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

ОСОБЕННОСТИ ДЕ ФОР МА ЦИИ МЕТАЛЛА В РЕЛЬСОВЫХ КАЛИБРАХ 181

и открытого ручьев в рельсовом калибре зависит от изменения угла фп наклона внутренней грани фланца подошвы, коэффици­ ента трения f и не зависит от угла а наклона калибра. Влия­ ние угла фп наклона внутренней грани фланцевого ручья и коэф-

С

фициента трения / на отношение — видно из ,рис.-94. С. увеличе- С„

нием угла а наклона калибра одновременно уменьшаются С3

иС0; это означает, что условия заполнения металлом открытых

изакрытых ручьев в косорасположенных калибрах лучше, чем в калибрах обычной формы.

Аналогичным образом будут меняться силовые условия и во фланцевых ручьях, в которых обрабатывается головка рельса.

Опыты, проведенные П. И. Полухиным и О. С. Поповым, под­ твердили, что с увеличением угла наклона калибра увеличива­ ется приращение высоты фланцев, причем абсолютная величина

приращения высоты открытых фланцев больше абсолютной ве­ личины утяжки закрытых - фланцев. Это объясняется тем, что в открытых ручьях кооорасположенных калибров по мере увеличения угла а возрастает прямое обжатие фланца, что есте­ ственно ведет к увеличению его высоты.

В открытых ручьях косорасноложенных калибров имеются более благоприятные условия для бокового обжатия >фланцев, чем в закрытых ручьях. Вследствие этого степень боковой обра­ ботки фланцев в> открытых и закрытых ручьях различна.

Основная обработка металла (боковое обжатие) подошвы и головки осуществляется в открытых ручьях и частично (для го­ ловки) в закрытых. От степени обработки металла в открытых ручьях зависит чистота поверхности подошвы и ее механические свойства. Боковая обработка головки также имеет большое зна­ чение для повышения качества рельсов.

Обработка фланцев подошвы предотвращает быстрое охлаж­ дение тонких концов их. В открытых ручьях это достигается боль­ шим боковым обжатием концов фланцев, а в закрытых— зна­ чительным высотным обжатием фланцев.

Боковая обработка металла .в 'закрытых ручьях подошвы составляет небольшую величину, при этом в черновых калибрах допускается большее обжатие, а в предчистовых и чистовых предусматривается иногда небольшой зазор (0,5 мм) для бес­ препятственного проникновения фланцев в закрытые ручьи.

182 ОСНОВЫ КАЛИБРОВКИ РЕЛЬСОВ

В. П. Хлебников, М. Д. Фрадин и П. А. Чеховский считают, что большое вертикальное обжатие фланцев в закрытом ручье при значительной слабине внедрения и большом уширении в ка­ либре .может вызывать искривление фланца, причем при даль­ нейшей боковой обработке в открытом ручье возможно образо­ вание на поверхности подошвы складок, волосовин и трещин. Вследствие этого они рекомендуют при проектировании калиб­ ровок отказаться от зазоров, когда фланец подошвы поступает в закрытый ручей.

Опытами установлено также* что при прочих равных услови­ ях наименьший удельный расход энергии наблюдается при про­ катке в диагональных калибрах без наклона, а наибольший — в закрытых с обычным расположением разъема; для наклонных ка­ либров удельный расход энергии на прокатку повышается по ме­ ре увеличения угла наклона.

Об интенсивности изменения расхода энергии можно судить по следующим экспериментальным данным: при увеличении уг­ ла наклона калибра от 0 до 25° удельный расход энергии изме­ нился на 35—40%.

Удельное давление металла на валки изменяется следующим образом: наименьшее удельное давление наблюдается при про­ катке в диагональных калибрах без наклона, а по мере увеличе­ ния угла наклона оно возрастает. По экспериментальным дан­ ным известно, что с увеличением угла наклона калибра от 0 до 25° удельное давление возросло на 15—17%.

Очевидно, что на изменение расхода энергии и удельного давления при прокатке в косорасположенных калибрах помимо угла наклона большое влияние оказывает величина обжатия, ха­ рактер егю распределения по элементам профиля, величина уширения и ряд других факторов.

Существенным преимуществом прокатки в косорасположен­ ных рельсовых калибрах является возможность в большой степе­ ни ограничивать'величину уширения профиля и подвергать более интенсивной обработке поверхность подошвы и головки.

Практически в косорасположенных калибрах возможна про­ катка не только при полном ограничении уширения, но и с бо­ ковым обжатием по оси рельса. В этом отношении заслуживает внимания тот факт, что косая калибровка раньше всего была при­ менена для перекатки изношенных железнодорожных рельсов в рельсы меньших размеров, при этом обжатие рельса по высоте в косых калибрах доходило до 8—10 мм за каждый проход.

Однако при полном ограничении уширения в рельсовых ка­ либрах происходил бы быстрый износ стенок калибра, а также повышенный расход энергии.

При выборе величины уширения необходимо учитывать так­ же условия внедрения рельсового профиля в ручьи калибра. Рас­

ОСОБЕННОСТИ ДЕФОРМАЦИИ МЕТАЛЛА В РЕЛЬСОВЫХ КАЛИБРАХ 183

смотрим схему деформации в предчистовом рельсовом калиб­ ре (рис. 104).

Как указывают И. И. Кучко и другие исследователи, в на­ чальной стадии деформации происходит разгибание и некоторое искривление фланцев; в последующем наблюдается смещение ме­ талла по -внутренним граням фланцев и он накапливается в ме-

Рис. 104. Деформация металла в предчистовом рельсовом калибре (по И. И-. Кучко и др.):

о — момент захвата металла валками; б и в — проме­ жуточные сечения полосы в очаге деформации; 1 — очаги повышенной деформации; 2 — участки сдвига металла

стах соединения фланцев с шецкой. Благодаря этому создаются очатиуповышеняой деформации металла, препятствующие растяжению шейки и разрыхлению центральной части подошвы.

Однако некоторое растяжение шейки может наблюдаться в результате центрирования прокатываемой полосы, в рельсовом калибре. При установлении равновесия сил, действующих со сто­ роны подошвы и головки, происходит смещение профиля в сто­ рону подошвы, сопровождающееся растяжением шейки вблизи головки.

Это обстоятельство, как указывает Й. И. Кучко, подтвержда­ ется результатами измерения толщины шейки, которая всегда оказывается тоньше на стыке с головкой; это особенно заметно

при прокатке .рельсов, .вмоторььх шейка ограничена параллельны­ ми линиями.

Следовательно, большой простор для уширения в рельсовых калибрах не выгоден, так как он будет способствовать, с одной стороны, утяжке фланцев подошвы, а с другой — смятию флан­ цев головки, что и наблюдается на практике при больших уширениях в калибрах и значительных обжатиях фланцев.

Расчет косорасположенных рельсовых калибров мало отлича­ ется от расчета обычных калибров; отличие состоит в величине параметров деформации (боковое обжатие фланцев, утяжка и приращение высоты фланцев, уширение и т. п.). На эти разли­ чия будет указано при анализе конкретных рельсовых калйбровок.

5.Деформация металла в подготовительных

По форме тавровый калибр в значительной степени напоми­ нает трапецию, расширяющуюся книзу. Причем, нижнее основа­ ние ее имеет сложное очертание в связи с наличием фланцев, которые в дальнейшем образуют подошву рельса.

Форма тавровых калибров по ходу прокатки постепенно ме­ няется. Обычно в первом трапецеидальном калибре исходная прямоугольная полоса прорезается снизу высоким гребнем и вследствие этого образуются массивные фланцы. В последующих тавровых калибрах, наряду с высотным и боковым обжатием по­ лосы производится плавное развертывание образовавшихся флан­ цев при одновременном интенсивном их обжатии.

Процесс начального формоизменения при прокатке в тавро­ вом калибре схематически представлен на рис. 105. Из этой схемы видно, что в начальный момент исходная заготовка соприкасает­ ся с боковыми стенками калибра и гребнем нижнего валка.

На значительном протяжении в очаге деформации (сечение 1—4) полоса испытывает боковое давление и обжатие со сторо­ ны гребня при отсутствии контакта полосы с верхней частью ка­ либра. На небольшом расстоянии от выходного сечения наступа­ ет всестороннее обжатие прокатываемой полосы.

Для лучшей проработки металла со стороны будущей голов­ ки рельса целесообразно, чтобы исходная полоса в первом тав-' ровом калибре внедрялась 'бы без бокового обжатия на возмож­ но большую глубину и вследствие этого осуществлялось бы боль­ шое высотное обжатие заготовки как со стороны подошвы, так к со стороны головки. Поэтому соотношение между боковым и высотным обжатием в тавровых калибрах имеет большое значе-. ние для качества рельсов.

ДЕ ФОРМАЦИЯ МЕТАЛЛА В ПОДГОТ ОВИТЕЛЬНЫХ Т АВРОВЫХ К А Л И Б Р А Х 185

На характер деформации металла во всех тавровых калиб­ рах большое влияние оказывает форма и размеры гребня.

Эффективность деформации, производимой со стороны подош­ вы, с точки зрения измельчения зерен, изменения их ориенти­ ровки и улучшения качества поверхности зависит в значительной степени от высоты и величины угла гребня. Высота разрезного гребня первого таврового калибра принимается в пределах 40— 65 мм, а угол гребня колеблется в пределах 80—98°.

Есть основания полагать, что более глубокое внедрение греб­ ня в заготовку со стороны подошвы обеспечивает более энергич-

Рис. 105. Схема деформации при прокатке прямоугольной полосы в тавровом калибре

ное разрушение первичной структуры металла и создает условия для более резкого изменения ориентировки кристаллов, подкор­ ковых пузырей и поверхностных дефектов (трещин и волосовин); все это способствует повышению качества рельсов.

Правильный выбор угла гребня как в первом, так и в после­ дующих тавровых калибрах должен обеспечить плавное развер­ тывание фланцев подошвы и исключить возможность образова­ ния трещин и складок в центральной части подошвы.

Большое значение для условий деформации полосы в тавро­ вых калибрах имеют и 'другие параметры, характеризующие форму.и размеры гребня. Вершину гребня необходимо делать за­ кругленной; большой радиус закругления создает меньшую опас­ ность для образования складок и закатов на середине подошв

Боковые поверхности гребня лучше выполнять выпуклыми для облегчения поперечного скольжения металла по ним. Однако. в большинстве случаев гребни в первом и втором калибрах вы­ полняются с плоскими боковыми поверхностями.

Важной характеристикой тавровых калибров являются укло­ ны их боковых 'стенок. Увеличение этих уклонов ведет к улуч­ шению условий захвата и облегчению проникновения полосы в калибр. Применение больших уклонов вместе с тем ведет к не­ желательному утолщению фланцев; поэтому обычно в первом

Таким образом, на уменьшение глубины трещин при про­ катке в тавровом калибре оказывает влияние не только высот-

пая деформация полосы, но и степень разворота фланцев подош­ вы, при котором трещины растягиваются в поперечном направ­ лении с уменьшением их глубины. Это положение иллюстри­ руется также рис. 111, «а котором показала глубина трещинволосовин на готовых рельсах, прокатанных из блюмов с искус­ ственными трещинамиглубиной 15 мм. При прокатке рельсов Р-50 было осуществлено более резкое развертывание фланцев,