f

Аннотация В данной работе приведен анализ технологического процесса радиальносдвиговой прокатки (РСП) изношенных рельсов, характеристика и схема размещения основного оборудования, а также рассмотрена методика виртуальных пережимов для расчета мини-станов РСП. По данной методике вычислены базовые параметры геометрии осей прокатки и валков и разработана калибровка по заданному профилю очага деформации для прокатки головки рельса в пруток диаметром 40 мм. Выполнен расчет производительности прокатной клети. В работе осуществлена сборка трехмерной модели инструментов и заготовки в программе «SolidWorks» и выполнено компьютерное моделирование процесса прокатки в программе «QForm-3D». Пояснительная записка к ВКР изложена на 68 страницах, содержит 32 рисунка, 5 таблиц, список использованных источников из 25 наименований, 2 приложения. 1

Содержание Введение ................................................................................................................... 4 1 Обзор научной литературы ................................................................................. 6 1.1 Анализ современных технологий производства сплошных изделий обработкой давлением ............................................................................................ 6 1.2 Основы процесса радиально-сдвиговой прокатки заготовки............. 7 2. Характеристика объектов исследования ........................................................ 11 2.1 Использование изношенных рельсов в качестве заготовок для прокатки ................................................................................................................. 11 2.2 Мини-станы радиально-сдвиговой прокатки и их применение ....... 13 2.3 Планировочная схема размещения основного оборудования для переработки изношенных рельсов ...................................................................... 16 2.3.1 Основные технические характеристики стана РСП 30-70 .. 17 2.3.2 Требования к установке оборудования ................................. 20 2.4 Геометрия очага деформации .............................................................. 23 3 Характеристика методик исследования ........................................................... 25 3.1 Методика виртуальных пережимов для расчета мини-станов РСП 25 3.2 Компьютерное моделирование процесса РСП .................................. 27 4 Расчетная часть ................................................................................................... 31 4.1 Расчет базовых параметров геометрии осей прокатки и валков для калибровки ............................................................................................................. 31 4.1.1 Определение параметров технологического и геометрического пережимов ................................................................................ 32 4.1.2 Определение параметров виртуального пережима в сечениях очага деформации ................................................................................. 34 4.2 Расчет производительности прокатной клети.................................... 38 5 Создание деталей и сборки очага деформации трехвалкового стана РСП в программе «SolidWorks» ...................................................................................... 42 6 Компьютерное моделирование процесса винтовой прокатки в трехвалковом стане РСП в программе «QForm-3D» .................................................................. 45 2

7 Описание полученных результатов .................................................................. 47 7.1 Результаты расчета калибровки .......................................................... 47 7.2 Результаты расчета производительности ........................................... 50 7.3 Результаты моделирования .................................................................. 52 7.3.1 Формоизменение ...................................................................... 52 7.3.2 Графическое определение энергосиловых параметров при прокатке с помощью программы QForm-3D ...................................................... 54 8 Основы техники безопасности при работе на производстве ......................... 57 9 Охрана окружающей среды .............................................................................. 59 9.1 Влияние электронной техники на окрущающую среду .................... 59 Выводы ................................................................................................................... 60 Список использованных источников .................................................................. 63 Приложение А План расположения основного оборудования для перекатки бывших в употреблении рельсов ......................................................................... 66 Приложение Б Таблица прокатки на стане «30-70» .......................................... 67 3

Введение Актуальность работы. На сегодняшний день из-за большой протяженности железных дорог в России, высокой интенсивности их работы предпринимаются меры по замене рельсов для сохранения работоспособности железнодорожной системы. Большая загруженность, огромные нагрузки и масса поезда определяют условия эксплуатации рельсов и надобность замены. Первостепенное значение сохранности качества рельсов в подвижной части для обеспечения безопасности движения требует полного исключения внезапных отказов в виде аварийноопасных изломов рельсов. Отработавшие свой эксплуатационный срок железнодорожные рельсы в большом количестве списываются и отправляются на переплавку. Проблема накопления большого объема бывших в употреблении рельсов ставит вопрос о наиболее рентабельной переработке [1]. Переработка рельсов путем сталеплавильного передела требует значительных трудовых, материальных и энергетических затрат. Традиционным методом переработки железнодорожных рельсов считается переработка в шихту с дальнейшей переплавкой в электродуговых печах. Однако более эффективным способом переработки является их перекатка на прокатном стане для получения сортового или фасонного проката. Перспективным методом значится радиально-сдвиговая прокатка, которая способна дать высококачественный результат в виде прутков малого круглого сечения технического назначения. К технико-экономическим преимуществам данного способа можно отнести исключение расходов, связанных с выплавкой, разливкой и прокаткой литого металла в заготовки, сокращение числа проходов при прокатке. Цель и задачи работы. Целью работы является изучение технологического процесса перекатки бывших в употреблении железнодорожных рельсов методом радиально-сдвиговой прокатки. Для ее осуществления в данной работе поставлены следующие задачи: 4

1. Рассмотреть основы процесса радиально-сдвиговой прокатки; 2. Описать схему расположения основного оборудования для перекатки рельсов и охарактеризовать стан РСП «30-70»; 3. Проанализировать методику виртуальных пережимов для расчета мини-станов РСП. 4. Выполнить расчет калибровки и производительности. 5. Создать детали (валки и головку рельса) и сборку в SolidWorks. 6. Определить энергосиловые параметры при прокатке с помощью QForm-3D. 7. Провести анализ полученных результатов и графиков. 5

1 Обзор научной литературы 1.1 Анализ современных технологий производства сплошных изделий обработкой давлением Впервые теоретические основы обработки металлов давлением были представлены русским ученым Д.К. Черновым. Работы Н.С. Курнакова, В.В. Соколовского, С.Н. Губкина, А.Н. Целикова, А.П. Чекмарева, Н.М. Павлова и др. внесли немаловажный вклад в развитие данного метода [2]. Выделяют два основных направления способов пластической деформации (см. рисунок 1). К индустриальным с приоритетом геометрии получаемых изделий относятся прокатка, ковка, штамповка и прессование [3-5]. Рисунок 1 – Основные способы обработки металлов давлением 6

По микро- и нано структурированию металлов и сплавов методами интенсивной пластической деформации проводились исследования, большинство результатов которых не получили практического применения из-за невозможности получения с помощью таких процессов изделий, которые бы соответствовали формам и размерам, необходимым для широкого практического применения [6]. Решение этой проблемы может быть достигнуто с помощью процессов винтовой, и ее частного случая, радиально-сдвиговой прокатки, которая способна дать высококачественный результат в виде прутков малого круглого сечения технического назначения [7]. 1.2 Основы процесса радиально-сдвиговой прокатки заготовки Винтовая прокатка – это процесс пластического деформирования заготовки приводными валками, которые вращаются в одну сторону и оси которых скрещены с осью прокатки. Деформируемая заготовка и все её структурные элементы при этом совершают винтовое движение. Анализ известных технологических схем производства горячекатаных прутков показывает, что эффективным является процесс винтовой прокатки, как с точки зрения повышения производительности, так и формирования качества продукции [8–10]. Основное назначение процесса винтовой прокатки – интенсивная пластическая деформация и уплотнение металла по всему сечению проката, что позволяет получить уникальное структурное строение и повышение свойств. Начало освоению данного процесса положено исследованиями И.Н. Потапова и П.И. Полухина об определяющем влиянии траекторий винтового движения прокатываемой заготовки на условия деформации металла. При малых углах подъема винтовых траекторий в осевой зоне заготовки наблюдается разрыхление металла или сохранение исходного состояния. При переходе в область более 7

высоких углов подачи создаются условия для уплотнения металла по всему сечению заготовки. Частный случай винтовой прокатки – радиально-сдвиговая (РСП) – представляет собой поперечно-винтовую прокатку на трехвалковых станах в области больших углов подачи (16…18 градусов и более) в валках со специальной калибровкой и высокими разовыми обжатиями для деформации сплошных заготовок постоянного сечения (см. рисунок 2) [11]. Рисунок 2 – Схема радиально-сдвиговой прокатки Процесс РСП выполняется в очаге деформации, который образуют три рабочих валках, расположенных вокруг заготовки и угол между которыми составляет 120°. За счет разворота валков на угол подачи в интервале 16…30 градусов вращательное движение валков передается заготовке как вращательнопоступательное движение через очаг деформации. Большие углы подачи служат основой технологического процесса и гарантируют повышенное качество проката. Специальное расположение рабочих валков обуславливает обжатие 8

заготовки, которая совершая винтовое движение, уменьшается по площади поперечного сечения по мере уменьшения расстояния между валками и сужения очага деформации. Реализация процесса реверсивной прокатки представлена на рисунке 3 [12]. 1 – обжимной, 2 – калибрующий, 3 – выходной участки Рисунок 3 – Схема реверсивной радиально-сдвиговой прокатки РСП позволяет изготавливать сортовой прокат с коэффициентами вытяжки в диапазоне 4 - 25 за один проход с хорошим качеством поверхности и меньшими усилиями, чем при продольной прокатке. РСП характеризуется высокими сдвиговыми деформациями, которые развиваются в сочетании с интенсивными радиальными обжатиями, что дает результат бездефектной прокатки даже с труднодеформируемыми материалами [13]. Производство круглого сортового проката, прутков и заготовок составляет основное ее назначение. 9

Процесс РСП дает качественные показатели коэффициентов вытяжки за один проход. Один стан РСП с двумя-тремя комплектами рабочих валков гарантирует производство круглого сортового проката более 70 чистовых диаметров при неограниченном количестве промежуточных размеров раската. По деформации одной клетью такого стана реально заменить 5-7 клетей продольной прокатки, одним из преимуществ такой замены является разница в массах в 15 раз. Существенным преимуществом РСП является полное прорабатывание металла по всему строению и его уплотнению за счет больших углов подачи, повышение физико-механических свойств проката. Самый высокий уровень повышения наблюдается на пластических, вязких и эксплуатационных свойствах [14,15]. Увеличение угла подачи способствует увеличению технологической пластичности заготовок более чем на 300%. 10

2. Характеристика объектов исследования 2.1 Использование изношенных рельсов в качестве заготовок для прокатки Для реализации процесса перекатки бывших в употреблении железнодорожных рельсов выделяются два технологических процесса: с предварительным продольным разделением заготовки на части и без предварительного разделения. Учитывая сложную форму рельса, его прокатка целиком весьма затруднительна. Отсутствие конечных профилей, близких к профилю рельса, интенсивный износ валков, появление дефектов в ходе процесса являются недостатками при осуществлении перекатки всего рельса, в связи с чем для осуществления перекатки целесообразно разрезать рельсу в продольном направлении на три части, именуемые головка, шейка и подошва, что наглядно представлено на рисунке 4[16,17]. Рисунок 4 – Поперечный профиль рельса 11

Перекатка рельсов с предварительным разделением их на три части является наиболее эффективным способом реализации технологического процесса перекатки рельсов. Предварительная разделка позволит снизить количество проходов при перекатке, затраты энергии на прокатку и повысить выход годного. Однако, для получения качественной поверхности реза необходимо использовать современные методы резки – плазменный или гидроабразивный. При перекатке изношенных рельсов с предварительным их разделением важно правильно выбрать место разрезки, так как это определяет форму и размеры полученных частей рельса, являющихся подкатом для дальнейшей прокатки. При выборе места реза необходимо учитывать следующие факторы: для снижения вероятности образования закатов кромки разделенных частей рельса должны иметь при вершине как можно больший угол; для упрощения калибровки, выступы в средней части головки и подошвы не должны иметь значительные размеры [18]. Переработка отработанных железнодорожных рельсов на прокатном стане несет экономическую выгоду в виде уменьшения энергозатрат [19]. Расчет калибровки валков является необходимым условием для осуществления данного метода. В данной работе для осуществления радиально-сдвиговой прокатки в качестве заготовки была выбрана головка рельса (см. рисунок 5). Материалом железнодорожного рельса служит сталь К76 с химическим составом: 0,71-0,82% С, 0,75-1,15% Mn, 0,25-0,60% Si, 0,025% P, 0,025% S, 0,025% Al [22]. 12

Рисунок 5 – Выбранная часть рельса - головка 2.2 Мини-станы радиально-сдвиговой прокатки и их применение Мини-станы РСП представляют современное высокотехнологичное оборудование прокатной техники, разработанное в НИТУ «МИСиС» [13,21,22]. Они широко применяются в эффективных технологиях пластического деформирования различных металлов и сплавов. Особая схема интенсивной пластической деформации, конструктивная компактность, эскплуатационная надежность и инвестиционная доступность обеспечивают востребованность мини-станов не только в производственной сфере, но и в научных исследованиях [23]. Угол скрещения осей валков и заготовки, не равный 90° является главным геометрическим условием РСП. Для прокатки фиксируются углы скрещивания на рабочих клетях трехвалкового мини-стана [24]. По расположению валков выделяют два основных вида рабочих клетей мини-станов. В мини-станах 14-40, 30-80, 40-120 с клетями первого типа, разворот на углы подачи и раскатки обеспечивает скрещенное положение валков [22]. Они реализуют конструктивную схему. В мини-станах 10-30, 25-45, 30-60 с клетями 13

второго типа – общая схема - валки наклонены под углом скрещивания и установлены так, что происходит тангенциальное смещение от оси прокатки [23]. На рисунке 6 и 7 представлены схемы установки верхнего валка в клетях первого и второго типа соответственно. Рисунок 6 – Расположение оси OвL верхнего валка относительно оси прокатки Ol в стане типа 14-40 конструктивной схемы 14

Рисунок 7 – Расположение оси OвL верхнего валка относительно оси прокатки Ol в стане типа 10-30 общей схемы Вне зависимости от способов позиционирования оба вида мини-станов осуществляют радиально-сдвиговую прокатку, позволяющую эффективно проработать структуру и улучшить свойства металла. Технологические исполнение возможности мини-станов процесса соответствуют РСП бережливому и конструктивное производству и выполняют такие цели, как минимизация трудовых и энергетических затрат, сокращение сроков выполнения заказов [14]. Рабочие валки мини-станов РСП: 1. Обеспечивают прокатку в непрерывном диапазоне диаметров со свободным выбором обжатия; 2. Просты по своему строению; 3. Характеризуются высокой стойкостью. Области применения мини-станов РСП За счет производственного опыта были определены сферы эффективного применения мини-станов РСП [14]: 15

1. Гибкое производство точных прутков мелких и средних сечений; 2. Создание сервисно-адаптирующих прокатных модулей в машиностроении; 3. Производство мелких профилей и проволоки. 2.3 Планировочная схема размещения основного оборудования для переработки изношенных рельсов План расположения основного оборудования для перекатки бывших в употреблении рельсов представлен в Приложении А. Ориентировочная схема расположения оборудования стана «30-70» для перекатки бывших в употреблении рельсов представлена на рисунке 8. Планировочная схема размещения разработана для прокатки прутков требуемой максимальной длины, а также с учетом возможности размещения привода стана при выбранных конструктивных параметрах пространственного расположения валковых узлов в станине клети. Оборудование стана «30-70» включает следующие основные элементы: 1 – желоб для приема исходной нагретой заготовки с наклонной решеткой; 2 – цепной транспортер с толкателем для задачи заготовки в валки прокатного стана; 3 – индивидуальный привод рабочих валков стана, включающий электродвигатель, редуктор и шпиндельное устройство шарикового типа; 4 – рабочая клеть радиально-сдвиговой прокатки «30-70»; 5 – выходная сторона, включающая тянущие приводные ролики для выдачи прутка из рабочей клети, приемный желоб и накопительный стеллаж для прутков. 16

Рисунок 8 - Ориентировочная схема расположения оборудования стана РСП «30-70» 2.3.1 Основные технические характеристики стана РСП 30-70 Стан РСП «30-70» предназначен для производства круглых прутков диаметром от 30 до 65 мм максимальной длиной 6000 мм из углеродистых марок стали. Технические характеристики представлены в таблице 1. Внешний вид стана представлен на рисунке 9. Общий вид прокатной клети показан на рисунке 10. 17

Рисунок 9 - Внешний вид стана «30-70». 1 – рабочие валки; 2 – кассета; 3 – станина закрытого типа; 4 – уравновешивающие устройство; 5 – нажимной механизм клинового типа Рисунок 10 - Общий вид прокатной клети «30-70» 18

Таблица 1 - Технические характеристики стана «30-70» Параметр Значение Исходная заготовка: - максимальный диаметр, мм 70 - минимальный диаметр, мм 35 - длина, мм 1500…3000 Конечный прокат: - максимальный диаметр, мм 65 - минимальный диаметр, мм 30 - длина, мм до 6000 Марки прокатываемой заготовки типа рельсовой стали 0,7-0,9%С, Mn, Cr, Si Температура заготовки 1120…1160±20 по длине проката перед прокаткой, °С Тип главного привода Индивидуальный от электродвигателя через цилиндрический редуктор Наличие реверса да Мощность главного привода, кВт 3х55 Частота вращения валков, об/мин 60…120 (регулируемая через частотный преобразователь) Смазка редукторов картерная заливная главного привода и мотор редукторов Осевая скорость прокатки, мм/c 200…300 Ориентировочная производительность, т/ч 4 19

Продолжение таблицы 1 Ориентировочные размеры оборудования LxBxH, 15000х4000х2000 мм Режим управления станом Полуавтоматический с пульта управления 2.3.2 Требования к установке оборудования Требования к фундаментам Оборудование устанавливается на бетонный фундамент. Крепление основного оборудования к фундаменту – анкерными болтами. Часть оборудования устанавливается на пол цеха без крепления к фундаменту. Максимальное заглубление фундаментов для установки привода: -1000 мм относительно нулевого уровня. Положение оси прокатки относительно нулевого уровня пола: +900 мм. Требования к грузоподъемным устройствам Для монтажа, перевалки и обслуживания стана на производственной площадке необходимо иметь кран-балку или консольный кран грузоподъемностью до 5 т. Перевалка По мере износа валков осуществляется замена комплекта валков на новые (перевалка). Восстановление рабочей поверхности валков (калибровка) происходит путем переточки на меньший диаметр или наплавкой рабочей поверхности. Перевалка осуществляется вне линии стана с перемещением клети. 20

Электрооборудование Вращение рабочих валков клети стана РСП осуществляется от индивидуального главного привода, включающего электродвигатель, редуктор и шпиндельные устройства шарикового типа. Мотор-редуктор нажимного устройства должен обеспечивать перемещение кассет с рабочими валками в заданных пределах рабочего хода и с заданной скоростью. Для подключения электрооборудования министана на производственной площадке необходимо обеспечить возможность подключения электрооборудования суммарной мощностью 200 кВт (380 В, 220 В). Пневматическое оборудование Пневмосистема стана РСП предназначена для подачи воздуха к пневмоцилиндрам, которые обеспечивают привод вспомогательных механизмов входной и выходной стороны. Воздух к пневмоцилиндрам подается от цеховой централизованной системы сжатого воздуха или от автономного компрессора через электропневматические распределители. Давление воздуха в системе – 0,63 МПа. Система смазки Большинство узлов трения стана РСП смазываются с помощью системы густой смазки при помощи ручного нагнетателя смазки. Для подачи смазки к механизмам, выведены пресс-масленки. Смазка мотор-редукторов – картерная, заливная. Смазка пары винт-гайка нажимного устройства и подшипниковых опор – специализированная высокотемпературная смазка «Томфлон СЦМ 200» (ТУ 0254-012-76643964-05). 21

Система охлаждения рабочих валков Конструкцией оборудования предусмотрена система охлаждения рабочих валков во время прокатки или в паузах между проходами. Охлаждение осуществляется технической водой через систему трубопроводов от цеховой системы водоснабжения. Для подачи воды на рабочую поверхность валков предусмотрены трубки с отверстиями, расположенные внутри станины. Отвод охлаждающей воды – самотеком в систему канализации цеха или оборотную систему водоснабжения. Система управления и контрольно-измерительные приборы Пульт управления (ПУ) станом предназначен для управления механизмами рабочей клети стана. ПУ состоит из стойки с приборной панелью, которая отвечает за пуск и остановку главного привода министана, изменение скорости вращения рабочих валков и включение толкателей и перекладывателей. На электронном табло отображается заданная частота привода валков (Гц), сила тока (А) электродвигателей главного привода для контроля допустимой нагрузки во время прокатки. На пульте управления будет предусмотрена индикация положения клиньев (диаметра калибра) для чего на рабочей клети стана установлены индуктивные датчики линейного перемещения. Требования к внешнему виду оборудования Все корпусные части оборудования красятся термостойкой эмалью для защиты от коррозии. Подвижные и вращающиеся детали и узлы оборудования окрашены яркой эмалью (красный, желтый). 22

2.4 Геометрия очага деформации Важнейшей характеристикой очага деформации является его продольный профиль – изменение вдоль оси прокатки кратчайшего расстояния r(x) от оси прокатки до поверхности валков. Характеристикой профиля очага деформации является функция r(х), которая определяется калибровкой валков и параметрами их пространственного положения относительно оси прокатки. По своему назначению можно выделить три участка (конуса): захватной (входной), обжимной (деформирующий) и калибрующий (выходной) участки, которые представлены на рисунке 11. 1 – захватной, 2 – обжимной, 3 – калибрующий участки αi – угол конусности; ri - кратчайшее расстояние от оси прокатки до валка; ri – радиальное обжатие заготовки; li - длина участка очага деформации Рисунок 11 – Основные участки очага деформации и калибровки валков стана РСП 23

Каждый участок очага деформации выполняет определенную функцию, соответствующую названиям конусов. Захватной участок обеспечивает естественный захват заготовки, заполнение металлом очага деформации. Обжимной участок реализует преимущественное уменьшение поперечного сечения заготовки, на данном конусе сосредоточено до 80% диаметрального обжатия. После уменьшения поперечного сечения заготовка принимает вид, значительно отличающийся от цилиндрического, т.к. объем металла вытесняется в зазоры между валками. Калибрующий участок доводит текущее сечение заготовки неправильной формы до круглого конечное сечения с минимальными допусками на размер. 24

3 Характеристика методик исследования 3.1 Методика виртуальных пережимов для расчета министанов РСП Расчет калибровки валков представляет собой построение профиля валка по заданному профилю очага деформации При значениях угла скрещивания осей валков и прокатки, находящимися в интервале 25…30°, для расчета калибровки валков подходит методика виртуальных пережимов [25]. В ее основе лежит построение формул расчета геометрии валков РСП, учитывающее свойства технологического пережима при изменении фактических углов подачи и раскатки вдоль оси прокатки и/или оси валка. В методике представлена схема, изображенная на рисунке 12: Рисунок 12 − Схема взаимного расположения осей валка CL и прокатки Ol, с контактирующими сечениями валка В и заготовки З при РСП 25

Параметры, представленные на рисунке 12, описывают пространственную конфигурацию осей прокатки и валков: - З - сечение заготовки радиусом rp с центром в точке О; - В - сечение валка радиусом Rp с центром в точке OB; - Ol и CL - оси прокатки и валка соответственно; - GGB - общий перпендикуляр длиной Е к осям валка и прокатки; - ОС – перпендикуляр к оси прокатки длиной Р; -  - угол подачи; -  - угол раскатки; -  - угол скрещивания. В описании методики используются термины, представленные П.К. Тетериным и Ю.М. Мироновым: - «технологический пережим» - сечение, перпендикулярное оси прокатки и содержащее ось разворота валков на угол подачи; - «геометрический пережим» - сечение, перпендикулярное оси прокатки и содержащее общий перпендикуляр к осям валка и прокатки; - «конструктивная схема» винтовой прокатки – схема, при которой рабочее положение осей валков относительно оси прокатки задано углами подачи  и раскатки , а также расстоянием Р между осями валков и прокатки в технологическом пережиме; - «общая схема» винтовой прокатки – схема, при которой положение валков определяется углом скрещивания  осей валков и прокатки, кратчайшим расстоянием Е (эксцентриситетом) между ними (осями) и расстоянием l по оси прокатки от контрольного сечения до геометрического пережима. - «виртуальный технологический пережим» - произвольное поперечное сечение очага деформации, в котором известны: длина перпендикуляра к оси прокатки, соединяющего её с осью валка и фактические (виртуальные) углы подачи и раскатки, определенные относительно этого перпендикуляра. 26

Методика виртуальных пережимов основана на совместном использовании факторов и параметров E, P, l (или L), , ,  для описания геометрии РСП, что дает возможность рассчитать калибровку валков за минимальное количество этапов. 3.2 Компьютерное моделирование процесса радиально- сдвиговой прокатки Современные программы моделирования обеспечивают автоматизацию процессов решения задач ОМД и проверку получаемого результата. QForm-3D, берет основу на методе конечных элементов технологических процессов обработки металлов давлением, при этом учитываются термомеханические процессы нагрева и охлаждения металла и контакт деформирующейся заготовки с инструментом и оборудованием. Данные функции рационально использовать в случае радиально-сдвиговой прокатки. Для создания деталей и сборки очага деформации трехвалкового стана винтовой прокатки использована программа «SolidWork». Созданная в ней модель сохранена в формате .step для последующего моделирования процесса в QForm-3D. При моделировании процесса РСП выбираются следующие параметры: - материал заготовки; - температура заготовки; - материал валков; - диаметр рабочих валков; - длина бочки валков; - угол подачи; - угол раскатки; - частота вращения валков; - направление вращения; 27

- диаметр заготовки; - диаметр проката; - температура валков; - закон трения; - фактор трения; - коэффициент теплопередачи. Для дальнейшей работы в программе «QForm-3D» создан новый процесс «Радиально-сдвиговая прокатка». Задав параметры задачи – деформацию с учетом тепловых процессов и тип задачи – 3D – загружен созданный файл 3D геометрии. Следующим этапом в разделе «Геометрия» проклассифицированы объекты сборки по своему назначению в «Инструмент» или «Заготовка». Задав оси вращения, заготовка была сведена в контакт с валками с помощью команды «Позиционирование». Далее заданы такие параметры заготовки, как материал и температура прокатки, и в «Параметрах инструмента» задан привод к каждому рабочему валку – универсальный. После выбора привода были заданы его параметры согласно рисунку 13 и привод установлен каждому рабочему валку. 28

Рисунок 13 - Параметры привода Аналогичным образом для каждого объекта установлены условия трения, как на рисунке 14. Задан параметр «Смазка» и назначен всем инструментам. Рисунок 14 – Редактирование условий трения модели 29

В параметрах «Материал» выбран материал ст 40Х для валков из стандартной базы данных программы, задана температура, в параметре «Свести в контакт» указано «не сводить». Следующим шагом назначены условия остановки операции, которые задаются заведомо большим временем. На этапе «Граничные условия» заданы три граничных условия, которые помогают избавиться от дополнительного вспомогательного инструмента, что облегчает сборку задачи. Поскольку в процессе винтовой прокатки металл движется не только поступательно, но и вращается, на вкладке “параметры расчета” установлено вращательное движение заготовки. На этом этапе настройка моделирования винтовой прокатки была закончена и запущен расчет. 30

4 Расчетная часть 4.1 Расчет базовых параметров геометрии осей прокатки и валков для калибровки Рассматриваем стан барабанного типа (рисунок 15). Рисунок 15 − Схема контакта заготовки и валка в технологическом пережиме На рисунке 15 приняты следующие обозначения: - ОC – отрезок оси разворота валков на угол подачи длиной P; - OC’ = PN – проекция отрезка оси ОC на плоскость, перпендикулярную оси валка; - OF = rp – кратчайшее расстояние от оси прокатки до поверхности валка в технологическом пережиме, равно радиусу сечения заготовки; 31

FOв – след поперечного сечения валка радиусом Rp, обрабатывающего сечение заготовки, изображенное пунктиром; Сов = ΔL – отрезок на оси валка; B – продольный профиль валка; З – поперечное сечение заготовки в пережиме. Расчет производился по данным, представленным в таблице 2. Таблица 2 - Исходные данные Угол подачи, β град 20 Угол раскатки, δ град 5 Угол конусности калибра, α мм 11 Радиус заготовки в пережиме, 𝑟𝑝 мм 20 Диаметр заготовки в пережиме, 𝑑𝑝 мм 40 Радиус валка в пережиме, 𝑅𝑝 мм 80 Диаметр валка в пережиме, 𝐷𝑝 мм 160 Длина обжимного участка очага деформации мм 90 Длина калибрующего участка очага деформации мм 90 4.1.1 Определение параметров технологического и геометрического пережимов 1. Определение расстояния Р между осями прокатки и валка в пережиме: 𝑃 = 𝑟𝑝 + 𝑅в 80 = 20 + = 100,31 мм cos 𝛿 cos 5° 32 (1)

2. Определение угла скрещивания γ из выражения: cos γ = cos β ∗ cos δ (2) cos γ = cos 20° ∗ cos 5° = 0,936117 𝛾 = 20,59° 3. Определение минимального расстояния между осями прокатки и валков Е (в сечении геометрического пережима): 𝐸=𝑃∗ 4. sin 𝛽 ∗ cos 𝛿 sin 20° ∗ cos 5° = 100,31 ∗ = 97,18 мм sin 𝛾 sin 20,59° (3) Определение расстояния L между технологическим и геометрическим пережимами по оси валка: 𝐿=𝑃∗ 5. sin 𝛿 sin 5° = 100,31 ∗ = 70,68 мм sin2 𝛾 sin2 20,59° (4) Определение расстояния l между технологическим и геометрическим пережимами по оси прокатки: 𝑙 = 𝐿 ∗ cos 𝛾 = 70,69 ∗ cos 20,59° = 66,17мм 6. (5) Определение отклонения ∆𝑥 точки ОВ (пережима валков) от сечения технологического пережима: ∆𝑥 = 𝑅𝑝 ∗ tan 𝛿 = 80 ∗ tan 5° = 7 мм 33 (6)

4.1.2 Определение параметров виртуального пережима в сечениях очага деформации Очаг деформации разбивается на ряд сечений по оси прокатки x. Берется 5 сечений на обжимном участке и 5 на калибрующем, т.е. через ∆x = 90 5 = 18 мм на каждом участке. Отчёт ведётся против хода прокатки, начало отсчёта находится в точке О (в сечении технологического пережима). В каждом сечении определяется радиус очага деформации. Каждое сечение нумеруется. На обжимном участке против хода прокатки, а на калибрующем – по ходу прокатки. Для каждого сечения вычисляются: - Координата x(i) - Расстояние до геометрического пережима по оси прокатки: 𝑙(𝑖) = 𝑥(𝑖) + 𝑙 (7) 𝑟(𝑖) = 𝑅ПР + 𝑥(𝑖) ∗ tan 𝛼 (8) - Радиус очага деформации: обжимной участок: калибрующий участок: 𝑟(𝑖) = 𝑅ПР (9) - Расстояние P(i) между осью прокатки и осью валка перпендикулярно к оси валка: 𝑃(𝑖) = √𝐸 2 + (𝑙(𝑖) ∗ tan 𝛾)2 34 (10)

- Угол подачи 𝛽(𝑖) из выражения: tan 𝛽(𝑖) = 𝐺 𝑃(𝑖) (11) - Угол раскатки 𝛿(𝑖) из выражения: √𝐸 2 + (𝑙(𝑖) ∗ sin 𝛾)2 cos 𝛿(𝑖) = 𝑃(𝑖) (12) - Проверка. В каждом сечении должно выполняться условие: cos 𝛽(𝑖) ∗ cos 𝛿(𝑖) = cos 𝛾 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 (13) - Искомый радиус валка, соответствующий сечению i: 𝑅(𝑖) = (𝑃(𝑖) − 𝑟(𝑖)) ∗ cos 𝛿(𝑖) (14) - Положение этого сечения валка от плоскости поперечного сечения очага деформации: ∆𝑋(𝑖) = 𝑅(𝑖) ∗ tan 𝛿(𝑖) (15) - Определение координаты i-го сечения валка на оси х: 𝑋(𝑖) = 𝑙(𝑖) − ∆𝑋(𝑖) − (𝐿 − ∆𝑥) cos 𝛾 35 (16)

Расчет окончен. Полученных данных достаточно для построения калибровки валков по выбранным сечениям. Результаты расчета представлены в таблицах 3, 4. Обозначение расчетных величин приведено на рисунке 16. Черная толстая линия – очаг деформации, двойная – валок. Р – сечение технологического пережима Рисунок 16 –Обозначения геометрических размеров очага деформации и валка Таблица 3 – Расчетные величины для обжимного участка 5 4 3 2 1 х(i), мм 90 72 54 36 18 0 l(i), мм 156,17 138,17 120,17 102,17 84,17 66,17 r(i), мм 37,49 34,00 30,50 27,00 23,50 20,00 P(i), мм 113,51 110,17 107,15 104,48 102,19 100,31 β, ° 17,83 18,33 18,81 19,26 19,66 20,00 δ, ° 10,47 9,54 8,52 7,42 6,25 5,00 Проверка 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 R(i) 74,75 75,12 75,81 76,84 78,23 80,00 ∆𝑋 (i) 13,82 12,62 11,36 10,01 8,56 7,00 X(i) 100,32 82,29 64,33 46,45 28,67 11,00 36

Таблица 4 – Расчетные величины для калибрующего участка 1 2 3 4 5 х(i), мм -18 -36 -54 -72 -90 l(i), мм 48,17 30,17 12,17 -5,83 -23,83 r(i), мм 20,00 20,00 20,00 20,00 20,00 P(i), мм 98,85 97,84 97,28 97,20 97,59 β, ° 20,27 20,46 20,57 20,59 20,51 δ, ° 3,69 2,33 0,95 0,45 1,85 Проверка 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 R(i) 78,68 77,77 77,27 77,20 77,55 ∆𝑋 (i) 5,08 3,17 1,28 0,61 2,50 X(i) -6,30 -23,63 -40,96 -59,53 -80,65 Искомый профиль валка описывается числами {X(i); R(i)}. 37

4.2 Расчет производительности прокатной клети Схема обжатия и расчетные формулы Схема обжатия заготовки валками в стане винтовой прокатки представлена на рисунке 17. Рисунок 17 - Схема обжатия заготовки в стане винтовой прокатки На рисунке 17 приняты следующие обозначения: r0 - радиус исходной заготовки; r1 - радиус получаемого проката; 𝑉𝑥0 и 𝑉𝑥1 - осевая скорость винтового движения исходной заготовки проката, соответственно; 𝑉𝜑0 и 𝑉𝜑1 - окружная скорость винтового движения исходной заготовки проката, соответственно; 38

0 и 1 - угол подъема винтовых траекторий на исходной заготовке и прокате, соответственно. Вместе с радиусами заготовки r0 проката r1 в расчетах могут использоваться их диаметры d0 и d1. Базовым расчетным показателем процесса является коэффициент вытяжки , который показывает во сколько раз увеличивается длина заготовки в процессе прокатки и, одновременно, во сколько раз увеличивается осевая скорость движения раската, т.е. 𝜇= 𝑙1 𝑉𝑥1 = , 𝑙0 𝑉𝑥0 (17) где l1 и l0 длина проката и исходной заготовки, соответственно. На основании закона постоянства объема коэффициент вытяжки  рассчитывается по формуле через квадрат отношения диаметров до и после обжатия, т.е. 𝜇=( 𝑑0 2 ) , 𝑑1 (18) Стан 30-70 позволяет прокатывать стальные заготовки с коэффициентами вытяжки от 1,05 до 3,0. Осевая скорость прокатки 𝑉𝑥1 на выходе из валков вычисляется по формуле: 𝑉𝑥1 = П𝐷в ∗ 𝑛 ∗ 𝑠𝑖𝑛𝛽 ∗ 𝜂 , 60 где 𝐷в – номинальный диаметр рабочих валков, мм; 𝑛 – частота вращения рабочих валков, об/мин; 𝛽 −угол подачи валков, град; 39 (19)

𝜂 – коэффициент осевой скорости. Равен 0,9 – 1,0. Масса заготовки M составляет: 𝜋𝑑0 2 𝑀= 𝑙 х 𝜌, 4 0 (20) где 𝜌 = 7,85 т/м3 – плотность стали. Для заданного диаметра проката d1 может быть определена пропускная способность стана W – производительность при работе в непрерывном цикле (без пауз), (т/ч): 𝜋𝑑1 2 𝑊= 𝑉𝑥1 х 𝜌 х 3600 = 900 х 𝜋𝑑1 2 х 𝑉𝑥1 х 𝜌 4 (21) Длительность обработки одной заготовки (время цикла TЦ) складывается из машинного времени прокатки tМ и продолжительности паузы между заготовками 𝑡п: 𝑇ц = 𝑡м + 𝑡п (22) Машинное время при прокатке заготовки длиной l0, диаметром d0 с коэффициентом вытяжки  составляет 𝑡м = Продолжительность технологическими 𝑙1 𝑙0 х 𝜇 = 𝑉х1 𝑉х1 паузы tП характеристиками (23) определяется нагревательного, оборудования и вспомогательных механизмов. 40 конструктивнопрокатного

Часовая производительность в штуках рассчитывается по формуле (шт/ч): 𝑃шт = 3600 3600 = 𝑡ц 𝑡м + 𝑡п (24) Часовая производительность в тоннах равна (т/ч): 𝑃 = 𝑃шт х 𝑀 (23) Таблицы прокатки и производительность рассчитаны по представленным выше формулам на основании следующих исходных данных: - Номинальный диаметр валков Dв =160 мм. - Угол подачи валков β = 200. - Расчетная частота вращения валков n = 90 об/мин. - Продолжительность паузы межу штуками tП = 20 с. - Диаметр заготовок d0 = 40; 52; 56; 60; 70 мм. - Длина заготовок l0 = 1900, 2000; 3000 мм. - Масса заготовок – рассчитывается в таблице прокатки. - Диаметр проката d1 = 30; 40; 50; 65; мм. Ограничения при расчете: коэффициент вытяжки не более 3, длина заготовки не более 3000 мм и получаемого проката не более 6000. В качестве базовых маршрутов принято получение проката диаметром 40 мм. из различных заготовок: - скругленной рельсовой заготовки эквивалентным (по площади) диаметром 56 мм , длиной 2000 и 3000 мм. - скругленной рельсовой заготовки эквивалентным (по площади) диаметром 52 мм длиной 2000 и 3000 мм. - стандартного круглого проката диаметрами 60 и 70 мм. длиной 2000 и 1900 мм. 41

5 Создание деталей и сборки очага деформации трехвалкового стана РСП в программе «SolidWorks» Для осуществления моделирования процесса радиально-сдвиговой прокатки в программе «SolidWorks» созданы трёхмерные модели заготовки и валков, объединенные в сборку. В качестве заготовки взята головка рельса, обкатанная в 2 прохода до формы более равностороннего многогранника, и построена деталь, соответствующая размерам обкатанной части рельса, для прокатки в пруток Ø40 мм. На рисунке 18 показано поперечное сечение обкатанной головки рельса, полученное сканированием среза заготовки. Площадь сечения, полученная графическими измерениями, S = 2520 мм2. Максимальный диаметр, который можно вписать в контур сечения D1 = 52,2 мм. Теоретический диаметр окружности, равной по площади замеренной = 56,7 мм. Рисунок 18 – Поперечное сечение головки рельса 42 D2

На рисунке 19 представлен эскиз заготовки, вытягиваемый до необходимых размеров. Рисунок 19 – Эскиз головки рельса На основе полученных выше результатов калибровки построена модель валка (рисунок 20). 43

Рисунок 20 – Эскиз валка Следующим шагом после построения заготовки и валка идет объединение деталей в сборку и создание трехмерной модели, показанной на рисунке 21. Рисунок 21 – Сборка 44

6 Компьютерное моделирование процесса винтовой прокатки в трехвалковом стане РСП в программе «QForm-3D» Построенная сборка из «SolidWorks» была перенесена в программу конечно-элементного моделирования «QForm-3D» в новую операцию «Радиально-сдвиговая прокатка». Осуществив настройку параметров заготовки и инструмента, как указано в таблице 5, был запущен расчет. Таблица 5 – Исходные данные для моделирования процесса прокатки Параметр Значение Материал заготовки Сталь К76 Температура нагрева заготовки, °С 1160 Материал рабочих валков 5ХНМ Температура инструмента, °С 100 Частота вращения рабочих валков, об/мин 60 Угол подачи, град 20 Угол раскатки, град 5 Условия трения между валками и заготовкой 1 (по закону Зибеля) Наглядный пример перекатки головки рельса в пруток малого круглого сечения представлен на рисунке 22. 45

Рисунок 22 – Трёхмерная модель очага деформации в «QForm-3D» Прокатка ведётся до получения прутка диаметром 40 мм. При этом, благодаря процессу РСП, площадь поперечного сечения уменьшается почти в два раза, с 2520 мм2 до 1256 мм2. 46

7 Описание полученных результатов 7.1 Результаты расчета калибровки Выполнив расчёт базовых параметров геометрии осей прокатки и валков, был найден угол скрещивания осей валков и прокатки γ, равный 20,59°. В зависимости от размеров сечений валка, прокатываемого прутка, и угла раскатки, был определён параметр P (расстояние между осями прокатки и валков в сечении технологического пережима), он оказался равным 100,31 мм. Определение минимального расстояния между осями прокатки и валков Е (в сечении геометрического пережима) показало 97,18 мм. С помощью полученных параметров было определено расстояние L (расстояние между технологическим и геометрическим пережимами по оси валка) – 70,68 мм. Далее было определено расстояние l между технологическим и геометрическим пережимами по оси прокатки – 66,17 мм. Затем вычислено отклонение 𝝙x точки Oв (пережима валков) от сечения технологического пережима, равное 7 мм. На основе полученных данных расчета калибровки, который заключался в определении для каждого выбранного сечения обжимного и калибрующего участков значений l(i), r(i), P(i), β(i), δ(i), R(i), 𝝙x(i), x(i), построены графики зависимостей R(X), β (X), δ (X), представленные ниже. 47

90 80 70 R, мм 60 50 40 30 20 10 0 100 82 64 46 29 11 -6 -24 -41 -60 -81 X, мм Рисунок 23 – Зависимость искомого радиуса валка R от координаты X i-го сечения очага деформации На обжимном участке по мере приближения к центру сечения валка технологического пережима увеличивается радиус валка от 74, 75 мм до максимального 80 мм. На калибрующем участке наблюдается незначительное уменьшение от максимального радиуса валка до 77,55 мм. 48

21 20.00 20 β, град 20.51 20.57 20.27 19.66 20 19.26 19 18.81 19 18 20.59 20.46 21 18.33 17.83 18 17 17 16 100 82 64 46 29 11 Х, мм -6 -24 -41 -60 -81 Рисунок 24 – Зависимость угла подачи β от координаты X i-го сечения очага деформации 12 10 10.47 9.54 8.52 δ, град 8 7.42 6.25 6 5.00 4 3.69 2.33 2 1.85 0.95 0 100 82 64 46 29 11 Х, мм -6 -24 -41 0.45 -60 -81 Рисунок 25 – Зависимость угла раскатки δ от координаты X i-го сечения очага деформации 49

К особенностям геометрии станов радиально-сдвиговой прокатки относится изменение угла подачи β и угла раскатки δ вдоль оси заготовки. Угол подачи на входе равен 17,83°, в технологическом пережиме 20°, на выходе увеличивается до 20,51° Углом раскатки непосредственно определяется калибровка валка. На входе δ равен 10,47°, в технологическом пережиме 5 °, на выходе уменьшается до 1,85°. Сведение валков осуществляется их осевым перемещением по направлению к геометрическому пережиму. Соответственно, уменьшение диаметра калибра сопровождается смещением углов раскатки δ в сторону меньших значений. Наименьшее значение достигается при сближении валков на минимальный калибр, наибольшее- при максимальном удалении валков от оси прокатки. Угол подачи β имеет обратное изменение, т.е. увеличивается с уменьшением диаметра калибра. Это благоприятно влияет на распределение энергосиловых и скоростных параметров процесса при многопроходной прокатке. 7.2 Результаты расчета производительности Результаты расчетов представлены в сводной таблице в Приложении Б. Базовые маршруты выделены более крупным жирным шрифтом. Ключевые параметры базовых режимов иллюстрируются: рисунок 26 - время цикла; рисунок 27 - производительность (штук/час); рисунок 28 - производительность (тонн/час). На рисунках 26-28 столбцы без штриховки относятся к скругленной рельсовой заготовке, штриховкой выделены заготовки из круглого сортового проката. 50

Рисунок 26 - Время цикла tЦ обработки одной заготовки (в секундах) при прокатке прутков диаметром 40 мм. в зависимости от диаметра исходной заготовки do и длины lo. Рисунок 27 - Производительность стана «30-70» (штук/час) при прокатке прутков диаметром 40 мм. в зависимости от диаметра исходной заготовки do и длины lo. 51

Рисунок 28 - Производительность стана «30-70» (тонн/час) при прокатке прутков диаметром 40 мм. в зависимости от диаметра исходной заготовки do и длины lo. 7.3 Результаты моделирования 7.3.1 Формоизменение На рисунке 29 представлена пошаговая схема формоизменения сечения прутка. Проанализировав, можно выделить тот факт, что никаких дефектов поверхности не образуется (не образуется складка при деформировании шейки рельса). Из этого следует, что процесс перекатки прутка данной формы возможен на производстве. 52

Рисунок 29 – Формоизменение сечения прутка в области очага деформации 53

7.3.2 Графическое определение энергосиловых параметров при прокатке с помощью программы QForm-3D Рисунок 30 – Усилие при радиально-сдвиговой прокатке головки рельса При прокатке головки рельса в пруток диаметром 40 мм усилие на валок в среднем составило 170 - 190 кН. График изменения усилия прокатки имеет характеризуется стремительным ростом и снижением значений при заполнении и освобождении очага деформации соответственно. Максимальное усилие наблюдается на последних стадиях прокатки – 215 кН. 54

Рисунок 31 – Крутящий момент при радиально-сдвиговой прокатке головки рельса Рисунок 32 - Потребляемая мощность при радиально-сдвиговой прокатке головки рельса 55

Крутящий момент на валке в среднем составил 5 – 5,5 кН·м, мощность прокатки – 30…35 кВт. Графики изменения мощности и момента прокатки имеют характерный вид со стремительным ростом и снижением значений при заполнении и освобождении очага деформации соответственно. Максимальные момент и мощность прокатки наблюдаются на выходе прутка из валков – 6,5 кН·м и 41кВт соответственно. 56

8 Основы техники безопасности при работе на производстве Данная работа предполагает осуществление радиально-сдвиговой прокатки заготовки на мини-стане с использованием различного оборудования на производстве. При эксплуатации техники необходимо помнить о правилах безопасности жизнедеятельности, чтобы не допустить несчастных случаев. Безопасность жизнедеятельности представляет из себя совокупность мер, направленных на предотвращение производственных травм, обеспечение безопасных условий труда. Причем эти условия должны обеспечивать безопасность не только в данный момент, например предоставление перчаток, в которых рабочий корректирует правильную загрузку заготовки, но и обеспечивать безопасность при долгом контакте с опасным объектом. Например, наличие фильтров воздуха для того, чтобы рабочие на протяжении долгого времени не дышали пылью и мелкой металлической стружкой. На предприятиях имеется служба, задачей которой является обеспечение безопасных условий труда. Так они разрабатывают различные мероприятия, направленные на контроль состояние техники безопасности на производстве. На заводах постоянно принимаются меры, направленные на снижение травматизма и вероятности получения негативного влияния на организм: 1) Своевременная замена деталей оборудования, слежка за состоянием его составных частей и поведения во время работы. 2) Устройство специальных конструкций к агрегату и усовершенствование старых, устраняющих возможность травматизма. 3) Обеспечение хороших условий труда, в том числе достаточной освещенности, проветривания, уборка пыли, металлической стружки. 4) Организованное ознакомление всех работников с правилами безопасности и систематической проверкой. 57

Для соблюдения необходимой техники безопасности существуют определенные требования: 1) Особенно внимательным быть в областях деформации заготовки. Крутящиеся валки затягивают ее на большой скорости, попавшую руку спасти будет почти невозможно 2) На этапе обрезки концов, а также разрезки рельса используется гильотина, способная нанести сильную рану. 3) На этапах выхода из печи достигается высокая температура, последствия контакта с человеком негативны 4) Внимательно следить за сигналами, подаваемыми другими рабочими, такими как кранов. 5) Незамедлительное посещение медпункта в случае негативного самочувствия, либо получения производственной травмы. 6) Использование специальной формы, обеспечивающей защиту рабочего. Необходимо хорошо знать и грамотно выполнять перечисленные требования, чтобы избежать несчастных случаев. 58

9 Охрана окружающей среды 9.1 Влияние электронной техники на окружающую среду В настоящее время в условиях возрастания использования компьютера и другой техники в каждой отрасли деятельности человека, необходимо уделять внимание влиянию технического оборудования на окружающую среду [29]. На фоне увеличения количества электроники увеличивается и объем компьютерного лома, с которым приходится бороться и искать новые методы переработки без пагубного эффекта для условий внешней среды. Отработав свой эксплуатационный срок, отслужившая компьютерная и прочая техника требует не просто вывоза на свалку, а серьезную переработку с целью уменьшения вредного влияния на экологию, проявляющейся в виде выброса опасных загрязнителей. В связи с прогрессивным ростом использования техники в различных производственных сферах вопрос модернизации переработки компьютерного лома является актуальным. Процесс утилизации отслужившего оборудования контролируется государством с помощью экологических служб, за намеренное нарушение физическое или юридическое лицо облагается штрафом. Существует многочисленное количество предприятий, принимающих на утилизацию и переработку электронную технику, в том числе компьютеры, что позволяет с максимально благоприятным воздействием на экологию избавиться от отработавшего срок эксплуатации оборудования. Среди методов переработки компьютерного лома можно выделить несколько самых эффективных, применяющихся во всем мире. К таковым относятся разборка на запчасти и детали, которые имеют определенную ценность или могут быть полезны для другой области, где им найдется техническое применение. Еще один способ - дробление отходов до кусков 59

небольших размеров, требующее первичную сортировку токсичных материалов от компьютерного лома и разделение по плотности. Для сокращения количества отработанной электронной техники, выделяемой в экологическую среду, также используется переработка на специальных полигонах – площадках, предназначенных для утилизации, сбора, обезвреживания и захоронения вредных и опасных своей токсичностью веществ. Выводы 60

Способ радиально-сдвиговой прокатки позволяет сгладить усталостные напряжения металла, накопленные во время эксплуатации. Прокатка на больших углах подачи сказывается на уплотнении металла и интенсивной проработке структуры по всему сечению проката. Такие условия деформации максимально благоприятны для бездефектной прокатки практически любых деформируемых материалов. Исключение сталеплавильного передела приведет к уменьшению материальных и энергетических затрат, что, в свою очередь, увеличит рентабельность получения пользующихся высоким спросом сортовых и фасонных профилей не менее, чем на 30 %. К преимуществам данного способа следует отнести повышение экологической безопасности производства. При грамотном подходе технология переработки рельсов является эффективной и может быть реализована. В данной работе приведены анализ технологического процесса радиально-сдвиговой прокатки, планировочная схема расположения основного оборудования для переработки бывших в употреблении рельсов и основные технические характеристики стана РСП «30-70»; рассмотрена методика виртуальных пережимов для расчета мини-станов РСП. По данной методике вычислены базовые параметры геометрии осей прокатки и валков и разработана калибровка по заданному профилю очага деформации для определения профиля валка для прокатки головки рельса марки стали К76 в пруток диаметром 40 мм. Построены и рассмотрены графики зависимостей радиуса валка, угла подачи и угла раскатки от координаты i-го сечения валка. Было получено, что уменьшение диаметра калибра сопровождается смещением углов раскатки δ в сторону меньших значений, в то время как угол подачи β увеличивается при сближении валков. Осуществлена сборка очага деформации трехвалкового стана радиальносдвиговой прокатки в программе «SolidWorks» для последующего моделирования. Определены и проанализированы энергосиловые параметры при прокатке с помощью программы «QForm-3D». Получена пошаговая схема 61

формоизменения сечения прутка без складки при деформировании шейки рельса, это говорит о том, что процесс перекатки прутка данной формы возможен на производстве. Выполнен расчет производительности прокатной клети по базовым маршрутам получения проката диаметром 40 мм из скругленной рельсовой заготовки диаметром 56 мм , длиной 2000 и 3000 мм, скругленной рельсовой заготовки диаметром 52 мм длиной 2000 и 3000 мм, стандартного круглого проката диаметрами 60 и 70 мм длиной 2000 и 1900 мм. В ходе работы получены графики изменения усилия, мощности и момента прокатки, имеющие характерный вид со стремительным ростом и снижением значений при заполнении и освобождении очага деформации соответственно. Поставленные цель и задачи были достигнуты. 62

Список использованных источников 1. Шур, Е.А. Повреждения рельсов / Е.А. Шур. – М.: Транспорт, 1971 2. Гун Г.Я. Теоретические основы обработки металлов давлением // М.: Металлургия. 1980. Т. 456. 3. Жолобов В.В. Прессование металлов / В. В. Жолобов, Г. И. Зверев – М.: Металлургиздат, 1959.– 543c. 4. Тюрин В.А., Лазоркин В.А., Поспелов И.А. Ф.Х.П. Ковка на радиальнообжимных машинах / Ф. Х. П. Тюрин В.А., Лазоркин В.А., Поспелов И.А. – Москва: Машиностроение, 1990.– 256c. 5. Полухин П.И. Прокатное производство / П. И. Полухин, Н. М. Федосов, А. А. Королев, Ю. М. Матвеев – М.: Металлургия, 1982.– 696c. 6. https://misis.ru/files/15839/Диссертация_ТаДиньСуан.pdf 7. Галкин С.П. Способ винтовой прокатки. Патент России №2293619 / Галкин С.П. –2007. 8. Тетерин П.К. Теория поперечной и винтовой прокатки.— М. : Металлургия,1983.— 270 с. 9. Обработка металлов давлением / Б.А. Романцев, А.В. Гончарук, Н.М. Вавилкин, С.В. Самусев.— М. : Изд. Дом МИСиС, 2008.— 960 с. 10. Потапов И.Н., Полухин П.И. Технология винтовой прокатки. 2-е изд., доп. и перераб. — М. : Металлургия, 1990.— 344 с. 11. Богатов, А.А. Винтовая прокатка непрерывно-литых заготовок из конструкционных марок стали : учеб. пособие / А.А. Богатов, Д.А. Павлов, Д.Ш. Нухов. — Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2017. — 164 с. 12. https://www.нзнз.рф/articles/rsp/opisanie-sposoba-prokatki-na-stane- 13. Галкин С.П. Теория и технология стационарной винтовой проктаки rsp/ заготовок и прутков малопластичных сталей и сплавов: автореф. дис. …д-ра техн. наук. – М.: МИСиС, 1998. – 41 с. 63

14. Galkin S.P. Regulating radial-shear and screw rolling on the basis of the metal trajectory / Galkin S.P. // Steel in Translation –2004. –Т. 34 –No 7 –С.57–60. 15. Pater Z. Numerical Analysis of the Skew Rolling Process for Rail Axles / Pater Z., Tomczak J., Bulzak T. // Archives of Metallurgy and Materials –2015. –Т. 60 –No 1 –С.415–418. 16. Трайно А.И., Иванов Д.М. Разработка технологии производства сортовых профилей перекаткой рельсов. // Научно-технический прогресс в черной металлургии. 2013. С.346-357. 17. Трайно А.И., Иванов Д.М. Использование изношенных рельсов в качестве заготовки для производства сортовых профилей // Научно-технический прогресс в металлургии - 2012. С.121-132. 18. Бадюк С.И., Лещенко А.И. Получение сортовых профилей проката из изношенных железнодорожных рельсов // Обработка материалов давлением. 2010. №4 (25). 19. Злобин демонтированного А.А. Способ производства железнодорожного рельса. сортового Патент на проката из изобретение № 2574531 C1, 10.02.2016. 20. ГОСТ Р 51685-2000 Рельсы железнодорожные. Общие технические условия. 21. Галкин С.П., Михайлов В.К., Романцев Б.А. Технология и мини-стан винтовой прокатки как технико-технологическая система // Производство проката. 1999. №6. С. 42-48. 22. Пат. №2179900 РФ. Способ винтовой прокатки / А.В. Гончарук, Б.А. Романцев, В.К. Михайлов, С.П.Галкин, Е.В. Даева, А.П. Чистова, А.А. Хзарджан // БИ. 2002. №6. 23. Лопатин Н.В., Садищев Г.А., Галкин С.П. Математическое моделирование радиально-сдвиговой прокатки титанового сплава ВТ6 в условиях формирования глобулярной структуры // Изв. вузов. Цветная металлургия. 2011. №5. С. 44-49. 64

24. Галкин С.П. Сопоставительный анализ геометрии мини-станов радиально-сдвиговой (винтовой) прокатки / Галкин С.П., Фадеев В.А., Гусак А.Ю. // Трубное производство –2015. –№12 –С.19–25. 25. Галкин С.П. Методика виртуальных пережимов для расчета мини- станов радиально-сдвиговой (винтовой) прокатки / Галкин С.П., Фадеев В.А., Гусак А.Ю. // Трубное производство –2016. –№ 2 –С.27–35. 65

Приложение А План расположения основного оборудования для перекатки бывших в употреблении рельсов Рисунок А.1- План размещения основного оборудования для перекатки изношенных рельсов 66

Приложение Б Таблица прокатки на стане «30-70» Таблица Б.1 – Таблица прокатки на стане «30-70» т мм мм Пропускная способность,т/ч Машинное время, с Время пауз, с Время цикла, с 52 2000 0,033 30 6009 3,00 257,9 5,15 23,30 20 43,30 83,14 2,77 52 2000 0,033 35 4415 2,21 257,9 7,01 17,12 20 37,12 96,98 3,23 52 2000 0,033 40 3380 1,69 257,9 9,16 13,11 20 33,11 108,74 3,63 52 2000 0,033 45 2671 1,34 257,9 11,59 10,36 20 30,36 118,59 3,95 52 2500 0,042 35 5518 2,21 257,9 7,01 21,40 20 41,40 86,96 3,62 52 3000 0,050 40 5070 1,69 257,9 9,16 19,66 20 39,66 90,77 4,54 52 3000 0,050 45 4006 1,34 257,9 11,59 15,53 20 35,53 101,31 5,07 56 2000 0,039 30 6969 3,48 257,9 5,15 27,02 20 47,02 76,56 2,96 56 2000 0,039 35 5120 2,56 257,9 7,01 19,85 20 39,85 90,33 3,49 67 Часовая производительность, т/ч мм Диаметр, Длина, Масса, Диаметр, Длина, Часовая производи тельность, шт/ч мм Скорость прокатки, мм/с Прокат Коэффициент вытяжки Исходная заготовка

Таблица Б.2 - Таблица прокатки на стане «30-70» т мм мм Пропускная способность, т/ч Машинное время, с Время пауз, с Время цикла, с 56 2000 0,039 40 3920 1,96 257,9 9,16 15,20 20 35,20 102,27 3,95 56 2000 0,039 45 3097 1,55 257,9 11,59 12,01 20 32,01 112,46 4,35 56 2500 0,048 35 6400 2,56 257,9 7,01 24,82 20 44,82 80,32 3,88 56 3000 0,058 40 5880 1,96 257,9 9,16 22,80 20 42,80 84,11 4,88 56 3000 0,058 45 4646 1,55 257,9 11,59 18,02 20 38,02 94,70 5,49 60 2000 0,044 35 5878 2,94 257,9 7,01 22,79 20 42,79 84,13 3,73 60 2000 0,044 40 4500 2,25 257,9 9,16 17,45 20 37,45 96,13 4,27 60 2000 0,044 50 2880 1,44 257,9 14,31 11,17 20 31,17 115,50 5,13 70 1900 0,057 40 5819 3,06 257,9 9,16 22,56 20 42,56 84,58 4,85 68 Часовая производительность, т/ч мм Диаметр, Длина, Масса, Диаметр, Длина, Часовая производи тельность, шт/ч мм Скорость прокатки, мм/с Прокат Коэффициент вытяжки Исходная заготовка

70 2000 0,060 50 3920 1,96 257,9 14,31 15,20 20 35,20 102,27 6,18 70 2000 0,060 60 2722 1,36 257,9 20,61 10,56 20 30,56 117,82 7,12 69

Рецензии:

Авторизуйтесь, чтобы добавить рецензию

- у работы пока нет рецензий -

Отзывы:

Авторизуйтесь, чтобы оставить отзыв