Разработка технологического процесса производства колеса ВА005 диаметром 920 мм по европейским стандартам с целью расширения сортамента в условиях колесобандажного цеха АО "ЕВРАЗ НТМК"

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Нижнетагильский металлургический комбинат, ежегодно увеличивая выпуск железнодорожных колес различного назначения в рамках текущих контрактов, проводит политику самосовершенствования производства, повышает качество продукции в соответствии с требованиями рынков, как внутреннего, так и внешнего. Так же предприятие регулярно осваивает новые колесные профиля для расширения географических поставок.

Основное назначение колесопрокатного стана - производство цельнокатаных колес и заготовок колес для грузовых составов, тепловозов, электровозов, вагонов метрополитена, железных дорого узкой колеи и другого оборудования.

Целью моего проекта является разработка технологического процесса производства колеса ВА005 диаметром 920 мм по европейским стандартам с целью расширения сортамента в условиях колесобандажного цеха АО «ЕВРАЗ НТМК». Данный профиль эксплуатируется во многих европейских странах на подвижных составах железных дорог. Специально для данного вида профиля в конверторном цехе производят марку стали ER7, которая отличается высокими прочностными и качественными характеристиками.

Основной задачей дипломного проекта является разработка технологического процесса производства колеса ВА005 диаметром 920 мм. Для достижения поставленной задачи в ходе исследования были произведены расчеты калибровки рабочего инструмента деформации - прессов и колесопрокатного стана, а также проверка полученных результатов по энергосиловым параметрам.

1. Общая часть

1.1 Техническая характеристика оборудования цеха

Техническая характеристика пил

Назначение - порезка цилиндрических круглых заготовок под прямым углом из углеродистой и легированной стали с максимальной прочностью 1300 Н/мм2. Количество пил - 7 шт. Режущий инструмент - пильные круги с твердосплавными пластинками.

Таблица 1. Характеристика пильного круга

Диаметр, мм	Количество зубьев, шт.	Диаметр разрезаемой заготовки, мм
1430	54	от 200 до 450
1700	50	от 200 до 575

Ширина реза - до 11 мм.

Длина разрезаемых заготовок - от 2800 до 6600 мм.

Размеры штучных заготовок при автоматическом режиме порезки:

длина, мм 260-810

масса, кг 300-915

Таблица 2. Техническая характеристика нагревательной печи

Наименование оборудования	Параметр
Кольцевая печь LOI	Назначение - нагрев заготовок под прокатку.
	Нагреваемый металл - заготовки из углеродистой и легированной стали.
	Диаметр заготовок - 430 мм
	Длина заготовок - 300-1030 мм
	Температура выдачи заготовок - 1260 С
	Равномерность нагрева - +/- 15 С
	Вид топлива - природный газ
	Максимальное количество заготовок в садке - 462 шт
	Максимальная производительность - 47 т/ч
	Число зон автоматического регулирования - 6

Техническая характеристика прессопрокатной линии

Таблица 3. Характеристика оборудования прессопрокатной линии

Оборудование	Назначение
Манипулятор (тип 1075) - робот № 1	Передача заготовки из начальной точки участка колесопрокатного стана на гидросбив
Гидросбив окалины	Удаление печной окалины
Манипулятор (тип 1073) - робот № 3	Передача заготовки от гидросбива на первый пресс
Центрователь первого пресса	Центровка заготовки относительно оси пресса
Первый пресс (усилие - 5000 т)	Осадка заготовки в «плюшку»
Манипулятор (тип 1074-1) - робот № 5	Передача заготовки от первого пресса ко второму прессу
Центрователь второго пресса	Центровка заготовки относительно оси пресса
Второй пресс Усилие - 9000 т	Формовка заготовки с выполнением отверстия с перемычкой
Манипулятор (тип 1074-1) - робот № 7	Передача заготовок от второго пресса к колесопрокатному стану
Колесопрокатный стан (DRAW 1400) Тип - пятивалковый вертикальный	Прокатка диска и элементов обода заготовки
Манипулятор (тип 1072-2) - робот № 9	Передача заготовок от колёсопрокатного стана к третьему прессу
Третий пресс Усилие - 5000 т	Калибровка заготовки с выгибкой диска и прошивкой отверстия ступицы
Манипулятор (тип 1074-2) - робот № 11	Передача заготовки с третьего пресса на маркировочный пресс и измерительную установку
Маркировочный пресс	Нанесение клейма на обод с наружной стороны колеса
Измерительная машина - лазерная установка	Контроль геометрических размеров колес
Манипулятор (тип 1076) - робот № 14	Уборка колёс с лазерной установки на ленты транспортера холодильника

Таблица 4. Характеристика оборудования для термообработки колес

Наименование оборудования	Характеристика
Закалочная печь	Назначение - нагрев колес под закалку
	Количество - 2 шт.
	Число зон автоматического регулирования - 8
	Топливо - природный газ
Закалочные машины	Количество - 12 шт.
	Закалочная среда - вода
Отпускные печи	Количество 2 шт.
	Число зон автоматического регулирования теплового режима - 10
	Топливо - природный газ
	Максимальная производительность - 22,4 т/ч

Таблица 5. Характеристика оборудования механообработки колес

Наименование оборудования	Характеристика
Станки модели VDM 120-12	Назначение - механическая полнопрофильная обработка колёс.
	Тип карусельный специальный с числовым программным управлением
	Количество 8 шт.
	Наибольший диаметр колес по кругу катания 1600 мм
	Наименьший диаметр колеса по кругу катания 710 мм
Установка для считывания маркировки	Количество знаков считываемой группы - 6
	Максимальная глубина знаков маркировки 7 мм
	Высота знаков 10-12 мм
Станок NBH 290-2	Назначение - выполнение специальных отверстий и чистовой расточки ступицы.
	Тип - обрабатывающий центр.
	Количество 1 шт.
Балансировочная машина	Назначение - устранение дисбаланса железнодорожных колес
	Тип - BVK-13-FH1

Таблица 6. Техническая характеристика линии выходного контроля

Наименование оборудования	Характеристика
Линия выходного контроля	Производительность 48 шт/ч
	Расчётное время обработки одного колеса 75 с
	Наружный диаметр колеса, 920-1070 мм
Установки магнитолюминесцентного контроля колёс	Количество 2 шт.
	Производительность 24 шт./ч
Установка дробемётного упрочнения	Наружный диаметр колёса, 790-1070 мм
	Количество дробемётов 1 шт.
Установка покраски колёс	Количество 1 шт.

1.2 Технологический процесс производства цельнокатаного колеса ВА005 диаметром 920 мм

В условиях колесобандажного цеха АО «ЕВРАЗ НТМК» цельнокатаное колесо ВА005 диаметром 920 мм изготавливают из стали марки ER7.

Таблица 7. Химический состав стали марки ER7

Марка стали	C	Si	Mn	P	S	Cr	Cu	Mo	Ni	V	Cr+Mo+Ni
	Максимальное содержание, %
ER7	0,52	0,40	0,80	0,020	0,020	0,30	0,30	0,08	0,30	0,06	0,50

Массовая доля водорода в жидкой стали не должна превышать 2 ppm.

После полного цикла производства цельнокатаного колеса ВА005, колеса данного вида приобретают механические свойства согласно таблице 8,

Таблица 8. Механические свойства стали

Марка стали	Обод	Диск
	Временное сопротивление Rm, Н/мм2	Предел текучести ReH, Н/мм2	Относительное удлинение, %	Временное сопротивление Rm, Н/ММ2	Относительное удлинение, %
ER7	820-940	>520	>14	>680	>16

Подготовка исходного полупродукта.

Порезка заготовок производится поплавочно. Штучные заготовки с разгрузочного стола передаются на стеллажи и укладываются поплавочно в штабель с помощью специальных захватов. До укладки в штабель каждую штучную заготовку маркируют на боковой поверхности известью номером плавки, номером ручья и номером НЛЗ. Раскрой НЛЗ производиться по ТК-011-82-2016 [16].

Таблица 9. Карта раскроя НЛЗ по чертежу 00186269-195

Количество заготовок	Длина заготовок суммарная, мм	Ширина резов суммарная, мм	Длина НЛЗ, мм, не менее	Масса заготовки, кг
-	головная обрезь 50	10	2800	460
1	402	20	2800	460
2	804	30
3	1206	40
4	1608	50
5	2010	60
6	2412	70
7	2814	80	3024
8	3216	90	3436
9	3618	100	3848
10	4020	110	4260
11	4422	120	4672
12	4824	130	5084
13	5226	140	5496
14	5628	150	5908
-	донная обрезь 80	-	-

Нагрев заготовки перед деформацией.

Передача заготовок для посада в печь осуществляется при наличии паспорта поплавочно. Заготовки к нагревательной печи передаются по одной в горизонтальном положении по специальному рольгангу и подаются в позицию под загрузочную машину таким образом, чтобы клещевой захват загрузочной машины брал заготовку по центру тяжести. Загрузка печи в ряду начинается от внутренней стенки. Заданная температура по зонам печи определяется, исходя из длительности нагрева. Перед и после посада штучных заготовок производится разрыв в печи в 10 рядов.

Таблица 10. Температура в зонах печи

Время нагрева, ч-мин	Температура в зонах, °С
	1	2	3	4	5	6.1	6.2
4-30 - 6-30	не более 900	не более 1080	1220+10	1300±10	1300±10	1300±10	Зона выдачи
6-31 - 8-00*			1170±10	1270±10	1280±10	1280±10

Выдача заготовок из печи производится разгрузочной машиной. Заготовки извлекаются из печи и устанавливаются на рольганг, по которому доставляются к роботу-манипулятору прессопрокатного участка.

Удаление окалины.

Заготовка захватывается портальным роботом № 1 и перемещается в камеру гидросбива для удаления окалины. На первом этапе заготовка удерживается над нижним коллектором, включается высокое давление воды, и производится удаление окалины с нижнего торца заготовки. Затем заготовка перемещается далее и устанавливается на поворотный стол. Во время поворота заготовки включаются боковой и верхний коллекторы, и выполняется удаление окалины с верхней торцевой и боковой поверхностей. Заготовка захватывается роботом № 3 и транспортируется на первый пресс.

Обжатие на первом прессе.

После уборки предыдущей заготовки, выполнения охлаждения и смазки, отхода охлаждающей траверсы робот вносит заготовку в межколонное пространство и опускает на нижний штамп. Температура заготовки перед обжатием на прессе должна быть не менее 1000 °С. Клещевины робота выводятся из рабочего пространства пресса, заготовка при необходимости центрируется, и включается перемещение траверсы.

По окончании обжатия траверса останавливается в верхней точке, достаточной для извлечения заготовки. Одновременно с началом подъёма траверсы включается выталкивание пуансоном заготовки из калибровочного кольца. После освобождения заготовки производится снятие заготовки с нижнего штампа роботом № 5 и вывод её из рабочего пространства пресса.

Обжатие на втором прессе.

Технология обжатия на втором прессе аналогична технологии обжатия на первом прессе.

Прокатка на стане.

После установки заготовки и вывода клещевин манипулятора из рабочего пространства стана включаются приводы стана. В соответствии с программой выполняется прокатка заготовки.

По окончании деформации заготовка останавливается, эджерные валки отводятся. Клещевины робота № 9 захватывают и зажимают заготовку. Валки стана освобождают заготовку, и робот выводит её из рабочего пространства стана.

Обжатие на третьем прессе.

После укладки заготовки пресс выполняет незначительно обжатие обода по высоте, выгибку диска, прошивку отверстия. Выталкиватель поднимает заготовку над нижним штампом. Робот № 11 захватывает заготовку, выносит её из рабочего пространства третьего пресса. При нахождении заготовки на прессе производится измерение температуры заготовки. По окончании транспортных операций траверса с коллектором смазки и охлаждения вводится в межштамповое пространство.

Выполнение маркировки.

Заготовка роботом № 11 укладывается на опорную плиту. Клещевины робота № 11 отводятся. Маркировочный пресс выполняет рабочий ход траверсы. Временная горячая маркировка заготовок колес наносится на боковой поверхности обода с наружной стороны заготовки колеса. Расстояние oт кромки внутренней поверхности до основания знаков маркировки не регламентируется. Высота знаков маркировки - от 10 до 12 мм, глубина - не более 2 мм.

Маркировка наносится в следующем порядке:

- номер плавки - 6 знаков;

- месяц и две последние цифры года изготовления - 4 знака;

- условная марка стали - R7;

- номер заготовки колеса по системе нумерации предприятия изготовителя - 6 знаков.

Термообработка колес

После завершения технологических операций на прессопрокатной линии колеса передаются на ленточный транспортер и затем на стопосборщик для формирования стоп и последующим складированием на участок отделки. Одной из подготовительной операции перед термообработкой является расчет углеродного эквивалента. В зависимости от его значения выбирается термообработка колес.

Таблица 11. Значения углеродного эквивалента по группам

Номер группы	1	2	3
Значение Сэкв	0,690-0,725	0,726-0,740	0,741-0,760

Нагрев под закалку.

В зависимости от группы стали по углеродному эквиваленту выбирают режимы нагрева под закалку. [2]

Таблица 12. Режим нагрева под первичную закалку для группы 1 и 2

Температура, °С по зонам печи
Зона 1	Зона 2	Зона 3	Зона 4	Зона 5	Зона 6	Зона 7	Зона 8
не более 700	не более 740	800±10	840±10	860±10	860±10	860±10	не более 860

Таблица 13. Режим нагрева под первичную закалку для группы 3

Температура, °С по зонам печи
Зона 1	Зона 2	Зона 3	Зона 4	Зона 5	Зона 6	Зона 7	Зона 8
не более 700	не более 740	800±10	840±10	850±10	850±10	850±10	не более 850

Заготовки колес с отклонениями от предельных значений температур нагрева отправляются на повторную термообработку.

Таблица 14. Режим нагрева под повторную закалку для групп 1 и 2

Температура, °С по зонам печи
Зона 1	Зона 2	Зона 3	Зона 4	Зона 5	Зона 6	Зона 7	Зона 8
не более 700	не более 740	800±10	840±10	880±10	880±10	880±10	не более 880

Таблица 15. Режим нагрева под повторную закалку для группы 3

Температура, °С по зонам печи
Зона 1	Зона 2	Зона 3	Зона 4	Зона 5	Зона 6	Зона 7	Зона 8
не более 700	не более 740	800±10	840±10	870±10	870±10	870±10	не более 870

Длительность нагрева под первичную и повторную закалку - от 3 ч 00 мин до 3 ч 30 мин.

Закалка.

После нагрева печные телеги с колесами из нагревательных печей достаются толкателем трансбордера, встают на позицию разгрузки, откуда в дальнейшем колеса забирает робот-манипулятор и транспортирует их на закалочные машины. В закалочных машинах, оборудованных тремя распылительными кольцами, проводится охлаждение обода.

Отпуск.

Температура отпуска устанавливается в соответствии с таблицей 16.

Таблица 16. Режим отпуска колес

Температура, °С, по зонам печи	Общее время нахождения колес в печи, ч
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
не более 400	450	520	520	520	520	520	520	520	не более 520	от 2,5 до 4

Предельные отклонения температуры в зонах печи ±10 °С. После отпуска заготовки собираются в стопы, стопы выставляются для охлаждения на оборудованные защитными экранами поддоны (термоса).

Механическая обработка.

Полнопрофильная механическая обработка заготовок колес производится на участке полнопрофильной обработки колес (УПОК) КБЦ на станках модели VDM 120-12. На всех этапах производства должны использоваться грузозахватные приспособления, обеспечивающие защиту колес от повреждений.

После механической обработки первой заготовки колеса производится измерение всех размеров согласно методике контроля геометрических параметров и качества поверхности, на стендах визуального осмотра. При механической обработки горячая маркировка должна полностью удаляться. Для идентификации колес после механообработки и до транспортирования стопы на промежуточный склад колес, оператором станков модели VDM 120-12 на поверхность катания колеса, предварительно протертую сухой тканью или обтиром, наклеивается стикер с штрих-кодом. [2]

Стикер содержит следующую информацию:

- порядковый номер колеса по системе предприятия-изготовителя - 6 знаков;

- номер чертежа;

- номер плавки - 6 знаков;

- марка стали;

- штрих-код.

После нанесения временной маркировки маркером, колеса должны находиться на промежуточном складе не менее 1 ч.

Маркировка колес.

Основная маркировка механически обработанных колес производится в холодном состоянии штамповкой (клеймением) на автоматическом маркировщике модели STMS 10/15 или при помощи переносного ручного маркировщика на стендах визуального осмотра или на линии выходного контроля (ЛВК) № 2. Основная маркировка наносится на торцевой поверхности ступицы с внутренней стороны колеса.

Маркировка выполняется знаками высотой (10±1) мм по часовой стрелке в следующем порядке:

- номер плавки - 6 знаков;

- обозначение предприятия-изготовителя - EV;

- порядковый номер колеса по системе нумерации предприятия- изготовителя - 6 знаков;

- месяц и две последние цифры года изготовления - 4 знака;

- марка стали - ER7;

- тип конструкции

Клеймо о прохождении технического контроля наносится после маркировки типа конструкции. Знаки маркировки должны читаться от центра колеса. Расстояние между группами знаков не нормируется. Глубина знаков маркировки не менее 0,2 мм.

Приемка колес.

Колесо при помощи тележки подаётся на пост визуального осмотра №1 (далее - ВО-1) для контроля колеса с наружной стороны. Контролёр УТК ПЖДП на посту ВО-1 на каждом колесе производит визуальный осмотр поверхности и проводит измерения следующих параметров колеса.

По результатам контроля на поверхность катания колес при помощи трафарета белой несмываемой краской для колес наносится фактический диаметр по кругу катания с точностью до 0,1 мм. Фактический диаметр колеса определяется по результатам контроля геометрических параметров колеса. Обозначение диаметра колеса должно быть хорошо читаемо, высота цифр от 60 до 110 мм. Основания знаков маркировки - у гребня колеса. Упрочнение дисков колес дробью не производится. При приемке производится наклейка стикеров.

Нанесение антикоррозионного покрытия.

Перед нанесением антикоррозионного покрытия поверхности колес с коррозией и вмятинами подвергаются очистке и ремонту мелкозернистой шлифовкой в пределах допусков на размеры (за исключением поверхности катания и чистового отверстия ступицы). Не подвергаются покраске следующие поверхности колеса:

- поверхность катания;

- боковая поверхность обода с наружной и внутренней стороны колеса;

- поверхность отверстия в ступице.

Нанесение консервационного покрытия

Перед нанесением консервационного покрытия поверхности колес с коррозией и вмятинами подвергаются очистке и ремонту мелкозернистой щлифовкой в пределах допусков на размеры (за исключением поверхности катания и чистового отверстия ступицы).

После нанесения консервационного покрытия на поверхность катания колес, предназначенных для отгрузки в Deutsche Bahn, в двух диаметрально противоположных направлениях наклеиваются этикетки с штрих-кодом, содержащие следующую информацию:

- обозначение конструкции колеса

- номер чертежа предприятия-изготовителя;

- номер плавки - 6 знаков;

- номер колеса по системе нумерации предприятия-изготовителя;

- фактический диаметр колеса по кругу катания с точностью до 0,1 мм.

Низ этикетки должен располагаться у гребня колеса, верх - у наружной стороны колеса.

Упаковка и отгрузка колес

На одной кассете допускается отгрузка колес не более чем одной плавки/партии. При упаковке колес в каждой партии допускается доукомплектовывать не более двух кассет колесами других плавок/партий. Между всеми колесами в кассете, а также под нижнее и на верхнее колеса в кассете укладывается бумага с летучими ингибиторами коррозии. Для защиты от попадания влаги под упаковку сверху на защитный контейнер надевается полимерная пленка и уплотнитель для плотного прилегания защитного контейнера и полимерной пленки. Для защиты холодной маркировки верхнего колеса в кассете между торцом поверхности ступицы с внутренней стороны и стяжными болтами применяется «защитное металлическое кольцо». После удовлетворительного результата визуального осмотра на поверхность металлической кассеты или верхнюю часть деревянной поверхности прижимной планки наносится стикер с индивидуальным штрих кодом, номером кассеты, номером чертежа колес и указанием номеров колес в кассете.

1.3 Сортамент цеха

Таблица 17. Сортамент колесобандажного цеха

Наименование продукции	Назначение	Норм. документ на профиль	Ном. Ш по кругу катания, мм	Ш отверстия в ступице, мм	Масса, кг	Марка стали	Норм. документ на тех. требования
Колесо ц/к с плоскоконическим диском	Для грузовых вагонов		957	175/ 190	398/ 392	2, Т	ГОСТ 10791
		Чертёж 00186269-162,
		Чертёж 00186269-163
Колесо ц/к с плоскоконическим диском для ремонтных целей	Для грузовых вагонов	Чертёж 00186269-164, Чертёж 950А	945	175/ 190	374/ 368	2
Колесо ц/к	Для спец. подвижного состава	Чертёж 010	710	145	300	2	ГОСТ 10791
Колесо ц/к	Для спец. Подвижн. состава	Чертёж 012	1050	172	468	2
Колесо ц/к	Для тепловозов	Чертёж 8ТС.224.042	1050	248	478	Т
Заготовка колеса	Для метрополитена	Чертёж 073В-1	803	151	299	2	ГОСТ 10791, ТУ 0943-286-01124323
Заготовка колеса	Для метрополитена	Чертёж 124-1	875	166	322	2	ГОСТ 10791,
							ТУ 0943-286-01124323
Заготовка колеса	Для метрополитена	Чертёж 125-1	875	166	322	2
Заготовка колеса ц/к с плоскоконическим диском	Для грузовых вагонов	Чертёж 00186269-147	964	147	465	2, Т	ТУ 0943-022-00186269, ГОСТ 10791
Заготовка колеса ц/к с криволинейным диском	Для грузовых вагонов	Чертёж 00186269-149	968	177	515	Т
Колёсный центр	Для электровозов	Чертёж 2ЭС6.31.110.007	1073	234	420	М	ТУ 14-2Р-444
Колёсный центр	Для электровозов	Чертёж НТМК/ЭП2К.31.15.102	1070,6	232,5	484	М
Колёсный центр	Для тепловозов	Чертёж 00186269-156	906	209	331	М	ГОСТ 55498
Заготовка зубчатого колеса	Для локомотивов	Чертёж 077А-2	1005	285	400	55Ф	ТУ 14-2Р-343
Заготовка зубчатого колеса	Для локомотивов	Чертёж 128	990	202	415	45ХН, 55Ф, 20Х2Н 4А	Тех. Соглашение
Заготовка кранового колеса	Для кранов	Чертёж 00186269-180	1010	118	1014	2	ГОСТ 10791
Заготовка кранового колеса	Для кранов	Чертёж 00186269-186	695	118	546	2	ГОСТ 10791
Колесо ц/к с криволинейным диском	Для грузовых вагонов	Чертёж 00186269-002	920	180/185	326/323	ER7	EN13262:2004+A2
Колесо ц/к с криволинейным диском	Для грузовых вагонов	Чертёж 00186269-006	920	199/205	337/334	ER7
Колесо ц/к с криволинейным диском	Для грузовых вагонов	Чертёж 00186269-014	920	179/185	357/354	ER7	ТУ 0943-030-00186269, EN13262:2004+A2
Колесо ц/к с криволинейным диском	Для электровозов	Чертёж 00186269-192	1092,2	244,3	565	Класс B
Колесо ц/к с криволинейным диском	Для грузовых вагонов	Чертёж 00186269-194	920	193/200	316/313	ER7	EN 13262:2004+A2
Колесо ц/к с криволинейным диском	Для грузовых вагонов	Чертёж 00186269-195	920	180	327	ER7
Колесо ц/к с криволинейным диском	Для грузовых вагонов	Чертёж 00186269-198	920	193	316	ER7	EN 13262:2004+A2
Заготовка колеса ц/к с криволинейным диском	Для грузовых вагонов	Чертёж 00186269-166	935	156	494	ER7	ТУ 0943-019-00186269, EN 13262:2004+A2
Заготовка колеса ц/к с криволинейным диском	Для грузовых вагонов	Чертёж 00186269-167	934	188	430	ER7

1.4 Технико-экономические показатели работы цеха

Технико-экономические показатели работы цеха за 2016 год представлены в таблице 18.

Таблица 18. Технико-экономические показатели цеха за 2016 год

Наименование	Колесопрокатный стан
	2015 год	2016 год
	месяц	с нач. года	месяц	с нач. года
Годный прокат
План,тн	5 100	83 709	9 899	104 473
Факт,тн	6 910	87 266	11 821	90 606
%	135,5	104,2	119,4	86,7
откл.,+,-	1 810	3 557	1 922	-13 867
Отгрузка тов.продукции
План,тн	5 282	91 152	9 930	104 255
Факт,тн	7 288	90 078	10 413	86 375

1.5 Анализ калибровки рабочего инструмента прошивно-выгибного пресса

Калибровка нажимных роликов, коренного валка и направляющих роликов должна обеспечивать получение требуемых размеров и высокое качество колес, а, следовательно, наибольший выход годного. При этом следует различать калибровку для чистокатаных и чернокатаных колес, подвергающих механической обработке.

Рисунок 1 - Нижний штамп выгибного пресса

Калибровка инструмента для формирования поверхности катания должна гарантировать минимальный съем стружки по диаметру колеса с цель сохранения наиболее износостойкого поверхностного слоя. При этом гребень колеса должен конструироваться с учетом возможности путем удаления дефектов по диаметру. Форма и расположение гребня на готовом колесе играют при этом значительную роль. Что касается чистокатаного колеса, то форма и размеры гребня, а так же профиль катания должны максимально приближаться к профилю обточенного колеса.

Размеры штампов выгибного пресса должны полностью соответствовать заданной конфигурации диска и внутренней поверхности обода. Величина прогиба диска выбирается из условия сохранения в готовом колесе требуемого размера между наружной боковой поверхностью обода и наружным торцевом ступицы-«утопания».

Верхний штамп должен свободно входить в полость, образованную ободом и ступицей, исправляя лишний эксцентриситет ступицы относительно внутренней поверхности обода.

2. Специальная часть

2.1 Расчет калибровки рабочего инструмента для производства цельнокатаного колеса ВА005 диаметром 920 мм.

Принципы калибровки инструмента деформации при производстве колес не отличаются от общих принципов калибровки инструмента при производстве других изделий методами штамповки или прокатки. Калибровка инструмента деформации осуществляется в порядке, обратном ходу технологического процесса. На АО «ЕВРАЗ НТМК» существует следующий порядок операций на прессо-проктаной линии:

1. осадка в кольце;

2. штамповка;

3. прокатка на колесопрокатном стане;

4. выгибка диска и прошивка отверстия.

Соответственно, расчет калибровки необходимо начинать с последней операции.

Определение черновых и горячих размеров колеса.

Основные размеры цельнокатаного колеса приведены на рисунке 2.

Рисунок 2 - Основные размеры цельнокатаного колеса

Для проектирования калибровки необходимо с учетом допусков определить расчетные размеры колеса. Затем с учетом припусков на механическую обработку и изменения взаимного расположения отдельных элементов в результате термической обработки установить размеры колеса до его механической и термической обработки (так называемого чернового колеса) и рассчитать размеры горячего колеса, полученного с последнего агрегата прессо-прокатной линии.

Для экономии металла при производстве колес доля допуска, используемая при калибровке и величина припуска на обработку должны быть возможно меньшими. Вместе с тем эти величины должны быть реальными, так как при чрезмерно малых допусках и припусках потери от брака могут оказаться гораздо большими, чем экономия металла за счет снижения допусков и припусков.

Также необходимо учесть изменения размеров колеса в зависимости от температуры нагрева. Учитывая практические данные, можно определить, что коэффициент линейного расширения в находится в пределах от 12Ч10-6 до 15Ч10-6. Размеры колеса в горячем состоянии равны:

,

где lг - горячие размеры колеса, мм; lх - холодные размеры колеса, мм; t и t0 - температура горячего и остывшего колеса соответственно, єС.

Если принять, что разница между температурами горячего и остывшего колеса примерно равна 1000єС, а также учитывая значения коэффициента температурного расширения, то формулу можно представить в следующем упрощенном виде:

Размеры колес, принятые для последующих расчетов калибровки, представлены в таблице 19.

Таблица 19. Основные размеры цельнокатаного колеса

Наименование размеров	Размеры колеса по стандарту, мм	Расчетные размеры готового колеса, мм	Размеры чернового колеса, мм	Размеры горячего колеса, мм
Наружный диаметр обода, D	920+4	920	930	942
Внутренний диаметр обода: с наружной стороны, d с внутренней стороны, d4	810-4 810-4	810 810	800 800	810 810
Ширина: обода, В гребня, bгр.	135±1 32,5	135 32,5	145 42,5	147 43
Высота гребня, hгр.	28	28	28	28,4
Толщина диска: у обода, с у ступицы, а в перегибе, s	20+2 20+2 20+2	20 20 20	37 37 37	37,5 37,5 37,5
Диаметр ступицы: с наружной стороны, d1 с внутренней стороны, d3	230+4 230+4	230 230	242 242	245,1 245,1
Длина ступицы, L	190+2	190	205	207,7
Диаметр отверстия в ступице, d2	180-2	180	170	172,2
Выступ ступицы, l	55+2	55	50	50,7

Для дальнейших расчетов необходимо использовать только размеры горячего колеса. Калибровку инструмента горячей деформации рассчитываем в порядке, обратном ходу технологического процесса, поэтому прежде всего рассмотрим калибровку инструмента деформации выгибного пресса.

Калибровка выгибных штампов.

Основные размеры верхнего и нижнего выгибных штампов представлены на рисунке 3.



Рисунок 3 - Основные размеры выгибных штампов

Все размеры, относящиеся к верхнему штампу имеют индекс «в», а к нижнему - «н».

Диаметр верхнего штампа, определяющий внутренний диаметр обода с наружной стороны, принимаем равным соответствующему горячему размеру колеса.

Диаметр нижнего штампа устанавливается аналогично.

Однако, в соответствии со стандартом, на внешнем участке штампа может выполняться фаска или закругление определенных размеров.

Высоту штампов Н определяем с учетом припуска на торцовку обода.



Для определения высоты периферийной части штампов К необходимо учитывать, что при выгибке диска штампы соприкасаются с колесом не по всей поверхности. Верхний штамп находится в контакте с колесом на участке перехода диска в ступицу, а нижний - на участке перехода диска в обод. Между верхним штампом и колесом на участке перехода диска в обод, а также между нижним штампом и колесом на участке перехода диска в ступицу имеется зазор.

Тогда высота периферийной части штампов К будет равна:

,

где д - зазор, принимаемый равным 6 мм.

Уклон периферийной части штампов б0, а также уклон полости штампов бс определяем по чертежу колеса.

Так как одна из частей ступицы выступает относительно диска больше другой, то в этом случае глубину горловины нижних штампов hн принимаем конструктивно в соответствии с чертежом колеса. Тогда глубину горловины верхнего штампа определяем по формуле:

Где

Наружный диаметр полотна штампов С определим из простого геометрического соотношения:

Наружный диаметр нижнего штампа определяется с учетом припуска на торцовку обода, выполненного на штампе в виде фаски или закругления:

Радиусы перехода от диска к ступице R1 и от обода к диску R2 принимаем в соответствии с чертежом колеса. Радиусы сопряжения этих мест с диском R3 определены также с учетом зазоров, учитывающих колебания в толщине диска.

Для колес с криволинейным диском определяются радиусы изгибов штампов, формирующих диск, а также диаметры штампов, являющиеся центрами окружностей для построения изгибов.



Рисунок 4 - Выгибной штамп для формирования криволинейного диска колеса

Рисунок 5 - Диск с глубоким центральным изгибом

Радиусы изгибов диска в трех сопряженных окружностях одинаковы (Rд) и определяются по чертежу колеса с учетом коэффициента температурного расширения равного 1,013.



где s - толщина диска колеса в горячем состоянии, мм.

Диаметры штампов DR1, DR2, DR3, являющиеся центрами окружностей для построения изгибов, определяются по чертежу колеса с учетом коэффициента температурного расширения. Дальнейшие расчеты ведутся независимо от вида диска колеса.

Диаметр полости верхнего штампа под ступицу определяем с учетом раздачи полости штампов в процессе работы:



При совмещении операций выгибки и прошивки на одном прессе необходимо учитывать существенную раздачу нижних штампов в результате прошивки:

Большой диаметр полости верхнего и нижнего штампов определяем по следующим формулам:

Остальные размеры выгибных штампов принимаются с учетом конструкции и размеров пресса. Результаты сводим в таблицу 20.

Таблица 20. Результаты расчета калибровки выгибных штампов

Диаметр штампов, мм	верхнего Dв	810
	нижнего Dн	810
Диаметр полотна штампов, мм	верхнего Св	784,4
	нижнего Сн	783,9
Диаметр полости штампов под ступицу, мм	верхнего, Ав	243,1
	нижнего, Ан	240,1
Большой диаметр полости штампов, мм	верхнего, Вв	271,9
	нижнего, Вн	302,5

Калибровка валков колесопрокатного стана.

При калибровке деформирующего инструмента для прокатки колеса следует не только учитывать индивидуальное назначение валка или группы валков, но и их работу по формоизменению заготовки во взаимосвязи друг с другом.

Калибровка наклонных (эджерных) валков вертикального колесопрокатного стана.

На колесопрокатных станах с вертикальным расположением заготовки во время прокатки калибровка наклонных валков немного отличается от калибровки наклонных валков горизонтальных станов.

Рабочую часть эджерных валков вертикальных станов можно разделить на две части: средний и концевой конусы (Рисунок 6). Их функция аналогична функции соответствующих конусов наклонных валков горизонтального колесопрокатного стана. Обжатие обода по высоте, то есть главную задачу начального конуса, выполняют боковые валки (ролики).

Рисунок 6 - Основные размеры наклонного валка вертикального колесопрокатного стана

Диаметром Dн.в. наклонного валка будем считать минимальный диаметр среднего конуса. Данный размер также принимается, исходя из конструктивных соображений. Однако, по сравнению с диаметром Dн.в. наклонных валков горизонтальных станов, минимальное значение данного размера не может быть менее 250 мм. В соответствии с требованиями стандарта переход цилиндрической части валка в средний конус сопрягается дугой окружности радиусом r =10 мм.

В соответствии с эскизом валка конструктивно принимаем углы наклона в следующих пределах:

- угол наклона образующей среднего конуса к оси валка бс.к. рекомендуется принимать, опираясь на опытные данные, в пределах (45ч49)є;

- угол наклона образующей концевого конуса к оси валка бк.к. рекомендуется принимать, опираясь на опытные данные, в пределах (28ч32)є.

Образующая среднего конуса составляет с образующей начального конуса угол ц1, град.:

Длина образующей среднего конуса определяется, исходя из размеров обода горячего колеса до поступления его на выгибной пресс. На выгибном прессе, как правило, осуществляется незначительное обжатие обода по высоте.

Тогда, высота обода вне диска после прокатки на колесопрокатном стане будет составлять, мм:

,

где В и с - соответствующие размеры горячего колеса (таблица), мм; Дhвыг. - обжатие обода по высоте на выгибном прессе, мм.

Рекомендуется принимать Дhвыг. = (3ч5) мм.

Определим длину образующей среднего конуса lс, мм:

Тогда горизонтальная проекция длины среднего конуса lс.г. будет составлять, мм:

Определим расчетный диаметр окружности А, являющейся линией пересечения среднего и концевого конусов, мм:

Радиус сопряжения среднего и концевого конусов R устанавливаем в соответствии с радиусом перехода диска в обод в соответствии с чертежом.

Определим расстояние от образующей начального конуса до точки приложения радиуса сопряжения среднего и концевого конусов К, мм:

Длину образующей концевого конуса принимаем конструктивно. При этом следует иметь в виду, что наклонный валок должен размещаться между ободом и ступицей, не повреждая ступицу при загрузке колеса в стан и во время прокатки. Опираясь на практические данные, принимаем суммарную длину горизонтальной проекции образующих среднего и концевого конусов lоб.г.=145 мм. [10] Тогда горизонтальную проекцию образующих концевого конуса lк.г. определим из формулы, мм:

Концевой конус состоит из нескольких участков: тороидального, конического полирующего, конического дискообразующего концевого конического. Тороидальный участок ограничен радиусом R.

Конический полирующий участок имеет угол наклона б1, соответствующий углу наклона концевого конуса (б1=бк.к.=30). Длина конического полирующего участка lк1 определяется как, мм:

Конический дискообразующий участок имеет угол наклона б2, град.:

Длина конического дискообразующего участка lк2 определяется как, мм:

Концевой конический участок имеет угол наклона б3, град.:

Использование наклонных валков с такой калибровкой концевого конуса позволяет улучшить качество поверхности раскатываемой части диска. Определим минимальный диаметр концевого конуса В из следующих геометрических соображений, мм:

,

где р определяется из следующей формулы, мм:

Результаты расчета сводим в таблицу 21.

Таблица 21. Результаты расчетов наклонных валков

диаметр наклонного валка	Dн.в.	300
минимальный диаметр концевого конуса	В	292,3
расчетный диаметр окружности, являющейся линией пересечения среднего и концевого конусов	А	417
угол наклона образующей среднего конуса к оси валка	бс.к.	48
угол наклона образующей концевого конуса к оси валка	бк.к.	30
радиус сопряжения среднего и концевого конусов	R	26
расстояние от образующей начального конуса до точки приложения радиуса сопряжения среднего и концевого конусов	К	32,75
горизонтальная проекция полотна начального конуса	lн.г.	-
горизонтальная проекция длины среднего конуса	lс.г.	32,86
горизонтальная проекция образующих концевого конуса	lк.г.	92,14

Калибровка коренного валка колесопрокатного стана

Калибровку коренного валка выполняют таким образом, чтобы обеспечить необходимый профиль поверхности катания и гребня у чернового колеса (Рисунок 7).

Рисунок 7 - Основные размеры коренного валка

Диаметр коренного валка принимаем в соответствии с цеховыми данными 1300ч1400 мм. Диаметр коренного валка по гребневому ручью А определяем с учетом высоты гребня hгр:

Высота калибра коренного валка принимается ...