автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Разработка и моделирование технологических режимов прокатки рельсов с применением универсальных клетей

На правах рукописи

ЛИТВИНОВ РОМАН АЛЕКСАНДРОВИЧ

РАЗРАБОТКА И МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ПРОКАТКИ РЕЛЬСОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ УНИВЕРСАЛЬНЫХ КЛЕТЕЙ

Специальность 05.16.05 - Обработка металлов давлением

АВТОРЕФЕРАТ - 8 О ИТ 200S

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург, 2009

003479035

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Уральский государственный технический университет - УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина».

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Шилов Владислав Александрович.

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор Тулупов Олег Николаевич,

ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова»;

- кандидат технических наук, доцент Бондин Андрей Рудольфович,

ОАО «Синара-Транспортные машины».

Ведущая организация

- ГОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет».

Защита состоится 30 октября 2009 г. в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.285.04 при ГОУ ВПО «УГТУ - УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина» по адресу: 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19, корп. 3, ауд. Мт-329. Тел: (343) 375-45-74, факс: (343) 374-53-35, E-mail: omd@mtf.ustu.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «УГТУ -УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина».

Автореферат разослан « 29 » сентября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

A%*J

Шилов В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время качество отечественных железнодорожных рельсов, выпускаемых Нижнетагильским и Новокузнецким металлургическими комбинатами, значительно уступает лучшим зарубежным аналогам (рельсам японских, французских, австрийских и др. производителей). В материалах 3-й международной конференции «Трансмет-2007»*1, отмечалось, в частности, что средний ресурс рельсов отечественного производства в звеньевом пути (600 млн. тонн груза брутто) в два раза ниже по сравнению с лучшими импортными рельсами (1200 млн. тонн груза брутто). Показатели рельсового проката по точности профиля, прямолинейности, чистоте поверхности, механическим свойствам у отечественных рельсов также существенно ниже, чем у импортных, что не позволяет удовлетворить существующие и перспективные требования ОАО «РЖД», по которым к 2030 г. необходимо повысить ресурс рельсов на прямолинейных участках пути до 1500 млн. тонн груза брутто, увеличить маршрутные скорости движения пассажирских поездов на высокоскоростных магистралях (Москва - Санкт-Петербург и др.) до 250-350 км/ч. При этом для уменьшения числа сварных швов необходимо перейти на применение рельсов длиной 100 м и выше взамен 25-ти метровых рельсов, используемых в настоящее время.

Достижение указанных показателей невозможно без проведения коренной реконструкции рельсового производства на действующих металлургических комбинатах или строительства новых рельсобалочных станов. В соответствии с долгосрочной научно-технической программой ООО «ЕвразХолдинг» прорабатываются проекты реконструкции рельсобалочных станов НТМК и НКМК. В ООО «Мечел» планируется строительство нового рельсобалочного стана на Челябинском металлургическом комбинате. На всех этих станах предусматривается применение для прокатки рельсов универсальных рабочих клетей, широко используемых в зарубежной практике и создающих наиболее благоприятные условия для получения высококачественных рельсов, в частности для высокоскоростного движения.

В отечественной металлургии универсальные клети для производства рельсов до настоящего времени практически не применялись. Несмотря на ряд работ по исследованию процесса прокатки рельсов в универсальных калибрах (работы В.К. Смирнова, В.А. Паршина, А.Р. Бондина, C.B. Маслова, ряда специалистов КМК и др.), методики расчета рациональных калибровок валков и режимов прокатки рельсов с применением универсальных калибров не создано.

*) Современные технологии производства транспортного металла (Материалы 3-й международной конференции «ТРАНСМЕТ - 2007»), Екатеринбург: ОАО «НТМК», УГТУ-УПИ, 2008. С. 3-9, 33-37 и др.

В зарубежных публикациях в основном рекламируется технология и оборудование рельсопрокатных станов, а методы расчета формоизменения металла и энергосиловых параметров при прокатке рельсов в универсальных клетях не раскрываются. Поэтому создание научно обоснованной методики расчета технологических режимов прокатки рельсов в универсальных клетях и применение её при реконструкции действующих и строительстве новых рельсобалочных станов является актуальной задачей.

Эффективным средством для исследований и расчетов новых технологий и оборудования является компьютерное моделирование с использованием современных программных комплексов (DEFORM, SolidWorks и др.), что позволяет существенно сокращать сроки проектирования и освоения технологических процессов, повышать их качество и в сущности тождественно практическому опробованию создаваемых технологий на прокатном стане.

Изложенное выше позволило сформулировать цель диссертационного исследования: разработать методику расчета калибровок валков и технологических режимов прокатки рельсов в универсальных клетях и провести компьютерное моделирование новой технологии в условиях реконструируемого или строящегося современного рельсопрокатного стана.

Работа проводилась в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» по государственному контракту № 02.740.11.0152 и по хоздоговору с ОАО «НТМК».

Научную новизну работы представляют следующие разработки:

- метод расчета рационального режима обжатий при прокатке рельсов в универсальных калибрах, основанный на равенстве коэффициентов вытяжки по элементам профиля;

- математическая формулировка ограничений по захвату раската в четы-рехвалковом калибре с неприводными вертикальными валками;

- методика расчета рационального скоростного режима прокатки рельсов в непрерывно-реверсивных группах клетей современных рельсобалочных станов;

- закономерности формоизменения и напряженно-деформированного состояния металла, а также силовых воздействий при прокатке рельсов в универсальном калибре;

- формулы для расчета коэффициентов приращения-утяжки подошвы и головки рельсового профиля в процессе прокатки в универсальных калибрах и для определения обжатия фланцев по высоте в горизонтальных вспомогательных калибрах.

Практическую ценность работы представляют следующие результаты диссертации:

- алгоритм расчета калибровки валков и режимов деформации металла при прокатке рельсов в универсальных калибрах;

- методика компьютерного моделирования процессов прокатки рельсов с применением комплекса «DEFORM-3D»-,

- технические предложения по реконструкции рельсобалочного стана НТМК с расположением оборудования по двум вариантам;

- калибровки валков и технологические режимы прокатки рельсов по каждому из указанных вариантов;

- методика компьютерного моделирования конструкций универсальных клетей прокатных станов в среде SolidWorks;

- твердотельные модели существующей универсальной балочной клети НТМК, адаптированной для условий прокатки рельсов, и современной специализированной универсальной рельсопрокатной клети.

В целом разработанные положения и полученные результаты диссертации направлены на создание технологических режимов прокатки, обеспечивающих выпуск высококачественных длинномерных рельсов для отечественных железных дорог.

Результаты диссертационной работы использованы при разработке технологического задания на реконструкцию рельсобалочного стана ОАО «НТМК», и частично включены в учебное пособие для вузов «Калибровка прокатных валков» (М.: Теплотехник, 200В.)

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: Научно-практическая конференция студентов «Молодежь и наука» ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ» НТИ: - г. Нижний Тагил, 2006. 38-я Международная научно-техническая конференция молодых специалистов, инженеров и техников ОАО «НТМК»: - г. Нижний Тагил, 2006. Второй международный научно-практический семинар «Уральская научно-педагогическая школа по обработке металлов давлением им. А.Ф. Головина»: - г. Екатеринбург, 2007. Научно-практическая конференция студентов «Молодежь и наука» НТИ УГТУ-УПИ: -г. Нижний Тагил, 2007. XII отчетная научная конференция молодых ученных ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ»: - г. Екатеринбург, 2007. Вторая международная научно-техническая конференция «Современные достижения в теории и технологии пластической обработки металлов», СПбГПУ: - г. Санкт-Петербург, 2007. XIII отчетная научная конференция молодых ученных ГОУ ВПО «УГТУ-

УПИ»: - г. Екатеринбург, 2007. 3-я Международная конференция «Трансмет-2007», ОАО «Нижнетагильский металлургический комбинат»: - г. Нижний Тагил, 2007. 39-я Международная научно-техническая конференция молодых специалистов, инженеров и техников ОАО «НТМК»: - г. Нижний Тагил, 2007. Седьмой международный конгресс прокатчиков: - г. Москва, 2007. 7-ая международная конференция молодых специалистов EVRAZ: - г. Новокузнецк, 2008. 66-я научно-техническая конференция по итогам научно-исследовательских работ за 2007, ОАО «ММК»: - г. Магнитогорск, 2008. Международная научно-практическая конференция: «Инженерные системы - 2009», РУДН, ТЕСИС: - г. Москва, 2009. Международная научно-технической конференция. Современные металлические материалы и технологии (СММТ'2009), СПбГПУ: - г. Санкт-Петербург, 2009.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 23-х печатных трудах, в том числе в 5-ти рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и изложена на 172 страницах машинописного текста, включая 61 рисунок, 16 таблиц, 3 приложения и библиографический список из 116 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ*'

Во введении обоснована актуальность выбранной темы работы.

В первой главе представлен анализ современного состояния и развития технологии и оборудования для прокатки рельсов в мировой металлургии. Показано, что до настоящего времени для производства железнодорожных рельсов используется два способа: традиционный способ прокатки в двухвалковых калибрах, нарезанных на валках рабочих клетей дуо и трио и новый способ прокатки в четырехвалковых универсальных калибрах, образованных горизонтальными и вертикальными валками. Однако современное развитие технологии производства рельсов характеризуется всё возрастающим переходом от традиционного способа к новому способу прокатки в универсальных калибрах, что обусловлено целым рядом его преимуществ: равномерность деформации металла по элементам профиля, снижение износа валков и улучшение качества поверхности рельса, прямое обжатие головки по поверхности катания, обеспечивающее получение мелкозернистой структуры металла и повышение механических свойств, а следовательно, износостойкости рельсов.

Благодаря этим преимуществам за рубежом начиная с 1965-68 г.г. и по

*) Диссертационное исследование выполнено при научной консультации доцента, к.т.н. Шварца Д.Л.

настоящие время способ прокатки в универсальных калибрах является основным направлениям совершенствования технологии производства рельсов. С применением его реконструируются действующие линейные станы, разработаны и построены новые рельсопрокатные станы, включающие обжимные реверсивные клети дуо и непрерывно-реверсивные группы тандем в составе универсальных и горизонтальных вспомогательных клетей. За последние 5 лет за границей введено в строй 12 таких станов, оснащенных жесткими универсальными клетями кассетной конструкции. Эти станы обеспечивают выпуск высококачественных рельсов длиной 100-150 м для скоростных железнодорожных магистралей.

В России указанный способ производства рельсов до настоящего времени не использовался, что отчасти и является причиной низкого качества отечественных рельсов. Известное опытно-промышленное опробование технологии прокатки рельсов в универсальной клети на НКМК не привело к внедрению этого способа в производство. Указанная выше предполагаемая реконструкция рельсобалочного стана НТМК и строительство нового рельсопрокатного стана на ЧМК предусматривают применение способа и технологии прокатки рельсов в универсальных клетях с учётом опыта передовых зарубежных производителей и должны обеспечить выпуск высококачественных рельсов, соответствующих лучшим мировым стандартам.

Известные методы расчета калибровок валков для прокатки рельсов (В.Е. Грум-Гржимайло, И.И. Кучко, Б.П. Бахтинова, П.И. Полухина и др.) разработаны применительно к способам прокатки в двухвалковых калибрах и не позволяют рассчитывать формоизменение металла при прокатке в четырехвалковых универсальных калибрах.

Наиболее глубокие экспериментальные и теоретические исследования процесса прокатки рельсов в универсальных калибрах выполнены учеными Уральского института металлов и Уральского политехнического института (В.К. Смирновым, В.А. Паршиным, А.Р. Бондиным и др.). Авторами установлено, что при прокатке рельсового профиля в универсальном калибре происходит изгиб концов полосы, наблюдается переменное по ширине фланцев приращение и утяжка подошвы и головки, получены формулы для определения коэффициентов вытяжки и уширения (утяжки) элементов профиля, опережения металла, контактного давления, усилия и момента прокатки. Однако, эти исследования проведены для способа прокатки со смещением осей вертикальных валков относительно плоскости горизонтальных валков, что не нашло практического применения на современных рельсопрокатных станах, где оси верти-

кальных и горизонтальных валков находятся в одной плоскости. Это ограничивает возможность использования полученных авторами результатов при расчете калибровок валков и технологических режимов прокатки.

Для реализации технологии прокатки в универсальных калибрах в зарубежной практике разработаны новые конструкции компактных кассетных клетей, устанавливаемых в непрерывно-реверсивных группах современных рельсопрокатных станов. Однако до настоящего времени в литературе не опубликовано сведений о напряженно-деформированном состоянии деталей этих клетей, что имеет существенное значение для определения ограничений режимов деформации рельсов по силовым условиям прокатки.

Широкие возможности для эффективного исследования технологических процессов и оборудования при производстве проката представляют методы компьютерного моделирования с применением современных программных средств (DEFORM, SolidWorks и др.). Однако для изучения процессов прокатки рельсов в универсальных калибрах такие средства до настоящего времени практически не применялись.

По результатам проведенного аналитического обзора сформулирована цель и определены задачи диссертационной работы:

- разработать методику расчета формоизменения металла и рациональной калибровки валков при прокатке рельсов в универсальных четырехвалковых и вспомогательных двухвалковых калибрах;

- сформулировать ограничения режимов деформации при прокатке в универсальных калибрах;

- разработать методику расчета скоростных режимов прокатки рельсов в непрерывно-реверсивных группах клетей современных рельсопрокатных станов;

- провести компьютерное моделирование в системе DEFORM основных закономерностей процесса прокатки рельсового профиля в универсальных калибрах (условий входа раската в валки, формоизменения фланцев, напряженно-деформированное состояние металла);

- создать компьютерную модель универсальной рельсопрокатной клети в среде SolidWorks и провести анализ напряженно-деформированного состояния её деталей;

- применить разработанные методики и компьютерные модели при проектировании реконструкции рельсобалочного стана Нижнетагильского металлургического комбината.

Вторая глава посвящена созданию научно обоснованной методики расчета калибровок валков и технологических режимов прокатки рельсов в универсальных калибрах. Предложен метод расчета формоизменения металла, основанный на равенстве коэффициентов вытяжки шейки головки и подошвы А.п рельса: Аш=1п=Я,г. Указанное условие достигается при определенных соотношениях коэффициентов обжатия шейки и фланцев, которые получили при следующих допущениях (рис. 1):

- приращение фланцев подошвы и головки достаточно мало по сравнению с их высотой, и им можно пренебречь, следовательно: hn=hn и hT=hr\

- длина шейки между внутренними гранями фланцев не изменяется в процессе прокатки, т.е. /ш = /ш;

- уклоны внутренних граней фланцев (боковых граней горизонтального валка) остаются постоянными в процессе прокати!, т.е. tg(pn = const и tgcpr = const.

При принятых допущениях коэффициенты обжатия фланцев по толщине рассчитываются по формулам:

у вершины:

1 = — = 1 + 0,5

I -1

"Пш

1

_Л _

2 + ^Фп а„

у основания:

Ппй ап

, \ i+ 1 tg<p„

а„

1

Лг

= — = 1 + 0,5

аг

I -1

2 + — tg(pr

.. Г __ I Гй

1 hr .

- + — tgvr

,(1)

(2)

1 + —tg9r аг

Рис. 1. Схема прокатки рельсового профиля в универсальном калибре (пунктирными линиями показан контур задаваемой полосы)

Используя формулы (1) и (2) и принимая изменение коэффициента обжатия шейки по проходам, можно рассчитать коэффициенты l/r)nu, l/r)nfc, l/rirn , \/f\Tb и определить толщину фланцев подошвы и головки в каждом проходе против направления прокатки:

ап = 0Л1паК; ¿С =(01™ К; ь„=(1/цлЬ)ьп-, ьг={1/цгЬ)ьг. (3)

Общий коэффициент обжатия шейки в универсальных калибрах определяют по формуле: 1/г]1ш = (0,4 -s-0,5) # г1М, (4) где Нгi и cl\ - высота головки и толщина шейки профиля в чистовом калибре.

В силу первого допущения уравнения (1)-(3) характеризуют формоизменение рельсового профиля с точностью до неизвестной величины приращения фланцев. Поскольку фактически небольшие приращения фланцев имеют место, то для повышения точности расчет целесообразно вести итерационным методом, определяя для первого приближения приращение подошвы и головки по известной формуле Ф.Е. Долженкова, преобразованной нами к виду:

Лбп=2,54(а;1-а„)Т1;~Т1"" ; ДДГ = 2,54(а'г-аг)Лш ~ V (5)

I"1!™, l-TIra

Как показал опыт наших расчетов по формулам (1)-(3), для обеспечения равенства коэффициентов вытяжки по элементам профиля необходимы весьма большие обжатия по головке рельса, что при наличии в универсальной клети холостых вертикальных валков может приводить к ухудшению условий захвата раската горизонтальными валками. Поэтому при проектировании режимов прокатки рельсов необходимо учитывать ограничение по условиям захвата раската в универсальных клетях. Математическую формулировку этого ограничения получили, исходя из условия равновесия сил в очаге деформации:

1

tg«m < /ш "

R,„

2М12Д± г_ R. V R. aR.

2 А/гг A/¡,

я. R.

(6)

где аш - угол захвата раската горизонтальными валками; Д /гш, Д/гг и Д/?„ - абсолютные обжатия шейки, головки и подошвы;/ш - коэффициент трения на контакте шейки с горизонтальными валками; Rш и Rв - радиус горизонтальных и вертикальных валков; /ц - коэффициент трения в цапфах вертикальных валков; г - радиус цапфы вертикальных валков.

С учетом полученных формул алгоритм расчета режима обжатий в универсальных клетях включает следующие основные этапы: - определение общего коэффициента обжатия шейки 1/г|£Ш;

- распределение полученного общего коэффициента по проходам /= 1, 2, 3 ..., п

п

таким образом, чтобы выполнялось соотношение 1/г|£Ш=П(1/11ш, );

- расчет коэффициентов бокового обжатия фланцев подошвы и головки;

- определение толщины фланцев подошвы и головки;

- расчет приращения подошвы и головки профиля и определение высоты фланцев в следующем против хода прокатки калибре;

- определение абсолютных обжатий шейки и фланцев и проверка ограничений по условиям захвата раската валками.

На основе полученного режима деформации рассчитывают рациональный скоростной режим прокатки в непрерывно-реверсивной группе клетей, что необходимо для определения быстродействия стана и последующего расчета температуры раскатов и энергосиловых параметров. Обычно такая группа состоит из трех клетей: двух универсальных УК1 и УК2 и одной горизонтальной вспомогательной ВК. Для расчета рационального скоростного режима такой типовой группы применили основные положения известной методики В.А. Тягунова с учётом особенностей непрерывной прокатки (рис. 2).

Первый проход Blnpoft проход Трешй проход

Рис. 2. Схема изменения частоты вращения валков при прокатке рельсов в чистовой непрерывно-реверсивной группе клетей

По результатам расчета скоростного режима определяют период прокатки в каждом проходе Ть Т2 и Т3 (см. рис. 2) и общий такт прокатки в непрерывно-реверсивной группе Тт, необходимый для расчета производительности стана.

В третьей главе представлены результаты компьютерного моделирования режимов прокатки, рассчитанных по разработанной в главе 2 методике. Процесс моделирования включает 4 этапа: построение геометрических моделей калибра (валков) и заготовки в среде SolidWorks и импортирование их в пред-процессор программы DEFORM-, назначение исходных данных (реологических свойств металла, температуры заготовки, её механических свойств, кинематических граничных условий и т.п.); решение методом конечных элементов задач по моделированию условий входа раската в универсальный калибр, по исследо-

ванию формоизменения профиля в процессе прокатки, по определению напряженно-деформированного состояния металла и силовых условий деформирования; анализ полученных результатов по эпюрам изменения координатных сеток, распределения напряжений и деформаций по элементам рельсового профиля.

Моделировали процесс прокатки по трем вариантам:

- вариант 1, когда согласно предложенной методике расчета коэффициенты вытяжки шейки, подошвы, и головки, равны между собой, т.е. ХШ=Х„=АТ=1,281;

- вариант 2, когда АШ>ХП=ХГ, причем 1,500, а 1,281;

- вариант 3, когда причем >-,„=1,100, а Х„=ХТ=1,281.

Диаметр горизонтальных валков принимали равным 1250 мм, а вертикальных - 900 мм. Полагали, что металл обладает свойствами жестко-пластической среды, температуру заготовки принимали равной 1000°С. Сопротивление деформации рельсовой стали рассчитывали по формуле, полученной В.К. Смирновым и А.Р. Бондиным. Условия контактного взаимодействия принимали по Кулону с коэффициентом трения 0,7. Угловую скорость вращения горизонтальных валков в соответствии с расчетным скоростным режимом задавали 4,3 1/с.

При моделировании условий входа раската в универсальный калибр определяли положение переднего торца полосы (в вертикальных сечениях) на различных стадиях заполнения очага деформации. В результате установили, что начиная с момента касания раската горизонтальными валками и до полного заполнения очага деформации при отсутствии направляющих линеек наблюдается постепенный изгиб заднего конца полосы в сторону подошвы, что в конечном итоге приводит к образованию дефектов в месте соединения шейки и головки профиля (рис. 3). Этот результат моделирования подтверждается экспериментальными данными В.К. Смирнова и А.Р. Бондина. Механизм изгиба заднего конца раската объясняется в диссертации с позиции равновесия сил и моментов в очаге деформации.

В результате моделирования условий входа рельсового раската в универсальный калибр с применением направляющих линеек установлено, что такие линейки позволяют устранить указанный изгиб полосы (рис. 4). Причем это более целесообразно, чем использование предлагаемого рядом авторов сдвига вертикальных валков относительно плоскости горизонтальных валков по или против направления прокатки, что существенно усложняет конструкцию универсальной клети и поэтому до сих пор не реализовано.

13

Б1ер 120

Рис. 3. Изгиб заднего конца раската при входе в универсальный калибр без применения направляющих линеек (конечная стадия): I - горизонтальный валок; 2 - вертикальный валок; 3 - раскат

Рис. 4. Результат моделирования процесса входа рельсового раската в универсальный калибр с применением направляющих линеек: I - горизонтальный валок; 2 - вертикальный валок; 3 - раскат; 4 - направляющие линейки

Исследования закономерностей течения металла при прокатке рельсового профиля проводили при помощи метода координатных сеток. Для этого в поперечном сечении рельсовой заготовки наносили координатную сетку (рис. 5, а). По изменению её в процессе прокатки (см. рис. 5, б) делали вывод о направлениях течения металла в элементах профиля и формировании свободной поверхности фланцев. Моделировали процесс прокатки по трем указанным выше вариантам. В результате установлено, что при прокатке в универсальном калибре с одинаковыми коэффициентами вытяжки по элементам профиля (см.

рис. 5) перетекание металла из головки во фланцы практически не наблюдает-

ся: вертикальные линии координатной сетки практически не искривляются, и начальное расстояние между крайними вертикалями шейки (точки 11-12), равное 105,6 мм, практически сохраняется после деформации (106,3 мм). При прокатке с различными коэффициентами вытяжки по шейке и фланцам в случае, когда (вариант 2) происходит перетекание металла из шейки в подош-

ву и головку: вертикальные линии сетки изгибаются в сторону фланцев, а начальное расстояние 105,6 мм увеличивается до 117,3 мм. В случае, когда (вариант 3), наоборот, вертикальные линии фланцев изгибаются выпуклостью в сторону шейки, и указанное расстояние уменьшаются до 96,5 мм, т.е. происходит перетекание металла из фланцев в шейку. Установленные закономерности имеют важное практическое значение, так как согласно требованиям отечественных и зарубежных стандартов осевая ликвация не должна распространяться в головку и подошву. С этой точки зрения благоприятными являются режимы деформации по вариантам 1 и 3.

В каждом из рассмотренных вариантов наблюдается неравномерное по ширине изменение высоты подошвы и головки: (см. рис. 5, б): на контакте с вертикальными валками получается приращение высоты фланцев, а в месте контакта их с боковой гранью горизонтального валка получается утяжка. При этом контур свободной поверхности фланцев получается криволинейным и характеризуется переменным по толщине фланцев коэффициентом приращения-утяжки подошвы Рп =#п/#п =1,030 + 0,975 и головки Зг =НГ/НТ =1,053-5-0,938. Такой характер изменения высоты фланцев качественно подтверждается экспериментальными данными В.К. Смирнова и А.Р. Бондина. Закономерности приращения-утяжки фланцев необходимо учитывать при определении высотного обжатия подошвы и головки в горизонтальных вспомогательных калибрах для того, чтобы получить требуемую форму и размеры фланцев готового рельса.

Для математического описания этих закономерностей был проведен специальный планируемый вычислительный эксперимент по моделированию в системе DEFORM-3D процесса прокатки 27-ми рельсовых заготовок в 9-ти универсальных калибрах с измерением текущей высоты фланцев в 4-х точках по ширине фланцев (рис. 6). Рассматривали режимы прокатки по варианту 1. В результате аппроксимации полученных расчетных данных с использованием программного комплекса Excel получили следующие уравнения для определения текущего вдоль у коэффициента приращения-утяжки подошвы и головки рельсового профиля:

15

До прохода

1

Рис. 5. Координатная сетка в поперечном сечении раската до и после прокатки в универсальном калибре с одинаковым коэффициентом вытяжки по шейке и фланцам (ХШ=ХП=АГ)

рп = С0(--1)с< Ас^<, рг = С0(--1)С| Ас=нгс-, (7)

Лш Лш

где —— =— - коэффициент обжатия шейки; Л = — - приведенный диаметр

Лш 4 Л

г, Н г, Н,

горизонтальных валков; Нп = —-, Нг = —- приведенная высота подошвы и

с1 с1

головки; Со-гСч - коэффициенты, которые рассчитываются в зависимости от

безразмерной координаты у = — для подошвы и р- для головки по урав-

а„

нениям: для подошвы

С(| = -0,339у2 + 0,203у +1,057, С, = -0,047 у2 + 0,030у + 0,005, С2 = 0,01 Oy2 - 0,002у - 0,007 ,

С3 = 0,096у - 0,063у - 0,007

&

ota <

0.5а,

аг

для головки

С„ = -0,51 Оу2 + 0,279у+ 1,088; С, = -0,116у2 + 0,086у+ 0,001; С2 = 0,015у 2 + 0,014 у - 0,022; С3 =0,141у2 — 0,122у + 0,021.

Г

"Т

0,5^

Рис. 6. Схема измерения подошвы и головки рельсового профиля в вычислительном эксперименте

При расчете режимов прокатки по разработанной в главе 2 методике абсолютное уширение фланцев рекомендуется определять по разнице высоты в месте максимального приращения (при у =0,5) и утяжки (при у = 1), т.е. (см. рис. 6):

двп = НП(РП|НХ5 - Эп|у=1.о>; лвг = нг((Зг|-=|), -рг(у=ко)

Применение этих формул взамен формул Ф.Е. Долженкова (5) позволяет повысить точность выполнения соотношения Хш=к„=}^ при расчете калибровки валков.

При моделировании напряженно-деформированного состояния металла в программе DEFORM 3D рассчитывали среднею интенсивность главных деформаций е и напряжений а в узлах координатной сетки. На рис. 7 представлено распределение интенсивности деформации е в поперечном сечении рельса, прокатываемого в универсальном калибре с одинаковыми и различными коэффициентами вытяжки по элементам профиля.

Из анализа полученных данных следует, что наиболее благоприятное распределение интенсивности деформаций наблюдается при одинаковых коэффициентах вытяжки по шейке и фланцам (см. рис. 7, а). В таком случае по всему поперечному сечению шейки и на значительной глубине приконтактного слоя головки и подошвы с вертикальными валками получается одинаковое значение 8, составляющее 0,38. Это обеспечивает получение плотной и мелкозернистой структуры металла на большей части сечения рельсового профиля, что особенно важно для повышения прочности и износостойкости головки рельса. В средних слоях головки и подошвы интенсивность деформации получается ниже (до 0,3), а максимальное значение £ = 0,5 наблюдается в местах утяжки фланцев (точки Р8 и РЗ на рис. 7, а).

С увеличением коэффициента вытяжки шейки до 1,5 при прежних значениях Хп =ЛГ =1,281 (см. рис. 7, б) существенно возрастает интенсивность деформации по всему сечению шейки (до 0,621 в области точек Р4 - Р5 - Р6 - PI 1 - PI2), а также на контакте с боковой поверхностью горизонтального валка (до 0,44 - 0,47 в точка РЗ - Р4). Однако снижается глубина проработки прикон-тактных слоев головки и подошвы с вертикальными валками. В целом распределение интенсивности деформации получается крайне неравномерным.

При уменьшении Л|п до 1,1 без изменения коэффициентов вытяжки по фланцам (см. рис. 7, в) интенсивность деформации по всему сечению шейки снижается до величины е = 0,241 ■*■ 0,289, улучшается проработка металла практически по всему сечению головки и подошвы (е = 0,36 0,4 на большей части сечения обоих фланцев). При этом в отдельных точках, например, в местах утяжки фланцев (точки Р8 и РЗ) интенсивность достигает максимальных значений е = 0,6 0,7, и вцелом распределение интенсивности деформаций по сечению профиля также получается весьма неравномерным.

Таким образом, равномерное распределение коэффициентов вытяжки по элементам профиля приводит к наиболее равномерному распределению интенсивности деформации по поперечному сечению рельсового раската.

Р ЮР 9

Р 8

Р 7

Р 6

Strain - Effective 0.530

I

Р 5

h

Р 2

Р 1

Р10Р9

Р 8

Slrain - Effective 0.830

Р 5

РЗ Р 4

Р 12

Р 2

Р 1

.«те

Strain - Effecti 0.472

Р 7

\ Р6 ■

Р 11

■

■ 0.000 Р 5

Р 3

■

Р 4 Р 12

Р2 Р1

Рис. 7. Распределение интенсивности деформации в поперечном сечении рельсового профиля: а - при Хш =ХП = ХГ; б - при >АП =ХГ; в -при Х,„ <Я„ =Я„

ш п г

Полученные в результате моделирования эпюры изменения интенсивности напряжений в очаге деформации при прокатке по трем характерным режимам соотношений коэффициентов вытяжки представлены на рис. 8. Как видно, изменение напряженного состояния металла в очаге деформации имеет достаточно общий характер для всех трех рассмотренных вариантов распределения коэффициентов вытяжки по элементам профиля. При входе раската в очаг деформации и при выходе из него имеется узкая зона напряжений а = 100 + 130 МПа (зеленый цвет на эпюре). На большей части шейки и фланцев напряжения составляют о = 150+ 175 МПа (желтый цвет). Максимальные напряжения величиной до 210 МПа (красный цвет) наблюдаются в местах соединения шейки и фланцев (окрестности точек Р6 и Р4), а также в местах утяжки фланцев (точки РЗ и Р8), причем величина зоны максимальных напряжений на стыке шейки с фланцами зависит от соотношения коэффициентов вытяжки по этим элементам. При равенстве Я111=А11=ХГ= 1,281 (см. рис. 8, а) эта зона относительно невелика. Однако, как при увеличении коэффициентов вытяжки по шейки до 1,5 при ^=^1,281, (и соответствующем увеличении длины очага деформации, см. рис. 8, б), так и при уменьшении X™ до 1,1 при тех же и Ат (и соответствующем уменьшении длины очага деформации, см. рис. 8, в) зона этих максимальных напряжений увеличивается. Кроме того, при увеличении Хщ до 1,5 в средней части очага деформации (в окрестностях точки Р5) наблюдается увеличение а до 180-190 МПа (розовый цвет на рис. 8, б). Таким образом, увеличение неравномерности распределения коэффициентов вытяжки по элементам профиля приводит к повышению неравномерности напряжений в очаге деформации. Общей закономерностью для всех трех вариантов является распространение напряжений а - 50 + 70 МПа в область переднего и заднего жестких концов на глубину, сопоставимую с длиной геометрического очага деформации (голубой и бирюзовый цвета на рис. 8).

При моделировании силовых воздействий в универсальном рельсовом калибре весь валковой узел с направляющими вводными линейками и раскатом поместили в систему координат так, что направление прокатки совпало с осью ОХ, горизонтальная плоскость вертикальных валков с осью OY; а вертикальная плоскость горизонтальных валков с осью OZ. Для такой системы по программе DEFORM-3D рассчитывали силы, действующие в направлении координатных осей на горизонтальные валки (Prz, Ргу, Ргх), на вертикальные валки со стороны подошвы (Fn_v, Fnx, Fn7) и со стороны головки (Fry, Frx, Frz), а также на направляющие линейки со стороны подошвы (Т^, Тпх, Т№) и со стороны шловки (Try, Т„, Тг/).

р 1

в

Рис. 8. Эпюры распределения напряжений (МПа) в очаге деформации при прокатке с различными соотношениями коэффициентов вытяжки:

а-при =ХП =Хг',б- при >ХП = Хг; в - при Хш <ХП =ХГ

Load Prediction

Load Prediction

X Load(N) з^еОТз

ZLoad(N; 5 UJc-4JUb

7 Ше-ЛОб

ПП439 П1R1 П278 □ 395 0 51

rime ;=ec)

Load Prediction

Y Load(N) а гзачсоБ

Тор й.е!

Д.бЕе-ЮОД Г JI

шятш

I 1 3 319-05 t

0.0403 0.W1 0.278 D.395 0.51] D.C20 Time (sec)

0.0433 0.161 0.278 D.395 0 511 Time (sec)

Рис. 9. Силы, действующие в направлении координатных осей на горизонтальный валок, при прокатке рельсового раската длиной 1 м (по варианту 2): а - вертикальная сила Р„; б - горизонтальная сила Р„ (сила трения); в - результирующая боковая горизонтальная сила Р,у, действующая на боковую поверхность валка со стороны подошвы.

На рис. 9 для примера показано изменение в процессе прокатки сил, действующих на горизонтальные валки. В частности, на полученных кривых четко видны 3 характерных периода: вход раската в очаг деформации (0,0439-0,1610с), установившийся процесс прокатки (0,1610-0,5110 с) и выход полосы из валков (0,5110-0,6000 с). При входе раската в валки вертикальная сила Рг/ возрастает ступенчато (см. рис. 9, а): вначале при обжатии «языка» она увеличивается при-

мерно до 2 МН, а при последующем входе в очаг деформации фланцев достигает установившейся величины 4,37 МН. При этом горизонтальная втягивающая сила Ргх (см. рис. 9, б) в момент входа в валки фланцев резко увеличивается за счет преодоления тормозящего действия неприводных вертикальных валков, а затем стабилизируется в установившемся процессе прокатки. Пикообразные изменения Ргхи Ргу при выходе из валков (см. рис. 9, б и в) свидетельствует о прохождении через очаг деформации отогнутого конца полосы и неровном торце раската.

В таблице 1 представлены расчетные значения сил при установившемся процессе деформации рельсового профиля по рассмотренным выше режимам с различным сочетанием Лш, Лп и Лг. Как видно из таблицы, при Кт =КП = ХГ получаются в какой-то мере оптимальные значения сил. Увеличение вытяжки (обжатия) по шейке при неизменных Хп и Лг приводит к закономерному увеличению силы на горизонтальные валки и к снижению сил на вертикальные валки. И наоборот, уменьшение вызывает снижение сил на горизонтальные и увеличение на вертикальные валки. Полученные расчетные значения сил прокатки по величине сопоставимы с теоретическими и экспериментальными данными В.К. Смирнов и А.Р. Бондина.

Таблица 1

Расчетные значения сил, возникающих при прокатке рельсового профиля

в универсальной клети, МН

№ Коэффициенты вытяжки Силы на валки Силы на вводные линейки

хп=хг Горизонтальные в Верти- Вертикальные Со сто- Со сто-

направлении оси: кальные со стороны роны по- роны

OZ OY* со стороны подошвы головки дошвы головки

Р„ Р'У Fny F„ Тцу Т,у

1 1,281 1,281 3,45 0,547 1,17 0,623 0,155 0,076

2 1,281 1,500 4,37 0,513 1,09 0,577 0,109 0,049

3 1,281 1,100 1,96 0,68 1,49 0,680 0,089 0,037

Примечание: * - силы, действующие на боковую поверхность горизонтального валка

В четвертой главе по решению технического совета ОАО «НТМК» проработано два варианта реконструкции рельсобалочного стана комбината: с и-образным (возвратным) и последовательным расположением чистовой группы тандем. Оба варианта предусматривают увеличение длины рельсов до 100 м и установку следующего современного оборудования: устройств для гидросбива

99600

Линия существующей кпети

(дуо 950)

74900

Линия существующих клетей

(трио 800)

т

50100

Центральный холодильник

Рис. 10. Схема расположения оборудования при реконструкции рельсобалочного стана ОАО «НТМК» по варианту с последовательным расположением оборудования стана: 1- загрузочная решетка для подачи в печь заготовок длиной до 9,8 м; 2 - устройство гидросбива окалины; 3 - новая обжимная дуореверсивная клеть 950; 4 - новая черновая дуореверсив-ная клеть 850; 5 - группа тандем в составе двух универсальных клетей и одной дуореверсивной вспомогательной клети; 6 - чистовая, калибрующая универсальная клеть; 7 - автоматическое устройство измерения и контроля отклонений размеров профиля; 8 - автоматическая клеймовочная машина.

Подкат из черновой и1^ клети

Рис. 11. Схема калибровки группы универсальных клетей при реконструкции рельсобалочного стана ОАО «НТМК»

Таблица 2

Режим обжатий раската в группе универсальных клетей при реконструкции

Наименование клети Форма калибра Размеры раската, мм СО, мм2 ^"общ и м

Л «п К «г К В

Подкат 37,8 33,4 52,0 80,4 89,7 149,5 75,5 247,3 17569,0 - 49,2

УК1 И3 28,3 22,7 41,3 59,0 68,4 155,5 78,5 215,3 13548,9 1,296 63,8

ВК 28,3 22,7 41,3 59,0 68,4 149,5 75,5 215,3 13162,6 1,029 65,6

УК1 23,0 16,7 35,3 47,1 56,5 154,0 77,5 197,4 10992,5 1,205 79,1

УК1 19,9 13,2 32,1 40,2 49,6 157,0 79,0 187,3 9616,4 1,136 89,8

ВК 19,9 13,2 32,1 40,2 49,6 149,5 75,5 187,3 9289,4 1,035 92,9

УК2 Иэ 18,3 11,4 30,3 36,6 46,0 151,5 76,5 181,9 8628,7 1,078 100,1

УКЗ ]Н 17,9 11,0 29,9 36,6 46,0 151,1 75,5 181,5 8467,9 1,019 102,0

первичной и вторичной окалины, новых обжимной и черновой реверсивных клетей, непрерывно-реверсивной группы тандем в составе двух универсальных и одной горизонтальной вспомогательной клети, чистовой калибрующей универсальной клети, устройств для автоматического измерения чистового профиля, автоматической клеймовочной машины.

Для обоих вариантов с применением разработанных в диссертации методов рассчитаны калибровки валков и технологические режимы прокатки рельсов Р65. В результате анализа установлено, что рациональным является вариант с последовательным расположением группы тандем (рис. 10), который рекомендуется для реализации. Схема калибровки группы универсальных клетей представлена на рис. 11, а режим деформации металла - в табл. 2. В обжимной и черновой клетях применены традиционные схемы калибровки с выдачей подката для группы тандем из симметричного открытого калибра черновой клети.

В пятой главе диссертации представлена методика и результаты компьютерного моделирования универсальных рабочих клетей прокатных станов. Для конструирования и исследования напряженно-деформированного состояния рабочих клетей применили CAD/CAE систему SolidWorks с интегрированным в её состав расчетным модулем COSMOSWorks, предназначенным для решения упругих задач механики методом конечных элементов. Для анализа конструкции и прочностных ресурсов клетей в среде SolidWorks необходимо создать твердотельную модель каждой детали и сборки узлов рабочей клети, задать материалы деталей, их механические и физические свойства, сформировать кинематические и статические граничные условия, создать сетку конечных элементов каждой детали, решить поставленную задачу определения напряженно-деформированного состояния каждой детали с использованием итерационного FFE - решателя.

С применением такой методики проведено компьютерное моделирование и анализ напряженно-деформированного состояния универсальной балочной клети УБС ОАО «НТМК». Разработана твердотельная модель этой клети, адаптированная для условий прокатки рельсов. Показано, что такая клеть может быть использована для опытной прокатки рельсов с целью отработки калибровок валков и режимов деформации металла. С учетом зарубежных аналогов разработана твердотельная модель универсальной клети для современных рельсопрокатных станов (рис. 12).

Узел вертикальных валков в этой клети предложено выполнить на уровне изобретений (Литвинов P.A., Шилов В.А. Универсальная прокатная клеть. Заявка на изобретение. № 2007118580 от 18.05.2007.).

Рис. 12. Твердотельная модель современной универсальной клети для прокатки рельсов: I - станина; 2 - гидравлические системы регулирования положения нижнего и верхнего горизонтальных валков; 3 - гидравлически регулируемые тяги; 4 - перевалочная платформа, для смены кассеты; 5 - вводная и выводная валковая арматура; 6 - подушка вертикального валка; 7 - подушка горизонтального валка; 8 - горизонтальный валок; 9 - гидравлические системы регулирования положения вертикального валка

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненной диссертационной работы достигнута поставленная цель и получены следующие результаты:

1. Разработан метод расчета калибровок валков и режима обжатий при прокатке рельсов в универсальных калибрах, основанный на равенстве коэффициентов вытяжки шейки, подошвы и головки и обеспечивающий равномерную деформацию металла по всем элементам профиля.

2. Сформулированы математически условия захвата рельсового раската валками универсальной клети. Показано, что из-за тормозящего действия вертикальных неприводных валков допустимый угол захвата снижается на величину, зависящую от обжатия подошвы и головки.

3. Разработана методика расчета рационального скоростного режима прокатки рельсов в непрерывно-реверсивных группах универсальных и горизонтальных клетей современных рельсопрокатных станов.

4. Составлен алгоритм расчета калибровки валков с использованием полученных разработок.

5. Проведено моделирование в системе «ОЕЕОЯМ-ЗО» процессов прокатки рельсов в универсальных клетях, в результате которого:

- определены закономерности входа раската в универсальный рельсовый калибр, объяснен механизм изгиба заднего конца полосы;

- показано, что при прокатке с одинаковыми коэффициентами вытяжки по элементам профиля гарантируется отсутствие осевой ликвации в головке и подошве рельса;

- установлены закономерности формирования свободной криволинейной поверхности фланцев рельсового профиля, получены формулы для расчета переменного по ширине фланцев коэффициента приращения-утяжки подошвы и головки;

- определены закономерности изменения напряженно-деформированного состояния металла в зависимости от соотношения коэффициентов вытяжки по элементам профиля, показано, что наиболее благоприятное распределение интенсивности деформаций и напряжений достигается при равенстве коэффициентов вытяжки по шейке, подошве и головке;

- установлено, что оптимальные значения сил на горизонтальные и вертикальные валки получаются при прокатке по режимам с одинаковыми коэффициентами вытяжки по элементам профиля;

- сделан вывод о том, что разработанная методика расчета калибровок валков и режимов обжатий, создает благоприятные режимы прокатки для получения высококачественных длинномерных рельсов.

6. Разработаны калибровки валков и технологические режимы прокатки рельсов при реконструкции рельсобалочного стана НТМК с расположением оборудования по двум вариантам: с и-образным и последовательным расположением клетей. Показано, что наиболее рациональным является вариант реконструкции с последовательным расположением обжимной, черновой клети и непрерывно-реверсивной группы клетей.

7. Разработана методика компьютерного моделирования конструкций рабочих клетей прокатных станов в среде 8оИс1У/огкз. С применением её получена твердотельная модель универсальной балочной клети НТМК, адаптированная для условий прокатки рельсов. С учетом лучших зарубежных аналогов разработана твердотельная модель современной специализированной клети для рельсопрокатных станов.

8. Результаты диссертационной работы использованы при разработке технологического задания на реконструкцию рельсобалочного стана ОАО «НТМК» и в учебном пособии для вузов «Калибровка прокатных валков» (М.: Теплотехник, 2008).

Таким образом, в диссертации представлены теоретические, технические и технологические разработки по совершенствованию процесса производства рельсов с применением универсальных клетей, что имеет существенное значение для развития отечественных рельсопрокатных станов.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах В рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК:

1. Шилов В.А., Шварц Д.Л., Литвинов P.A. Развитие методов расчета калибровок валков для прокатки рельсов II Производство проката. 2008. №1. С. 29-32.

2. Шилов В.А., Шварц Д.Л., Литвинов P.A. Скоростные режимы прокатки рельсов в непрерывных реверсивных группах клетей современного рельсобалочного стана // Производство проката. 2008. № 7. С. 30-33.

3. Шилов В.А., Шварц Д.Л., Литвинов P.A. Расчет формоизменения металла при прокатке рельсов в универсальных калибрах // Известия вузов. Черная металлургия. 2008. №3. С. 51-54.

4. Шилов В.А., Литвинов P.A., Шварц Д.Л. Моделирование процесса прокатки рельсов в универсальных калибрах // Производство проката. 2009. №8. С. 20-25.

5. Литвинов P.A., Лукинских C.B., Шилов В.А. Проектирование рабочих клетей прокатных станов в SolidWorks И САПР и графика. 2009. №8. С. 87-90.

В сборниках трудов научных конференций:

6. Шилов В.А., Шварц Д.Л., Литвинов P.A. Метод расчета режимов деформации металла при прокатке рельсов в универсальных калибрах // Труды седьмого конгресса прокатчиков. M: МОО «Объединение прокатчиков». Корпорация производителей черных металлов, 2007. С.519-524.

7. Шилов В.А., Шварц Д.Л., Литвинов P.A. Теоретические основы расчета рациональных режимов прокатки рельсов в универсальных калибрах // Современные технологии производства транспортного металла (Материалы 3-й

международной конференции «ТРАНСМЕТ - 2007»), Екатеринбург: ОАО «НТМК», УГТУ-УПИ, 2008. С. 178-184.

8. Литвинов P.A., Шилов В.А. Компьютерное моделирование напряженно-деформированного состояния универсальной рабочей клети при прокатке рельсов. // Труды седьмого конгресса прокатчиков (Том I). M: МОО «Объединение прокатчиков». Корпорация производителей черных металлов, 2007. С.519-524.

9. Литвинов P.A., Лукинских C.B., Шилов В.А. Геометрическое моделирование и исследование напряженно-деформированного состояния рабочих клетей прокатных станов в среде SolidWorks. II Научные труды XV конференции молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. Сб. статей. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2009. С. 24-26.

Ю.Литвинов P.A., Шилов В.А. Конструирование универсальных рабочих клетей для прокатки рельсов с использованием твердотельного моделирования // Современные достижения в теории и технологии пластической обработки металлов. Труды международной научно-технической конференции. 2628.09.2007. СПб.: Изд-во СПбПУ, 2007. С. 434-439.

11.Киричков A.A., Литвинов P.A., Шилов В.А. Разработка и применение методики автоматизированного анализа конструкций рабочих клетей для прокатки рельсов. // Современные технологии производства транспортного металла (Материалы 3-й международной конференции «ТРАНСМЕТ-2007»). Екатеринбург: ОАО «НТМК», УГТУ-УПИ, 2008. С. 178-181.

12.Литвинов P.A., Шварц Д.Л., Шилов В.А. Моделирование формоизменения металла при прокатке рельсов в универсальных калибрах // Инженерные системы - 2009. Труды международной научно-практической конференции. Москва, 6-9 апреля 2009. Том I. М.: РУДН, 2009. С. 173-179.

1 З.Литвинов P.A., Шварц Д.Л., Шилов В.А. Исследование напряженно-деформированного состояния металла при прокатке рельсов в универсальных калибрах // Инженерные системы - 2009. Труды международной научно-

практической конференции. Москва, 6-9 апреля 2009. Том I. М.: РУДН, 2009. С. 179-182.

14.Литвинов P.A., Шварц Д.Л., Шилов В.А. Компьютерное моделирование процесса прокатки рельсов в универсальных калибрах // Современные металлические материалы и технологии (СММТ'2009). Труды международной научно-технической конференции. СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2009. С. 73-74.

15.Кушнарев A.B., Киричков A.A., Литвинов P.A., Шилов В.А. Твердотельное моделирование конструкции универсальной клети для прокатки рельсов // Материалы 66-й научно-технической конференции. Сб. докл. Т.1. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2008. С. 25-28.

Подписано в печать 24.09.09. Объем - 2 п.л. Формат 60x90 716. Тираж 100 экз. Заказ № 2102

Полиграфическое производство НЧОУ «ЦПП Евраз-Урал» 622025, Свердловская область, г. Нижний Тагил, ул. Металлургов, 1

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА

ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Современное развитие способов и технологии прокатки рельсов

1.2. Конструкции универсальных рабочих клетей

1.3. Расположение оборудования и технология прокатки на современных рельсобалочных станах

1.4. Методы расчета калибровок валков

1.5. Исследования процесса прокатки рельсов в универсальных калибрах

1.6. Современные методы и пакеты программ моделирования процессов пластической деформации металлов

1.7. Выводы. Определение цели и задач диссертационной работы

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА РЕЖИМОВ

ПРОКАТКИ РЕЛЬСОВ В УНИВЕРСАЛЬНЫХ КАЛИБРАХ

2.1. Калибровка валков и режим обжатий

2.2. Условия захвата раската валками

2.3. Последовательность расчета рационального режима обжатий при прокатке рельса в универсальных калибрах

2.4. Расчет рационального скоростного режима прокатки рельсов

2.5. Выводы

3. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРОКАТКИ РЕЛЬСОВ В УНИВЕРСАЛЬНЫХ КЛЕТЯХ

3.1. Методика моделирования

3.2. Моделирование условий входа рельсового раската в универсальный калибр

3.3. Формоизменение металла при прокатке в универсальном калибре. Приращение и утяжка фланцев

3.4. Напряженно-деформированное состояние металла при прокатке

3.5. Исследование силовых условий прокатки рельсов

3.6. Выводы

4. РАЗРАБОТКА НОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРОКАТКИ РЕЛЬСОВ В УСЛОВИЯХ РЕКОНСТРУКЦИИ

РЕЛЬСОБАЛОЧНОГО СТАНА НТМК

4.1. Реконструкция с Ц-образным расположением рабочих клетей (Вариант 1)

4.2. Реконструкция с последовательным расположением клетей (Вариант 2)

4.3. Выводы

5. МОДЕЛИРОВАНИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ УНИВЕРСАЛЬНЫХ РАБОЧИХ КЛЕТЕЙ

5.1. Методика компьютерного моделирования рабочих клетей

5.2. Определение напряженно-деформированного состояния универсальной балочной клети при прокатке рельсов

5.3. Разработка и моделирование конструкции современной специализированной клети для прокатки рельсов

5.4. Выводы

В настоящее время качество отечественных железнодорожных рельсов, выпускаемых Нижнетагильским и Новокузнецким металлургическими комбинатами, значительно уступает лучшим зарубежным аналогам (рельсам японских, французских, австрийских и др. производителей) [1]. В частности, средний ресурс рельсов отечественного производства в звеньевом пути (600 млн.т груза брутто) в два раза ниже по сравнению с лучшими импортными рельсами (1200 млн.т груза брутто). Показатели рельсового проката по точности профиля, прямолинейности, чистоте поверхности, механическим свойствам у отечественных рельсов также существенно ниже, чем у импортных. Повысить показатели качества рельсов при существующем состоянии оборудования и технологии на рельсобалочных станах НТМК и НКМК практически невозможно. Поэтому компания ОАО «Российские железные дороги» вынуждена закупать рельсы для высокоскоростного движения у зарубежных производителей.

Чтобы обеспечить постоянно растущий спрос на железнодорожные перевозки, по перспективным требованиям ОАО «РЖД» [2] необходимо к 2030 г. увеличить объем грузовых перевозок в 1,7 раза (до уровня 2,4 млрд.т в год), повысить ресурс рельсов на прямолинейных участках пути до 1500 млн.т груза брутто, увеличить маршрутные скорости движения пассажирских поездов на высокоскоростных магистралях (Москва — Санкт-Петербург и др.) до 250-350 км/ч. При этом для уменьшения числа сварных швов необходимо перейти на применение рельсов длиной 100 м и выше взамен 25-ти метровых рельсов используемых в настоящее время.

Достижение указанных показателей невозможно без проведения коренной реконструкции рельсового производства на действующих металлургических комбинатах или строительства новых рельсобалочных станов с использованием передовых зарубежных достижений в оборудовании и технологии для производства рельсов. В соответствии с долгосрочной научно-технической программой ООО «ЕвразХолдинг» прорабатываются проекты реконструкции рельсобалочных станов НТМК и НКМК. В ООО «Мечел» планируется строительство нового рельсобалочного стана на Челябинском металлургическом комбинате. На всех этих станах предусматривается применение для прокатки рельсов универсальных рабочих клетей, широко используемых в зарубежной практике и создающих наиболее благоприятные условия для получения высококачественных рельсов.

В отечественной металлургии универсальные клети для производства рельсов до настоящего времени практически не применялись. Несмотря на ряд работ по исследованию прокатки рельсов в универсальных калибрах (работы В.К. Смирнова, В.А. Паршина, А.Р. Бондина, С.В. Маслова, A.M. Михайленко, ряда специалистов КМК и др.) методики расчета рациональных калибровок валков и режимов прокатки рельсов с применением универсальных калибров не создано. В зарубежных публикациях в основном рекламируется технология и оборудование рельсопрокатных станов, а методы расчета формоизменения металла и энергосиловых параметров при прокатке рельсов в универсальных клетях не раскрываются. В связи с изложенным представляется актуальным проведение работы по исследованию и моделированию процесса прокатки рельсового профиля в универсальных клетях с целью создания научно обоснованной методики расчета калибровок валков и технологических режимов прокатки рельсов на современных строящихся и реконструируемых рельсобалочных станах.

Материал выполненной работы изложен в 5-ти главах.

В первой главе представлен анализ современного состояния и развития технологии и оборудования для прокатки рельсов в мировой металлургии. На основе такого анализа сформулирована цель и определенны задачи диссертационного исследования.

Вторая глава посвящена созданию научно обоснованной методики расчета технологических режимов прокатки рельсов в универсальных калибрах. Здесь предложены метод расчета формоизменения металла, основанный на равенстве коэффициентов вытяжки шейки, подошвы и головки рельсового профиля. Сформулированы ограничения режимов обжатий по условиям захвата раската в 4-х валковом калибре с неприводными вертикальными валками, разработан метод расчета рационального скоростного режима прокатки в непрерывно-реверсивных группах клетей современных рельсопрокатных станов. На основе указанных разработок составлен алгоритм расчета технологического режима прокатки рельсов в универсальных калибрах.

В третьей главе диссертации представлены результаты компьютерного моделирования в системе «DEFORM-3D» процесса прокатки рельсов в универсальных калибрах по расчетным режимам обжатий. Проведено исследование условий входа раската в универсальный калибр, закономерностей течения металла в очаге деформации, напряженно-деформированного состояния рельсового профиля при прокатке, силовых условий деформирования рельсового раската в универсальном калибре. Проведен вычислительный эксперимент по определению формы и размеров свободной поверхности фланцев рельсового профиля. Получены формулы для расчета переменного по ширине фланцев коэффициента приращения-утяжки подошвы и головки профиля. По результатам компьютерного исследования сделан вывод, что разработанная методика расчета калибровок валков и режимов прокатки, основанная на равенстве коэффициентов вытяжки по элементам профиля, создает благоприятные режимы для получения высококачественных рельсов и рекомендуется для расчетов технологических режимов прокатки при реконструкции действующих и вновь строящихся рельсобалочных станов.

В четвертой главе на основе проведенных исследований предложено два варианта реконструкции рельсобалочного стана НТМК: с U-образным и последовательным расположением непрерывно-реверсивной группы тандем в составе универсальных и горизонтальных клетей. Для каждого из вариантов по разработанной методике рассчитаны калибровки валков и технологические режимы прокатки рельсов Р65. Показано, что наиболее целесообразным является применение варианта с последовательным расположением группы тандем.

Пятая глава посвящена компьютерному моделированию универсальных рабочих клетей рельсопрокатных станов. На основе применения CAD/CAE системы ЗоИсШ^огкя с включенным в её состав расчетным модулем СОБМОБ 1УоккБ, разработана методика моделирования конструкций рабочих клетей и определения напряженно-деформированного состояния их деталей. Составлена твердотельная модель существующей универсальной балочной клети НТМК, адаптированная для условий прокатки рельсов. Разработана твердотельная модель современной рельсопрокатной клети, учитывающая передовые достижения в развитии оборудования рельсобалочных станов.

Результаты диссертационной работы использованы в технологическом задании на реконструкцию рельсобалочного стана ОАО «НТМК» и в учебном пособии «Калибровка прокатных валков» (М.: Теплотехник, 2008).

Научной новизной обладают следующие разработки диссертации:

- метод расчета рационального режима обжатий при прокатке рельсов в универсальных калибрах, основанный на равенстве коэффициентов вытяжки по элементам профиля;

- математическая формулировка ограничений по захвату раската в четы-рехвалковом калибре с неприводными вертикальными валками;

- методика расчета рационального скоростного режима прокатки рельсов в непрерывно-реверсивных группах клетей современных рельсобалочных станов;

- закономерности формоизменения и напряженно-деформированного состояния металла, а также силовых воздействий при прокатке рельсов в универсальном калибре;

- формулы для расчета коэффициентов приращения-утяжки подошвы и головки рельсового профиля в процессе прокатки в универсальных калибрах и для определения обжатия фланцев по высоте в горизонтальных вспомогательных калибрах.

Практическую ценность представляют следующие результаты диссертации:

- алгоритм расчета калибровки валков и режимов деформации металла при прокатке рельсов в универсальных калибрах;

- методика компьютерного моделирования процессов прокатки рельсов с применением комплекса «DEFORM-3D»',

- технические предложения по реконструкции рельсобалочного стана НТМК с расположением оборудования по двум вариантам;

- калибровки валков и технологические режимы прокатки рельсов по каждому из указанных вариантов;

- методика компьютерного моделирования конструкций универсальных клетей прокатных станов в среде SolidWorks;

- твердотельные модели существующей универсальной балочной клети НТМК, адаптированной для условий прокатки рельсов, и современной специализированной универсальной рельсопрокатной клети.

Вцелом разработанные положения и полученные результаты диссертации направлены на создание технологических режимов прокатки, обеспечивающих выпуск высококачественных длинномерных рельсов для отечественных железных дорог.

Работа проводилась в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» по государственному контракту № 02.740.11.0152 «Разработка комплексной металлургической технологии производства высококачественных стальных изделий массового назначения» (шифр «2009-1.1233-032-007»).

Автор выражает признательность ученым кафедры ОМД «УГТУ-УПИ», Богатову A.A., Шилову В.А., Шварцу Д.Л., а также работникам технического управления ОАО «НТМК» Киричкову A.A., Панькову A.A., Аввакумову С.Б., за поддержку и содействие в выполнении настоящей работы.

5.4. Выводы

1. На основе применения CAD/CAE системы SolidWorks с интегрированным в её состав модулем COSMOSWorks разработана методика моделирования конструкций рабочих клетей прокатных станов, которую целесообразно использовать в конструкторских бюро машиностроительных и металлургических предприятий. Применение её позволяет оценивать по прочности и жесткости конструкции рабочих клетей, предлагаемых различными машиностроительными фирмами.

2. По разработанной методике проведено компьютерное моделирование и анализ конструкции универсальной балочной клети НТМК (см. п. 5.2). Составлена твердотельная модель этой клети, адаптированная для условий прокатки рельсов (см. рис. 5.9). Показано, что такая клеть может быть использована для опытной прокатки рельсов с целью отработки калибровок валков и режимов деформации металла, а также при реконструкции УБС НТМК с целью организации производства рельсов.

3. С учетом лучших зарубежных аналогов разработана модель универсальной рабочей клети для современных рельсопрокатных станов (см. рис. 5.10).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненной диссертационной работы достигнута поставленная цель и получены следующие результаты:

1. Разработан метод расчета калибровок валков и режимов обжатий при прокатке рельсов в универсальных калибрах, основанный на равенстве коэффициентов вытяжки шейки, подошвы и головки и обеспечивающий равномерную деформацию металла по всем элементам профиля.

2. Сформулированы математически условия захвата рельсового раската валками универсальной клети. Показано, что из-за тормозящего действия вертикальных неприводных валков допустимый угол захвата снижается на величину, зависящую от обжатия подошвы и головки.

3. Разработана методика расчета рационального скоростного режима прокатки рельсов в непрерывно-реверсивных группах универсальных и горизонтальных клетей современных рельсопрокатных станов.

4. Составлен алгоритм расчета калибровки валков с использованием полученных разработок.

5. Проведено моделирование в системе «ОЕГОКМ-ЗИ» процессов прокатки рельсов в универсальных клетях, в результате которого:

- определены закономерности входа раската в универсальный рельсовый калибр, объяснен механизм изгиба заднего конца полосы;

- показано, что при прокатке с одинаковыми коэффициентами вытяжки по элементам профиля гарантируется отсутствие осевой ликвации в головке и подошве рельса;

- установлены закономерности формирования свободной криволинейной поверхности фланцев рельсового профиля, получены формулы для расчета переменного по ширине фланцев коэффициента приращения-утяжки подошвы и головки;

- определены закономерности изменения напряженно-деформированного состояния металла в зависимости от соотношения коэффициентов вытяжки по элементам профиля, показано, что наиболее благоприятное распределение интенсивности деформаций и напряжений достигается при равенстве коэффициентов вытяжки по шейке, подошве и головке;

- установлено, что оптимальные значения сил на горизонтальные и вертикальные валки получаются при прокатке по режимам с одинаковыми коэффициентами вытяжки по элементам профиля;

- сделан вывод о том, что разработанная методика расчета калибровок валков и режимов обжатий создает благоприятные режимы прокатки для получения высококачественных длинномерных рельсов.

6. Разработаны калибровки валков и технологические режимы прокатки рельсов при реконструкции рельсобалочного стана НТМК с расположением оборудования по двум вариантам: с И-образным и последовательным расположением клетей. Показано, что наиболее рациональным является вариант реконструкции с последовательным расположением обжимной, черновой клети и непрерывно-реверсивной группы клетей.

7. Разработана методика компьютерного моделирования конструкций рабочих клетей прокатных станов в среде БоНс^ЖогЬ. С применением её получена твердотельная модель универсальной балочной клети НТМК, адаптированная для условий прокатки рельсов. С учетом лучших зарубежных аналогов разработана твердотельная модель современной специализированной клети для рельсопрокатных станов.

8. Результаты .диссертационной работы использованы при разработке технологического задания на реконструкцию рельсобалочного стана ОАО «НТМК» (Приложение 3) и в учебном пособии для вузов «Калибровка прокатных валков» (М.: Теплотехник, 2008).

Таким образом, в диссертации представлены теоретические, технические и технологические разработки по совершенствованию процесса производства рельсов с применением универсальных клетей, что имеет существенное значение для развития отечественных рельсопрокатных станов.

1. Гапонович В.А. Качество металлургической продукции транспортного назначения. // Современные технологии производства транспортного металла (Материалы 3-й международной конференции «ТРАНСМЕТ 2007»). Екатеринбург: ОАО «НТМК», УГТУ-УПИ, 2008. С. 3-9.

2. Шур Е.А. Перспективные требования Российских железных дорог к рельсам. // Современные технологии производства транспортного металла (Материалы 3-й международной конференции «ТРАНСМЕТ-2007»). Екатеринбург: ОАО «НТМК», УГТУ-УПИ, 2008. С. 33-37.

3. Поляков В.В., Бухвостов И.Г., Артамонова Е.А. Состояние рельсопрокатного производства в СССР и за рубежом. Обзор, информ. — М.: Ин-т «Чер-метинформация», 1990. — 73 с.

4. Поляков В.В., Артамонова Е.А. Развитие прокатки рельсов за рубежом. Обзор, информ. — М.: Ин-т «Черметинформация», 1989. — 30 с.

5. Поляков В.В., Великанов A.B. Основы технологии производства железнодорожных рельсов. М.: Металлургия, 1990. - 416 с.

6. Производство рельсов с применением универсальных клетей за рубежом. / В.К Смирнов., В.А. Паршин, М.В. Смирнов и др. // Черная металлургия: Бюлл. ин-та «Черметинформация», 1983, №20. С. 28-39.

7. Полухин П.И., Грдина Ю.В., Зарвин Е.Я. Прокатка и термообработка рельсов. М.: Металлургиздат, 1962. 510 с.

8. Разработка прогрессивных калибровок валков и технологий прокатки на станах Новокузнецкого металлургического комбината / В.В. Павлов, В.В. Дорофеев, Е.М. Пятайкин, В.В. Ерастов. Новосибирск: Наука, 2006. 224 с.

9. Смирнов В.К., Шилов В.А., Инатович Ю.В. Калибровка прокатных валков. -М.: Теплотехник, 2008. 490 с.

10. Бахтинов Б. П., Штернов М. М. Калибровка прокатных валков. М.: Металлургиздат, 1953. - 784 с.

11. Чекмарев А. П., Мутьев М. С., Машковцев Р. А. Калибровка прокатных валков. М.: Металлургия, 1971. - 512 с.

12. Литовченко Н. В. Калибровка профилей и прокатных валков М.: Металлургия, 1990.-432 с.

13. Stammbach R. Das Walzen von Tragern und Shinen ant Triogerusten der Kontintraseum Universalwalzmverfahren. Kalibreur. 1968, №9.

14. Lassent A. Le train a'poutrelles et a'rails de l'usine d'hagauge (SASILOR). Revue de metallurge, 1974, v.ll, №10. p. 733-748.

15. Mennel G. Schienenwalzung in Universal Gerüst der Modernisienung der Straß Hagange. Der Kalibreur. 1981, №35. S. 15-16.

16. On reconctraction of Rail Mill and Newly developed rails of Nippon Steel Corparation / K. Kinoshita, M. Hattozi, H. Hagashiga, K. Isozumi // Nipon: Steel Technical Report Overseas. №3, Iule, 1973.

17. Shinenstrassen in USA und Canade. Stahl und Eisen, 1983 Bol 103, №1. S. 12.

18. Svejkovsky U. Newest technologies for economical sections production / AISE Steel Technology. 2002. № 2 P. 33-39.

19. Frank E. Former. Steel Dynamics Commissions Its New Structural and Rail Division / AISE Steel Technology. 2002. №№ 11-12 P. 27-35.

20. Зиновьев A.B. Ввод в эксплуатацию нового рельсобалочного стана фирмы «STEEL DYNAMICS» // Новости черной металлургии за рубежом. 2003. № 2. С. 73-74.

21. Nigris G., Schroder J. Profile sizing process for high-quality medium / heavy sections and rails / MPT International. 2002. № 3. P. 48-54.

22. Зиновьев A.B. Процесс PSP для производства средне- и крупносортных профилей и рельсов // Новости черной металлургии за рубежом. 2003. № 2. С. 69-72.

23. Ulrich Svejkovsky and Roy E. Perala. State of the Art of Rail Rolling // AISE Steel Technology. October 2005. P. 19.

24. Матвеев Б.Н. Стан с калибрующей клетью для прокатки высококачественных средне- и крупносортных профилей и рельсов // Производство проката. 2003. № 10. С. 47-48.

25. Матвеев Б.Н. Современные рельсопрокатные станы. Бюлл. «Черная металлургия» М.: ОАО «Черметинформация». 2006, № 2. С. 40-43.

26. Свейковски У., Нерзак Т. Производство рельсов высокого качества с использованием компактных универсальных клетей и технологий Rail Cool. Металлургическое производство и технология (МРТ). Русское издание. 2006. № 2. С. 50-56.

27. Пфайлер X., Кек Н., Шредер Дж., Маэструтти J1. Новый сверхсовременный рельсопрокатный стан фирмы Voestalpine Schienen Gmbh (Leoben/Donawitz) / 2006. 8 с.

28. Свейковски У., Нерзак Т. Производство рельсов с использованием кассетных клетей и современных технологий охлаждения // Черные металлы. 2008, № 1. С. 32-36.

29. Universal rail and section rolling mill for Wisco // NEWSletter SMS metallurgy. September. 2006, № 2. P. 78.

30. Бондин A.P. Исследование закономерностей прокатки рельсов в четырех-валковых калибрах с целью определения основных параметров для проектирования универсальных клетей. Дисс. . канд. техн. наук. Уральский политехи. ин-т. Свердловск: 1985. 194 с.

31. Патент DE 196 28 369 (Германия).

32. Патент US 5 904 061 (США).

33. Патент US 6 564 608 (США).

34. Авторское свидетельство 944 686 (СССР).

35. Патент JP 47-49415 (Япония).

36. Авторское свидетельство 1 225 622 (СССР).

37. Патент US 5 203 193 (США).

38. Патент US 5 718 141 (США).

39. Патент US 3 583 193 (США).

40. Патент US 3 342 053 (США).

41. Патент SU 419 009 (Россия).

42. Артамонова Е. А. Производство рельсового проката повышенного качества за рубежом // Бюллетень «Черная металлургия». 1984, №6. С. 16-24.

43. ОАО «НТМК». Реконструкция рельсового производства. Основные технические решения. Пояснительная записка. ОАО «УралНИАС». 08-2157/24-ПЗ Екатеринбург: 2008.

44. Рельсобалочный цех ОАО «НТМК». Реконструкция. Технические предложения. УРАЛМАШ Металлургическое оборудование. 26.01777. Екатеринбург: 2006.

45. Комплексное технологическое задание на реконструкцию рельсового производства ОАО «НТМК». КТЛЗ-14-2Р-002-2008. Екатеринбург: ОАО «Уральский институт металлов» 2008. 205 с.

46. Совершенствование промышленной технологии прокатки железнодорожных рельсов типа Р65 с применением чистовой универсальной клети. Отчет о НИР. СМИ. Рук. В.К. Кобызев. № г.Р. 73068492. Новокузнецк: 1975. 95 с.

47. Рельсопрокатный цех. Технологическое задание. УКРНИИМЕТ. ТЛЗ-5-18-16.144-84. Харьков, 1984.

48. Авдеев В.А. Друян В.М. Кудрин Б.И. Основы проектирования металлургических заводов. М.: Интермет, Инжиниринг. 2002. 464 с.

49. Диомидов Б.Б., Литовченко Н.В. Калибровка прокатных валков М.: Металлургия, 1970. - 312 с.

50. Шилов В.А., Шварц Д.Д., Литвинов P.A. Развитие методов расчета калибровок валков для прокатки рельсов // Производство проката. 2008. №1. С. 29-32.

51. Смирнов В.К., Бондин А.Р., Михайленко A.M. Исследование прокатки рельсов в универсальных клетях // Производство проката. 2003. № 12. С. 24-30.

52. Исследование и разработка технологии прокатки рельсов с использованием универсальных клетей. Отчет о НИР. УПИ, Урал НИИЧМ. Рук. В.К. Смирнов. № Г.Р. 81067219. Свердловск: 1982. 103 с.

53. Патент JP 45-40779 (Япония).

54. Патент US 3 583 139 (США).

55. Патент UC 1 245 628 (Великобритания).

56. Патент 1 597 875 (Франция).

57. Патент 1 814 950 (Германия).60. Патент 47-49417 (Япония).

58. Авторское свидетельство. 1 423 197 (СССР).

59. Шилов В.А. Оптимизация технологический процессов прокатки на основе применения математических методов и ЭВМ с целью повышения эффективности производства. Дисс. . докт. техн. наук. Уральский политехи, ин-т. Свердловск: 1986. 432 с.

60. Степаненко В.И., Стукач А.Г., Железняк Л.М. Силовые условия при волочении через роликовую волоку // Известия вузов. Черная металлургия. 1973. № 8. С. 97-103.

61. Смирнов В.К., Шилов В.А., Литвинов К.В. Деформации и усилия в калибрах простой формы. М.: Металлургия, 1982. 144 с.

62. Математическая модель и программа расчета основных технологических параметров процесса прокатаки рельсов в универсальных клетях. Отчет о НИР. УПИ Рук. Смирнов В.К. Свердловск: 1985. 50 с.

63. Зенкевич О. Метод конечных элементов. М.: Мир, 1975. 543 с.

64. Сегерменд JI. Применение метода конечных элементов. М.: Мир, 1979. 393 с.

65. Kobayashi S, Oh S-I, Altan T. Metal forming and the Finite-Element Method. Oxford University Press: 1989. 333 p.

66. Desing Environtment for Forming. Сайт компании Scientific Forming Technologies Corporation, www.deform.com.

67. Кунву Ли. Основы САПР (CAD/CAM/CAE) СПб.: Питер, 2004. 560 с.

68. Моделирование обработки металлов давлением с помощью комплекса «DEFORM» / A.A. Харламов, А.П. Латаев, В.В. Галкин, П.В. Уланов // САПР и графика, 2005, №5. С. 2-4.

69. Каплун А.Б., Морозов Е.М., Олферьева М.А. ANSYS в руках инженера. Практическое руководство. М.: Едиториал УРСС. 2004. 212 с.

70. Буркин С.П., Логинов Ю.Н., Смирнов C.B. Расчет технологических задач обработки металлов давлением с помощью пакета прикладных программ "Пласт" методом конечных элементов. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1993. 34 с.

71. Полищук Е.Г., Жиров Д.С., Вайсбурд P.A., Система расчета пластического деформирования "Рапид". Кузнечно-штамповочное производство. 1997. №8. С. 16-18.

72. QForm3D. Сайт компании QUANTOR FORM, www.qform3d.ru.

73. Биба Н.В. Разработка и применение программ моделирования трехмерной объемной штамповки QForm2D/3D. САПР и графика. 2001. №9. С. 18-19.

74. Автоматизированная система OOPM-2D для расчета формоизменения в процессе штамповки на основе метода конечных элементов / Г.Я. Гун, Н.В. Биба, О.Б. Садыков и др. //КШП. 1992. №9-10. С. 15-18.

75. Колмогоров В.JI. Механика обработки металлов давлением. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2001.836 с.

76. Котов В.В. Влияние схемы деформированного состояния титанового сплава Grade 9 на формирование текстуры. Дисс. . канд. техн. наук. УГТУ-УПИ. Екатеринбург: 2008. 150 с.

77. Семин П.В. Разработка и исследование технологического процесса изотермической раскатки дисков. Автореферат дисс. . канд. техн. наук. НИИ технологии материалов ГТУ «МИСиС». М.: 2007. 22 с.

78. Алямовский A.A. Solid Works/COSMOS Works. Инженерный анализ методом конечных элементов. М.: ДМК Пресс, 2004. 432 с.

79. Шилов В.А., Шварц Д.Л., Литвинов P.A. Расчет формоизменения металла при прокатке рельсов в универсальных калибрах // Известия вузов. Черная металлургия. 2008. №3. С. 51-54.

80. Долженков P.E., Вавилов Н.Ю., Гунин М.В. Режимы обжатий и уширение фланцев при прокатке балочных профилей в универсальных калибрах // Металлургическая и горнорудная промышленность. 1968. №4. С. 23-26.

81. Грудев А.П. Теория прокатки. Учебник для вузов. М.: Металлургия, 2002. 240 с.

82. Смирнов В.К., Шилов В.А., Инатович Ю.В. Калибровка прокатных валков. -М.: Металлургия, 1987. 368 с.

83. Литовченко Н.В., Диомидов Б.Б., Курдюмов В.А. Калибровка прокатных валков. М.: Металлургиздат, 1963. 638 с.

84. Шварц Д.Л., Усталов С.А., Шилов В.А. Статический анализ формоизменения метала при прокатке рельсов в двухвалковых калибрах // Известия вузов. Черная металлургия. 2008. №5. С. 65-66.

85. Шилов В.А., Шварц Д.Л., Литвинов P.A. Скоростные режимы прокатки рельсов в непрерывных реверсивных группах клетей современного рельсо-балочного стана//Производство проката. 2008. № 7. С. 30-33.

86. Тягунов В.А. Режимы прокатки на реверсивных станах. М.: Металлургия. 1954. 136 с.

87. Комратов Ю.С., Лехов О.С. Моделирование напряженно-деформированного состояния металла в очаге деформации при прокатке широкополочной балки на универсальном балочном стане. // Производство проката. 2007. №8. С. 24-26

88. Хайкин Б.Е., Тарновский И.Я., Ляшков В.Б. О совокупности критериев, характеризующих форму очага деформации. // Известия вузов. Черная металлургия. 1965. С. 102-107.

89. DANIELI. Семинар «Современные технологии производств рельсов». Экспериментальный центр ВНИИЖТ. Щербинка. Москва. 23.04.2009. 80 с.

90. Протодьяконов М.М., Тодер Р.И. Методика рационального планирования экспериментов. М.: Наука, 1970. 76 с.

91. Налимов В.В. Теория эксперимента. М.: Наука, 1971. 207 с.

92. Методика планирования и обработки результатов инженерного эксперимента / М.А. Спирин, В.В. Лавров, А.Р. Бондин, В.И. Лобанов. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2003. 260 с.

93. Калинина В.Н., Панщин В.Ф. Математическая статистика. 2-е изд., стер. М.: Высшая школа, 1998. 336 с.

94. Додж М., Кината К., Стансон К. Эффективная работа с Excel 7.0 для Windows 95. Перев. с англ. СПб: Питер, 1996. 1040 с.

95. Бюджетное приложение на модернизацию рельсобалочного стана ОАО «НТМК». SMS MEER. Gmbh: 2006.

96. ОАО «НТМК». Рельсобалочный цех. Реконструкция. Техническое предложение. 26.01.777. УРАЛМАШ-Металлургическое оборудование. Екатеринбург: 2006.

97. Материалы к техническому совету по обсуждению вопроса о реконструкции рельсобалочного стана ОАО «НТМК». 24.07.2008, протокол заседания технического совета ОАО «НТМК». Н.Тагил: 2008.

98. ОАО «Нижнетагильский металлургический комбинат». Реконструкция рельсового производства. Проект. Технологические решения. 08-2256/24-ТХ.ПЗ. Том 5.4. Екатеринбург: ОАО институт «УралНИИАС», 2008.

99. Королев A.A. Конструкция и расчет машин и механизмов прокатных станов. М.: Металлургия, 1985. 375 с.

100. Литвинов P.A., Шилов В.А. Универсальная прокатная клеть. Заявка на изобретение. № 2007118580 от 18.05.2007.

101. Шилов В.А., Литвинов P.A., Шварц Д.Л. Моделирование процесса прокатки рельсов в универсальных калибрах // Производство проката. 2009. №8. С. 20-25.

102. Литвинов P.A., Лукинских C.B., Шилов В.А. Проектирование рабочих клетей прокатных станов в SolidWorks II САПР и графика. 2009. №8. С. 87-90.