CC BY
67
студенттерше арналFан. - Алматы: ^Р ЖоFары оку орындарыныц кауымдасть^ы. - ЖШС РПБК «Дэу1р», 2011. - 312 б.
4 Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. - М: Наука, 1975. - 541 с.
5 Расчет вагонов на прочость. Вершинский С.В. и др. Изд. 2-е/Под ред. Л.А. Шадура. - М.: Машиностроение, 1971. - 432 с.
Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева, г.Астана;
Главный конструктор бюро конструирования и машиностроения, КЖД, г. Астана. Материал поступил в редакцию 27.02.2012.
С.Т. ДУЗЕЛЬБАЕВ, В.Ю. ПЫШНОЙ, Г.Г. АЛУШАЕВА
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ БОКОВОЙ РАМЫ ТЕЛЕГИ ГРУЗОВОГО ВАГОНА МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
S.T. DUZELBAYEV, V.J. PYSHNOY, G.G. ALUSHAYEVA
RESEARCH OF DURABILITY OF THE LATERAL FRAME OF THE FREIGHT CARRIAGE CART BY METHOD OF EVENTUAL ELEMENTS
Туйшдеме
В статье рассматривается исследование напряженно-деформированное состояние боковой рамы тележки грузового вагона.
Resume
In the article the research of the tensely-deformed state ofthe lateral frame of the freight carriage light cart is examined.
УДК 621.771.002.51
г.м. ЖАНАБАЕВА, Р.И. СЕРЖАНОВ, A.B. БОГОМОЛОВ
стойкость оправок прошивного стана
В 2008 году в Павлодаре в присутствии Президента Республики Казахстан Нурсултана Абишевича Назарбаева был запущен новый завод по производству бесшовных труб нефтяного сортамента ПФ ТОО "KSP Steel".
Технология производства труб предусматривает прошивку круглой заготовки для получения полой гильзы. При этом внутренняя полость гильзы формирует технологический инструмент - прошивная оправка.
33
Во время работы оправки подвергаются длительному циклическому воздействию высоких температур и больших давлений, поэтому материал оправок должен обладать высокой прочностью, термостойкостью и повышенной теплопроводностью. Даже при высокой прочности материала, но при недостаточной его термостойкости и теплопроводности, носок оправки быстро разогревается, теряет форму и оправка выходит из строя. Кроме того, поверхность оправки не должна свариваться с прокатываемым металлом. Это достигается образованием окисной пленки на поверхности оправки при термообработке и при контакте ее во время работы с прокатываемым металлом.
На стойкость оправок оказывает существенное влияние большое количество факторов: химический состав материала и режим термообработки оправок, их калибровка, марка прокатываемой стали, качество нагрева заготовок, режим прокатки, условия охлаждения оправок. В настоящее время в качестве материала оправок широко применяется сталь марки 20ХН4ФА, содержащая 0,17-0,24% С; 0,25-0,35% Мп; 0,17-0,37% Si; 0,7-1% Сг; 3,17-4,25% №; 0,15-0,30% V.
На прошивном стане освоена работа на водоохлаждаемых оправках (рисунок 1), которым придают форму ковкой в специальных штампах. После ковки оправки подвергают термической обработке и в ряде случаев носок оправки металлизируют.
Охлаждаются оправки снаружи и изнутри. Во время прокатки вода для охлаждения оправки изнутри подается через стержень под давлением 1,0-1,2 МПа. В паузах между прокаткой она дополнительно охлаждается водой снаружи. При таком режиме работы на одной оправке прошивают 400 - 500 заготовок длиной 1,7 - 2,0 м.
В процессе исследований определяли оптимальную форму оправок для прошивки на повышенных углах подачи и выясняли влияние на стойкость оправок режимов прокатки. Были всесторонне испытаны сферические оправки, изготовленные по трем вариантам калибровок. Первый и второй варианты предназначались для получения гильз диаметром 136 - 138 мм (диаметр заготовки 140 мм), третий вариант - для прошивки заготовок в гильзы диаметром 140 - 143 мм.
Оправки второго варианта калибровки по сравнению с первым имели более вытянутую форму рабочего (на 10 - 20 мм) и калибрующего (на 12 - 15 мм) участков. В соответствии с этим увеличилось отношение длины рабочей части к диаметру с 1,7 до 1,9 и общей длины к диаметру с 2,15 до 2,4. Усредненный угол конусности рабочего участка, наоборот, уменьшился с 12 - 14° до 10 - 12°.
34
Угол конусности участка раскатки в первом варианте калибровки был равен 4°, а во втором 3°.
При прошивке на больших углах подачи увеличение длины рабочего участка оправки вполне оправдано, поскольку при таких режимах резко возрастают частные обжатия в очаге деформации и соответственно им уменьшается число циклов деформации металла. Благодаря этому снижается опасность образования мелких плен в трубах по сравнению с прокаткой при малых углах подачи.
Калибрующий участок оправки предназначен для выравнивания стеки гильзы или трубы, поэтому его длину рекомендуется выбирать несколько большей полушага подачи, чтобы каждый участок гильзы обжимался при калибровке по крайней мере один раз. Оправки второго варианта калибровки рассчитывали на работу стана при углах подачи 14 - 15°. Так как в этом случае шаг гильзы составляет обычно 100 - 110 мм, то длину калибрующего участка приняли раной 50 мм вместо 38 - 45 мм в первом варианте. Таким образом, общая длина оправок была увеличена на 14 - 15 %.
Прошивку заготовок на различных оправках осуществляли при углах подачи 13 и 14° в течение нескольких месяцев. За это время было всесторонне проверено влияние формы оправок на устойчивость процесса и качество гильз и труб. Оправки испытывали при работе с валками различных калибровок.
Для выяснения влияния формы оправок на качество внутренней поверхности труб заготовки одной плавки делили на две части и их прошивку осуществляли на обычных и удлиненных оправках. Кроме того, в течение нескольких месяцев работали только на удлиненных оправках.
Анализ полученных данных показал, что процесс прошивки в начал и в середине кампании валков протекает устойчиво. Когда при износе валков перемещение оправок по ходу прошивки становилось значительным, наблюдались случаи зажима заднего конца гильзы. Это можно объяснить недостаточной длиной участка раскатки валков и ухудшающимися условиями окончания процесса.
Состояние внутренней поверхности труб при работе на новых оправках практически не изменяется. По геометрическим размерам гильзы получаются более качественные.
В большей степени форма оправок оказывает влияние на их износ. Стойкость новых оправок диаметром 100; 98 и 96 мм возросла соответственно на 36, 47 и 61 % при прошивке заготовок из стали марок 10; 20 и 20К и в среднем на 70 % - при прошивке заготовок из стали марок 35, 45 и Д (таблица 1).
Детальное обследование показало, что оправки диаметром 100 и 98 мм имеют равномерный износ, характерный для справок со сферической
35
рабочей частью. для справок диаметром 96 мм характерно появление продольных трещин. Причиной растрескивания являются циклические термические напряжения, возникающие при прокатке и усугубляемые наличием отверстий для охлаждения водой.
Повышение стойкости удлиненных оправок связано, видимо, с увеличением их массы и с меньшим разогревом при прошивке. Влияние степени разогрева справок на их стойкость видно из того, что с уменьшением времени прошивки, наблюдаемом при увеличении углов подачи, стойкость оправок существенно возрастает, несмотря на рост осевого усилия на стержень.
Действительно, при исследовании процесса прошивки заготовок диаметром 60 мм из стали 12Х18Н10Т на полупромышленном стане МИСиС-100 установлено, что при угле подачи 8° оправки диаметром 38 мм выходили из строя после одной прокатки - осаживался, а иногда полностью истирался носок оправки, на ее рабочей части имелись вы-рывы и задиры. При прокатке на углах подачи 18 - 30° стойкость этих оправок повысилась до двух трех проходов. Оправки диаметром 46 и 50 мм при прокатке на больших углах подачи имели незначительный износ и использовались многократно (в 20 - 30 прокатках).
Таблица 1
Стойкость водоохлаждаемых оправок прошивного стана
Номер оправки Удлиненные оправки Оправки прежней калибровки
Марка стали мм 5п> мм Количество прошитых заготовок Марка стали мм 5п> мм Количество прошитых заготовок
1 10 2160 100 650 10 2160 98 700
2 10 2160 100 780 10 2000 98 750
3 10 2160 100 830 20К 2250 98 627
4 10 2160 100 940 10 2160 98 500
5 10 2160 100 650 10 2160 98 365
6 20К 2160 100 1000 10 2160 98 610
7 20К 2000 100 1200 10 2160 98 600
8 10 2160 100 900 10 2160 98 700
9 10 2160 100 1150 10 2160 98 500
Среднее - - 100 877 - - 98 595
1 20 2160 98 800 10 1990 96 600
2 20 2160 98 740 10 1990 96 500
3 20К 2000 98 700 10 1990 96 400
4 10 2160 98 610 10 1990 96 700
5 10 2160 98 620 20 2160 96 320
6 10 2160 98 500 20 2160 96 270
7 20 1760 98 680 20 2160 96 620
8 20 1760 98 640 20К 2160 96 460
9 10 2160 98 640 20К 2160 96 500
Среднее - - 98 659 - - 96 485
36
1 10 2160 96 762 10 2160 94 330
2 10 2160 96 751 10 2160 94 250
3 20 2000 96 650 10 2160 94 540
4 20 2000 96 570 10 2160 94 560
5 20 2000 96 680 10 2160 94 480
6 20 2160 96 500 20К 2000 94 300
7 10 2160 96 690 20К 2000 94 400
Среднее - - 96 657 - - 94 408
1 35 2160 98 400 45 2160 94 380
2 Б 2160 98 250 45 2160 94 170
3 Б 2160 98 270 45 2160 94 120
4 Б 2160 98 150 45 2160 94 300
5 45 2160 96 350 Б 2160 96 70
Среднее - - - 284 - - - 168
На прошивном стане ТПА 30-102 после проведенной реконструкции были внедрены новые технологические режимы: процесс прошивки стали осуществлять при углах подачи 15° и более на чашевидных валках с удлиненной бочкой. Кроме тоге, по предложению заводских работников, было проведено перераспределение деформации по станам агрегата, в частности были увеличены длина заготовки с 2000 до 2400 мм и диаметр гильзы со 138 до 145 мм. В связи с этим был внедрен в производство третий вариант калибровки справок.
Длина рабочей части и калибровочного участка увеличена по сравнению со вторым вариантом на 10 - 15 %. Угол конусности калибровочного участка равен 3°30г при угле конусности валков на участке раскатки 3°15г. Для увеличения массы оправки и устранения трещинообразования из-за термических напряжений диаметр носка увеличен с 26 - 28 до 30 -32 мм.
Длительными статистическими исследованиями было установлено, что несмотря на возросший темп прокатки, снижение температуры нагрева металла с 1220 - 1240 до 1160 - 1220 °С и увеличение длины заготовок, стойкость справок новой калибровки возросла в среднем до 700 - 800 проходов, т.е. на 20 - 25 %. Износ оправок распределяется равномерно по длине рабочей части, не затрагивал калибровочного участка (рисунок 1), что обеспечивает хорошую раскатку и калибровку стенки гильзы. Все это свидетельствует об эффективности выбранного пути повышения стойкости оправок.
37
Рисунок 1 - Износ оправок прошивного стана ТПА 30-102; кампания валков: а) первые сутки, б) восьмые сутки
В ходе исследований было отмечено влияние износа рабочих валков прошивного стана на стойкость оправок. Как отмечалось выше, износ валков существенно сказывается на настройке прошивного стана; уменьшается расстояние между валками, оправка перемещается по ходу прокатки. Это приводит к сокращению длины очага деформации и перераспределению деформации по длине калибра. Действительно, процесс осуществляется при большем обжатии перед носком оправки, а вытяжка происходит в основном за пережимом валков. Естественно, характер износа оправок изменяется. Так, на сферической рабочей поверхности чаще наблюдаются вырывы глубиной до 2 - 3 мм и грубые задиры, а оправка после 500 - 600 проходов приобретает форму, близкую к конической. При этом стойкость оправок снижается к концу кампании валков (на 8 - 10-е сутки) на 10 - 15 %.
Неизбежное при износе ухудшение состояния рабочей поверхности оправки, естественно, оказывает влияние на качество гильз и труб. На прошивном стане 30-102 были проведены исследования по определению влияния износа оправки на качество гильз по состоянию внутренней поверхности. Заготовки диаметром 140 мм из стали 20 прокатывали с торможением в стане на оправках диаметром 102 мм с различной степенью изношенности при угле подачи 15°. После прокатки образцы строгали и шлифовали по диаметральной плоскости, а затем травили в растворе
38
серной кислоты. Для более тщательного контроля качества металла и получаемой гильзы часть заторможенных заготовок-гильз разрезали на поперечные темплеты, с которых делали серные отпечатки.
В результате исследований установлено, что заготовки из стали 20 диаметром 140 мм характеризуются четко выраженным ликвационным квадратом и наличием в центральной части неметаллических включений. Ликвационный квадрат в процессе деформации металла на оправке, однако, не выходит на внутреннюю поверхность гильзы, а как бы растягивается на некотором расстоянии от поверхности, уменьшающемся по мере раскатки гильзы.
Следует отметить, что центрального разрушения металла перед носком оправки на полученных темплетах не наблюдали. Однако наличие значительных скоплений неметаллических включений является предпосылкой образования дефектов даже при прокатке на повышенных углах подачи и может быть причиной отбраковки труб по внутренним пленам. В то же время зафиксировали наличие плен, обусловленных износом оправки. Действительно, после прошивки 600 - 700 заготовок на рабочей поверхности оправки образуются вырывы и задиры глубиной до 2 - 3 мм. Металл в процессе деформирования затекает в эти углубления и раскатывается в плены на калибрующем конусе оправки.
В связи со становлением и развитием трубопрокатного производства в Павлодарском регионе вопросы повышения стойкости технологической оснастки приобретают особую актуальность.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Сержанов Р.И., Богомолов А.В. Формирование прокатного производства в Павлодаре: проблемы и перспективы // Наука и техника Казахстана. - 2005 - №3. - С. 128-134.
2 Потапов И.Н., Полухин П.И. Технология винтовой прокатки. - М.: Металлургия, 1990 - 344 с.
Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова, г.Павлодар. Материал поступил в редакцию 27.02.2012.
Г.М. ЖАНАБАЕВА, Р.И. СЕРЖАНОВ, А.В. БОГОМОЛОВ
теск1ш станоктьщ жактауыньщ ТУРАКТЫЛЬшЫ
G.M. ZHANABAYEVA, R.I. SERZHANOV, A. BOGOMOLOV
RESISTANCE OF PIERCING MILL'S MONGRELS
39
Тушндеме
Жумысты айтцанда технологиялъщ куралдыц табандылыгына ыцпал ememiH негiзгi факторларды суреттеген: термовцдеу жацтау mepmi6i мен материалдыц химиялыц к^рамы, олардыц калибpJвуi, болаттыц маркасы, дайын жылудыц сапасын, болуга домалатып жазылатын даярлауларды цыздыруды сапа, жуцарту, сапасы мен жацтауды суытудыц шарты царастырылган.
Resume
The paper identifies the main factors affecting stability of technological tools, which are: chemical composition of the material and the mode of mandrels' heat treatment, their calibration, the brand of rolled steel, the quality of billets' heating, the rolling mode, the conditions of mandrels' cooling.
УДК 625.001.63
с.О. исмагулова, ж.с. мырзабеков
проектирование снегозащитных, пескозащитных, противолавинных, противоселевых и противоразмывных мероприятий при проектировании новых железных дорог
До последнего времени при проектировании железных дорог не учитывались особенности трассирования в сложных природно-климатических условиях, которые базируются на современной теории многокомпонентных потоков. Разработке и использованию методов этой теории посвятили свои научные работы такие крупные ученые как Р. Бэгнольд, Ф.И. Франкль, А.К. Дюнин.
Физический смысл природных процессов, с которыми взаимодействуют железнодорожные сооружения, довольно сложен, но его понимание необходимо для инженера-проектировщика железных дорог. К сожалению, указанные выше природные процессы изучены недостаточно.
Например, до 40-х годов прошлого века были неизвестны количественные характеристики пылевых бурь. Начало их поиска положено выдающимся английским ученым Ралфом Бэгнольдом. В годы 2-й мировой войны он исполнял обязанности военного дорожного инженера в составе британских войск, действовавших в Ливийской пустыне против немецких дивизий Роммеля. Одновременно он провел обширные исследования песчаных бурь в поле и в специально им созданной аэродинамической 40
