СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РЕЖИМОВ ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ И ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА МЕЛЮЩИХ ШАРОВ

В результате проведенных исследований для увеличения ресурса валков предложено изменение скоростного режима работы, а для проводок - увеличение рабочей поверхности за счет максимально-допустимой подрезки валков. Разработаны калибровки шаропрокатных валков, используя которые возможно получить максимально эффективные режимы прокатки; а также определены наиболее рациональные режимы прокатки и настройки стана.
1. Выявлено, что наиболее подвержены износу две области: зона захвата заготовки и зона отделения перемычки, в которых износ достигает предельных значений в первую очередь, установлено, что степень износа как для валков, так и для направляющих проводок, интенсивно возрастает по мере самого износа.
2. Установлено, что максимальное влияние на контактное давление частота вращения валков оказывает в момент захвата заготовки. Определено, что для заготовки 060 мм допустимая частота вращения валков составит 71 об/мин и, соответственно, для 080 мм — 72 об/мин, для 0100 мм — 65 об/мин, для 0120 мм — 63 об/мин. Наиболее существенное снижение частоты вращения валков в момент захвата необходимо для заготовок меньшего диаметра, а также при работе валков по мере их износа. Так, для валков с предельно-допустимым износом снижение частоты вращения в момент захвата будет достигать 40% от первоначального значения на новых валках. Использование режимов прокатки с переменной частотой вращения валков по линейной или квадратичной зависимости позволяет уменьшить нагрузку на реборду в месте захвата и увеличить ресурс службы валков.
3. Установлено влияние конструктивных элементов проводок на их износ. Уширение рабочей поверхности возможно при увеличении подрезки одного из валков.
Увеличение ширины рабочей части проводок, при прокатке шаров условным диаметром 060 мм, 080 мм, 0100 мм, 0120 мм, до максимально возможных значений 9,5 мм, 14,5 мм, 16,5 мм и 27 мм, соответственно, повысило их ресурс.
4. Аналитически получены функции значений непрерывно- изменяющегося шага для шаропрокатных валков с постоянной и линейно- увеличивающейся толщиной реборды при выполнении условия сохранения постоянства секундных объемов; определено, что функциональные зависимости непрерывно-изменяющегося шага и параметров развалки калибра, являются характеристическими уравнениями кривых 2-ого порядка. Это позволяет однозначно определить положение образующей кривой (изменения шага и развалки калибра) по 5 точкам. Составлена методика расчета калибровки и построения 3-D модели шаропрокатных валков с непрерывно-изменяющимся шагом. При использовании валков с непрерывно- изменяющейся развалкой, нагрузки при прокатке снижаются на 10%, а при использовании валков с непрерывно-меняющимся шагом, на 25-35% в отличие от валков с дискретно-изменяющимися параметрами. Впервые была разработана модель калибровки для валков с переменной глубиной впадины, которая обеспечивает постоянное прилегание заготовки к валкам и создаёт более равномерное распределение удельных контактных давлений по поверхности шара. Для данной модели аналитически были найдены значения изменения шага от изменения радиуса с условием сохранения постоянства объемов.
5. Впервые произведено моделирование прокатки шаров в программе Deform-3D с использованием валков с непрерывно-изменяющимися параметрами. Результаты моделирования с высокой долей аппроксимации сходятся с результатами опытной прокатки шаров как по точности геометрических параметров, включая образующуюся половинку, так и по энергосиловым параметрам, что доказывает дальнейшую возможность использования системы Deform для моделирования процессов прокатки шаров на валках с непрерывно-изменяющимися параметрами с высокой степенью достоверности результатов моделирования.
6. В результате систематических исследований, решен ряд прикладных задач, направленных на совершенствование технологии производства мелющих шаров.
• за счет обоснования максимально-допустимых значений давления в толкателе, уменьшена концевая обрезь заготовки.
• по точечным температурам поверхности шара на выходе из клети определено распределение удельных усилий, что позволило рационально настраивать стан, снижая локальные напряжения.
• проведенные исследования явились научным обоснованием рекомендаций деления мелющих шаров на две категории точности: обыкновенной и повышенной. Причем шары «повышенной точности» целесообразно изготавливать для производства мелющих тел 4 и 5 групп твердости.
• установлена корреляция эксплуатационных свойств шаров (твердости и глубины прокаливания) и акустических колебаний, вызываемых внешним механическим воздействием. Значения частоты основного тона в момент атаки звука для разных групп шаров имеют достаточно большой диапазон более 150 Гц между поверхностно-закаленными и объемно-закаленными шарами и могут надежно регистрироваться измерительными приборами и являться критерием для классификации изделий по группам твердости.
• в рамках производственного эксперимента получены режимы, гарантирующие получение шаров 5 группы твердости для шаров условным диаметром 60-80 - стали марки 70ХГФН-2. Впервые в условиях закалки с прокатного нагрева получена 5 группа твердости шаров на больших диаметрах 100-120 мм с использованием сталей марок 75ХГФН и Ш-3Р. Признано более рациональным использование стали Ш-3Р, которая является менее требовательной к деликатности процессов термообработки, также имеет достаточную прокаливаемость и более низкую стоимость.
7. Обоснованы и разработаны рациональные режимы настройки шаропрокатного стана, при которых возможно получение продукции с высоким качеством геометрических параметров. Внедрение мероприятий по увеличению ресурса шаропрокатных валков и проводок дали экономический эффект в 2019 году в размере 22,33 и 10,82 млн. рублей соответственно.
Перспективой дальнейшей разработки темы является:
• исследование новых материалов для изготовления инструмента деформации шаропрокатных станов с целью увеличения их ресурса;
• развитие теории и методик калибровки шаропрокатных валков с переменными параметрами (например, апробации калибровки с переменной глубиной впадины т.п.);
• нахождение рациональных решений и разработка режимов термической обработки мелющих шаров из перспективных марок стали с целью повышения износостойкости и снижения себестоимости.

Купить