Совершенствование оборудования и технологии насечки валков дрессировочных станов дробью для улучшения качества поверхности автолиста Звягина Елена Юрьевна

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Общие закономерности образования поверхности металла в процессе прокатки. постановка цели и задачи исследования 12

1.1.Состояние поверхностного слоя как фактор качества прокатной продукции 12

1.2. Общие требования к качеству поверхности автомобильного листа 19

1.3.Влияние способа формирования микрогеометрии поверхности инструмента на шероховатость холоднокатаной полосы 20

1.4.Влияние конструкции и состояния дробеметного оборудования на формирование факела дроби 26

1.5.Влияние характеристик дроби и режимов насечки валков на шероховатость насекаемой поверхности 29

Выводы к главе 1 40

Глава 2. Методика проведения исследований. оборудования, материалы 43

2.1.Оборудование для шлифования прокатных валков 43

2.2.Исследование шлифовальных кругов 44

2.3. Образцы для обработки дробью 45

2.4.Виды используемой дроби и методика определения ее характеристик 46

2.5.Методика проведения экспериментов по оценке плотности насечки 51

2.6.Измерение параметров шероховатости 53

2.7.Объекты интеллектуальной собственности 55

Выводы к главе 2 55

Глава 3. Исследование влияния основных технологических факторов при шлифовании и дробеметной обработке на состояние обрабатываемой поверхности 57

3.1.Исследование влияния характеристик абразивных кругов на шероховатость шлифуемой поверхности валков 57

3.2. Исследование влияния материала, размеров и геометрической формы дроби на микрогеометрию поверхности рабочих валков 60

3.3.Исследование основных технологических параметров дробеметной обработки на формирование микрогеометрии обрабатываемой поверхности... 67

3.4.Исследование технологии дробеметной обработки рабочих валков стана «2500» холодной прокатки ПАО «ММК» 73

Выводы к главе 3 77

Глава 4. Теоретические исследования процесса обработки дробью металлических поверхностей 78

4.1.Разработка теоретической модели определения параметра шероховатости поверхности валка при дробеметной обработке 78

4.2. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных по упрочнению поверхностного слоя при обработке дробью 83

4.3.Теоретический расчёт кинематических параметров перемещения дроби при дробеметной обработке в области «факел – штора» 90

4.4.Определение профиля лопатки дробеметного колеса 96

4.5.Модель переноса шероховатости валков на полосу с учетом вида обработки и условий прокатки 100

Выводы к главе 4 108

Глава 5. Совершенствование технологии подготовки поверхности рабочих валков станов холодной прокатки 110

5.1.Исследование влияния износа лопаток на шероховатость насекаемой

поверхности 110

5.2.Модернизация конструкции дробеметной установки для обработки по 4

верхности рабочих валков 113

5.3.Исследование характеристик факела дроби после внесения изменений в

конструкцию дробеметной установки 115

5.4.Исследование параметров шероховатости полосы дрессированной валками, обработанных на дробеметном устройстве измененной конструкции... 116

5.5.Практические рекомендации по совершенствованию технологии подготовки поверхности рабочих валков 119

Выводы к главе 5 120

Общие выводы по работе 121

Список литературы 123

• Общие требования к качеству поверхности автомобильного листа
• Образцы для обработки дробью
• Исследование влияния материала, размеров и геометрической формы дроби на микрогеометрию поверхности рабочих валков
• Сопоставление расчетных и экспериментальных данных по упрочнению поверхностного слоя при обработке дробью

Введение к работе

Актуальность работы. В настоящее время требования зарубежных и отечественных предприятий автомобилестроения к качеству поверхности автомобильного листа ужесточились в части обязательной регламентации, как высотных, так и шаговых параметров шероховатости поверхности.

Высокая плотность пиков и равномерная шероховатость поверхности является одним из основных условий хорошей адгезии и высококачественного нанесения лакокрасочных покрытий.

Для обеспечения требований автомобильных компаний, таких как «Renault», «АВТОВАЗ», «ГАЗ», «КАМАЗ» в соответствии с отечественным и зарубежным стандартами, необходимо обеспечить качество поверхности автомобильного листа по высотному показателю шероховатости R_a в пределах от 0,8-1,8 мкм. Зарубежные автомобильные компании, такие как «Mercedes Benz», «BMW», «Audi», «Volkswagen», предъявляют обязательные требования и по шаговому параметру шероховатости, а именно необходимо обеспечить Р_с не менее 50 см^-1, а для лицевых деталей Р_с не менее 70 см^-1.

Формирование микрогеометрии поверхности полосы в процессе прокатки является сложной комплексной проблемой, включающей вопросы нанесения шероховатости с требуемыми параметрами на поверхность валков и анализ условий формирования микрогеометрии поверхности полосы за счет отпечатываемости вершин микрорельефа поверхности валков на поверхности полосы при холодной прокатке и дрессировке.

Качество обработанной поверхности прокатных валков неразрывно связано с влиянием технологии, одного из распространенных способов обработки поверхности прокатных валков - дробеметной обработки (ДМО), состоянием оборудования дробеметной установки (ДМУ), режимами ДМО и характеристиками дроби на шероховатость насекаемой поверхности, а также отпечатываемости этой шероховатости на поверхности холоднокатаного листа в процессе прокатки на дрессировочных станах.

Актуальность данной работы вызвана необходимостью разработки уточненной технологии по получению автомобильного листа с регламентированными параметрами шероховатости и изменения конструкции оборудования для насечки поверхности прокатных валков дробью.

Степень разработанности. Диссертация является законченной научно-квалифицированной работой, в которой решена актуальная задача повышения качества автомобильного листа, за счет получения требуемой шероховатости на поверхности прокатных валков и отпечатываемости ее на поверхности прокатываемой полосы. Основные результаты диссертационной работы получены в ходе реализации НИР №144256 от 01.10.2006 г. (2006-94).

Объект исследований в диссертации - холоднокатаный лист.

Предметом исследований является механизм формирования требуемой микрогеометрии на поверхности прокатных валков и ее отпечатывае-мость на поверхности холоднокатаного листа при деформировании.

Целью работы является совершенствования конструкции оборудования для насечки валков дрессировочных станов дробью и корректировки технологических режимов обработки прокатных валков для повышения качества поверхности холоднокатаного листа.

Для достижения цели работы необходимо решение задач:

1. Исследовать существующее оборудование, применяемое для насечки поверхности прокатных валков и изучить механизм формирования микрогеометрии на его поверхности.

2. Разработать математическую модель формирования микрогеометрии на поверхности прокатного валка при обработке его дробью.

3. Разработать технические решения, направленные на модернизацию существующего оборудования ДМУ с целью уменьшения разброса параметров шероховатости.

4. Разработать математическую модель отпечатываемости микрогеометрии поверхности валка на деформируемой полосе в процессе дрессировки.

5. Выполнить промышленную апробацию результатов, полученных на измененной конструкции дробеметной установки и дать практические рекомендации по совершенствованию технологии подготовки поверхности рабочих валков.

Научная новизна работы заключается в следующем:

6. Разработана аналитическая зависимость определения коэффициента отпечатываемости микрогеометрии поверхности прокатного валка на полосе в очаге деформации, который варьируется в пределах от 0,28 до 0,48 ед. при дрессировке полос разной толщины и режимов дрессировки, и уменьшается соответственно от 0,26 до 0,38 ед. при увеличении шага микронеровностей на поверхности прокатных валков после ДМО с 0,07 до 0,2 мм.

7. Разработана математическая модель формирования высотного параметра шероховатости поверхности прокатного валка, позволяющая уточнить описание процесса взаимодействия в системе дробь - валок, учитывающая упругую деформацию материалов инструмента и заготовки, а также состояние исходной шероховатости поверхности валка, обеспечивающая получение высотных параметров шероховатости в пределах 0,6- 4,0 мкм

8. Практическим путем установлена необходимость сужения факела дроби, обрабатывающего поверхность прокатного валка, за счет изменения конструкции защитного корпуса дробемета и фиксации штор в вертикальном положении, с учетом допустимого экранирующего действия и изменения углов атаки дроби по отношения к поверхности шторы в пределах от 8⁰50^/ и 28⁰19^/, что приводит к получению требуемых высотного и шагового параметров шероховатости на поверхности валка.

9. Измененная конструкция ДМУ и скорректированная технология насечки поверхности валков позволила получить холоднокатаный лист

1-ой группы отделки поверхности с регламентированными параметрами шероховатости, а именно повысить плотность пиков P_c с 50 см-1 до 62 см-1, и уменьшить отклонения шероховатости R_a от среднего значения с 0,93 до 0,86 мкм.

Практическая значимость работы заключается в том, что на основании полученных теоретических и практических разработок, возможно управление параметрами шероховатости на поверхности прокатного валка, путем изменения технологических параметров дробеметной обработки с целью увеличения доли выпуска автомобильного листа 1-ой группы отделки поверхности.

Практическими результатами работы являются:

10. Увеличение доли выпуска автолиста 1-ой группы отделки поверхности на 1500 т. в год, за счет повышения качества его поверхности и перевода из низкостоимостной 2-ой группы отделки поверхности.

11. Практические рекомендации для ПАО «ММК» (г. Магнитогорск), заключающиеся в корректировке технологических параметров обработки прокатных валков.

12. Новые конструкции дробеметного аппарата и лопатки ротора дробеметного колеса, новизна предложенных конструкций подтверждена патентами РФ на полезные модели № 106579, №106580.

Методология и методы исследования. Теоретические исследования получения требуемой шероховатости на поверхности прокатного валка выполнены на основе моделирования процесса формирования его микрогеометрии с использованием элементов теории упругости и пластичности. Практические результаты получены на лабораторном и промышленном оборудовании. Обработка результатов экспериментов производилась при помощи оригинального программного обеспечения и программного пакета MathCAD.

На защиту автором выносятся:

13. Математическая модель определения коэффициента отпеча-тываемости шероховатости поверхности прокатного валка на прокатываемой полосе с учетом ее исходной шероховатости, размеров дрессируемой полосы, режимов деформирования.

14. Математическая модель изменения высотного параметра шероховатости поверхности валка, позволяющая уточнить описание процесса взаимодействия дроби с поверхностью рабочего валка.

15. Результаты модернизации ДМУ, обеспечивающие получение шероховатости с увеличенной на 22% плотностью пиков по сравнению с металлом, деформируемым по действующей технологии.

16. Результаты промышленной апробации технологии получения холоднокатаного листа с высоким качеством поверхности.

Достоверность и обоснованность результатов и научных выводов работы обеспечены использованием классических положений теории упруго-

сти и пластичности, математических методов обработки данных, адекватностью результатов теоретических исследований и лабораторных экспериментов, проведением опытных и промышленных экспериментов, подтверждающих теоретические выкладки автора.

Все результаты, приведенные в диссертации, получены при непосредственном участии самого автора под руководством научного руководителя. Организация промышленного внедрения результатов работы осуществлена в рамках выполнения НИР в равной степени с соавторами.

Апробация результатов работы.

Основные положения диссертации доложены и обсуждены на следующих конференциях различного уровня: 72-я, 73-я, 74-я, 75-я Международные научно - технические конференции «Актуальные проблемы современной науки, техники и образования» (г. Магнитогорск, 2014, 2015, 2016, 2017 гг.), VI Международная научно - техническая конференция «Прогрессивные технологии в современном машиностроении» (г. Пенза, 2010 г.), XVII Международный форум «Российский промышленник» (г. Санкт - Петербург, 2013 г.), III Всероссийский фестиваль науки (г. Курск, 2013 г.), Международный конкурс «Лучший инновационный проект и лучшая научно-техническая разработка в области машиностроения» (г. Санкт - Петербург, 2014 г.), 2-ая Международная научно-практическая конференция «Инновационные процессы обработки металлов давлением: фундаментальные вопросы связи науки и производства» (г. Магнитогорск, 2016 г.), Международный симпозиум «Перспективные материалы и технологии» (г. Витебск, 2017 г.).

Публикации. Материалы диссертации отражены в 15 публикациях, в том числе 3 статьи из перечня, рекомендованного ВАК РФ, и 2 патента на полезные модели.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы, приложений. Изложена на 175 страницах, включает 63 рисунка, 20 таблиц.

Общие требования к качеству поверхности автомобильного листа

Требования к качеству металлопроката, поставляемого на машиностроительные заводы, определяется технологией его дальнейшей переработки. Состояние поверхностного слоя оказывает большое влияние на эксплуатационные свойства деталей машин [4,17,29,36,41,44,46,54-60].

К характеристикам поверхностного слоя относятся шероховатость поверхности, наличие микродефектов, глубина и степень упрочненного слоя (наклепа), величина и знак остаточных напряжений, наличие или отсутствие окалины и окисных пленок на поверхности.

Из опыта металлургических и машиностроительных предприятий известно, что состояние поверхностного слоя определяет во многом способность к вытяжке, контактную жесткость, износостойкость, статическую и циклическую прочность, сопротивление коррозионному растрескиванию, отражательную способность, магнитные свойства, адгезию с различного рода покрытиями, внешний вид продукции после нанесения покрытия или окраски, и другие показатели в зависимости от ее назначения.

Одним из основных факторов, влияющих на штампуемость, является состояние поверхностного слоя деталей машин. Технология изготовления штампованных изделий, заключается в штамповке деталей и нанесении антикоррозионных покрытий.

Качество металлопроката с покрытием в большей степени зависит от шероховатости поверхности металла. Эксперименты показали, что предпочтительной является средняя шероховатость, а отделки с получением очень гладкой поверхности (с параметром шероховатости менее 0,5 мкм) следует избегать. Для производства проката относительно грубой поверхностью (с высотой выступов микрорельефа до 8,9 мкм) можно использовать шлифование. Однако при такой обработке, шероховатость поверхности металлопроката различается как в осевом направлении, так и по окружности. Поэтому, такие поверхности желательно получать другими способами, такими как электроимпульсная, магнитоабразивная, дробеметная и другие виды обработки.

Шероховатость поверхностного слоя металлопроката оказывает влияние и на технологию дальнейшей переработки листа. Известно, что высокие пики микрорельефа повышают расход покрытия и могут привести к перфорации покрытия при штамповке изделия [61-65].

В большинстве из них отмечается, что развитая шероховатость поверхности листового проката с большой плотностью пиков придает ему лучшую штампуемость. Учеными изучено влияние различных факторов, в том числе и состояния поверхностного слоя на штампуемость при выполнении различных операций штамповки [70-76].

При снижении шероховатости поверхности увеличивается предел выносливости, износостойкости и сопротивляемость поверхностному выкрашиванию [41,66-69]. Для того чтобы обеспечить получение заданной шероховатости, необходимо управлять процессом обработки, для чего необходимо знать его основные закономерности.

Резерв пластичности при испытании по Энгельгарту также зависит от характера отделки поверхности. С увеличением шероховатости поверхности величина резерва пластичности уменьшается при испытании листов без покрытия, и увеличивается при испытании освинцованных листов.

Влияние структуры шероховатого слоя на отражательную способность отмечается в работах [77-83]. Степень отражаемости варьируется в зависимости от способа обработки: шлифования, полирования, доводки пастой, обработки дробью и других способов. Для повышения коэффициента отражения рекомендуется поверхность ленты прокатанной в валках, насеченных мелкой дробью. Сформированная в таких валках поверхность характеризуется высокой изотропией шероховатости и увеличенным коэффициентом отражения на 3…5% по сравнению с поверхностью ленты, прокатанной в полированных валках.

По данным [84,85] микрогеометрия поверхности влияет на распределение контактных напряжений, особенно при контакте низкомодульных материалов.

На состояние поверхностного слоя существенное влияние оказывает величина упрочненного слоя [86-93]. Формирование на поверхности металлопроката упрочненного слоя повышает механические характеристики и увеличивает стойкость поверхности.

Учеными предлагается множество различных методов по упрочнению поверхностного слоя, такие как, обработка роликами, алмазное выглаживание, насечка свободным абразивом, дробеметное и дробеструйное упрочнение, электроэрозионная обработка [10,25,94-102].

На поверхности горячекатаного металла образуются окалина и окисные пленки, которые требуют дополнительной очистки. Для очистки поверхности от окалины применяют травление полосы, гидроабразивный метод, удаление окалины с помощью дроби [117].

В некоторых случаях для удаления окислов с поверхности, а также для получения относительно низкой шероховатости обрабатываемой поверхности применяют шлифование. Однако этот способ является дорогостоящим. К недостаткам такого метода еще можно отнести шаржирование поверхности фрагментами абразивных зерен. Применение ударно-упрочняющих технологий позволяют получить поверхности с небольшими величинами шероховатости с высокой плотностью выступов микропрофиля [58,103-109].

Образцы для обработки дробью

Увеличение числа проходов повышает параметр Rа, если исходное состояние поверхности детали соответствует высокому классу чистоты и уменьшает, если обработке дробью подвергается грубошероховатая поверхность [94, 99, 123].

Для определенного режима обработки дробью существует определенная шероховатость, к которой стремится параметр Rа по мере увеличения числа проходов.

В частности, если исходные параметры шероховатости Rа соответствует аналогичным параметром после ДМО, то процесс насечки сопровождается изменением только формы микрорельефа.

Обработка поверхности дробью при различных режимах позволяет получать поверхности с различной частотой пиков микрогеометрии и величиной упрочненного слоя [44].

Производство качественной стальной дроби ведётся в основном в двух направлениях. Первое включает литьё дроби из высокоуглеродистой стали (0,8-1,2%С)1 с последующим полным циклом термической обработки (закалка от 850-900 С0 и отпуск 400-450 С0 ). Полученная качественная стальная дробь имеет структуру отпущенного мартенсита, бейнита или тройостита (HV 475-750). Второе направление производства качественной дроби - это литьё дроби из низколегированных сталей с последующей минимальной термической обработкой частиц. Такая технология позволяет получить дробь требуемого качества при более низких энергозатратах за счёт исключения дорогостоящей операции нагрева под закалку в защитной атмосфере.

Технология получения литой дроби относительно проста и сводится к распылению металлического (обычно стального или чугунного) расплава различными способами, в том числе струей воды при заданном давлении и быстрого охлаждения жидких капель, как правило, в воде. При этом литая дробь характеризуется неравномерной структурой и свойствами. Разброс свойств литой стальной дроби весьма велик (регламентирован ГОСТ 11964 37 81; основными свойствами являются прочность на сжатие и твёрдость по Виккерсу).

Дробь из высокоуглеродистой стали при изготовлении проходит специальную термическую обработку и обладает наиболее высокой циклической стойкостью. Такая дробь имеет в 5-10 раз больший срок службы по сравнению с чугунной дробью. При этом снижается расход абразива и дорогостоящих деталей дробеметных агрегатов [83,109,118,150,158].

Низкотемпературный отпуск приводит к улучшению соотношения прочностных и вязкостных характеристик дроби и способствует увеличению её стойкости к истиранию (износостойкость).

Проведение отпуска несколько улучшает свойства литой дроби, однако ее грубокристаллическая структура сохраняется. Повторная (после отпуска) термическая обработка, включающая закалку от температур, немного превышающих критическую точку AC1 и отпуск, позволяет получить более равномерную тонкокристаллическую структуру отпущенного мартенсита и существенно улучшить функциональные свойства литой дроби.

Положительное влияние повторной термической обработки литой стальной дроби заключается не только в получении после отпуска более высоких твёрдости и разрушающей нагрузки при испытании на сжатие.

Значительно повышается и циклическая стойкость дроби при многократных соударениях с обрабатываемой поверхностью, обусловленной её более высоким сопротивлением динамическим нагрузкам. При этом сохраняется пластичность дроби при ударе.

В результате одну и ту же дробь можно неоднократно использовать при обработке поверхностных отливок и деталей. Таким образом, проведение дополнительной термической обработки литой стальной дроби позволяет значительно повысить комплекс механических свойств дроби [79,138,149,151].

Дробь из отбеленного чугуна первоначально применялась для резки камня, а затем заменила в очистных операциях кварцевый песок. Чугунная дробь характеризуется меньшей прочностью, пластичностью и циклической стойкостью, при ударах быстро колется на частицы с острыми гранями и затем превращается в тонкую металлическую пыль, загрязняющую окружающую атмосферу.

Острые кромки твердых чугунных частиц чрезвычайно интенсивно разрушают лопатки и другие быстроизнашивающиеся детали дробеметных агрегатов. Циклическая стойкость такой дроби на порядок ниже, чем стальной [149-151].

Важным аспектом при производстве дроби является ее качество, которое регламентируется ГОСТ 11964-81 «Дробь чугунная и стальная техническая» или ТУ. Параметрами, определяющими свойства дроби и ее назначение, являются химический состав, размер и форма частиц, плотность, сферичность, твердость, износостойкость и другие служебные характеристики. В значительной мере служебные характеристики определяются химическим составом и технологией получения дроби.

Износостойкость дроби из стали, легированной молибденом, повышается почти в 2 раза [149].

По мнению авторов [150,151] на сегодняшний день наиболее эффективным абразивом для дробеметной очистки является стальная колотая улучшенная дробь марки GP, выпускаемая в строгом соответствии современным стандартам. В процессе работы, острые грани затупляются, и формируется рабочая смесь, на 80-85% состоящая из частиц округлой формы и на 15-20% из остроугольной формы. Эта дробь является наиболее совершенным продуктом и сохраняет оптимальный баланс интересов, обеспечивая максимальную эффективность обработки с минимальными затратами на все составляющие себестоимости процесса.

Исследование влияния материала, размеров и геометрической формы дроби на микрогеометрию поверхности рабочих валков

Исследования по насечке поверхности образцов дробью производили на промышленной дробеметной установке «Пангборн». Для изготовления образцов использовали длинный цилиндр 045 мм, из которого впоследствии нарезали 11 дисковых образцов. Образцы изготавливали из стали марки 9Х2МФ. На плоскошлифовальном станке сошлифовали часть материала с цилиндрической поверхности для образования косых срезов. После шлифования срезы обрабатывались пастой Г.О.И., затем полированную поверхность протравливали раствором азотной кислоты.

Внутри камеры для дробеметной обработки перемещали тележку с исследуемыми образцами с заданной скоростью в пределах (0,4…4) м/мин. Дробь на поверхность образов подавалась турбиной. Скорость вращения ротора изменяли в диапазоне (500…2100) об/мин, количество двойных ходов тележки с образцами назначали 2, 4, 6 двойных ходов (рисунок 3.3.1).

Для насечки поверхности образцов использовали колотую чугунную дробь размером (0,5… 0,8) мм.

Скорость перемещения обрабатываемого листа изменяли в диапазоне (1…5) м/мин. Насечку поверхности дробью осуществляли при изменении числа двойных проходов - с одного до трёх двойных проходов. Контроль качества дроби выполнялся до проведения экспериментов.

На всех образцах производили замеры шероховатости с помощью про-филометра-профилографа 250 и измерения микротвердости поверхности. Измерения микротвердости проводили от края цилиндрической поверхности с шагом 0,05 мм. а)

Насечка поверхности образцов дробью диаметром 0,8 мм при изменении скорости перемещения тележки и числа двойных проходов факела дроби: минимальная скорость перемещения тележки, а)1 двойной проход; б) 3 двойных прохода; максимальная скорость перемещения тележки, в) 1 двойной проход; г) 3 двойных прохода

Дробь считали дефектной, если: -Площадь усадочной рыхлости более 40 % дробины; -Площадь наибольшей раковины более 10 % сечения дроби; -Длина наибольшей трещины более 20 % диаметра дробины.

Наклеп в поверхностном слое детали (образца) оценивали по глубине наклепа hH и степени наклепа N. Глубину наклепа определяли по формуле: hH = lsina, (3.20) где а -угол среза, град; / - расстояние между началом косого среза и точкой измерения косого среза, мм. Из полученных экспериментальных данных можно судить о характере измерения hн и N.

Анализ полученных экспериментальных результатов показал, что с увеличением числа оборотов ротора глубина наклепа и степень наклепа поверхностного слоя детали увеличивается. Аналогичная зависимость параметров hн и N от числа проходов. Максимальные значения глубины наклепа и степени наклепа наблюдали при числе двойных проходов равным 6.

Увеличение числа проходов повышает параметр Rа, если исходное состояние поверхности детали соответствует высокому классу чистоты и уменьшает, если обработке дробью подвергается грубошероховатая поверхность.

Для заданного режима обработки дробью существует определенная шероховатость, к которой стремится параметр Rа по мере увеличения числа проходов. В частности, если исходные параметры шероховатости Rа соответствует аналогичным параметром после ДМО, то процесс насечки сопровождается изменением только формы микрорельефа.

Меньшая шероховатость шлифованных образцов Rа=(0,13…0,37) мкм позволяет получить стабильные значения параметров шероховатости при (2…4) проходах обработки дробью средней фракции. Более грубая поверхность образцов перед ДМО (Rа=1,9 мкм) не позволяет получить стабильного микрорельефа при двукратном проходе факела средней фракции дроби по обрабатываемой поверхности. На рисунке 3.3.2. представлены зависимости числа проходов факела дроби на параметр шероховатости Rа.

При ДМО наиболее эффективной является дробь средней фракции. Оптимальное количество проходов равно 2. Предпочтительное значение исходной шероховатости Rа =0,17 мкм, а скорость вращения турбины п=500 об/мин.

Расчетные значения глубины наклепа и степени наклепа в зависимости от состояния поверхностного слоя и режимов ДМО сведены в таблицу 3.3.1.

Проведенные экспериментальные исследования по влиянию режимов ДМО на параметры состояния поверхностного слоя показывают, что увеличение скорости взаимодействия дроби с обрабатываемой поверхностью увеличивает параметры Rа, hн и N при постоянных размерах дроби (рисунок 3.3.3). Число проходов факела дроби неоднозначно сказывается на параметрах состояния поверхностного слоя. Параметры hн и N с увеличением числа проходов монотонно возрастают, а параметр Rа уменьшается при исходной грубой шероховатой поверхности и увеличивается при исходной низкой шероховатой поверхности.

Дробеметную обработку поверхности рабочих валков производили на установке «Виллибратор» (рисунок 3.4.1) колотой чугунной дробью ДЧК-1,4 мм.

В ходе работы были проанализированы характеристики дроби, составлены гистограммы распределения дроби по фракциям, исследовано влияние конструкции турбины дробеметной установки на форму факела дроби, а также влияние режимов ДМО на параметры Ra и Pc. а) б)

Параметры Ra и Pc определяли на приборе «Turbo 8000» по методике ОАО «ГАЗ», оснащенного компьютером и позволяющим в автоматическом режиме определять шероховатость Ra, число пиков Pc и волнистость поверхности автолиста.

Такой разброс не позволяет получить стабильного значения плотности пиков Pc. В отдельных случаях значение Pc может колебаться от Pc = 30 см-1 до Pc = 90 см-1.

Окончательный микрорельеф на поверхности рабочих валков дрессировочного стана формируется в зависимости от исходного микрорельефа поверхности валка. Анализ профилограмм автолиста после дрессировки показал, что высотные и шаговые параметры микрорельефа в значительной степени зависят от «забиваемости» исходного микрорельефа, получаемого шлифованием.

Сопоставление расчетных и экспериментальных данных по упрочнению поверхностного слоя при обработке дробью

След от факела дроби состоит из двух зон: основной, размерами 920x100 мм, характеризуемой относительно равномерной плотностью факела дроби и примыкающей к ней вспомогательной, размерами 120x80 мм, с менее равномерной плотностью. На основную зону с наиболее плотной насечкой приходится 90,5 %, и на вспомогательную зону с менее плотной насечкой- 9,5 %.

Установка штор в плоскости перпендикулярной плоскости вращения дро-беметного колеса, уменьшила площадь следа на металлической полосе от факела дроби примерно в 3 раза, по сравнению с площадью следа без установки штор. Уменьшение площади в 3 раза эквивалентно увеличению плотности факела дроби на такую же величину.

Наряду с уменьшением площади контакта факела дроби с насекаемой поверхностью, установили перераспределение площадей зон с плотной и менее плотной насечкой. Наиболее значительно произошло увеличение центральной зоны с плотной насечкой с 8% до 90,5 % в общей площади пятна контакта.

Для проведения промышленного эксперимента были обработаны 2 рабочих валка (№ 845, и № 836) дрессировочного стана 2500 факелом дроби повышенной плотности на следующих режимах: -число оборотов дробеметного колеса: 1700 об/мин; -скорость тележки: 1 м/мин; -число оборотов валка: 10 об/мин; - число проходов: 4. Шероховатость валков после шлифования перед ДМО составляла 0,75 мкм по шкале Ra. Значения шероховатости валков после насечки факелом дроби повышенной плотности, замеренные в различных точках переносным профилометром «Surtronic» приведены в таблице 5.4.1.

Из рисунка 5.4.2. следует, что в этом случае имеет место меньший разброс значений, как по Pc, так и по Ra.

Однако, несмотря на меньший разброс значений Pc и Ra, сохраняется тенденция к уменьшению плотности пиков с увеличением параметра Ra. Для получения объективной картины по значениям Pc и Ra, выполнен дисперсионный анализ, результаты которого представлены в приложении 18,19.

Приведенные результаты дисперсионного анализа, свидетельствуют об улучшении параметров шероховатости металла, прокатанного в валках, насечённых факелом дроби повышенной плотности. Среднее значение плотности пиков по сравнению с плотностью пиков металла, дрессированного по обычной технологии увеличилась в 1,22 раза. Коэффициент вариации уменьшился с 0,316 до 0,198, что свидетельствует о большей стабильности параметра Pc, замеренного в различных точках шероховатой поверхности металла.

Среднее значение параметра Ra уменьшилось с 0,93 до 0,86 мкм, а коэффициент вариации с 0,422 до 0,232. Уменьшение Ra и коэффициента вариации в 1,8 раза свидетельствует также о большей равномерности распределения шероховатости по поверхности дрессированного металла.

По результатам исследований в рамках выполнения НИР (приложение 20) составлен акт промышленных испытаний рабочих валков дрессировочного ста-на”2500” ЛПЦ – 5 ПАО «ММК», насечённых уплотнённым и более равномерным факелом дроби по усовершенствованной технологии ДМО (с металлическими шторами на турбине) на установке «Виллибратор» (см. приложение 21), заключение (приложение 22) и расчет ожидаемого экономического эффекта (приложении 23), обработана опытно- промышленная партия рабочих валков (приложение 24).

На основании анализа полученных результатов проведённых промышленных испытаний дрессировки автолиста с 1ой группой отделки поверхности, разработаны следующие рекомендации:

1. Отработку рациональных режимов ДМО с использованием факела дроби повышенной плотности следует провести на серии опытно – промышленных рабочих валков с установкой различных углов наклона, конструкции и материала штор.

2. Необходимо привести в соответствие скорость вращения дробеметного колеса турбины и насекаемого прокатного валка факелом дроби повышенной плотности с целью получения регламентированного микрорельефа рабочей поверхности валков.

3. С целью уменьшения искажения профиля лопаток турбины в процессе их эксплуатации, приводящей к увеличению хаотичного рассеивания дроби, следует применять для изготовления лопаток материалы повышенной износостойкости, например чугун ИЧХН-28, наплавочные материалы Tero Matec и ПЛАН-Т111.

4. При насечке рабочих валков дрессировочного стана “2500” ЛПЦ – 5 факелом дроби повышенной плотности, рекомендуемое число оборотов дробе-метной турбины (1500…1600) об/мин.

5. Число оборотов двигателя для вращения валка в установке ДМО при насечке факелом дроби повышенной плотности рекомендуется устанавливать равным nдв=(1200…1300) об/мин.

6. Шлифование рабочей поверхности валков дрессировочного стана выполнять с корректировкой числа оборотов шлифовального круга в зависимости от его износа по прилагаемым таблицам и графикам.

7. Увеличить расход СОЖ, подаваемой в зону контакта шлифовального круга со шлифуемой поверхностью валка на 30% с одновременным повышением концентрации «Квакерола» в СОЖ.

8. Дрессировку автолиста с первой группой отделки поверхности выполнять валками, имеющими шейки без огранки. С этой целью шлифование шеек выполнять только отбалансированными шлифовальными кругами.

9. С целью повышения плотности факела дроби в узел турбины дробеметной установки установить металлические шторы размером 500x170x10 мм в плоскости, перпендикулярной плоскости вращения дробеметного колеса.

10. Вальцешлифовальные станки модели 3415К снабдить подбалансировоч-ными устройствами для снижения дефекта «ребристость» и «огранка» на шейках валков.

Внедрение предложенных рекомендаций позволило при опытно-промышленной апробации повысить плотность пиков Рс на 20-22%, уменьшить отклонения шероховатости Ra от среднего значения на 18-20%, увеличить стабильность шероховатости на рабочей поверхности валка. Предположительный экономический эффект от внедрения НИР составил 1469304,3 руб.