ДОНЕЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ЧИЧКАН АРТУР ОЛЕКСІЙОВИЧ

УДК 621.771.25.07-713

Розробка елементіВ теорії та технології виробниЦтва швелерів з використанням у фасонних калібрах перемінного згину стінки

Спеціальність 05.03.05 - Процеси та машини обробки тиском

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Донецьк -2000

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Донбаському гірничо-металургійному інституті Міністерства освіти і науки України, м.Алчевськ.

Науковий керівник -

кандидат технічних наук, доцент Луценко Віктор Олександрович, Донбаський гірничо-металургійний інститут, завідувач кафедри обробки металів тиском та металознавства, м.Алчевськ.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, старший науковий співробітник Яковченко Олександр Васильович, професор кафедри обробки металів тиском Донецького державного технічного університета, м.Донецьк;

кандидат технічних наук, доцент Солод Володимир Сергійович, начальник відділу сортопрокатного виробництва НВТ “Доникс”, м.Донецьк.

Провідна установа:

Національна металургійна академія України, кафедра обробки металів тиском, Міністерство освіти і науки України, м.Дніпропетровськ.

Захист відбудеться “19 ” жовтня 2000р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 11.052.01 Донецького державного технічного університету Міністерства освіти і науки України за адресою: 83000, м. Донецьк, вул. Артема, 58, 5-й учбовий корпус, аудиторія 353.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Донецького державного технічного університету, м.Донецьк, вул. Артема, 58, 2-й учбовий корпус.

Автореферат розісланий “15 ” вересня 2000р.

Вчений секретар спеціализованої

вченої ради Д 11.052.01

доктор технічних наук, професор____________________________Саф’янц С.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Найважливішим завданням металургійної промисловості України є підвищення конкурентноздатності продукції, що випускається. Одним із компонентів високого рівня конкурентноздатності можна вважати швидке задоволення споживчого попиту з мінімальними витратами на виробництво більш широкого сортаменту виробленої продукції, тому що в даний час на світовому і внутрішньому ринках вимагаються невеликі і середні партії виробів широкого сортаменту.

Існуючі способи прокатки і калібрування фланцевих профілів не забезпечують швидкого переходу з виробництва одного профілю на інший з мінімальними витратами. Розширення сортаменту убік збільшення габаритних розмірів профілів на більшості діючих станів неможливо без їхньої реконструкції, тому що виникаючі при цьому навантаження на елементи головних ліній клітей перевищують припустимі.

Тому розробка і дослідження нових способів прокатки сортових профілів, що дозволяють розширити сортамент виробленої продукції без реконструкції головних ліній прокатного стану, є актуальним завданням і представляє науковий і практичний інтерес.

Зв'язок із науковими програмами, планами, темами. Здобувач брав участь у якості виконавця держбюджетної роботи кафедри ОМТ та М, проведеної Донбаським гірничо-металургійним інститутом “Розробка електронних систем навчання і контролю знань студентів металургійних і гірничих спеціальностей” №193U029120 інв. №1397U13224. Робота сприяла виконанню державних національних програм: “Концепція розвитку чорної металургії України”, “Національна програма розвитку гірничо-металургійного комплексу України”.

Мета роботи. Розширення проектного сортаменту швелерів убік збільшення їхніх габаритних розмірів без реконструкції головних ліній робочих клітей.

Для досягнення мети сформульовані і вирішені наступні завдання:

розробка і дослідження нового способу виробництва швелерів, із сполученням у фасонних проходах інтенсивного розтягання стінки і її обтиснення;

розробка принципу конструювання фасонних швелерних калібрів із перемінним згином стінки;

розробка методики побудови фасонних швелерних калібрів із перемінним згином стінки;

дослідження температурного режиму прокатки з одержанням розрахункових формул по визначенню кутових коефіцієнтів випромінювання елементів профілю при застосуванні перемінного згину стінки у фасонних калібрах;

розробка математичної моделі технологічного процесу виробництва швелерів із реалізацією результатів на ПЕОМ;

розробка моделі напружено-деформованого стану при розгинанні;

дослідження процесу розгинання в профілезгинальному калібрі з одержанням розрахункових формул по визначенню напруг, що виникають у стінці і розміру її потоншення, з обліком впливу на обумовлені параметри зовнішніх зон;

на підставі теоретичних і експериментальних досліджень - розробка і впровадження у виробництво технології виробництва швелерів із застосуванням у фасонних калібрах перемінного згину стінки.

Об'єкт дослідження - виробництво профілів на сортопрокатних станах.

Предмет дослідження - технологія виробництва швелерів.

Методи дослідження - для дослідження напруженого стану в стінці розкату при розгинанні використовувався метод спільного рішення рівнянь рівноваги і пластичності; методом планованого експерименту визначалася залежність коефіцієнта, що враховує вплив зовнішніх зон при розгинанні; статистичні методи обробки результатів експерименту при дослідженні температурних режимів прокатки і планованого експерименту.

Наукова новизна. Для розробленого нового способу виробництва швелерів:

уперше сформульований принцип конструювання фасонних швелерних калібрів, що мають перемінний згин стінки, який полягає в тому, що конфігурація калібру повинна забезпечити сполучення в проході послідовно процесів розтягання стінки розкату в поперечному напрямку з обтисненням її по висоті;

отримано формули для побудови фасонних швелерних калібрів, що мають перемінний згин стінки;

методом планованого експерименту отримане регресивне рівняння по визначенню коефіцієнта, що враховує вплив зовнішніх зон на силу розгинання у залежності від товщини стінки і розміру осередку деформації;

одержало подальший розвиток представлення про вплив контактних і стискальних напруг у стінці на потоншення стінки при розгинанні;

уперше створена модель напружено-деформованого стану металу при розгинанні, з урахуванням параметрів осередку деформації, що дозволяє визначати розмір потоншення стінки і коректувати геометрію калібрів, передуючих профілезгинальному.

Практична цінність отриманих результатів. На підставі сформульованого принципу розроблений спосіб виробництва швелерів із сполученням у фасонних проходах інтенсивного розтягання стінки й обтиснення, що дозволяє розширити діючий сортамент профілів, що прокатуються, убік збільшення їхніх габаритних розмірів без реконструкції головних ліній клітей сортових станів.

Розроблено методику побудови фасонних швелерних калібрів із перемінним згином стінки.

Розроблено методику розрахунку потоншення стінки при розгинанні, що дозволяє коректувати геометрію калібрів передуючих профілезгинальному.

Розроблено програмне забезпечення, що значно полегшує проектування технологічних процесів прокатки швелерів по запропонованій технології.

Результати дисертації використані при розробці технологічного процесу виробництва швелерів на крупносортному стані 600 Алчевського металургійного комбінату (АМК). При використанні нового способу прокатки зроблено і відвантажено споживачу більш 8 тисяч тонн швелера С10” (ASTM) необхідної якості, при цьому отриманий економічний ефект 117359,2 грн. Результати роботи можуть бути рекомендовані для удосконалювання технологічних процесів на існуючих станах і враховані при розробці сортаменту для проектованих прокатних станів.

Особистий внесок здобувача. Основна частина експериментальних досліджень, що ввійшли в дисертаційну роботу, виконана разом із співробітниками сортопрокатного цеху АМК і працівниками кафедри ОМТ та М ДГМІ. Результати досліджень опубліковані автором індивідуально й у співавторстві з ними. Особистий внесок автора полягає в проведенні досліджень і створенні математичних моделей, в одержанні й узагальненні результатів експериментальних досліджень процесів, що відбуваються при виробництві швелерів із застосуванням перемінного згину стінки у фасонних калібрах. Основні ідеї роботи і методики теоретичних і експериментальних досліджень належать автору. У дисертації не використані ідеї співавторів.

Апробація результатів дисертації. Основні результати даної роботи були викладені й обговорені на: 1-м, 2-м і 3-м конґресах міжнародної Спілки прокатників “Состояние и основные направления развития прокатного производства” (м.Магнітогорськ, 23-27 жовтня 1995 р., м.Череповець, 27-30 жовтня 1997 р. і м.Липецьк, 19-22 жовтня 1999 р.); Всеукраїнській науково-технічній конференції “Перспективні технології й устаткування обробки тиском у металургії і машинобудуванні”, м.Краматорськ, 22-24 квітня 1998.; науково-технічній конференції “Наука, виробництво, підприємництво - розвитку металургії”, м.Донецьк, 11-12 вересня 1998 р.; 7-ой міжнародній конференції по прокатному виробництву - STEEL ROLLING '98 “Evolution and Exploitation for the Advancement of the World”, Tokyo, november 9-11, 1998 р.; науково-технічній конференції молодих фахівців “Азовсталь 99”, м.Маріуполь, 29 травня 1999 р.; науковому семінарі кафедри ОМТ та М (травень 1999 р.) Донбаського гірничо-металургійного інституту; об'єднаному науковому семінарі кафедри ОМТ ДонДТУ і лабораторій прокатного виробництва ДонНДІЧорМета; 5-й міжнародній науково-технічній конференції “Теоретичні проблеми прокатного виробництва”, м.Дніпропетровськ, 16-18 травня 2000 р.; на розширеному семінарі кафедри ОМТ Державної металургійної академії України, м.Дніпропетровськ.

Публікації. Основний зміст дисертації опубліковано в 9 статтях, 1 патенті і 1 позитивному рішенні на винахід, у тому числі 5 статей у фахових наукових виданнях, рекомендованих ВАК для публікації результатів дисертаційних робіт.

Структура й обсяг роботи. Дисертація містить вступ, 6 розділів, висновки, список використаних джерел (включає 124 найменування) і 15 додатків. Матеріали роботи викладені на 154 сторінках друкарського тексту, у тому числі 108 сторінок основного, містять 41 рисунок і 6 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі приведена загальна характеристика роботи, обґрунтована актуальність теми, сформульована мета і завдання дослідження, відзначена наукова новизна і практична цінність, методи дослідження.

У першому розділі розглянутий стан питання виробництва профілів швелерного типу. У залежності від складу і потужності устаткування, відомі різні способи виробництва швелерів, що прокатуються з прямими і розгорнутими фланцями у фасонних проходах. При прокатці з прямими фланцями використовуються балковий, коритний способи, а також способи згинання прямих фланців і зі збільшеним ухилом фланців і вигнутою стінкою. Найбільш удосконаленим є розгорнуте калібрування із згином по радіусах стінки і фланців. З обліком особливостей існуючої технології, способів і схем прокатки на різних сортових станах застосовуються різні методики розрахунку і побудови калібрів. Поряд із вибором способу прокатки, важливим чинником, що впливає на якість готової продукції, точність геометричних розмірів, знос валків і енерговитрати є температурний режим прокатки.

Існуючі способи прокатки, володіючи кількома гідностями та вадами, дозволяють робити швелери визначених профілерозмірів, обмежені можливістю встановленого устаткування. Розширення сортаменту убік збільшення габаритних розмірів швелерів зв'язано зі значними капітальними витратами по реконструкції головних ліній з установкою більш потужних приводів, а в ряді випадків - більш великих клітей.

Аналіз показав, що відомі методи розрахунку і побудови фасонних калібрів не дозволяють визначити параметри калібрування для запропонованого нового способу прокатки швелерів із застосуванням перемінного згину стінки і наступним її розгинанням.

Дослідження впливу теплообміну елементів розкату по відомим формулам не можуть бути застосовані для розрахунку температурного режиму прокатки в калібрах із перемінним згином стінки.

В другому розділі приведені етапи розробки нової технології виробництва швелерів і дослідження процесів, що відбуваються при прокатці розкату в калібрах із перемінним згином стінки.

Для розробки технології виробництва швелерів розширеного сортаменту сформульований принцип конструювання калібрів із перемінним згином стінки, який полягає в тому, що конфігурація калібру повинна забезпечувати сполучення в проході послідовно процесів розтягування стінки, величина якого визначається геометрією профілю, і обтиснення її по висоті. При цьому максимальний розмір розтягування обмежується виходом нижньої кромки стінки за лінію опирання фланців.

Відповідно до запропонованого принципу розроблений спосіб прокатки швелерів, що дозволяє при порівняно невеликих збільшеннях горизонтальної проекції середньої лінії стінки одержати її уширення, розмір котрого значно перевищує уширення, одержане при відомих способах прокатки.

Розроблений спосіб передбачає деформацію металу в ящикових і фасонних підготовчих калібрах чорнової групи клітей, прокатку в калібрах із перемінним згином стінки і наступне розгинання її з формуванням остаточної ширини розкату в предчистовому профілезгинальному калібрі.

Новий спосіб відрізняється від відомих тем, що відносне уширення горизонтальної проекції середньої лінії стінки за один прохід складає 0,22...0,3, а відношення її вертикальної проекції (hc) до горизонтальної (Вст)- 0,25...0,38 (рис.1), при прокатці звичайними способами ці розміри складають відповідно: 0,01...0,04 та 0,03...0,07. Для поліпшення умов розгинання, довжина ділянок стінки b1, що прилягають до фланців, складає 0,12...0,22 довжини середньої лінії стінки при куті згину стінки ? = 30...60°.

Для реалізації нового способу розроблена методика конструювання фасонних калібрів, що мають перемінний згин стінки. Методика містить декілька етапів розрахунку.

На першому етапі, по одному з відомих способів, призначається схема прокатки і визначаються габаритні розміри фасонних калібрів. Потім виконується попередній розрахунок основних параметрів калібрування по звичайному способу. Після виконання розрахунку, складається схема прокатки профілю із застосуванням перемінного згину стінки в предчистових і декількох чорнових фасонних проходах. З огляду на необхідність обтиснення стінки після розтягування, для усунення різнотовшинності, вибирається розташування профілезгинального калібру, у якому відбувається розгинання стінки.

На наступному етапі заготовлюється кістяк калібру з перемінним згином стінки. Вихідні дані, необхідні для розрахунків і побудови калібрів із перемінним згином стінки, приймаються з розрахунків, зроблених для звичайної схеми прокатки. Необхідно відзначити, що уширення горизонтальної проекції середньої лінії стінки в профілезгинальному калібрі може складати 40...60 мм, а змушеним уширенням середньої лінії стінки предчистового і чорнових калібрів задаються з перевищенням у 2...6 разів розміру уширення, що задається при звичайному способі прокатки. При розрахунку калібрів, що мають перемінний згин стінки, обов'язковою умовою є дотримання рівності розміру сумарного уширення стінки профілю і суми загального уширення горизонтальних проекцій середніх ліній стінки в профілезгинальному та попередніх калібрах.

Для нового способу, на основі запропонованого принципу побудови фасонних калібрів із перемінним згином стінки, запропоновані рівняння для розрахунку елементів цих калібрів.

З огляду на те, що довжина ділянок стінки, сполучених із фланцями

b1=(0,12...0,22)Lc , (1)

розраховують значення:

середньої ділянки стінки: b3=(0,25...0,4)b1; (2)

радіусів сполучення: R1=(2,5...4,0)d, R2=R1-d; (3)

горизонтальної проекції середньої лінії стінки

; (4)

горизонтальної проекції ділянки згину стінки

(5)

висоти ділянки згину стінки

(6)

висоти калібру по розніманню

; (7)

ширини калібру по розніманню

; (8)

вертикальної проекції висоти фланця до середньої лінії стінки

; (9)

вертикальної проекції середньої лінії стінки

. (10)

По даній методиці робиться розрахунок калібрів, що мають перемінний згин стінки, із дотриманням наступних закономірностей:

.

Дана методика використана для розрахунку дослідницького калібрування швелера С10'' по стандарту ASTM в умовах стану 600 АМК.

Дослідження запропонованого принципу про сполучення розтягування стінки і її обтиснення було здійснено на темплетах, відібраних по всіх проходах, а також осередках деформації з кліті, у якій відбувається утворення перемінного згину стінки (8-ий прохід), та з кліті, у якій відбувається розгинання стінки розкату (11-ий прохід). При дослідженні темплетів була розглянута поведінка металу в калібрах із перемінним згином стінки й у профілезгинальному калібрі.

Дослідження робилося після розбивки осередків деформації на визначену кількість перетинів, із виміром геометричних параметрів усіх перетинів і визначенням зон контакту металу з валками.

Аналіз результатів вимірів показав, що при прокатці розкату в калібрі з перемінним згином поряд з обтисненням стінки відбувається її інтенсивне розтягування, при цьому коефіцієнти деформації по стінці і фланцям рівні, а ухили фланців залишаються постійними. При розтягуванні стінки відбувається незначне зменшення висоти фланців.

Аналогічно було проведене дослідження формозміни розкату в профілезгинальному 11-ому проході, у якому здійснюється одержання швелерного розкату звичайної форми, крім процесів розгинання тут робиться контроль висоти фланців. У підсумку після 11-го проходу отримана габаритна ширина розкату 272 мм, що на 43 мм більше ширини у 10-ому проході, висота фланців зменшилась з 75 до 66 мм, а глибина згину стінки на 42 мм.

Порівняльний аналіз розрахованих по відомому (метод Б.В.Мерекіна) і запропонованому способам калібрувань швелера С10'' показав, що розмір сумарного уширення середньої лінії стінки, отриманого по запропонованому способу в 3,2 рази перевищує уширення, можливе при звичайному способі прокатки. При прокатці в калібрах, що мають перемінний згин стінки, значно збільшується вертикальна проекція її середньої лінії, із пропорційним зменшенням ширини розкату, що впливає на розмір коефіцієнта форми калібру (Кф=П/2В). При цьому розмір середнього за всі проходи коефіцієнта форми Кф=1,48 трохи відрізняється від звичайного способу (для звичайного - Кф=1,50), що свідчить про вплив зміни форми калібрів у запропонованому способі на розмір зусиль.

При дослідженні схем прокатки, складених у відповідність із запропонованим і відомим способами, зроблений висновок, що прокатка швелера з перемінним згином стінки дозволяє на 32% (у даному випадку) зменшити площу поперечного перетину фасонної заготівлі, що дозволяє розвантажити кліті з фасонними калібрами і довантажити більш потужні кліті обжимної групи.

У третьому розділі подане теоретичне й експериментальне дослідження температурного режиму прокатки швелерів. Теоретичне дослідження температурного режиму прокатки швелерів проводилося з використанням методики, що дозволяє визначати температуру елементів профілю з урахуванням їхнього взаємного випромінювання.

У роботі отримані формули по визначенню кутових коефіцієнтів випромінювання для конкретної геометрії профілю і розраховані температурний режим і енергосилові параметри прокатки швелеру С10'' з реалізацією на ПЕОМ. Для порівняння результатів, аналогічні розрахунки були зроблені для прокатки того ж швелера по звичайній технології. Результати розрахунків показали, що значення кутових коефіцієнтів при прокатці по способу з перемінним згином стінки менше, ніж при прокатці по звичайному способу, як для фланців, так і для стінки.

З метою перевірки розрахункових значень температур, проведені експериментальні виміри температур фланців і стінки при прокатці швелера в проходах 6 - 13. У процесі дослідження робилося по 20 вимірів температури стінки і фланців у кожній кліті. При цьому середньоквадратична погрішність виміру температур склала ±9,5°С, а довірчий інтервал при рівні значимості 0,05 складав ±20°С, у результаті чого встановлена досить гарна збіжність теоретичних розрахунків і експериментальних досліджень. У таблиці 1 приведені результати розрахунків і експериментальних вимірів температури (Тср.з.- усереднена по перетину і довжині температура розкату із згином стінки, Тср.о.- усереднена по перетину і довжині температура звичайного розкату).

Таблиця 1-

Результати розрахунків і експериментальних вимірів температури

№ проходу Тср.з.,?С, експерим. Тср.з.,?С Тср.о.,?С Тср.з.-Тср.о.?С

розрахунок

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

Експериментально і теоретично встановлено, що при прокатці швелерів у фасонних проходах із перемінним згином стінки поліпшуються умови теплообміну між елементами профілю; у порівнянні зі звичайним способом прокатки на 5...15?С знижується перепад температур між стінкою і фланцями. При цьому усереднена температура по перетину і довжині розкату підвищується на 15...55?С.

Четвертий розділ присвячений розробці математичної моделі технологічного процесу прокатки швелерів. Для аналізу параметрів прокатки швелерів з використанням фасонних калібрів, що мають перемінний згин стінки, на підставі теоретичних і експериментальних досліджень розроблена математична модель технологічного процесу прокатки швелерів.

Окремим блоком проводиться розрахунок аналогічного технологічного процесу у випадку прокатки швелера по звичайному способу; різниця з приведеним алгоритмом полягає в розрахунку геометрії калібрів і кутових коефіцієнтів випромінювання, що розраховувалися при цьому. Це дає можливість оцінити вплив застосування калібрів із перемінним згином стінки на енергосилові параметри процесу прокатки.

У результаті розрахунку енергосилових параметрів процесу прокатки встановлено, що в проходах із калібрами, що мають перемінний згин стінки, питомі витрати енергії нижчі, чим при прокатці по звичайному способу, а їх сумарне значення у всіх проходах складає 63,5кВт*ч/т проти 67,6кВт*ч/т - по звичайному способу. Крім того, за допомогою математичної моделі побудовані номограми, які дозволяють аналізувати правильність вибору геометричних розмірів калібрів, що мають перемінний згин стінки.

У п'ятому розділі експериментально і теоретично досліджено процес розгинання стінки розкату швелера в профілезгинальному калібрі.

Особливістю розробленого технологічного процесу є наявність проходу, у якому відбувається розгинання стінки профілю. Проведено теоретичне й експериментальне дослідження процесу розгинання.

На відміну від традиційного процесу профілювання в розглянутому випадку відбувається одержання профілю більш простої форми з профілю складної форми шляхом розгинання елементів стінки за один прохід.

На підставі спільного рішення рівнянь рівноваги і пластичності отримані розрахункові формули для визначення напруг по перетину стінки і розміру її потоншення, що враховують вплив контактних і стискальних напруг

; (11)

. (12)

При розгинанні стінки профілю контактні напруги на зовнішній поверхні викликають появу стискальних напруг у стінці. З обліком зв'язку між стискальними напругами q1, викликаними дією подовжньої стискальної сили і напругами q з умови рівноваги сил: q1=qЧRH/S;

(13)

На підставі отриманих формул розроблена і реалізована на ПЕОМ математична модель напружено-деформованого стану при розгинанні стінки швелера, що дозволяє визначити максимальну деформацію потоншення в залежності від розміру відносного радіуса згину, контактних і стискальних напруг.

Для визначення сили розгинання (Р), а також контактних q і стискальних q1 напруг отримані формули:

; (14)

; (15)

; (16)

де ld -довжина осередку деформації; S -товщина стінки; В -відстань між місцями приклада сил , що розгинають стінку; F -площа контакту; ? -кут згину стінки; k - коефіцієнт, що враховує вплив зовнішніх зон при розгинанні, визначається по рівнянню регресії, отриманому із застосуванням планованого експерименту:

k = 2,8812 - 0,03375S - 9,1816Ч10-3 ld.

При розрахунках за даними формулами, із використанням графіків, для розгинання розкату швелера С10'' максимальне потоншення складає в різних перетинах 11,7% (0,82 мм) і 11,4% (0,8 мм). Експериментально визначені розміри деформацій складають відповідно 0,9 і 0,8 мм.

Таким чином, при розробці калібрувань, із метою забезпечення точності розмірів стінки, у місцях згину необхідно створювати запас металу, величина якого, з урахуванням потоншення, може бути визначена з допомогою графіків.

Шостий розділ присвячений дослідженню можливості застосування розробленої технології в умовах різних сортових станів.

На підставі теоретичних і експериментальних досліджень розроблений технологічний процес виробництва швелера С10” (ASTM) у умовах стану 600 АМК з використанням у фасонних проходах калібрів з перемінним згином стінки і її розгином у профілезгинальному калібрі, що дозволяє без реконструкції головних ліній робочих клітей одержати швелер з шириною стінки 254 мм, у той час як передбачений проектним сортаментом максимальний розмір по стінці швелеру складає 200 мм.

Освоєння розробленої технології, показало, що весь об'єм зробленого швелера С10” (у 1998 р. було прокатано і відвантажено споживачу більш 8 тисяч тонн) по розмірам елементів поперечного перетину профілю, якості поверхні і фізико-механічних властивостей цілком відповідав вимогам стандарту ASTM. Відповідно до розрахунку економічної ефективності запропонованої технології, прибуток склав 117359,2 грн.

З метою вивчення можливості подальшого розширення діючого сортаменту стана 600 розроблено калібрування швелера №36 за ГОСТ 8240-89 із заготівки з розмірами 260?200 мм і площею поперечного перетину 50000 мм2. Дослідження отриманого калібрування за допомогою математичної моделі технологічного процесу довело можливість одержання швелера без перевищення припустимих навантажень по всім клітям, тобто для стана 600 з'являється можливість розширення сортаменту:

від швелера №10 до швелера №36 по ГОСТ8240-89,

від швелера С5”(127мм) до швелера С12”(305мм) по ASTM,

від швелера U120 до швелера U300 по DIN1026.

Крім того, за замовленням НВО “Доникс” розроблена технологія виробництва швелерів №16 і №18 із заготівки 120*120мм, а також швелера №14 із заготівки 100*100 мм для крупносортного стана 550 Єнакіївського металургійного заводу. При цьому максимальний розмір швелера по проектному сортаменту стану 550 обмежувався №12, що прокатувався з заготівки 150*150 мм. Це дає можливість перейти на заготівку меншого перетину з одержанням економії газу при нагріванні й електроенергії при прокатці. При цьому розширюється сортамент продукції, що випускається.

ВИСНОВКИ

1. Розроблено новий спосіб прокатки швелерів, заснований на застосуванні у фасонних калібрах перемінного згину стінки, що дозволяє розширити сортамент сортових станів без корінної реконструкції головних ліній робочих клітей, і підвищити конкурентноздатність цих станів в умовах ринкової економіки.

2. У результаті аналізу літератури встановлено, що існуючі методи розрахунку параметрів калібрів не можуть бути використані для розробки технології виробництва швелерів із застосуванням у фасонних калібрах перемінного згину стінки; відомі формули для розрахунку температурного режиму прокатки вимагають коректування для застосування до розробленого способу.

3. У результаті експериментальних і теоретичних досліджень сформульований принцип конструювання швелерних калібрів із перемінним згином стінки, який полягає у тому, що конфігурація калібру повинна забезпечувати сполучення в проході послідовно процесів розтягування стінки, розмір якого визначається геометрією профілю, і обтиснення її по висоті. На підставі запропонованого принципу конструювання калібрів розроблена методика побудови калібрів із перемінним згином стінки і спосіб виробництва швелерів, що дозволяє розширити діючий сортамент станів без реконструкції головних ліній робочих клітей.

4. Досліджено температурний режим прокатки з одержанням розрахункових формул по визначенню кутових коефіцієнтів випромінювання елементів швелерного розкату, що дозволяють робити розрахунок температурного режиму, як при звичайному, так і при розробленому способах прокатки швелерів.

5. Розроблено математичну модель технологічного процесу прокатки швелерів, що дозволяє досліджувати процес при зміні параметрів прокатки, а також порівнювати процеси прокатки по різним способам.

6. Вивчено контактні і стискальні напруги в стінці розкату з одержанням формул по визначенню їх величин. Методом планованого експерименту отримане рівняння по визначенню коефіцієнта, що враховує вплив зовнішніх зон на силу розгинання і напруги, що виникають у стінці при розгинанні. Розроблено математичну модель напружено-деформованого стану металу при розгинанні, з урахуванням параметрів осередку деформації, що дозволяє визначати розмір потоншення стінки і коректувати геометрію калібрів, передуючих профілезгинальному.

7. Дослідні прокатки і розрахунки показали, що нова технологія виробництва швелерів дозволяє:

сполучати в калібрах із перемінним згином стінки її інтенсивне розтягування з обтисненням;

розширити сортамент прокатуваних на стані 600 АМК швелерів до №36 за ГОСТ 8240-97 замість №20 за проектом, а також до швелерів аналогічних розмірів по стандартам ASTM, DIN, JIS;

за рахунок поліпшення умов теплообміну випромінюванням між елементами розкату на 15...55°С підвищити усереднену по перетину і довжині розкату температуру;

при підвищенні температури розкату і зменшенні його ширини - на 6...12% знизити питомі витрати енергії;

при зменшенні ширини калібрів із перемінним згином стінки - збільшити їхнє число на валках, що збільшує термін служби валків.

8. Розроблена технологія виробництва швелерів упроваджена на стані 600 АМК. При прокатці дослідно-промислової партії (понад 8 тисяч тонн профілю необхідної якості) отриманий прибуток у сумі 117359 грн.

9. Запропонована технологія дозволяє розширити сортамент інших сортових станів, зокрема її можна застосувати на крупносортному стані 550 Єнакіївського металургійного заводу з одержанням можливості прокатки швелера №18 замість максимального по проектному сортаменту №12.

Основні результати дисертації викладені в наступних роботах:

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

2. Новая методика расчёта калибровки швеллеров / И.К.Дорожко, М.Б.Луцкий, В.А.Луценко, А.А.Чичкан // Ресурсозберiгаючi технологiї виробництва та обробки тиском матерiалiв у машинобудуваннi: Зб. Наук. Праць / Схiдноукраiнський Державний унiверсiтет. -Луганськ, 1998. -С.48-51.

3. Чичкан А.А. Особенности технологии прокатки швеллера С10” по стандарту ASTM// Сборник научных трудов/ ДГМИ.-Алчевск.-1999.-Вып.10.-С.141-147.

4. 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.

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

6. Пат. №.23027 UА, МКИ В21 В1/08. Спосіб виробництва профілів швелерного типу / І.К.Дорожко, М.Б.Луцький, А.О.Чічкан, В.О.Луценко, В.М.Дорофєєв, М.А.Бондаренко, М.М.Скороход, Є.К.Міронов, С.М.Ганзелинський, П.Я.Локтіонов, А.М.Чудновець, О.В.Молочек, В.М.Халюта, Г.В.Данилович, С.Є.Салищев. (UА). -№ 95031257; Заявл. 21.03.95. Опубл. 30.06.98. Бюл.№3. -5 с.

7. Позитивне рiшення на заявку 98052757. Спосiб виробництва профiлiв швелерного типу / I.К.Дорожко, М.Б.Луцький, А.О.Чiчкан, В.О.Луценко, НВТ “ДОНИКС”. -Прийнято 27.05.98. Опубл. 29.12.99. Бюл.№8.

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

9. Расширение сортамента производства профилей швеллерного типа без реконструкции сортовых станов / И.К.Дорожко, М.Б.Луцкий, В.А.Луценко, А.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 Lutzenko, Arthur Chichkan. Proceedings of The 7th International Conference on Steel Rolling (Steel Rolling`98), 1998, Chiba, Japan, The Iron and Steel Institute of Japan. - Chiba (Japan), 1998. -S. 404-407.

11. Разработка и освоение новой схемы прокатки швеллеров / М.Б.Луцкий, И.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.

У роботах, що опубліковані в співавторстві, здобувачу належить розробка схеми прокатки швелера із застосуванням у фасонних калібрах перемінного згину стінки [1], одержання розрахункових формул для побудови швелерного калібру, що має перемінний згин стінки [2], розробка ряду закономірностей побудови калібрів із перемінним згином стінки, що полегшують проведення розрахунку цих калібрів [3],[10], розробка математичної моделі напружено-деформованого стану металу при розгинанні, що дозволяє визначати розмір потоншення стінки і коректувати геометрію калібрів, передуючих профілезгинальному [5], аналіз і пропозиція меж зміни відносного уширення горизонтальної проекції середньої лінії стінки за один прохід [6], аналіз і пропозиція меж зміни кута згину стінки розкату в калібрах із перемінним її згином [7], розробка процесу розтягування фланців із незначним їхнім обтисненням при прокатці спеціального взаємозамінного профілю СВП№22 і СВП№27 [8], аналіз і пропозиція меж перевищення розміру уширення середньої лінії стінки при запропонованому способі виробництва швелерів над уширенням при звичайному способі [9], одержання номограм, за допомогою яких спрощується визначення значень кута згину стінки ? і довжини прямолінійної зовнішньої її ділянки b1 [11].

АНОТАЦІЯ

ЧИЧКАН А.О. Розробка елементів теорії та технології виробництва швелерів з використанням у фасоних калібрах перемінного згину стінки. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.05 - “Процеси та машини обробки тиском”. - Донецький державний технічний університет, Донецьк, 2000.

Робота присвячена актуальним питанням розширення діючих сортаментів прокатних станів у бік збільшення габаритних розмірів вироблених швелерів, без реконструкції головних ліній робочих клітей.

На основі аналізу способів прокатки фланцевих профілів сформульований принцип конструювання швелерних калібрів, що мають перемінний згин стінки, що полягає в тому, що конфігурація калібру повинна забезпечувати сполучення в проході послідовно процесів розтягування стінки й обтиснення її по висоті. Розроблено методику побудови швелерних калібрів із перемінним згином стінки, на базі якої отримана математична модель технологічного процесу виробництва швелерів. З використанням нової методики розроблений спосіб виробництва швелерів, що дозволяє при невеликих збільшеннях горизонтальної проекції середньої лінії стінки одержати її значне уширення.

Проведено теоретичні й експериментальні дослідження температурного режиму прокатки швелерів по звичайному і запропонованому способам. Уточнено формули по визначенню кутових коефіцієнтів випромінювання елементів розкату.

Досліджено напружено-деформований стан профілю при розгинанні.

При використанні запропонованої технології на стані 600 ОАО “АМК” можливо розширення сортаменту вироблених швелерів - від №12 до №36, замість запропонованого по проекту - від №12 до №20.

Ключові слова: спосіб прокатки, швелер, калібрування, перемінний вигин стінки, розтягування, температура, моделювання, напружено-деформований стан, сортамент.

АННОТАЦИЯ

ЧИЧКАН А.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 путём 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, на 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 помощью уточненных формул определения угловых коэффициентов излучения элементов раската, введенных в математическую модель технологического процесса, показано, что прокатка швеллера по предлагаемой технологии позволяет повысить температуру раската и снизить удельный расход энергии.

Исследовано напряженно-деформированное состояние профиля при разгибании. С применением планируемого эксперимента получено уравнение регрессии для расчёта коэффициента, учитывающего влияние внешних зон на усилие разгибания и разработана методика определения усилия разгибания, величин контактных и сжимающих напряжений в стенке. Получены формулы для определения напряжений по сечению стенки при разгибании с учётом контактных и сжимающих напряжений в ней. На их основании разработана математическая модель напряженно-деформированного состояния металла при разгибании с учётом параметров очага деформации, которая позволяет определять величину утонения стенки при её разгибании.

Разработанный способ прокатки швеллеров нашел применение при производстве швеллера С10'' 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 по 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 сортамент выпускаемой продукции.

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

SUMMARY

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

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

Studied tensely-deformed profile fortune attached to flatten.

Attached to use of offered technology on mill 600 “АМК” is possible expansion of assortment producible channels from №12 to №36, in exchange for offered on project from №12 to №20.

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