Створення високопродуктивної технології виготовлення профілів з гофрами, які періодично повторюються

Аналіз якості металу, відібраного з характерних ділянок відформованих гофрів напівкруглої форми, показав, що внаслідок нерівномірної пластичної деформації в процесі формоутворення на ділянках границі переходу гофра в площину і на його вершині в порівнянні з властивостями заготівки спостерігається зниження відносного подовження на 22% і підвищення меж міцності і плинності на 8% і 33% відповідно.

П'ятий розділ роботи присвячений питанням створення промислової технології виробництва профілів високої жорсткості з гофрами, що періодично повторюються.

На підставі виконаного комплексу теоретичних, експериментальних досліджень розроблена узагальнена методика теоретичного визначення основних технологічних параметрів процесу валкового формування профілів високої жорсткості - зусиль, моментів, що крутять, критичної висоти формування гофрів і стоншення металу в зоні формовки, умов, при яких відсутня хвилястість на плоских бічних ділянках профілю. Використання створеної методики дозволяє визначати можливість і освоювати без додаткових коректувань валків виробництво нових видів профілів для різних галузей господарства. Виконані розрахунки і побудовані номограми, що дозволяють визначати зусилля формування і моменти, що виникають при виробництві профілів з різних вуглецевих, конструкційних і низьколегованих марок сталей.

Запропонована методика визначення енергосилових параметрів процесів валкового формування профілів розглянута основним розроблювачем і виготовлювачем профілегибочних агрегатів на Україні - Старокраматорським машинобудівним заводом, де одержала схвалення і була прийнята для використання в роботах по створенню нового обладнання.

На основі розроблених теоретичних залежностей для визначення енергосилових параметрів процесу формоутворення, а також дійсної і критичної висоти одержуваних у процесі формоутворення гофрів, розроблені номограми для визначення зусиль і моментів формування, профілів усього можливого сортаменту, що може бути отриманий на агрегаті 1-5х300-1650.

Розроблені положення по визначенню основних технологічних параметрів процесу виготовлення профілів високої жорсткості лягли в основу розробки комплексної методики проектування технологічного процесу валкового формування профілів з гофрами, які періодично повторюються. Ця методика була передана Магнітогорському металургійному комбінату і використовується у роботі при освоєнні нових типів профілів. Розроблена методика дозволяє:

- визначити можливість виготовлення профілів у залежності від технічної характеристики обраного устаткування, розмірів і матеріалу вихідної заготівки;

- розрахувати вихідні розміри профілю з урахуванням допусків на його виготовлення і зносу робочих валків;

- врахувати пружну деформацію металу в процесі формоутворення гофра (пружинення);

- прийняти раціональні конструкції валків і технологічного оснащення для виробництва профілів різних типів, розрахувати їх основні розміри за кресленнями;

- вибрати найбільш раціональне розташування профілю на валках;

- визначити необхідні розміри калібрів валків, що забезпечують виробництво якісних профілів і більш високу їх стійкість.

Проведений комплекс досліджень дозволив розробити технологію валкового формування спеціального сортаменту - несиметричних профілів високої жорсткості, що застосовуються в конструкціях шахтних вагонеток різної вантажопідйомності. Дослідження швидкісного режиму процесу формування показали, що для усунення впливу лінійних швидкостей ділянки формування гофра на період профілів, необхідно створити гальмування заготівки за рахунок використання валків попередньої формувальної кліті з діаметрами, визначеними по запропонованій аналітичній залежності.

У шостому розділі приводяться основні результати роботи зі створення спеціалізованого устаткування, організації централізованого виробництва профілів високої жорсткості, оцінюються техніко-економічні показники нового процесу, перспективи його розвитку.

Виконаний у роботі комплекс теоретичних, експериментальних, технологічних досліджень формування профілів високої жорсткості і способів їх виготовлення дозволив підготувати і видати спеціалізованому на випуску профілегибочного устаткування підприємству - СКМЗ необхідні вихідні дані, ТЛЗ. Крім того були видані додаткові зведення по складу устаткування, енергосиловим параметрам нового процесу. Ці матеріали лягли в основу розрахунку, проектування і виготовлення на СКМЗ обладнання, що не має аналогів у світовій практиці, спеціалізованого агрегату 1-5х300-1650 для виробництва профілів високої жорсткості.

Розробка і створення зазначеного агрегату дозволили організувати вперше в практиці виробництва на ММК промисловий випуск нового ефективного виду металопродукції, яким є профілі високої жорсткості. Освоєний на агрегаті сортамент складає більш 70 типорозмірів різних видів профілів, що знайшли широке застосування в якості найбільш металоємних, каркасних деталей конструкцій і виробів у вагонобудуванні, сільгоспмашинобудуванні, підйомно-транспортному машинобудуванні, автомобілебудуванні, будівництві й інших металоспоживаючих галузях економіки країн СНД.

У ході освоєння нового технологічного процесу й устаткування для його здійснення був виконаний комплекс робіт, спрямований на доробку неврахованих при проектуванні питань, удосконалення окремих вузлів і механізмів агрегату 1-5х300-1650, а також підвищення якості продукції, що випускається на ньому. Зокрема, були розроблені і впроваджені:

- система спостереження за кількістю відформованих на смузі гофрів. Це дозволило більш чітко і надійно уловлювати і подавати на виконавчий механізм сигнал на порізку при формуванні гофрів малої висоти (від 10 до 20 мм);

- конструкція інспекторського столу і пристроїв витягу контрольованих профілів з потоку на стані і повернення їх після необхідних обмірювань назад у лінію агрегату;

- конструкція універсальної вхідної і вивідної провідкової арматури.

На підставі порівняльного аналізу по калькуляційних статтях витрат у споживачів профілів високої жорсткості, з урахуванням усіх видів витрат праці, зв'язаних з виробництвом, споживанням і експлуатацією профілів високої жорсткості визначена економічна ефективність упровадження створеного для їхнього виготовлення технологічного процесу - високопродуктивним формуванням у валках спеціалізованого стану, що тільки для 37 типових представників освоєного сортаменту, виготовлених в обсязі 175 тис. т. перевищує 13,2 млн. крб. (у цінах 1991 р.) при економії 50,6 тис. т металу й умовному вивільненні 72 працюючих.

Порівняльний аналіз ефективності виробництва профілів високої жорсткості формуванням у валках з відомими альтернативними видами виготовлення аналогічної продукції показав істотні економічні переваги розробленої і дослідженої технології. Так, застосування 1 т профілів високої жорсткості, виготовлених формуванням у валках, у порівнянні з застосуванням подібних штампованих - забезпечує економію 548 кг металу і зниження витрат у споживачів на 67,2 крб.; заміна профілями високої жорсткості економічних гнутих профілів забезпечує економію 44,3 кг/т і зниження витрат на 19,3 крб. /т; заміна гладкого листа дає економію 662,5 кг/т і зниження витрат - 84,8 крб./т.

Видатковий коефіцієнт металу при виробництві профілів високої жорсткості в порівнянні зі штампованими деталями знижується на 25%

При середній питомій ефективності застосування профілів високої жорсткості у споживачів 54,3 крб./т, з огляду на те, що з моменту організації їх виробництва випущене понад 2,0 млн. т готової продукції, капітальні вкладення в будівництво агрегату (приблизно 15 млн. крб.) окупилися уже в перші роки його роботи на ММК.

З освоєних профілів - 15 знайшли застосування в Україні і впроваджені на сімох підприємствах в обсязі 54,3 тис. т. Економічний ефект складає близько 3 млн. грн. при економії 2,3 тис. т металу.

Підтверджена доля автора дисертації в отриманому економічному ефекті, яка складає 1,67 млн. крб. і 370 тис. грн. відповідно.

Висновки

1. Зниження матеріалоємності, поліпшення експлуатаційних характеристик і зовнішнього вигляду техніки, що випускається, при одночасному зменшенні виробничих витрат є істотними факторами підвищення конкурентноздатності вітчизняного машинобудування. У ряді випадків виробництво нових, ефективних видів металопродукції традиційним способом - штампуванням на пресах, є малоефективним, а найчастіше неможливим внаслідок недостатньої продуктивності процесу, а також обмежених можливостей штампування по габаритах виробів, що випускаються. Один з таких видів металопродукції - профілі високої жорсткості, стали основними конструкційними матеріалами в багатьох галузях промисловості, де застосовуються в якості каркасних, найбільш металоємких і габаритних елементів конструкцій. У ряді випадків споживачам необхідні профілі довжиною більш 10 м і виготовити їх штампуванням практично неможливо. Найбільше раціонально робити такі габаритні вироби на спеціалізованих агрегатах методом валкового формування.

Однак, принципові розходження в характері протікання процесів штампування і валкового формування профілів високої жорсткості не дозволяють використовувати результати наявних досліджень для розробки, проектування нової технології. Це вимагає проведення комплексу досліджень зі створенням спеціального устаткування.

Виробництво профілів високої жорсткості методом валкового формування в порівнянні з традиційним методом їхнього виробництва - штампуванням на пресах забезпечує:

- підвищення продуктивності технологічного процесу в 10-15 разів;

- здійснення повної автоматизації і механізації всіх етапів технологічного циклу;

- істотне зниження витрат металу і трудомісткості виготовлення металопродукції;

- можливість виготовлення великогабаритних профілів практично будь-якої довжини.

2. У результаті виконаного в роботі комплексу теоретичних, експериментальних, технологічних досліджень:

- створені наукові основи раціонального проектування і розрахунку нового, високопродуктивного процесу виготовлення профілів високої жорсткості методом валкового формування,

- розроблені методики розрахунку основних параметрів і видані необхідні вихідні дані, на базі яких створене вітчизняне, формувальне устаткування - спеціалізований агрегат 1-5х300-1650,

- на Магнітогорському металургійному комбінаті організовано промислове виробництво широкого сортаменту економічних профілів високої жорсткості, що знайшли широке впровадження в різних металоспоживаючих галузях господарства.

В роботі отримані нові, науково обґрунтовані результати комплексу теоретичних, експериментальних і технологічних досліджень у сукупності є значним досягненням у розвитку одного зі складних і маловивчених процесів обробки металів тиском - валкового формування на листовій заготівці гофрів, які періодично повторюються. Це дозволило вирішити найважливішу науково-виробничу проблему одержання високоефективних профілів високої жорсткості.

3.На основі розроблених методик отримані аналітичні залежності для визначення параметрів напружено-деформованого стану матеріалу, що зміцнюється в процесі деформування. Встановлені закономірності зміни цих параметрів, які необхідно враховувати при виборі геометричних розмірів гофрів для зменшення виникаючих деформацій, поліпшення умов формування, підвищення якості профілів.

Розроблені методики визначення критичної глибини формування гофрів до порушення суцільності металу і дійсної висоти гофрів з обліком пружинення металу; загальна методика визначення енергосилових параметрів валкового формування, виведені розрахункові формули для визначення сумарних зусиль і моментів, що крутять, при формоутворенні, виконані розрахунки і побудовані номограми, що дозволяють визначати зусилля формування і моменти, що виникають при виробництві профілів з різних вуглецевих, конструкційних і низьколегованих марок сталей.

4. На підставі аналізу напружено-деформованого стану плоского бічного елемента профілів встановлені причини утворення хвилястості, розроблена методика, що дозволяє визначити довжину осередку деформації й утяжку при формуванні профілів високої жорсткості. У комплексі це дозволило при аналітичному рішенні задачі втрати стійкості визначити критичні сполучення механічних властивостей матеріалу і геометричних розмірів профілю, що викликають хвилєутворення на профілях.

5. Комплекс експериментальних досліджень розробленого технологічного процесу з використанням методів математичного планування експерименту, тензометрії, координатних сіток, зліпків, виміру мікротвердості та спеціально розроблених методик проводили для визначення ступеню точності основних залежностей, отриманих при теоретичному аналізі процесу. Встановлена можливість їх використання на практиці з одержанням нових, додаткових даних про складний і недостатньо вивчений процес валкового формування, у тому числі безпосередньо в промислових умовах агрегату 1-5х300-1650. Отримана інформація використана при проектуванні технологічних процесів і освоєнні виробництва нових типів профілів.

Розроблені методики проектування нового технологічного процесу валкового формування дозволяють:

- визначати можливість виготовлення профілів у залежності від технічної характеристики обраного устаткування, розмірів і матеріалу вихідної заготівки;

- розраховувати вихідні розміри профілів з урахуванням допусків на їх виготовлення і знос робочих валків;

- враховувати пружну деформацію металу в процесі формоутворення гофрів;

- приймати раціональні конструкції валків і технологічного оснащення для виробництва профілів різних типів, розраховувати їх основні виконавські розміри;

- вибирати найбільш раціональне розташування профілю на валках;

- визначати необхідні розміри калібрувань валків, що забезпечують виробництво якісних профілів і більш високу стійкість інструмента;

- компенсувати прогин і знос валків у процесі експлуатації, що забезпечує одержання профілів з гофрами рівної висоти по перетину, стабілізацію їхніх розмірів, більш точну конфігурацію, а також збільшення терміну служби валків, в середньому, у 2 рази.

Розроблена комплексна методика проектування технологічного процесу передана Магнітогорському металургійному комбінату. Її впровадження дозволило знизити число переточувань валків і коректувань їхніх розмірів, а також зменшити витрати металу при освоєнні нових профілів.

6.Для реалізації проведених досліджень і розробленої технології:

- Старокраматорському машинобудівному заводу були видані вихідні дані для проектування спеціалізованого устаткування (агрегат 1-5х300-1650);

- відпрацьовування устаткування агрегату 1-5х300-1650 ММК і освоєння на ньому технології валкового формування профілів високої жорсткості проводили на Магнітогорському металургійному комбінаті. З огляду на те, що подібне устаткування і технологія освоєні вперше, був виконаний комплекс робіт з дообладнування, удосконалення окремих машин і механізмів агрегату, спрямований на створення безупинного потоку при формуванні і поліпшення якості продукції;

- розроблені і впроваджена конструкція пристрою, що стежить, яка забезпечує різку на мірні довжини профілів з висотою гофрів в інтервалі 10-20 мм. Різка таких профілів з використанням закладеної при проектуванні системи була нестабільною;

- розроблена конструкція інспекторського столу зі спеціальним пристроєм, що переміщує, яка дозволяє оцінювати рівень стабільності технологічного процесу без зниження виробництва на агрегаті;

- розроблена та використовується конструкція провідкової арматури, що забезпечує зручність настроювання клітей, подавання смуги і приймання відформованого профілю, поліпшення якості продукції.

7. Комплекс технологічних рішень розробленого нового технологічного процесу, конструктивних рішень створеного устаткування і ряду його вузлів, а також окремих типів профілів високої жорсткості захищені 66 авторськими свідоцтвами на винаходи і 4 патентами США і Канади. Сім винаходів впроваджено у виробництво з фактичним економічним ефектом понад 0,5 млн. крб. (у цінах 1991 р.)

8. Освоєний сортамент профілів високої жорсткості на агрегаті 1-5х300-1650 ММК складає понад 70профілей. Досягнута годинна продуктивність складає 47,1 т, що майже вдвічі перевищує проектні показники й у 10-20 разів вище пресового устаткування. Видатковий коефіцієнт металу при виробництві профілів високої жорсткості валковим формуванням нижче чим при штампуванні на 25%.

9. Ефективність застосування виготовлених за новою технологією 37 типових профілів з усього освоєного сортаменту (понад 70 профілів) в обсязі 175 тис. т складає 13,2 млн. крб. (у цінах 1991 р.) при економії 50,6 тис. т металу й умовному вивільненні 72 працюючих.

При середній питомій ефективності застосування профілів високої жорсткості у споживачів 54,3 крб./т, з огляду на те, що з моменту організації їх виробництва випущене понад 2,0 млн. т готової продукції, капітальні вкладення в будівництво агрегату (приблизно 15 млн. крб.) окупилися вже в перші роки його роботи на ММК.

З освоєних профілів - 15 знайшли застосування в Україні і впроваджені на сімох підприємствах в обсязі 54,3 тис. т. Економічний ефект складає близько 3 млн. грн. при економії 2,3 тис. т металу.

Підтверджена доля автора дисертації в отриманому економічному ефекті, яка складає 1,67 млн. крб. і 370 тис. грн. відповідно.

Основний зміст дисертації опублікований у роботах

1. Тришевский О.И., Крюк А.Г., Сахаров В.С. Способы производства и области применения нового эффективного вида металлопродукции - профилей высокой жёсткости.-К.:УкрНИИНТИ, 1982.-31 с.

2. Игнатенко А.П., Тришевский О.И., Темников Э.М. Производство гнутых профилей с продольными периодическими гофрами//Сталь.-1975.-№2.-С.144-145.

3. Тришевский О.И., Полстянкин Е.Г., Крюк А.Г. Комбинированная технология изготовления гнутых профилей настилов с поверхностью противоскольжения // Сталь. - 1975. - №4. - С. 339-343.

4. Тришевский О.И., Полстянкин Е.Г., Крюк А.Г. Новая технология изготовления гнутых профилей с периодически повторяющимися гофрами // Вестник машиностроения.- 1977.- №1.- С. 78-79.

5. Алексеев Ю.Н., Тришевский О.И., Крюк А.Г. Исследование напряженно-деформированного состояния металла при формовке продольных периодически повторяющихся гофров // Гнутые профили проката. -Харьков: изд-во УкрНИИМета. - 1977. - С.44-50.

6. Тришевский О.И., Вершинин В.Ф. Исследование напряженно-деформированного состояния плоского бокового элемента при валковой формовке профилей с продольными периодическими гофрами жесткости // Гнутые профили проката. - Харьков: изд-во УкрНИИМета. - 1977.- С.40-44

7. Тришевский О.И., Хейфец Г.Р., Анисимов В.И., Клепанда В.В. Организация и перспективы развития производства профилей высокой жёсткости // Гнутые профили проката. Вып.6. - Харьков: изд-во УкрНИИМета.- 1978.- С.23-28.

8. Тришевский О.И. Производство листовых и гнутых профилей высокой жёсткости // Чёрная металлургия. Бюллетень НТИ.- 1978.-№19(831).--С.3-11.

9. Тришевский О.И., Алексеев Ю.А., Крюк А.Г. Определение действительной высоты гофров с учётом пружинения металла и их критической глубины при валковой формовке профилей высокой жёсткости // Гнутые профили проката. Труды УкрНИИМета, вып.7.- изд-во УкрНИИМета.-1979.- С.22-27.

10. Тришевский О.И., Вершинин В.Ф. Исследование потери устойчивости при валковой формовке профилей высокой жёсткости с поперечными гофрами // Гнутые профили проката. Отраслевой тематический сборник трудов, вып.8.-Харьков: изд-во УкрНИИМета, 1980.- С. 17-22.

11. Тригуб В.К., Ахлестин В.Л., Тришевский О.И., Анохин В.Н., Синицына Л.К. Разработка и исследование технологии валковой формовки панелей теплообменников с поперечными гофрами // Кузнечно-штамповочное производство.- 1980.-№2.- С.21-23.

12. Донец Г.В., Тришевский О.И., Плеснецов Ю.А., Гужа В.Н., Дебердеев Р.Ю. Профили высокой жёсткости, освоенные в десятой пятилетке // Чёрная металлургия. Бюллетень НТИ.- 1981.-№22-С.19-23.

13. Тришевский О.И., Плеснецов Ю.А., Юрченко А.Б. Способы усиления тонкостенных конструкций и области применения профилей высокой жёсткости // Сталь. - 1981. - №3. - С. 56-57.

14. Тришевский О.И., Крюк А.Г. Профили высокой жёсткости с периодически повторяющимися гофрами // Металлургия и коксохимия. Киев: Техніка -1981, вып.71.- С.10-14.

15. Тришевский О.И., Плеснецов Ю.А., Вершинин В.Ф., Христенко И.Н. Исследование напряжённо-деформированного состояния профилей высокой жёсткости методом измерения твёрдости // Теория и технология производства гнутых профилей. Отраслевой сб. научных трудов-Харьков: изд-во УкрНИИМета, 1982.- С. 37-41.

16. Тригуб В.К., Ахлестин В.Л., Тришевский О.И., Хусит М.А. Разработка и исследование технологии изготовления панелей секционных котлоагрегатов методом валковой формовки // Кузнечно-штамповочное производство. -1982. -№2.-С.26-27.

17. Тришевский О.И., Плеснецов Ю.А.. Янчинский А.П., Вершинин В.Ф. Компенсация прогиба валков при производстве профиля крышки люка полувагона // Совершенствование технологии производства гнутых профилей проката. -Харьков: изд-во УкрНИИМета.- 1983.- С. 97-101.

18. Тришевский О.И., Вершинин В.Ф., Янчинский А.П., Плеснецов Ю.А. Исследование волнообразования плоских боковых элементов профилей высокой жёсткости за границей потери устойчивости // Разработка и исследование технологии производства гнутых профилей. -Харьков: изд-во УкрНИИМета.-1984.- С.10-13.

19. Тришевский О.И., Дебердеев Р.Ю. Полстянкин Е.Г. Технология изготовления профилей высокой жёсткости с использованием локального нагрева токами высокой частоты // Чёрная металлургия. Бюллетень НТИ.- 1984.-№17(973)-С.44-46.

20. Тришевский О.И., Плеснецов Ю.А., Крюк А.Г., Янчинский А.П., Ковалёв В.И. Влияние уровня задачи заготовки в валки на величину продольной деформации и энергосиловые параметры формовки профилей высокой жёсткости // Производство гнутых профилей проката. -Харьков: изд-во УкрНИИМета.- 1986.- С.44-52.

21. Тришевский О.И., Плеснецов Ю.А., Дебердеев Р.Ю., Янчинский А.П., Кочубеев В.Н. Учёт прогиба и износа валков при производстве профилей высокой жёсткости // Сталь.-1986.-№ 11.- С.39-42.

22. Тришевский О.И., Донец Г.В., Дебердеев Р.Ю. Развитие производства гнутых профилей и анализ их применения как фактор снижения металлоёмкости машин и конструкций // Сталь.-1987.-№10.-С.58-60.

23. Тришевский О.И., Плеснецов Ю.А., Ковалёв В.И., Бронникова В.В. Исследование проскальзывания заготовки в валках при изготовлении профилей высокой жёсткости // Гнутые профили проката. -Харьков: изд-во УкрНИИМета.-1987.- С.12-17.

24. Плеснецов Ю.А., Тришевский О.И., Бронникова В.В., Полстянкин Е.Г. Определение возможности изготовления профилей высокой жёсткости с минимальными отклонениями по длине периода // Сталь.-1988.-№7- С.61-63.

25. Тришевский О.И., Крюк А.Г., Ковалёв В.И., Антипанов В.Г. Стабилизация длины периода на профилях высокой жёсткости. // Теория и технология производства гнутых профилей проката. Отраслевой сб. научных трудов-Харьков: изд-во УкрНИИМета, 1988.- С. 95-97.

26. Тришевский О.И., Вершинин В.Ф. Исследование предельных возможностей получения качественных профилей высокой жесткости методом валковой формовки // Металлургия и коксохимия. -Киев: Техніка.- 1981.- С.18-23.

27. Тришевский О.И., Плеснецов Ю.А., Дебердеев Р.Ю., Бронникова В.В., Гридневский В.И. Определение технологических параметров формовки профилей высокой жёсткости с гарантированным видом плоскостности // Сталь.-1988.-№3.- С.54-56.

28. Тришевский О.И., Крюк А.Г., Гридневский В.И., Полстянкин Е.Г. Изготовление несимметричных профилей высокой жёсткости методом валковой формовки // Сталь. - 1989. - №1. - С. 54-56.

29. Тришевский О.И. Анализ причин образования волнистости на элементах профилей высокой жесткости с продольными периодическими гофрами // Обработка металлов давлением. Вестник Харьковского государственного политехнического университета. - Харьков: Харьковский государственный политехнический университет.-1999, вып.76.- С.50-53.

Размещено на Allbest.ru