на 154 страницах печатного текста, в том числе 108 страниц основного, содержат 41 рисунок и 6 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведена общая характеристика работы, обоснована актуальность темы, сформулирована цель и задачи исследования, отмечена научная новизна, практическая ценность и методы исследования.

В первом разделе рассмотрено состояние вопроса производства профилей швеллерного типа. В зависимости от состава и мощности оборудования, известны различные способы производства швеллеров, которые прокатываются с прямыми и развернутыми фланцами в фасонных проходах. При прокатке с прямыми фланцами используются балочный, корытный способы, а также способы сгибания прямых фланцев и с увеличенным уклоном фланцев и изогнутой стенкой. Более совершенной является развернутая калибровка с изгибом по радиусам стенки и фланцев. С учетом особенностей существующей технологии, способов и схем

прокатки на различных сортовых станах применяются разные методики расчета и построения калибров. Наряду с выбором способа прокатки, важным фактором, эказывающим влияние на качество готовой продукции, точность геометрических размеров, износ валков и энергозатраты является температурный режим прокатки.

Существующие способы прокатки, обладая рядом достоинств и недостатков, позволяют производить швеллеры определенных профилеразмеров, ограниченные возможностью установленного оборудования. Расширение сортамента в сто-эону увеличения габаритных размеров швеллеров связано со значительными капитальными затратами по реконструкции главных линий с установкой более мощных приводов, а в ряде случаев — более крупных клетей.

Анализ показал, что известные методы расчета и построения фасонных калиб-эов не позволяют определить параметры калибровки для предлагаемого нового :пособа прокатки швеллеров с применением переменного изгиба стенки и после-1ующим её разгибанием.

Исследования влияния теплообмена элементов раската по известным формулам не могут быть применены для расчета температурного режима прокатки в ка-габрах с переменным изгибом стенки.

Во второй разделе приведены этапы разработки новой технологии троизводства швеллеров и исследование процессов, происходящих при прокатке заската в калибрах с переменным изгибом стенки.

Для разработки технологии производства швеллеров расширенного сортамента сформулирован принцип конструирования калибров с переменным изгибом л-енки, заключающийся в том, что конфигурация калибра должна обеспечивать ювмещение в проходе последовательно процессов растяжения стенки, величина соторого определяется геометрией профиля, и обжатия её по высоте. При этом максимальная величина растяжения ограничивается выходом нижней точки стен-си за линию опирания фланцев.

В соответствии с предложенным принципом разработан способ прокатки пвеллеров, позволяющий при сравнительно небольших приращениях горизонтальной проекции средней линии стенки получить ее уширение, величина которого значительно превышает уширение, получаемое при известных способах про-сатки.

Разработанный способ предусматривает деформацию металла в ящичных и фасонных подготовительных калибрах черновой группы клетей, прокатку в ка-габрах с переменным изгибом стенки и последующим разгибанием её с формированием окончательной ширины раската в предчисговом профилегибочном калиб-зе.

Новый способ отличается от известных тем, что относительное уширение го ризонтальной проекции средней линии стенки за один проход составляе: 0,22...0,3, а отношение ее вертикальной проекции (Ьс) к горизонтальной (Вст) 0,25—0,38 (рис.1), при прокатке по обычным способам эти величины составляют соответственно: 0,01...0,04 и 0,03...0,07.

Рис.1. Поперечное сечение профиля до разгибания в гибочном калибре (I) и после него (2).

Для улучшения условий разгибания, протяженность участков стенки Ь], прилегающих к фланцам, составляет 0,12 ... 0,22 длины средней линии стенки при угле изгиба степки (3 — 30...60°.

Для реализации нового способа разработана методика конструирования фасонных калибров, имеющих переменный изгиб стенки. Методика состоит из нескольких этапов расчёта.

На первом этапе, по одному из известных способов, назначается схема прокатки и определяются габаритные размеры фасонных калибров. Затем выполняется предварительный расчет основных параметров калибровки по обычному способу. После выполнения расчета, составляется схема прокатки профиля с применением переменного изгиба стенки в предчистовых и нескольких черновых фасонных проходах. Учитывая необходимость обжатия стенки после растяжения, для устранения разнотолщшшости, выбирается расположение профилегибочногс калибра, в котором происходит разгибание стенки.

На следующем этапе заготавливается скелет калибра с переменным изгибом стенки (рис.2). Исходные данные, необходимые для расчетов и построения калибров с переменным изгибом стенки, принимаются из расчетов, произведенных для обычной схемы прокатки. Необходимо отметить, что уширение горизонтальной проекции средней линии стенки в профилегабочном калибре может составлять 40...60 мм, а вынужденным уширением средней линии стенки прсдчистового и

В,

герновых калибров задаются с превышением в 2...6 раз величины уширения, задаваемого при обычном способе прокатки. При расчете калибров, имеющих переменный изгиб стенки, обязательным условием является соблюдение равенства ветчины суммарного уширения стенки профиля и суммы общего уширения гори-юнтальных проекций средних линий стенки в профилегибочном и предыдущих салибпах.

Рис.2. Расчетная схема калибра с переменным изгибом стенки.

Для нового способа, на основе предложенного принципа построения фасонных калибров с переменным изгибом стенки, предложены уравнения для расчёта шементов этих калибров.

Учитывая, что длина участков стенки, сопряженных с фланцами bi>(0,12...0,22)Lc, (1)

рассчитывают значения:

среднего участка стенки: Ьз>(0,25...0,4)Ьь (2)

радиусов сопряжения: Ri=(2,5...4,0)d, R2=Ri-d; (3)

горизонтальной проекции средней линии стенки

В ст = 2[(¿, + Ъъ) cos а + Q,5d sin а + Ь2 ]; (4)

горизонтальной проекции участка изгиба стенки

0,51, - 6, - 6, - 0,01745/?(Д, + Д2) + 2fg ^ (Д, + Д,) - 0,5dtga

высоты участка изгиба стенки 1

h = Ъг cosa

,g[90 - (a + /?)] высоты калибра по разъему Як =[d + йф + Ал + и) cosa;

- tga

:sin[90-(£+«)]; (5)

(6)

ширины калибра по разъему

Вк = Вст + - (0,5с1 + /гЛ ) бш а];

вертикальной проекции высоты фланца до средней линии стенки К = + 0,5Л)соэа;

вертикальной проекции средней линии стенки с V 1 3> ф0-(« + /?)]

(8) (9) (10)

По данной методике производится расчет калибров, имеющих переменный изгиб стенки, с соблюдением следующих закономерностей:

< ь,

а = сопз1\

В,

(я + 1)

< В,

< ъ,

Я,

'(»♦о

< я,

■с»)

В,

Данная методика использована для расчета опытной калибровки швеллера СЮ" по стандарту А8ТМ в условиях стана 600 АМК.

Исследование предложенного принципа о совмещении растяжения стенки и ее обжатия было осуществлено на темплетах, отобранных по всем проходам, а также очагах деформации из клети, в которой происходит образование переменного изгиба стенки (8-ой проход) и из клети, в которой происходит разгибание стенки раската (11-ый проход). При исследовании темплетов было рассмотрено поведение металла в калибрах с переменным изгибом стенки и в профилегибочном калибре.

Исследование производилось после разбиения очагов деформации на определённое количество сечений, с измерением геометрических параметров всех сечений и определением зон контакта металла с валками (рис.3).

6654321 5 4 3 2 1

Рис.3. Формоизменение раската швеллера в 8-ом проходе.

Анализ результатов замеров показал, что при прокатке раската в калибре с переменным изгибом наряду с обжатием стенки происходит её интенсивное растяжение, при этом коэффициенты деформации по стенке и фланцам равны, а уклоны фланцев остаются постоянными. При растяжении стенки происходит незначительное уменьшение высоты фланцев.

Аналогично было проведено исследование формоизменения раската в профи-ггибочном 11-ом проходе, в котором осуществляется получение швеллерного аската обычной формы, кроме процессов разгибания здесь производится кон-роль высоты фланцев. В итоге после 11-го прохода получена габаритная ширина аската 272 мм, что на 43 мм больше ширины в 10-ом проходе, высота фланцев мепыпилась с 75 до 66 мм, а глубина изгиба стенки на 42 мм.

Сравнительный анализ рассчитанных по известному (метод Б.В.Мерекина) и редлагаемому способам калибровок швеллера СЮ" показал, что величина сум-[арного уширения средней линии стенки, полученная по предлагаемому способу 3,2 раза превышает уширение, возможное при обычном способе прокатки. При рокатке в калибрах, имеющих переменный изгиб стенки, значительно увеличи-ается вертикальная проекция её средней линии, с пропорциональным уменыпе-[ием ширины раската, что влияет на величину коэффициента формы калибра Кф=П/2В). При этом величина среднего за все проходы коэффициента формы Сф=1,48 несколько отличается от обычного способа (для обычного - Кф=1,50), [то свидетельствует о влиянии изменения формы калибров в предложенном спо-:обе па величину удельных усилий.

При исследовании схем прокатки, составленных в соответствие с предло-кенным и известным способами, сделан вывод, что прокатка швеллера с переленным изгибом стенки позволяет на 32% (в данном случае) уменьшить площадь юперечного сечения фасонной заготовки, что позволяет разгрузить клети с фа-юнными калибрами и догрузить более мощные клети обжимной группы.

В третьем разделе представлено теоретическое и экспериментальное исследование температурного режима прокатки швеллеров. Теоретическое исследование температурного режима прокатки швеллеров проводилось с использованием методики, позволяющей определять температуру элементов профиля с учетом их взаимного излучения.

В работе получены формулы по определению угловых коэффициентов излучения для конкретной геометрии профиля и рассчитан температурный режим и энергосиловые параметры прокатки швеллера СЮ" с реализацией на ПЭВМ. Для сравнения результатов, аналогичные расчеты были произведены для прокатки того же швеллера по обычной технологии. Результаты расчетов показали, что значения угловых коэффициентов при прокатке по способу с переменным изгибом стенки меньше, чем при прокатке по обычному способу, как для фланцев, так и для стенки.

С целью проверки расчетных значений температур, проведены экспериментальные замеры температур фланцев и стенки при прокатке швеллера в проходах

6 ...13. В процессе исследования производилось но 20 замеров температуры стенки и фланцев в каждой клети. При этом среднеквадратичная погрешность измерения температур составила ±9,5 °С, а доверительный интервал при уровне значимости 0,05 составлял ±20°С, в результате чего установлена достаточно хорошая сходимость теоретических расчетов и экспериментальных исследований. В таблице 1 приведены результаты расчетов и экспериментальных замеров температуры (Тер.из,- усредненная по сечению и длине температура раската с изгибом стенки, Тер.об.- усредненная по сечению и длине температура обычного раската).

Таблица 1-

Результаты расчетов и экспериментальных замеров температуры

№ прохода Тср.из.,°С, эксперим. Тср.из.,°С Тср.об./С Тср.из.-Тср.об.°С

расчетные

6 1115 1113,2 1113,2 0

7 1090 1093,8 1079,2 14,6

8 1085 1091,1 1061,8 29,3

9 1020 1031,5 987,4 44,1

10 995 1005,3 948,6 56,7

11 955 967,2 916,2 51

12 888 898 858,1 39,9

13 848 853,6 820,4 33,2

Экспериментально и теоретически установлено, что при прокатке швеллеров в фасонных проходах с переменным изгибом стенки улучшаются условия теплообмена между элементами профиля; по сравнению с обычным способом прокатки на 5...15°С снижается перепад температур между стенкой и фланцами. При этом усредненная температура по сечению и длине раската повышается на 15...55°С.

Четвёртый раздел посвящен разработке математической модели технологического процесса прокатки швеллеров. Для анализа параметров прокатки шнеллеров с использованием фасонных калибров, имеющих переменный изгиб стенки, на основании теоретических и экспериментальных исследований разработана математическая модель технологического процесса прокатки швеллеров, блок-схема которой приведена на рисунке 4.

Отдельным блоком проводится расчет аналогичного технологического процесса в случае прокатки швеллера по обычному способу; различие с приведенным алгоритмом заключается в расчете геометрии калибров и рассчитываемых при этом угловых коэффициентах излучения. Это дает возможность оцепить влияние

применения калибров с переменным изгибом стенки на энергосиловые параметры процесса прокатки.

Рис.4. Блок-схема математической модели технологического процесса производства швеллеров.

В результате расчёта энергосиловых параметров процесса прокатки установлено, что в проходах с калибрами, имеющими переменный изгиб стенки, удельный расход энергии ниже, чем при прокатке по обычному способу, а его суммарное значение во всех проходах составляет 63,5кВт*ч/т против 67,6кВтхч/т - по обычному способу. Кроме того, с помощью модели построены номограммы, позволяющие анализировать правильность выбора геометрических размеров калибров, имеющих переменный изгиб стенки.

В пятом разделе экспериментально и теоретически исследован процесс разгибания стенки раската швеллера в профилегибочном калибре.

Особенностью разработанного технологического процесса является наличие прохода, в котором происходит разгибание профиля. Проведено теоретическое и экспериментальное исследование процесса разгибания.

В отличие от традиционного процесса профилирования в рассматриваемом случае происходит получение профиля более простой формы из профиля сложной формы путем разгибания элементов стенки за один проход.

На основании совместного решения уравнений равновесия и пластичности получены расчётные формулы для определения напряжений по сечению стенки и её утонения, учитывающие влияние контактных и сжимающих напряжений.

н 2 Г „2

л

1 bin — R

(И)

1в у

)• (12)

При разгибании стенки профиля контактные напряжения на наружной поверхности вызывают появление сжимающих напряжений в стенке. С учетом связи между сжимающими напряжениями qi, вызванными действием продольной сжимающей силы и напряжениями q из условия равновесия сил: qi=qxRn/S;

V3 r 5 (13)

. -ТГ'НН-*0^-

На основании полученных формул разработана и реализована на ПЭВМ модель напряженно-деформированного состояния при разгибании стенки швеллера, позволяющая определить максимальную деформацию утонения в зависимости от величины относительного радиуса изгиба, контактных и сжимающих напряжений. Результаты расчета приведены на рисунке 5.

Для определения силы разгибания (Р), а также контактных q и сжимающих qi напряжений получены формулы: р=2^ldS4 ъв

2aTldS2k у 2aTSkcosy/2

а. =———cos- = —!--; (15)

3 BldS 2 ЪВ

2сгт -IdS2 -к

о — —'-------, (16)

4 3 B-F

где 1с1 -длина очага деформации; 8 -толщина стенки; В -расстояние между приложением разгибающих сил; Б -площадь контакта; у -угол изгиба стенки; к — коэффициент, учитывающий влияние внешних зон при разгибании, определяется по уравнению регрессии, полученному с применением планируемого эксперимента: к = 2,8812 - 0,033758 - 9,1816х10"31<1.

Е,% 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 О

1-т

nS

I \

\ \*

\ V

N

S.

"S

V

6 7 8

_q =0

8 10 12 14 16 18 Ro/S

Рис.5. Зависимость утонения от величины относительного радиуса при совместном влиянии контактных q и сжимающих ql напряжений с учетом q^=f(q).

При расчетах но данным формулам, с использованием графиков (рис.5) для разгибания раската швеллера СЮ" максимальное утонение составляет в разных ;ечениях 11,7% (0,82 мм) и 11,4% (0,8 мм). Экспериментально определенные ветчины деформаций составляют соответственно 0,9 и 0,8 мм.

Таким образом, при разработке калибровок, с целыо обеспечения точности размеров стенки, в местах изгиба необходимо создавать запас металла, величина соторого может быть определена при помощи рисунка 5.

Шестой раздел посвящен исследованию возможности применения разработанной технологии в условиях различных сортовых станов.

На основании теоретических и экспериментальных исследований разработан технологический процесс производства швеллера CIO" (ASTM) в условиях стана >00 ЛМК с использованием в фасонных проходах калибров с переменным изги->ом стенки и ее разгибанием в профилегибочном калибре, что позволило без ре-

1

конструкции главных линий рабочих клетей получить швеллер с шириной стенки 254 мм, в то время как предусмотренный проектным сортаментом максимальный размер по стенке швеллера составляет 200 мм.

Освоение разработанной технологии, показало, что весь объём произведенного швеллера СЮ" (в 1998г. было прокатано и отгружено потребителю более 8 тысяч тонн) по размерам элементов поперечного сечения профиля, качеству поверхности и физико-механическим свойствам полностью соответствовал требованиям стандарта ASTM. Согласно расчета экономической эффективности предлагаемой технологии, прибыль составила 117359,2 грн.

С целью изучения возможности дальнейшего расширения действующего сортамента стана 600 разработана калибровка швеллера №36 по ГОСТ 8240-89 из заготовки с размерами 260x200 мм и площадью поперечного сечения 50000 мм2. Исследование полученной калибровки с помощью математической модели технологического процесса доказало возможность получения швеллера без превышения допустимых нагрузок по всем клетям, то есть для стана 600 появляется возможность расширения сортамента:

от швеллера №10 до швеллера №36 по ШСТ8240-89, от швеллера С5"(127мм) до швеллера С12"(305мм) по ASTM, от швеллера U120 до швеллера U300 по DIN1026.

Кроме того, по заказу НПО "Доникс" разработала технология производства швеллеров №16 и №18 из заготовки 120* 120мм, а также швеллера №14 из заготовки 100* 100 мм для крупносортного стана 550 Енакиевского металлургического завода. При этом максимальный размер швеллера по проектному сортаменту стана 550 ограничивался №12, который прокатывался из заготовки 150*150 мм. Это дает возможность перейти на заготовку меньшего сечения с получением экономии газа при нагреве и электроэнергии при прокатке. При этом расширяется сортамент выпускаемой продукции.

ВЫВОДЫ

1. Разработан новый способ прокатки швеллеров, основанный на применении в фасонных калибрах переменного изгиба стенки, позволяющий расширить сортамент сортовых станов без коренной реконструкции главных линий рабочих клетей, и повысить конкурентоспособность этих станов в условиях рыночной экономики.

2. В результате анализа литературы установлено, что существующие способы прокатки и методы расчёта параметров калибров не могут быть использованы

для разработки технологии производства швеллеров с применением в фасонных калибрах переменного изгиба стенки; известные формулы для расчёта температурного режима прокатки требуют корректировки для применения к разработанному способу.

!. В результате экспериментальных и теоретических исследований сформулирован принцип конструирования швеллерных калибров с переменным изгибом стенки, заключающийся в том, что конфигурация калибра должна обеспечивать совмещение в проходе последовательно процессов растяжения стенки, величина которого определяется геометрией профиля, и обжатия ее по высоте. На основании предложенного принципа конструирования калибров разработаны методика построения калибров с переменным изгибом стенки и способ производства швеллеров, который позволяет расширить действующий сортамент станов без реконструкции главных линий рабочих клетей.

к Исследован температурный режим прокатки с получением расчётных формул по определению угловых коэффициентов излучения элементов швеллерного раската, позволяющих производить расчёт температурного режима, как при обычном, так и при разработанном способах прокатки швеллеров.

>. Разработана математическая модель технологического процесса прокатки швеллеров, позволяющая исследовать процесс при изменении параметров прокатки, а также сравнивать процессы прокатки по различным способам.

). Изучены контактные и сжимающие напряжения в стенке раската с получением формул по определению их величин. Методом планируемого эксперимента получено уравнение по определешпо коэффициента, учитывающего влияние внешних зон на силу разгибания и напряжения, возникающие в стенке при разгибании. Создана модель напряженно-деформированного состояния металла при разгибании, позволяющая определять величину утонения стенки с учетом параметров очага деформации и корректировать геометрию калибров, предшествующих профилегибочному.

Опытные прокатки и расчёты показали, что новая технология производства швеллеров позволяет:

совмещать в калибрах с переменным изгибом стенки её интенсивное растяжение с обжатием;

расширить сортамент прокатываемых на стане 600 АМК швеллеров до №36 по ГОСТ 8240-89 вместо №20 по проекту, а также до швеллеров аналогичных размеров по стандартам ASTM, DIN, JIS;

за счёт улучшения условий теплообмена излучением между элементами раската на 15...55°С повысить усредненную по сечению и длине раската температуру;

при повышении температуры раската и уменьшении его ширины - на 6.. .12% снизить удельный расход энергии;

при уменьшении ширины калибров с переменным изгибом стенки - увеличить их число на валках, что увеличивает срок службы валков.

8. Разработанная технология производства швеллеров внедрена на стане 600 ЛМК. При прокатке опытно-промышленной партии (свыше 8 тысяч тонн профиля требуемого качества) получена прибыль в сумме 117359 грн.

9. Предлагаемая технология позволяет расширить сортамент других сортовых станов, в частности её можно применить на крупносортном стане 550 Енакиев-ского металлургического завода с получением возможности прокатки швеллера №18 вместо максимального по проектному сортаменту №12.

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах:

1. Новая технология производства швеллеров / И.К.Дорожко, М.Б.Луцкий, В.А.Луценко, А.А.Чичкан // Совершенствование процессов и оборудования обработки давлением. в.метадлургии и машиностроении: Межвузовский тематический сборник научных трудов. -Краматорск, 1998. -С. 178-182.

2. Новая методика расчёта калибровки швеллеров / И.К.Дорожко, М.Б.Луцкий,

B.А.Луценко, А.А.Чичкан // Pecypco36cpiraio4i технолог^' виробництва та обробки тиском MaTepianiB у машинобудуванш: 36. Наук. Праць / Схвдюукрашський Дер-жавний ушвереггет. -Луганськ, 1998. -С.48-51.

3. Освоение нового способа прокатки швеллеров на стане 600 / И.К.Дорожко, М.Б.Луцкий, В.А.Луценко, А.А.Чичкан // Сталь. -1998. -№7. -С.42-45.

4. Чичкан A.A. Особенности технологии прокатки швеллера СЮ" по стандарту ASTM// Сборник научных трудов/ ДГМИ.-Алчевск.-1999,- Выи. 10.-С. 141 -147.

5. Исследование напряженно-деформированного состояния стенки при горячей ирофилегибке швеллеров / М.Б.Луцкий, В.А.Луценко, А.Г.Маншилин, И.К.Дорожко, А.А.Чичкан //Металл и лигьё Украины. - 2000. -№5-6. -С.51-53.

6. Паг. №.23027 UA, МКИ В21 Bl/08. Cirociö виробництва профшв швелерно-го типу / 1.К.Дорожко, М.Б.Луцький, А.ОЛПчкан, В.О.Луценко, В.М.Дорофеев, М.А.Бондаренко, М.М.Скороход, C.K.MiponoB, С.М.Ганзелинський, П.Я.Локтюнов, А.М.Чудиовець, О.В.Молочек, В.М.Халюта, Г'.В.Данилович,

C.С.Салищев. (UA). -№ 95031257; Заявл. 21.03.95. Опубл. 30.06.98. Бюл.№3. -5 с.

7. Позитивне рппення на заявку 98052757. Cnociö виробництва профшв шве-юрного типу / 1.К.Дорожко, М.Б.Луцький, А.О.Ч1чкан, В.О.Луценко, ПВО 'ДОНИКС". -Пришило 27.05.98. Опубл. 29.12.99. Бюл.№8.

8. Разработка и освоение флапцевых профилей в условиях полунепрерывного срупносортного стана 600 / И.К.Дорожко, М.Б.Луцкий, В.А.Луценко, \.А.Чичкан. Труды первого конгресса прокатчиков (Магнитогорск, 23-27 октябпя 1995г). -М., 1996. -С.207-209.

9. Расширение сортамента производства профилей швеллерного типа без ре-сонструкции сортовых станов / И.К.Дорожко, М.Б.Луцкий, В.А.Луценко, \.А.Чичкан // Труды второго конгресса прокатчиков (Череповец, 27-30 октября 1997г). -М., 1998. -С.261-264.

10. New way of the chanel rolling desigt / Ivan Dorozhko, Michail Lutsky, Viktor ^utzenko, Arthur Chichkan. Proceedings of The 7th International Conference on Steel tolling (Steel Rolling'98), 1998, Chiba, Japan, The Iron and Steel Institute of Japan. -Zhiba (Japan), 1998. -S. 404-407.

11. Разработка и освоение новой схемы прокатки швеллеров / М.Б.Луцкий, Я.К.Дорожко, А.А.Чичкан, В.А.Луценко // Труды пятой международной научно-технической конференции "Теоретические проблемы прокатного производства" 'Днепропетровск, 16-18 мая 2000 г). Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2000,- № 8-9,- С.204-206.

В работах, которые опубликованы в соавторстве, соискателю принадлежит эазработка схемы прокатки швеллера с применением в фасонных калибрах переменного изгиба стенки [1], получение расчётных формул для построения швеллерного калибра, имеющего переменный изгиб стенки [2], разработка ряда закономерностей построения калибров с переменным изгибом стенки, облегчающих проведение расчета этих калибров [3],[10], разработка математической модели напряженно-деформированного состояния металла при разгибании, позволяющей эпределять величину утонения стенки и корректировать геометрию калибров, предшествующих профилегибочному [5], анализ и предложение пределов изменения относительного уширения горизонтальной проекции средней линии стенки за один проход [6], анализ и предложение пределов изменения угла изгиба стенки раската в калибрах с переменным её изгибом [7], разработка процесса растяжения фланцев с незначительным их обжатием при прокатке специального взаимозаменяемого профиля СВП№22 и СВП№27 [8], анализ и предложение пределов превышения величины уширения средней линии стенки при предлагаемом способе производства швеллеров над уширением при обычном способе [9], получение но-

мограмм, с помощью которых упрощается определение значений угла изгиба стенки р и длины прямолинейного внешнего ее участка Ь1 [ 11].

АННОТАЦИЯ

'1ИТКЛН Л. А. Разработка элементов теории и технологии производства швеллеров с применением в фасонных калибрах переменного изгиба стенки. -Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.03.05 - «Процессы и машины обработки давлением». - Донецкий государственный технический университет, Донецк, 2000.

Работа посвящена актуальным вопросам повышения уровня конкурентоспособности выпускаемой продукции за счёт расширения действующих сортаментов прокатных станов в сторону увеличения габаритных размеров производимых швеллеров, без реконструкции главных линий рабочих клетей.

На основе анализа существующих способов прокатки фланцевых и полосовых профилей сформулирован принцип конструирования швеллерных калибров, имеющих переменный изгиб стенки, заключающийся в том, что конфигурация калибра должна обеспечивать совмещение в проходе последовательно процессов растяжения стенки, величина: которого определяется геометрией профиля и обжатия её по высоте. С использованием предложенного принципа разработана методика построения швеллерных калибров с переменным изгибом стенки, на базе которой получена математическая модель технологического процесса производства швеллеров, позволяющая исследовать процесс прокатки швеллеров любых размеров при изменении параметров прокатки и геометрии калибров. На основании новой методики построения калибров разработан способ производства швеллеров, позволяющий при небольших приращениях горизонтальной проекции средней линии стенки получить в фасонных проходах ее значительное уширение.

Проведено опытное опробование технологии производства швеллеров по новой технологии па основе которого экспериментально исследованы процессы деформации и формоизменения при прокатке в калибрах с переменным изгибом стенки. Исследования технологических параметров при прокатке по разработанной и обычной схемам показало снижение величины удельных усилий и уменьшение площади поперечного сечения фасонной заготовки при использовании новой технологии производства швеллеров.

Проведены теоретические и экспериментальные исследования температурного режима прокатки швеллеров по обычному и предлагаемому способам. С помо-

щью уточненных формул определения угловых коэффициентов излучения элементов раската, введенных в математическую модель технологического процесса, токазано, что прокатка швеллера по предлагаемой технологии позволяет повы-:ить температуру раската и снизить удельный расход энергии.

Исследовано напряженно-деформированное состояние профиля при разгибке. 'Г применением планируемого эксперимента получено уравнение регрессии для эасчёта коэффициента, учитывающего влияние внешних зон на усилие разгибки и разработана методика определения усилия разгибки, величин контактных и сжимающих напряжений в стенке. Получены формулы для определения напряжений но сечению стенки при разгибке с учётом контактных и сжимающих напряжений з ней. На их основании разработана математическая модель напряженно-реформированного состояния металла при разгибке с учётом параметров очах-а деформации, которая позволяет определять величину утонения стенки при разгибке.

Разработанный способ прокатки швеллеров нашел применение при производстве швеллера C10"(ASTM) в условиях стана 600 АМК. При прокатке опытно-промышленной партии швеллера получен экономический эффект 117359 грн. При использовании предлагаемой технологии возможно расширение сортамента производимых швеллеров - от №12 до №36, вместо предложенного но проекту - от №12 до №20. Кроме того, по заказу НПО "Доникс" разработана технология производства швеллеров № 16 и №18 из заготовки 120* 120мм, а также швеллера №14 из заготовки 100*100 мм для крупносортного стана 550 Енакиевского металлургического завода. При этом максимальный размер швеллера по проектному сортаменту стана 550 ограничивался №12, который прокатывался из заготовки 150*150 мм. Это дает возможность перейти на заготовку меньшего сечения с получением экономии газа при нагреве и электроэнергии при прокатке. При этом расширяется сортамсит выпускаемой продукции.

Ключевые слова: способ прокатки, швеллер, калибровка, переменный изгиб стенки, растяжение, температура, моделирование, напряженно-деформированное состояние, сортамент.

АНОТАЩЯ

ЧИЧКАН А. О. Розробка елсматв теорп та технолопУ виробництва umenepiß з використанням у фасоних Kaniöpax перемшного згину стшки. - Рукопис.

Дисертащя на здобутгя наукового ступеня кандидата техшчних наук за спещальшстю 05.03.05 - «Процеси та машшш обробки тиском». - Донецький державний техшчний ушверситет, Донецьк, 2000.

Робота присвячсна актуалышм питаниям розширення д1ючих сортамснпв прокатних сташв у 6iK збшынення габаритних po3Mipiß вироблсних швелер!в, без реконструкцн головних лшш робочих юптей.

На основ! анагнзу cnocoöie прокатки фланцевих профшв сформульований принцип конструювання швелерних кал1бр1в, що мшоть перемпший згин стшки, що полягае в тому, що конфнурашя кшпбру повинна забезпечувати сполучсння в ироход1 послщовно процесс в розтягування стшки й обтиснення п по висоть Роз-роблено методику побудови швелерних KamöpiB ¡з перемшним згином стшки, на 6a3i яко'1 отримана модель технологичного процесу виробництва швелер1в. 3 вико-ристанням ново!' методики розроблений enoeiö виробництва iiiaejtepiB, що дозво-ляе при невеликих збшыненнях горизонтально! проекцн середньоУ лшй' стшки одержати и знание уширення.

Проведено теоретичш й експериментальш досгндження температурного режиму прокатки швелер1в по звичайному i запропонованому способам. Уточнено формули по визначенню кутових коефпценпв випромшювання елеменпв розкату.

Досл1Джено напружено-деформований стан профшо при розгипанш.

При використанш запропоновано!' технологи на cTani 600 ОАО "АМК" мож-ливо розширення сортаменту вироблених швелер1в - вщ №12 до №36, замкть за-пропонованого по проекту - вщ №12 до №20.

Ключов1 слова: cnoci6 прокатки, швелер, катбрування, перемпший згин стш-ки, розтягання, температура, моделюваиня, напружено-деформований стан, сортамент.

SUMMARY

A.Chichkan. Theoiy elements elaboration and production technologies channels with use in shaped calibres of variable wall bend. Manuscript.

Dissertation on receiving of scientific candidate degree of technical sciences on speciality 05.03.05 «Processes and machines of processing by the pressure». Donetsk State Technical University. Donetsk. 2000.

Work sacred to actual expansion questions of operating assortments of rolling figures aside augmentation of gabarit dimensions producible channels, without reconstruction of main lines of working cages.

On rolling methods analysis base of flanges profiles formulated constructing principle channels of calibres, which have a variable wall bend, which consists in that, that calibre configuration must provide combination in passageway successively wall tension processes and her reduction on height. Is Worked up a construction methods channels of calibres with variable wall bend, on base which got model of technological pro-

uction process channels. With use of new methods is worked up a production method hannels, which allows attached to small augmentations of horizontal projection of liddle wall line to be accorded her considerable spreading.

Theoretical experimental researches Seen out of temperature rolling routine chañéis on methods usual and offered. Are Specified the formulas on determination of an-le coefficients radiation of roll elements.

Studied tensely-deformed profile fortune attached to flatten.

Attached to use of offered technology on mill 600 "AMK" is possible expansion of 5sortmcnt producible channels from №12 to №36, in exchange for offered on project om №12 to №20.

Key words: rolling method, channel, calibration, variable wall bend, tension, tem-erature, modeling, tensely-deformed fortune, assortment.