
книги из ГПНТБ / Полухин П.И. Прокатка и термическая обработка железнодорожных рельсов
.pdf180 |
ОСНОВЫ КАЛИБРОВКИ РЕЛЬСОВ |
ваться, а шейки и открытого ручья — уменьшаться, что, есте ственно, будет влиять на условия прокатки.
Изменение силовых условий в •косорасположенных калибрах можно проследить, исходя из схемы, представленной на рис. 103. При этом будем иметь в виду те же допущения, которые прини мались при анализе сил во фланцевых ручьях обычного рельсо вого калибра.
Рассмотрим силы, действующие в ручьях, в которых обраба тываются фланцы подошвы рельса.
Сопротивление в закрытом ручье
Тп. х + Рп.х + , Тп. х + Рп. х’ |
(48) |
т д е
•Г, X— fPnc o s а;
Р X= Раsin а;
тп.х - f PnC0SK>
=рпsin Р','
,Рп = Фп — «.
Исходя из равновесия сил относительно оси у' — у', получаем
Р' = |
^>п |
(49) |
пc o s tfn — / sin ф„
(f c o s а + sin а + |
cos |
|
|
(50) |
||
f ----------------- |
|
|||||
|
I |
|
' cos.n^-/sin<Pn |
|
|
|
Сопротивление в открытом ручье |
|
|
|
|||
|
|
Со = ТП.X Pjl. X |
Тп. X-- Рп. X' |
(51) |
||
После преобразований уравнения |
(51) |
получаем |
|
|||
Q _ р |
I'f |
C0S Рп_____ |____ SHI |
fin |
- f COS a — s in a j |
(52) |
|
0 |
n \ c o s a n — / s i n 9 n |
cos 9 i — |
f s i n ? n |
|
||
где [Зп = |
фп + |
ос. |
|
|
|
|
Из сопоставления уравнений (50) и (52) видно, что в закры том ручье сопротивление больше, чем в открытом.
Соотношение сопротивлений ручьев равно
с3 _ f COS Рп + sin Р ' + (/ cos a 4 - sin a ) (co s y n— f sin y n)
(53)
• C , |
f cos pn + sin-pn — (/ cos a + sin a ) (co s <pn — / s4i n <pn) |
ОСОБЕННОСТИ ДЕ ФОР МА ЦИИ МЕТАЛЛА В РЕЛЬСОВЫХ КАЛИБРАХ 181
После несложных |
преобразований |
получим |
|
|
|
Сз. = |
cos Фп + |
(1 + Р) sin <РП = |
1 + 2/ ctg <рп — /а |
|
(54) |
Со |
. S i n < p „ ( l + / * ) |
1 + / * |
' |
V ; |
|
Уравнение (54) одинаково с уравнением (9). для горизон |
|||||
тального расположения калибров. |
|
|
закрытого |
||
Оно показывает, что соотношение сопротивлений |
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
184 |
ОСНОВЫ КАЛИБРОВКИ РЕЛЬСОВ |
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
1 |
тавровых калибрах |
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


188 ОСНОВЫ КАЛИБРОВКИ РЕЛЬСОВ
положенные в глубине, расплющиваются и свариваются, изме няя направление из перпендикулярного на параллельное наруж ной поверхности Подошвы.'
Для оценки влияния деформации металла'в тавровых калиб рах на состояние поверхности подошвы рельсов, интересное ис следование было проведено инж. Винокуровым И. Я. В производ ственных условиях на блюмах, предназначенных для прокатки
1Рис. 109. Схема раскатки наружных |
пузырей а |
и изменения ориентации внутренних |
пузырей б |
(по П. А. Александрову и И. С. Тришевакому)
рельсов, резцом были сделаны канавки различной глубины 4, 7, 10 и 15 мм (рис. ПО), которые при обжатии в ящичном калибре складывались в трещины и при дальнейшей прокатке вели себя как трещины слиткового происхождения. Такие блюмы были по следовательно прокатаны вначале в. тавровых калибрах, а за тем в рельсовых до получения готового профиля.
Изменение глубины искусственных трещин при прокатке в тавровых калибрах показано на рис. ПО. При этом глубина трещин под гребнем почти в два раза уменьшилась по сравне нию с коэффициентом высотного обжатия по оси гребня. Для
4 2
рельсов Р-50 уменьшение глубины трещины составило — = 3,2,
„ |
1.3 |
О г л |
|
а высотная деформация заготовки — .=.1,83; для рельсов Р-43
ДЕ ФОР МА ЦИЯ МЕТАЛЛА В |
ПОДГ ОТ ОВ ИТЕ ЛЬНЫХ ТАВРОВЫХ К АЛ ИБ РАХ 189 |
||
3 |
1 |
= 1,77 и |
185 |
имеем сответственно —— |
---- = 1,4. |
||
1,75 |
|
132 |
Таким образом, на уменьшение глубины трещин при про катке в тавровом калибре оказывает влияние не только высот-
Рис. 110. Прокатка рельсов Р-43 |
и Р-50 из блюма |
с искусственными трещинами |
по Винокурову |
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,