книги из ГПНТБ / Полухин П.И. Прокатка и термическая обработка железнодорожных рельсов

Рис. 81. Схема прокатки рельсов с применением тавровых калибров, ,уширенных кверху

Прокатка полосы в таких калибрах отличается большой ус­ тойчивостью, но требует установки выводных проводок на верхнем валке. Новым в этой схеме явилось применение таких т.а®ровых калибров, ib которых дно имеет выпуклость, что способ­ ствует лучшей обработке головки будущего рельса.

Разрезкой рельсовый калибр применен открытого типа. Пос­ ле разрезного калибра имеется ребровой калибр для увеличения ширины подошвы рельсовой полосы. Дальнейшая прокатка осу­ ществляется в обычных рельсовых калибрах.

вительных калибров

■Принципиально новым в способе прокатки рельсов явилось применение схемы Бартшерера (рис. 84). Было доказано, что если исходный слиток или блюм деформировать со стороны будущей подошвы при помощи разрезного .гребня, то качество рельсов значительно повышается. Благодаря внедрению в ис­ ходную заготовку разрезного гребня и последующему разгиба­ нию фланцев подошвы подкорковые пузыри и столбчатые кристаллы изменяют ориентировку так,, что в поперечном сече­ нии рельса они располагаются параллельно основанию подош­ вы. Поверхностные дефекты в виде обнаженных подкорковых пузырей и волосных трещин при этом растягиваются и истира­ ются и в результате исчезают с поверхности прокатываемого рельса. Вследствие этого получаются рельсы с лучшей поверх­ ностью, с более высокими показателями при копровых испыта­ ниях и при испытаниях на прогиб подошвы.

Принцип разрезки прямоугольной заготовки при помощи гребни нижнего валка и последующего развертывания фланцев для образования подошвы рельса был известен давно и он опи­ сан в курсе калибровки Дегеца. Однако этому принципу тогда

не придавали того значения, которое было дано в схеме Бартшерерн.

Первые схемы калибровки рельсов по ’методу Б артшерера не получили распространения вследствие того, что требовалась высокая прямоугольная заготовка и большое неравномерное об-

жатие ее в подготовительных калибрах. Прокатка высокой заго­ товки в калибрах, в которых производилась разрезка ее со сто­ роны'подошвы и головки, вызывала большие затруднения в про­ цессе захвата и 'снижала производительность рельсопрокатных станов. Однако в дальнейшем использование идеи Бартшерера позволило создать рациональную систему калибровки рельсов.

В следующей схеме (рис. 85) тавровые [калибры имеют со стороны нижнего валка разрезной гребень,' который довольно

глубоко внедряется в прокатываемую полосу со стороны буду­ щей подошвы рельса. Образующиеся при этом толстые фланцы в последующих тавровых калибрах постепенно отгибаются и утоняются.

Для обеспечения лучшей поверхности головки рельса в тав­ ровых калибрах производится также неглубокое внедрение гребня в исходную заготовку и со стороны головки. Всесторон­ нее обжатие металла в тавровых калибрах способствует не толь­ ко получению готового рельса с хорошей поверхностью, но и с надлежащей структурой и механическими свойствами.

В рассматриваемой схеме разрезка тавровой заготовки про­ изводится в открытом рельсовом калибре, после чего она посту-

пает в ребровой калибр. Однако применение этого калибра ничем не оправдывалось, так как достаточная ширина полок рельсов могла быть получена при прокатке в тавровых калиб­ рах. Применение ребровых калибров всегда сопряжено с воз­ можностью появления поверхностных дефектов на рельсовой полосе.

Кроме того, этот калибр является непроизводительным, так как в нем осуществляется восьми небольшая вытяжка полосы. Поэтому в дальнейших калибровках отказались от применения ребрового калибра, а для осуществления более интенсивной де­

рельсовых калибров. В этой схеме нет ребрового калибра. Учи­ тывая необходимость значительных боковых обжатий металла V уменьшения износа валков, стали применять в качестве разрез­ ного калибр с наклоном к оси валков; целесообразность постро­ ения такого калибра подтвердилась практикой. В дальнейшем

Применение косой калибровки рельсов позволило сократить число проходов, уменьшить износ валков и увеличить срок их службы. В то же время обработка рельсовой полосы в косорас­ положенных калибрах обеспечивает получение готового рельса с доброкачественной поверхностью.

Рис. 89. Новая калибровка рельсов, применяемая на отечественном заводе

В настоящее время проводится работа по изысканию таких методов прокатки рельсов, при которых подошва и головка их формировались бы из частей металла, расположенных по ребрам блюма. При этом исходят из того общеизвестного факта, что ребра блюмов обычно менее поражены поверхностными дефек­ тами, а металл в этих участках поперечного сечения имеет мел­ козернистое и плотное строение.

Для осуществления этой идеи может быть использована дав­ но известная схема прокатки (рис. 88), в которой в первый тав­ ровый калибр специальной формы задается по диагонали блюм квадратного сечения. Однако при этом возникают болыпиетрудности, связанные с кантованием квадратного блюма на реб­ ро и удержанием его в таком положении для задачи в калибр.

Поэтому указанная схема калибровки получила распростране­ ние только для прокатки легких рельсов для рудничного транс­ порта.

Интересное решение было предложено инженерами завода А, предложившими включить в схему для прокатки рельсов калибры овальной и квадратной формы. На рис. 89 представле­ на принципиальная схема такой калибровки. Благодаря прокат­ ке в овальном, а затем в квадратном калибрах происходит обно-

а — старая технология прокатки; б — новая технология прокатки

вление ребер полосы, в результате которого металл ребер ис­ ходного блюма пойдет на формирование подошвы и головки рельсового профиля (рис. 90). Промышленные испытания ука­ занной калибровки показали хорошие результаты; выход рель­ сов первого сорта увеличился, а брак уменьшился.

Таким образом, наилучшие качественные результаты обес­ печивает калибровка, в которой в качестве подготовительных используются тавровые калибры, а в . качестве черновых и от­ делочных— косорасположенные рельсовые. Такая оптимальная калибровка была разработана на отечественных металлургиче­ ских заводах.

2. Особенности деформации металла в рельсовых калибрах

Рельсовые калибры относятся к группе фла.нц.евых калиб­ ров. Поэтому процесс деформации металла в. рельсовых калиб­ рах может быть объяснен, исходя из обгцих 'закономерностей,

158 ОСНОВЫ КАЛИБРОВКИ РЕЛЬСОВ

оковывала их. Вследствие этого наклон боковых стенок калибра называют иногда также «выпуском».

,Кроме того, выпуск обеспечивает восстановление первона­ чальных размеров калибра при переточке валков. Чем больше выпуск, тем меньше съем металла (уменьшение диаметра вал­ ка) для восстановления первоначальных размеров калибра.

При прямом положении рельсовых калибров в валках выпуск составлял 5—8% (в чистовых— 1,25%). В современных калиб­

клон внутренних граней плавно возрастает от чистового калибра

кразрезному.

Взакрытом рельсовом калибре (см. рис. 91) шейка профиля прокатывается между двумя цилиндрическими поверхностями радиусами Rm, которым соответствуют окружные скорости ош. Край верхнего фланца подошвы обрабатывается в открытом ручье, ограниченном с одной стороны поверхностью, с минималь­

ным радиусом (окружная скорость ( у п -ш ш ) , а с другой — по­ верхностью с максимальным радиусом (окружная скорость ^п. м а к с ); ирай нижнего фланца подошвы 'обрабатывается в за­ крытом ручье поверхностью с минимальным радиусом (окруж­ ная скорость Vn. мин). Фланцы головки обрабатываются в от­ крытом и закрытом ручьях поверхностями, окружные скорости которых отличаются по величине от окружных скоростей шейки и фланцев подошвы. Таким образом, окружная скорость отдель­ ных точек рабочих поверхностей в рельсовом калибре является величиной переменной.

Если сопоставить средние значения окружных скоростей фланцев подошвы рельсового калибра, то окажется, что ско­ рость в открытом ручье, в котором прокатывается фланец, больше скорости шейки, а последняя больше скорости в закры­ том ручье. Такое же соотношение средних значений окружных скоростей получается и для фланцев головки рельсового ка­ либра.

Несмотря на разницу в окружных скоростях различных час­ тей калибра, прокатываемая полоса выходит из валков с неко­ торой общей скоростью. С достаточной степенью точности можно принять, что полоса выходит из валков с окружной скоростью шейки. При этом условии фланцы подошвы и головки, находя­ щиеся в закрытых ручьях, будут как бы проволакиваться через ручьи с некоторой относительной скоростью. Этот процесс со­ провождается появлением растягивающих напряжений в метал­

чем средняя скорость их больше скорости выходящей из валков полосы. Благодаря этому рабочие поверхности открытого ручья обжимают фланцы по толщине. Форма щели ручьев также спо­ собствует боковому обжатию фланцев. При боковом .обжатии фланцев в открытых ручьях получается ■некоторое увеличение высоты их.

Обычно прокатка в рельсовом калибре сопровождается уменьшением высоты фланцев в закрытых ручьях и приращени­ ем высоты фланцев в открытых.

Для изучения процесса прокатки фланцевых профилей боль­ шое значение имеет анализ силовых условий во фланцевых ручьях.

Обжатие (утонение) фланцев достигается вследствие про­ движения их через суживающиеся ручьи как в продольном, так и вертикальном направлениях.

Рассмотрим силы, действующие на фланцы при внедрении их в закрытые и открытые ручьи. Анализ сил производится при следующих допущениях: 1) открытые и закрытые ручьи имеют одинаковые форму и размеры; 2) боковые давления в открытых и закрытых ручьях равны; 3) фланцы в закрытых ручьях по вы­ соте не обжимаются; 4) отсутствуют продольные напряжения во фланцах.

На рис. 93 приведена схема действия валков на полосу во фланцевых ручьях рельсового калибра; .причем для упрощения рассматривается случай, когда отсутствует наклон боковых стенок калибра как со стороны подошвы, так и со стороны головки.

Фланец подошвы рельсового профиля при проникновении в глубь закрытого ручья встречает противонаправленные силы Р'ах + Т ’пх со стороны наклонной стенки гребня и Тп со сторо­

ны боковой стенки калибра, которые определяются по следую­ щим уравнениям:

При проникновении в глубь открытого ручья фланец встре­ чает со стороны наклонной стенки гребня противонаправленные силы Р пх +ТЛх, а со стороны боковой стенки калибра — со-

направленную силу; Та. Первые оказывают тормовящее, а по-