CC BY
102
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
APPLICATION OF ENGINEERING PROCESS DESIGN PARAMETRIC METHODOLOGY FOR DEEP HOLES MACHINING
Derjabin Igor Petrovitch - D.Sc. (Eng.), professor, Technology of Mechanical Engineering, Machinery and Tools department, South Ural State University, Chelyabinsk. Phone: 8(3513) 66-53-28. Fax: (3153) 63-44-03. E-mail: [email protected].
Chaburkina Anna Sergeevna - a postgraduate student, Technology of Mechanical Engineering, Machinery and Tools department, South Ural State University, Chelyabinsk. E-mail: [email protected]
Abstract. When processing exact and deep openings a problem of opening axis withdrawal is emerged. An example of application of new methodology of engineering processes parametrical design for deep openings processing is given in the article. The way you can achieve a given accuracy in fewer clicks on the basis of computer-based debugging greatly reducing the complexity of manufacturing is shown.
Keywords: processing of deep openings, parametrical design, accuracy of processing, computer debugging.
References
1. Derjabin I.P. Metodologiya parametricheskogo proektirovaniya tekhnolog-icheskikh protsessov [Methodolog of parametrical design of technological processes]. Engineering magazine, 2012, no. 6, pp. 3-6.
2. Derjabin I.P., Guzeev V.I. Prognozirovanie parametrov tochnosti pri obrabot-ke otverstj [Forecasting of accuracy parameters when processing openings]. Technology of mechanical engineering. 2006, no. 4 (46), pp. 9-14.
3. Derjabin I.P. Proektirovanie, otladka i diagnostika tekhnologicheskikh protsessov v ASTPP [Design, debugging and diagnostics of technological processes in ACTnn]. Messenger of mechanical engineering, 2008, no. 1, pp. 43-45.
4. Derjabin I.P. Informatsionno-spravochnaya baza pogreshnostej obrabotki otverstij dlya tekhnologicheskogo proektirovaniya [Directory base of errors of processing of openings for technological design]. Engineering magazine, 2008, no. 9, pp. 16-21.
5. Guzeev V.I., Batuyev V.A., Surkov I.V. Rezhimy rezaniya dlya tokarnykh i sverlil'no-frezerno-rastochnykh stankov s CHPU [Rezhimy of cutting for turning and drilling and milling and boring machines with ChPU]. Moscow: Mechanical engineering, 2005, 386 p.
УДК 621.771
Белевский Л.С., Исмагилов P.P.
ОПЫТ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЫХ СТАЛЬНЫХ РАБОЧИХ ВАЛКОВ СТАНОВ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ из СЛИТКОВ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА
Аннотация. Разработана технология изготовления литых стальных валков станов холодной прокатки из слитков электрошлакового переплава. Изучены свойства литокованых валков из стали марки 9Х2МФ-Ш и литых валков из стали марки 60ХЗСМФ-Ш. Установлено, что стоимость изготовления литого валка на 17% ниже, чем литокованого. Ключевые слова: рабочие валки, холодная прокатка, электрошлаковый переплав, механические свойства.
Рабочие валки листовых станов холодной прокатки, изготавливаемые по традиционной технологии, имеют глубину закаленного слоя всего 10-15 мм. В результате стойкость их низкая, и до 40% валков выходит из строя преждевременно по поверхностным повреждениям - трещины, выкрошки, отслоения. Примерно такое же количество валков списывается по причине навара рабочей поверхности бочки. Большая глубина закаленного слоя может быть достигнута путем использования новых материалов и совершенствования технологии изготовления валков. Одним из путей борьбы с наваром валков при обрывах является использование валковых материалов, обладающих противонавар-ными свойствами, например сталей с повышенным содержанием кремния или чугунных валков [1, 2].
Анализ технических характеристик валков холодной прокатки ведущих зарубежных фирм [3, 4] позволяет сделать вывод, что для увеличения глубины закаленного слоя следует повысить степень легирования стали, в основном хромом. Повышение прокали-ваемости возможно также при применении заготовки электрошлакового переплава (ЭШП), обеспечивающего значительное снижение загрязненности стали неметаллическими включениями, особенно в поверх-
ностных слоях, подвергающихся закалке.
При разработке технологии изготовления валков холодной прокатки (ВХП) в условиях предприятий ООО «ЮжУралТехноТрейд», г. Магнитогорск, и ООО «Уральский завод нестандартного оборудования» («УЗНО»), г. Орск, использованы заготовки ЭШП и повышение степени легирования хромом. Выбор в качестве заготовки для изготовления рабочих ВХП металла ЭШП объясняется значительными его преимуществами перед металлом элекгродуговой выплавки [5]. При ЭШП количество неметаллических включений, особенно сульфидов, уменьшается в 1,5-2,5 раза. Достигаются также меньшая микронеоднородность, повышенная плотность и равномерность структуры и, следовательно, одинаковость свойств металла по сечению и высоте переплавленного слитка. Сталь ЭШП характеризуется меньшей дендритной неоднородностью, более равномерным распределением ликвирующих элементов, большим на 25% пределом усталости.
Валки с литой бочкой и коваными шейками классифицируются как «литокованые». При изготовлении валков в литокованом исполнении, в качестве электродов для ЭШП использовались отработанные валки.
Опыт изготовления литых стальных рабочих валков.
БелевскийЛ.С, Исмагилов Р.Р.
Технологическое исполнение
Литокованый
Литой
В этом случае исключаются такие технологические операции, как выплавка стали и разливка в слитки, штамповка слитков под электроды. Технологический процесс состоит из ЭШП отработанных валков под слиток с диаметром бочки, имеющим припуск на механическую обработку, ковку шеек со свободным уковом, механической и термической обработки. Валки из слитков ЭШП изготавливали также полностью в литом исполнении [6]. Технологический процесс состоит из ЭШП отработанных валков в слитки круглого сечения под размер бочки с припуском на механическую и термическую обработку. Размеры слитков ЭШП имеют диаметр 530 мм, массу до 8000 кг, содержание хрома до 3,5%. Изготовление валков в литом исполнении выявило ряд преимуществ перед исполнением в литоко-ваном исполнении:
- исключен дорогостоящий и трудоемкий процесс ковки шеек, в результате чего уменьшается вероятность возникновения брака ковочного происхождения;
- промышленные испытания показали, что шейки литых валков менее подвержены повреждениям при аварийном разрушении подшипников, т.к. литая сталь со столбчатой структурой, ориентированной в направлении максимальных напряжений, возникающих при термических ударах, имеет повышенную термостойкость, износостойкость, а также более высокую прочность и пластичность в нагретом состоянии;
- снижена себестоимость изготовления валков, несмотря на повышенные затраты на проведение механической обработки.
В табл. 1 представлены усредненные данные стоимости одной тонны изготовления валков разных сортаментов по переделам по схемам литокованого и литого исполнениях из слитков ЭШП. Анализ представленных в табл. 1 данных показывает, что ковка шеек составляет 33,4% от общих трудозатрат изготовления литокованого валка. Устранением этого трудоемкого и энергоемкого технологического процесса достигается снижение общей себестоимости изготовления литого валка на 17% по сравнению с лито кованым исполнением.
Были проведены металлографические исследования валков из металла ЭШП с целью выявления соответствия свойств валков требованиям нормативных документов.
Изучение свойств литокованых валков из стали марки 9Х2МФ-Ш. Металлографическое исследование проводилось на темплетах, вырезанных из литой бочки и кованой шейки (уков 2,7) из валка №1356, изготовленного из слитка ЭШП и прошедшего первич-ную термическую обработку из двух нормализации и отпуска и подготовленного к закалке бочки. Химический состав валка №1356 из стали 9Х2МФ-Ш:
Макроструктура изучалась на пробах от верхнего и нижнего краев бочки и с обеих шеек. Серные отпечатки по Бауману на всех пробах выявили мелкие, частично мелкие включения, расположенные скоплениями. Рыхлость и пористость отсутствуют. Глубоким травлением выявлена точечная неоднородность, балл - 1,5 шкала 2 по ГОСТ 10243. Серный отпечаток по Бауману не превышает 1-го балла.
Таблица 1
Усредненныеданные себестоимости изготовления по переделам одной тонны готового валка по разным схемам исполнения
Себестоимость переделов, руб./тн
Изготовление слитка ЭШП
61000
69000
Ковка шеек
49600
Черновая мех. обработка
5275
21600
Термическая обработка
27000
27000
Чистовая мех. обработка
5400
5400
Общая стоимость
Руб./тн
148495
123000
%
100
83
Макроструктура кованых шеек и литой бочки плотная, без дефектов, практически не отличается друг от друга. Шлаковые включения, трещины, фло-кены, газовые пузыри, усадочные рыхлоты во всех темплетах отсутствуют (рис. 1, 2).
Рис. 1. Макроструктура бочки валка Рис. 2.
Макроструктура шейки валка
Испытания на разрыв и ударную вязкость проводили на образцах, отобранных в тангенциальном направлении. Усредненные результаты испытаний сведены в табл. 2.
Таблица 2
Механические свойства проб (валок из стали 9Х2МФ-Ш)
0,86
0,35
Мп
0,31
Я
0,006
Р
0,016
Сг
1,79
Мо
0,24
V
0,13
0,18
Си
0,18
Место отбора проб
Бочка
Шейка
стт , МПа
363,3
383,8
ст», МПа
736,6
810,0
¿5,%
19,5
19,0
^, %
38,3
38
МС+20, Дж/см2
25,9
25,8
На основании приведенных данных можно заключить, что механические свойства стали ЭШП соответствуют стандартным справочным данным для нормализованной стали 9Х2МФ. Структура и механические свойства металла бочек и кованых шеек практически не отличаются.
Изучение свойств литых валков из стали марки 60ХЗСМФ-Ш
Сталь марки 60ХЗСМФ-Ш с повышенным содержанием хрома до 2,5-3,5%. Хром, содержащийся в феррите и карбидах, увеличивает дисперсность структуры. В некоторых случаях хром повышает твердость и прочность мартенсита. Наиболее эффективное воздействие на прочность оказывает не хром, растворенный в феррите или содержащийся в карбидах, а хром, который при закалке переводится в мартенсит.
Темплет для исследования отобран от заготовки валка размером 500x1200 после первой механической и предварительной термической обработки в районе технологической пробы от прибыльной части шейки с диаметром 300 мм. Химический состав металла валка №1458 следующий:
Исследования серного отпечатка по Бауману, макроструктуры, твердости и загрязненности по неметаллическим включениям показали полную идентичность с параметрами стали марки 60Х2СМФ-Ш. Микроструктура после двойной нормализации и отпуска в темплете из стали 60ХЗСМФ-Ш состоит из сорбита и карбидов.
Механические свойства в тангенциальном направлении, вырезанные в 1/3 от поверхности тем-плета от валка из стали 60ХЗСМФ-Ш, следующие:
При сравнении механических свойств темплетов из стали марок 60ХЗСМФ-Ш и 60Х2СМФ-Ш выявлено некоторое повышение пластических свойств у стали 60ХЗСМФ-Ш. Это обеспечивается увеличением количества дисперсной структуры, легированной хромом (2,5-3,5%) углеродистой стали. Металлографическое исследование темплетов литых валков из стали 60ХЗСМФШ позволяет сделать следующие выводы:
- макро- и микроструктура соответствуют требованиям нормативных документов;
- легирование стали хромом в пределах 2,5-3,5% повышает пластические свойства.
Заключение
Разработанный способ изготовления валков из слитков ЭШП с использованием в качестве электрода отработанного валка полностью в литом исполнении имеет ряд существенных преимуществ перед исполнением валков в литокованом исполнении. Установлено, что устранение технологического процесса ковки шеек позволяет снизить себестоимость изготовления литого валка на 17% по сравнению с литокова-ным исполнением.
Список литературы
1. Белевский Л.С., Исмагилов P.P. Пути повышения служебных свойств валков станов холодной прокатки // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2012. №1. С. 56-60.
2. Испытания чугунных валков на листовом стане холодной прокатки / P.P. Исмагилов, И.В. Боровков, Л.С. Белевский, А.Ю. Фиркович // Черные металлы. Спец. выпуск. 2011, июнь. С. 75-77.
3. Прокатные валки: монография / К.Н. Вдовин, Р.Х. Гималетдинов, В.М. Колокольцев и др. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И.Носова, 2005. 543 с.
4. Материалы и технология изготовления валков станов горячей и холодной прокатки. Справ. пособие. / А.Ю. Фиркович, О.С. Клочков, P.P. Исмагилов и др. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И.Носова, 2012. 248 с.
5. Башнин Ю.А. Влияние способа выплавки на структуру и свойства стали для производства валков холодной прокатки // Сталь. 1984. №10. С. 65-69.
6. Клочков О.С. и др. Производство стальных прокатных валков на ООО «ЮжУралТехноТрейд» // Труды VIII конгресса прокатчиков, Магнитогорск, 11-15 октября 2010 г. Магнитогорск, 2010. Т. II. С. 465-468.
Стт, МПа Ств, МПа 05,% Ф,% KCU, Дж/см2
640 980 20 28 34
С Si Mn S P Cr Mo V
0,72 0,8 0,65 0,007 0,017 3,18 0,13 0,10
Сведения об авторах
Белевский Леонид Сергеевич - д-р техн. наук, проф. кафедры прикладной механики и графики ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел.: 8 (3519) 29-84-38. E-mail: [email protected].
Исмагилов Рамиль Равкатович - аспирант кафедры прикладной механики и графики ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», ведущий специалист по валкам и подшипникам отдела оборудования ОАО «ММК». Тел.: 8 (3519) 24-75-20. E-mail: [email protected].
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
EXPERIENCE OF MANUFACTURE OF CAST STEEL WORKING ROLLS OF COLD ROLLING MILL FROM ELECTROSLAG REMELTING INGOTS
Belevskiy Leonid Sergeevich - D.Sc. (Eng.), professor, Applied Mechanics department, Nosov Magnitogorsk State Technical University. Phone: 8 (3519) 29-84-38. E-mail: [email protected].
Ismagilov Ramil Rafkatovich - a postgraduate student, Applied Mechanics department, Nosov Magnitogorsk State Technical University, a leading expert on rollers and bearings of Equipment Division, Magnitogorsk Iron and Steel Works OJSC. Phone: 8 (3519) 24-75-20. E-mail: [email protected].
Опыт изготовления литых стальных рабочих валков.
Белевский Л.С., Исмагилов P.P.
Abstract. The technology of manufacture of cast steel work rolls of cold rolling mill from ingot by electroslag remelting has been developed. The properties of cast forging rolls from steel 9Cr2MV-S and cast rolls from steel 60Cr3SiMV-S have been studied. It was determined that the cost of cast roll manufacture at 17% lower, than cost of cast forging roll.
Keywords: work rolls, cold mill, electroslag remelting, mechanical properties.
References
1. Belevskiy L.S., Ismagilov R.R. Puti povysheniya sluzhebnykh svojstv valkov stanov kholodnoj prokatki [The ways of increasing of servis characteristics of rolls on cold mills]. Vestnik Magnitogorskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta im. G.I. Nosova [Vectnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University]. 2012, no 1, pp. 56-60.
2. Ismagilov R.R., Borovkov I.V., Belevskiy L.S., Firkovich A.Yu. and oth.
Ispytaniya chugunnykh valkov na listovom stane kholodnoj prokatki [The test of iron rolls on sheet cold mill]. Stahe und Eisen. Special issue. June 2011, pp. 75-77.
3. Vdovin K.N., Gimaletdinov R., Kolokoltsev V.M. and oth. Prokatnye valki [Rolls]. Magnitogorsk, 2005, 543 p.
4. Firkovich A.Yu., Klochkov O.S., Ismagilov R.R. and oth. Materialy i tekhnologiya izgotovleniya valkov stanov goryachej i kholodnoj prokatki. Sprav. posobie [The materials and technology of. Reference textbook]. Magnitogorsk, 2012. 248 p.
5. Bashnin Yu.A. Vliyanie sposoba vyplavki na strukturu i svojstva stali dlya proizvodstva valkov kholodnoj prokatki [The influence of the means of smelting on structure end properties of steel for manufacture of rolls cold mills]. Steel, 1984, no10, pp. 65-69.
6. Klochkov O.S. and oth. Proizvodstvo stal'nykh prokatnykh valkov na OOO «YUzhUralTekhnoTrejd» [The manufacture of steel rolls on OOO «JgUral Techno Trade»]. Transactions VIII Congress of rollers, Magnitogorsk, 11-15 October, 2010. Magnitogorsk, 2010, vol. 11, pp. 465-468.
УДК 621.78:672.71
Павлова Н.Г., Никитин C.B., Емелюшин A.H.
ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРЕСС-НОЖНИЦ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ МЕТАЛЛОЛОМА С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ИХ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
Аннотация. На сегодняшний день важная роль в производстве и переработке металлопроката отводится ножам для резки металла. В настоящей статье рассмотрена проблема увеличения стойкости сменного оборудования и найдено решение на одном из первых этапов производства металлопроката - подготовка металлолома.
Проведен анализ условий работы ножей для рубки металла, рассмотрены причины преждевременного выхода из строя и способы повышения их стойкости. Приведены обоснования для разработки новой стали, разработан новый химический состав стали для изготовления ножей. Проведены испытания механических характеристик экспериментальных сплавов. Выявлен оптимальный режим термической обработки металла для достижения минимальной степени износа режущей кромки ножа. Выявлен сплав с наиболее оптимальными свойствами, обладающий высоким уровнем ударной вязкости при сохранении высокой твердости и стойкости.
После внедрения ножей, изготовленных из стали с новым химическим составом, проведен анализ их работы. Полученные результаты увеличения стойкости на 40-50% при увеличении себестоимости на 4% позволяют удерживать существующие рынки сбыта с перспективой выхода на внешний рынок.
Ключевые слова: переработка металлолома, марки стали, стойкость ножей, оптимальный химический состав металла, экспериментальные сплавы.
С целью подготовки металлолома для его дальнейшей переработки в копровых цехах его рубят на мерные длины. В условиях потребности постоянного наращивания производительности приобретается более мощное оборудование и возникает проблема повышения стойкости сменного инструмента для резки лома.
Стойкость сменного инструмента пресс-ножниц (ножей) оценивается по количеству переработанного лома, приходящегося на одну смену режущей кромки ножей. Одна кромка ножа (пресс-ножницы с усилием реза 10 МН) рассчитана в среднем на 1500-2000 т лома [1, 2].
При анализе работы пресс-ножниц «Colmar» выявлено, что производительность зачастую занижена из-за преждевременного выхода ножей из строя. В связи с этим возникает необходимость повышения стойкости ножей для увеличения производительности агрегата резки.
На пресс-ножницах «Colmar» рубят металл различной твердости, толщины и химического состава, как тонкий листовой прокат из стали 3, так и упрочненные рельсы из стали 65Г. Ножи работают в условиях как положительных, так и отрицательных температур.
В качестве сменного инструмента использовались ножи, изготовленные из стали марки 6XB2C. Изучая статистические данные по эксплуатации ножей из этой марки стали, выявлено, что ножи имеют наиболее долгий срок службы при уровне твердости 46-48 HRC. При меньшем уровне твердости ножи выходят из строя из-за чрезмерно быстрого износа рабочей кромки, при большем - из-за сколов по рабочей кромке. Однако при эксплуатации ножей с твердостью 4648 HRC также происходят сколы по рабочей кромке, что обусловлено недостаточным уровнем пластических характеристик и, в частности, ударной вязкости основы металла. После установки пресс-ножниц «Colmar» с большей мощностью стойкость ножей из стали марки 6XB2C снизилась.
Так как ножи работают в условиях высоких ударных нагрузок, ножевая сталь должна обладать высоким уровнем ударной вязкости в сочетании с высокой твердостью для режущих свойств ножей.
Содержание углерода в стали должно быть достаточным для обеспечения закаливаемости на высокую твердость (55-60 HRC). Однако при содержании углерода более 0,6% наблюдается заметное снижение
