Технико-экономические показатели работы цеха

Технико-экономические показатели работы цеха за 2016 год представлены в таблице 18.

Таблица 18

Технико-экономические показатели цеха за 2016 год

Наименование	Колесопрокатный стан
	2015 год		2016 год
	месяц	с нач. года	месяц	с нач. года
Годный прокат
План,тн	5 100	83 709	9 899	104 473
Факт,тн	6 910	87 266	11 821	90 606
%	135,5	104,2	119,4	86,7
откл.,+,-	1 810	3 557	1 922	-13 867
Отгрузка тов.продукции
План,тн	5 282	91 152	9 930	104 255
Факт,тн	7 288	90 078	10 413	86 375

Продолжение таблицы 18

138,0

98,8

104,9

82,8

откл.,+,-

2 006

-1 074

483

-17 880

Отгрузка п/ф

План,тн

284

Факт,тн

208

откл.,+,-

Капитальный ремонт

План, сут.

час

0,00

240,00

Факт, сут

0,00

9,96

час

0,00

239,03

Номинальное время

План, сут.

22,00

265,00

29,50

262,50

час

528

6 360

708

6 300

Факт, сут

24,59

290,08

23,73

286,31

час

590,083

6962

569,463

6872

Текущие простои

План, час

116

1 399

156

1 386

22,0

Факт, час

317,33

3352,17

192,47

3412,89

53,8

48,1

33,8

49,7

Фактическое время

План, час

411,840

4 960,800

552,240

4 914,000

Факт, час.

272,750

3 609,831

376,994

3 458,642

Производительность

в фактический час

План, тн/час

12,38

16,87

17,93

21,26

Факт, тн/час

25,34

24,17

31,36

26,20

в номинальные сутки

План, тн

232

316

336

398

Факт, тн

281

301

498

316

Брак

Всего,тн

371,038

4 120,207

58,992

2 113,676

Продолжение таблицы 18

в том числе:
по металлу, тн	176,751	2 239,077	11,131	887,992
по прокату, тн	194,287	1 881,130	47,861	1 225,684
Всего,%	5,08	4,49	0,49	2,22
в том числе:
по металлу,%	2,42	2,44	0,09	0,93
по прокату,%	2,66	2,05	0,39	1,29
НЗП
на начало месяца	2 676		5 063
на конец месяца	2 228		6 392
Отклонение
Всего,тн	1 810	3 557	1 922	-13 867
в том числе:
Производительность	3 533	25 486	5 063	14 900
текущие простои	-2 491	-31 940	-658	-42 404
капитальный ремонт	0	0	0	19
выходные дни	769	9 582	0	15 137
ППР	0	429	-2 483	-1 519
Расход металла на 1 тн проката
план, кг/тн	1 301	1 321	1 219	1 256
факт, кг/тн	1 314	1 315	1 215	1 267
экономия (-), перерасход (+)	94	-495	-52	1 027

Анализ калибровки рабочего инструмента прошивно-выгибного пресса

Калибровка нажимных роликов, коренного валка и направляющих роликов должна обеспечивать получение требуемых размеров и высокое качество колес, а, следовательно, наибольший выход годного. При этом следует различать калибровку для чистокатаных и чернокатаных колес, подвергающих механической обработке.

Рисунок 1 - Нижний штамп выгибного пресса

Калибровка инструмента для формирования поверхности катания должна гарантировать минимальный съем стружки по диаметру колеса с цель сохранения наиболее износостойкого поверхностного слоя. При этом гребень колеса должен конструироваться с учетом возможности путем удаления дефектов по диаметру. Форма и расположение гребня на готовом колесе играют при этом значительную роль. Что касается чистокатаного колеса, то форма и размеры гребня, а так же профиль катания должны максимально приближаться к профилю обточенного колеса.

Размеры штампов выгибного пресса должны полностью соответствовать заданной конфигурации диска и внутренней поверхности обода. Величина прогиба диска выбирается из условия сохранения в готовом колесе требуемого размера между наружной боковой поверхностью обода и наружным торцевом ступицы-«утопания».

Верхний штамп должен свободно входить в полость, образованную ободом и ступицей, исправляя лишний эксцентриситет ступицы относительно внутренней поверхности обода.

ГЛАВА 2. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Расчет калибровки рабочего инструмента для производства цельнокатаного колеса ВА005 диаметром 920 мм

Принципы калибровки инструмента деформации при производстве колес не отличаются от общих принципов калибровки инструмента при производстве других изделий методами штамповки или прокатки. Калибровка инструмента деформации осуществляется в порядке, обратном ходу технологического процесса. На АО «ЕВРАЗ НТМК» существует следующий порядок операций на прессо-проктаной линии:

1. осадка в кольце;

2. штамповка;

3. прокатка на колесопрокатном стане;

4. выгибка диска и прошивка отверстия.

Соответственно, расчет калибровки необходимо начинать с последней операции.

Определение черновых и горячих размеров колеса

Основные размеры цельнокатаного колеса приведены на рисунке 2

Рисунок 2 - Основные размеры цельнокатаного колеса

Для проектирования калибровки необходимо с учетом допусков определить расчетные размеры колеса. Затем с учетом припусков на механическую обработку и изменения взаимного расположения отдельных элементов в результате термической обработки установить размеры колеса до его механической и термической обработки (так называемого чернового колеса) и рассчитать размеры горячего колеса, полученного с последнего агрегата прессо-прокатной линии.

Для экономии металла при производстве колес доля допуска, используемая при калибровке и величина припуска на обработку должны быть возможно меньшими. Вместе с тем эти величины должны быть реальными, так как при чрезмерно малых допусках и припусках потери от брака могут оказаться гораздо большими, чем экономия металла за счет снижения допусков и припусков. Рекомендуемые допуски и припуски приведены ниже (для черновых размеров колеса), мм:

наружный диаметр обода……………... внутренний диаметр обода: с наружной стороны…………………... с внутренней стороны………………… ширина обода………………………….. ширина гребня………………………… высота гребня………………………….. толщина диска: у обода………………………………….. у ступицы………………………………. в перегибе……………………………… диаметр ступицы: с наружной стороны…………………... с внутренней стороны………………… длина ступицы………………………… диаметр отверстия в ступице…………. выступ ступицы………………………...

D + (10÷20) d - (10÷15) d₄– (10÷15) В + (8÷12) b_гр. + 10 h_гр. ± 0 с +(16÷18) а +(16÷18) s+(16÷18) d₁ + (11÷13) d₃+ (11÷13) L + (12÷18) d₂ – (7÷15) l – (3÷5)

Также необходимо учесть изменения размеров колеса в зависимости от температуры нагрева. Учитывая практические данные, можно определить, что коэффициент линейного расширения β находится в пределах от 12×10^-6 до 15×10^-6. Размеры колеса в горячем состоянии равны

, (2)

где l_г – горячие размеры колеса, мм;

l_х – холодные размеры колеса, мм;

t и t₀ – температура горячего и остывшего колеса соответственно, ºС.

Если принять, что разница между температурами горячего и остывшего колеса примерно равна 1000ºС, а также учитывая значения коэффициента температурного расширения, то формулу можно представить в следующем упрощенном виде:

(3)

Размеры колес, принятые для последующих расчетов калибровки, представлены в таблице 19.

Таблица 19

Основные размеры цельнокатаного колеса

Наименование размеров	Размеры колеса по стандарту, мм	Расчетные размеры готового колеса, мм	Размеры чернового колеса, мм	Размеры горячего колеса, мм
Наружный диаметр обода, D	920⁺⁴	920	930	942
Внутренний диаметр обода: с наружной стороны, d с внутренней стороны, d₄	810_-4 810_-4	810 810	800 800	810 810

Продолжение таблицы 19

Ширина: обода, В гребня, b_гр.	135±1 32,5		135 32,5	145 42,5	147 43
Высота гребня, h_гр.		28	28	28	28,4
Толщина диска: у обода, с у ступицы, а в перегибе, s		20⁺² 20⁺² 20⁺²	20 20 20	37 37 37	37,5 37,5 37,5
Диаметр ступицы: с наружной стороны, d₁ с внутренней стороны, d₃		230⁺⁴ 230⁺⁴	230 230	242 242	245,1 245,1
Длина ступицы, L		190⁺²	190	205	207,7
Диаметр отверстия в ступице, d₂		180_-2	180	170	172,2
Выступ ступицы, l		55⁺²	55	50	50,7

Для дальнейших расчетов необходимо использовать только размеры горячего колеса. Калибровку инструмента горячей деформации рассчитываем в порядке, обратном ходу технологического процесса, поэтому прежде всего рассмотрим калибровку инструмента деформации выгибного пресса.

Калибровка выгибных штампов

Основные размеры верхнего и нижнего выгибных штампов представлены на рисунке 3

Рисунок 3 - Основные размеры выгибных штампов

Все размеры, относящиеся к верхнему штампу имеют индекс «в», а к нижнему – «н».

Диаметр верхнего штампа, определяющий внутренний диаметр обода с наружной стороны, принимаем равным соответствующему горячему размеру колеса.

(4)

Диаметр нижнего штампа устанавливается аналогично.

(5)

Однако, в соответствии со стандартом, на внешнем участке штампа может выполняться фаска или закругление определенных размеров.

Высоту штампов Н определяем с учетом припуска на торцовку обода.

(6)

(7)

Для определения высоты периферийной части штампов К необходимо учитывать, что при выгибке диска штампы соприкасаются с колесом не по всей поверхности. Верхний штамп находится в контакте с колесом на участке перехода диска в ступицу, а нижний – на участке перехода диска в обод. Между верхним штампом и колесом на участке перехода диска в обод, а также между нижним штампом и колесом на участке перехода диска в ступицу имеется зазор.

Тогда высота периферийной части штампов К будет равна

(8)

, (9)

где δ – зазор, принимаемый равным 6 мм.

Уклон периферийной части штампов α₀, а также уклон полости штампов α_с определяем по чертежу колеса.

Так как одна из частей ступицы выступает относительно диска больше другой, то в этом случае глубину горловины нижних штампов h_н принимаем конструктивно в соответствии с чертежом колеса. Тогда глубину горловины верхнего штампа определяем по формуле:

(10)

Где

Наружный диаметр полотна штампов С определим из простого геометрического соотношения:

(11)

Наружный диаметр нижнего штампа определяется с учетом припуска на торцовку обода, выполненного на штампе в виде фаски или закругления:

(12)

Радиусы перехода от диска к ступице R₁ и от обода к диску R₂ принимаем в соответствии с чертежом колеса. Радиусы сопряжения этих мест с диском R₃ определены также с учетом зазоров, учитывающих колебания в толщине диска.

Для колес с криволинейным диском определяются радиусы изгибов штампов, формирующих диск, а также диаметры штампов, являющиеся центрами окружностей для построения изгибов.

Рисунок 4 - Выгибной штамп для формирования криволинейного диска колеса

Рисунок 5 - Диск с глубоким центральным изгибом

Радиусы изгибов диска в трех сопряженных окружностях одинаковы (R_д) и определяются по чертежу колеса с учетом коэффициента температурного расширения равного 1,013.

(13)

(14)

(15)

(16)

где s – толщина диска колеса в горячем состоянии, мм.

Диаметры штампов D_R₁, D_R₂, D_R₃, являющиеся центрами окружностей для построения изгибов, определяются по чертежу колеса с учетом коэффициента температурного расширения. Дальнейшие расчеты ведутся независимо от вида диска колеса.

Диаметр полости верхнего штампа под ступицу определяем с учетом раздачи полости штампов в процессе работы:

(17)

При совмещении операций выгибки и прошивки на одном прессе необходимо учитывать существенную раздачу нижних штампов в результате прошивки:

(18)

Большой диаметр полости верхнего и нижнего штампов определяем по следующим формулам:

(19)

(20)

Остальные размеры выгибных штампов принимаются с учетом конструкции и размеров пресса. Результаты сводим в таблицу 20.

Таблица 20

Результаты расчета калибровки выгибных штампов

Диаметр штампов, мм	верхнего D_в	810
Диаметр штампов, мм	нижнего D_н	810
Диаметр полотна штампов, мм	верхнего С_в	784,4
Диаметр полотна штампов, мм	нижнего С_н	783,9
Диаметр полости штампов под ступицу, мм	верхнего, А_в	243,1
Диаметр полости штампов под ступицу, мм	нижнего, А_н	240,1
Большой диаметр полости штампов, мм	верхнего, В_в	271,9
Большой диаметр полости штампов, мм	нижнего, В_н	302,5

Продолжение таблицы 20

Высота периферийной части штампов, мм	верхнего, К_в	47,75
Высота периферийной части штампов, мм	нижнего, К_н	55,75
Глубина горловины штампов, мм	верхнего, h_в	53,7
Глубина горловины штампов, мм	нижнего, h_н	116,5
Радиусы закругления штампов, мм	от диска к ступице, R₁	43
Радиусы закругления штампов, мм	от обода к диску, R₂	26
Уклон периферийной части штампов	верхнего, α₀_в	15
Уклон периферийной части штампов	нижнего, α₀_н	15
Уклон полости штампов	верхнего, α_св	15
Уклон полости штампов	нижнего, α_сн	15
Радиусы изгибов диска	верхнего, R_дв1 и R_дв3	47,3
	верхнего, R_дв2	84,8
	нижнего, R_дн1 и R_дн3	84,8
	нижнего, R_дн2	47,3
Диаметры штампов выгибного пресса	первый, D_R₁	344,4
	второй, D_R₂	547
	третий, D_R₃	749,6

Калибровка валков колесопрокатного стана

При калибровке деформирующего инструмента для прокатки колеса следует не только учитывать индивидуальное назначение валка или группы валков, но и их работу по формоизменению заготовки во взаимосвязи друг с другом.

Калибровка наклонных (эджерных) валков вертикального колесопрокатного стана

На колесопрокатных станах с вертикальным расположением заготовки во время прокатки калибровка наклонных валков немного отличается от калибровки наклонных валков горизонтальных станов.

Рабочую часть эджерных валков вертикальных станов можно разделить на две части: средний и концевой конусы (Рисунок 6). Их функция аналогична функции соответствующих конусов наклонных валков горизонтального колесопрокатного стана. Обжатие обода по высоте, то есть главную задачу начального конуса, выполняют боковые валки (ролики).

Рисунок 6 - Основные размеры наклонного валка вертикального колесопрокатного стана

Диаметром D_н.в. наклонного валка будем считать минимальный диаметр среднего конуса. Данный размер также принимается, исходя из конструктивных соображений. Однако, по сравнению с диаметром D_н.в. наклонных валков горизонтальных станов, минимальное значение данного размера не может быть менее 250 мм. В соответствии с требованиями стандарта переход цилиндрической части валка в средний конус сопрягается дугой окружности радиусом r =10 мм.

В соответствии с эскизом валка конструктивно принимаем углы наклона в следующих пределах:

- угол наклона образующей среднего конуса к оси валка α_с.к. рекомендуется принимать, опираясь на опытные данные, в пределах (45÷49)º;

- угол наклона образующей концевого конуса к оси валка α_к.к. рекомендуется принимать, опираясь на опытные данные, в пределах (28÷32)º.

Образующая среднего конуса составляет с образующей начального конуса угол φ₁, град.:

(21)

Длина образующей среднего конуса определяется, исходя из размеров обода горячего колеса до поступления его на выгибной пресс. На выгибном прессе, как правило, осуществляется незначительное обжатие обода по высоте. Тогда, высота обода вне диска после прокатки на колесопрокатном стане будет составлять, мм:

, (22)

где В и с – соответствующие размеры горячего колеса (таблица), мм;

Δh_выг. – обжатие обода по высоте на выгибном прессе, мм.

Рекомендуется принимать Δh_выг. = (3÷5) мм.

Определим длину образующей среднего конуса l_с, мм:

(23)

Тогда горизонтальная проекция длины среднего конуса l_с.г. будет составлять, мм:

(24)

Определим расчетный диаметр окружности А, являющейся линией пересечения среднего и концевого конусов, мм:

(25)

Радиус сопряжения среднего и концевого конусов R устанавливаем в соответствии с радиусом перехода диска в обод в соответствии с чертежом.

Определим расстояние от образующей начального конуса до точки приложения радиуса сопряжения среднего и концевого конусов К, мм:

(26)

Длину образующей концевого конуса принимаем конструктивно. При этом следует иметь в виду, что наклонный валок должен размещаться между ободом и ступицей, не повреждая ступицу при загрузке колеса в стан и во время прокатки. Опираясь на практические данные, принимаем суммарную длину горизонтальной проекции образующих среднего и концевого конусов l_об.г.=145 мм. [10] Тогда горизонтальную проекцию образующих концевого конуса l_к.г. определим из формулы, мм:

(27)

Концевой конус состоит из нескольких участков: тороидального, конического полирующего, конического дискообразующего концевого конического. Тороидальный участок ограничен радиусом R.

Конический полирующий участок имеет угол наклона α₁, соответствующий углу наклона концевого конуса (α₁=α_к.к.=30). Длина конического полирующего участка l_к1 определяется как, мм:

(28)

Конический дискообразующий участок имеет угол наклона α₂, град.:

(29)

Длина конического дискообразующего участка l_к2 определяется как, мм:

(30)

Концевой конический участок имеет угол наклона α₃, град.:

(31)

Использование наклонных валков с такой калибровкой концевого конуса позволяет улучшить качество поверхности раскатываемой части диска. Определим минимальный диаметр концевого конуса В из следующих геометрических соображений, мм:

, (32)

где р определяется из следующей формулы, мм:

(33)

Результаты расчета сводим в таблицу 21.

Таблица 21

Результаты расчетов наклонных валков

диаметр наклонного валка	D_н.в.	300
минимальный диаметр концевого конуса	В	292,3
расчетный диаметр окружности, являющейся линией пересечения среднего и концевого конусов	А	417
угол наклона образующей начального конуса к оси валка	α_н.к.	0

Продолжение таблицы 21

угол наклона образующей среднего конуса к оси валка	α_с.к.	48
угол наклона образующей концевого конуса к оси валка	α_к.к.	30
радиус сопряжения среднего и концевого конусов	R	26
расстояние от образующей начального конуса до точки приложения радиуса сопряжения среднего и концевого конусов	К	32,75
горизонтальная проекция полотна начального конуса	l_н.г.	-
горизонтальная проекция длины среднего конуса	l_с.г.	32,86
горизонтальная проекция образующих концевого конуса	l_к.г.	92,14

Калибровка коренного валка колесопрокатного стана

Калибровку коренного валка выполняют таким образом, чтобы обеспечить необходимый профиль поверхности катания и гребня у чернового колеса (Рисунок 7).

Рисунок 7 - Основные размеры коренного валка

Диаметр коренного валка принимаем в соответствии с цеховыми данными 1300÷1400 мм. Диаметр коренного валка по гребневому ручью А определяем с учетом высоты гребня h_гр:

(34)

Высота калибра коренного валка принимается на 15÷20 мм больше ширины обода В. Высота части валка, располагающаяся ниже гребневого ручья принимается конструктивно (как правило, эта величина находится в пределах 30÷50 мм). [10]

Таблица 22

Результаты расчетов коренного валка

диаметр коренного валка	D_к.в.	1400
высота коренного валка	Н	167
диаметр коренного валка по гребневому ручью	А	1343,2

Калибровка формовочных штампов

Основные размеры верхнего и нижнего формовочных штампов представлены на рисунке 8.

Рисунок 8 - Основные размеры формовочных штампов

Наружный диаметр штампов определяем, исходя из требуемой величины раскатки, по следующей формуле:

(35)

(36)

где d и d₄ – внутренние диаметры колеса, мм;

Δd – величина раскатки колеса по диаметру на колесопрокатном стане (среднее значение Δd≈120÷150), мм.

Высоту периферийной части формовочных штампов определяем, как сумму толщины части обода прокатываемого колеса, выступающей над диском, и величины обжатия на стане по высоте:

, (37)

где h_об – высота обода вне диска после прокатки колеса, мм

Δh – высота обжатия обода колеса по высоте наклонными валками (среднее значение Δh≈20÷30), мм.

Уклон периферийной зоны штампов для улучшения условий деформирования принимаются в пределах γ=(19÷20)º, а уклон боковой поверхности ступицы α=10º. Диаметры полотна верхнего и нижнего штампов определяем из соотношений:

(38)

(39)

Размеры центральной полости формовочных штампов определяем в соответствии с аналогичными размерами выгибных штампов.

Высота центральной полости верхнего и нижнего формовочных штампов:

(40)

(41)

Верхний диаметр центральной полости штампа А_в определяем с учетом раздачи полости штампа в начале эксплуатации (≈5-6 мм), а также с учетом фаски размерами (10÷12)×45º:

(42)

Нижний диаметр центральной полости штампа А_н определяем по формуле:

, (43)

где d₁, d₃, l – горячие размеры колеса, мм.

Определяем диаметры центральной полости верхнего и нижнего формовочных штампов по следующим формулам:

(44)

(45)

Радиусы перехода от диска к ступице R₁ и от обода к диску R₂ соответствуют аналогичным радиусам выгибных штампов. Высоту штампов H, а также другие размеры штампов определяем конструктивно.

Таблица 23

Результаты расчета формовочных штампов

наружный диаметр штампов	верхнего D_в	660
наружный диаметр штампов	нижнего D_н	660
высота периферийной части формовочных штампов	верхнего К_в	71,25
высота периферийной части формовочных штампов	нижнего К_н	71,25
диаметры полотна штампов	верхнего D_пв	625
диаметры полотна штампов	нижнего D_пн	619
высота центральной полости штампов	верхнего, h_фв	53,7
высота центральной полости штампов	нижнего, h_фн	116,5

Продолжение таблицы 23

диаметр центральной полости штампов	верхнего, А_в	243
диаметр центральной полости штампов	нижнего, А_н	217
диаметры центральной полости формовочных штампов	верхнего, В_в	262
диаметры центральной полости формовочных штампов	нижнего, В_н	236
высота штампов	верхнего, Н_в	144
высота штампов	нижнего, Н_н	144
радиусы переходов	от диска к ступице, R₁	43
радиусы переходов	от обода к диску, R₂	26
уклон периферийной зоны штампов	Γ	20
уклон боковой поверхности ступицы	Α	10º

Калибровка формовочного кольца

Формовочное кольцо ограничивает течение металла и формирует боковую поверхность обода (Рисунок 9).

Рисунок 9 - Монтажный узел формовочного пресса

Размеры формовочного кольца определяются объемом металла в колесной заготовке, при этом не обязательно отчетливое заполнение металлом наружной кольцевой полости образуемой штампами и формовочным кольцом.

Во избежание образования дефектов в процессе деформирования необходимо достаточно хорошее заполнение верхней части кольцевой полости. Внутренняя поверхность формовочного кольца должна иметь уклон, обеспечивающий выпадение колесной заготовки из кольца.

Рисунок 10 - Основные размеры формовочного кольца

Обычно этот уклон обода заготовки заключен в кольцо трапецеидального сечения. Высота трапеции Н равна ширине обода после формовки. Данная величина определяется с учетом небольшого обжатия на выгибном прессе Δh_выг и обжатия обода наклонными валками на колесопрокатном стане Δh :

, (46)

где В – ширина обода готового колеса, мм.

Внутренний диаметр кольца равен наружному диаметру формовочных штампов,

d_к = D_в(н) (47)

d_к =660мм

Наружный диаметр кольца равен полусумме оснований трапеции а₁.

Полусумма оснований трапеции может быть определена как сумма внутреннего диаметра кольца и толщина обода после формовки:

а₁ = d_к + 2t, (48)

а₁ = 660+ 2*76=812мм

где t – толщина обода после формовки, мм.

(49)

где D и d – наружный и внутренний диаметры готового колеса соответственно, мм.

Δt – обжатие обода по толщине на колесопрокатном стане, мм (среднее значение Δt≈10÷20 мм) .

Наружный диаметр формовочного кольца принимается конструктивно.

Таблица 24

Результаты расчетов формовочного кольца

Высота трапеции	Н	176
внутренний диаметр кольца	d_к	660
полусумма оснований трапеции (наружный диаметр)	а₁	812

Размеры и формы остальных видов инструмента деформации, используемого на операциях, предшествующих штамповке, определяются, в основном из конструктивных соображений, и специальных пояснений не требуют.

Определение размеров исходной и осаженной заготовки

В качестве исходной заготовки для производства колес применяют непрерывнолитые заготовки круглого сечения диаметром 430мм.

Определяем среднюю массу заготовки m_з

(50)