Аннотация: Рассмотрена модернизация электроприводов тихоходных технологических установок черной металлургии: вращающихся печей, конвертеров, обжиговых и агломерационных машин. Целью исследования является повышение КПД и надежности электроприводов установок путем частичной передачи функции редуцирования частоты вращения специальному электродвигателю, а также в ходе реализации модульного принципа построения электродвигателя. Прикладная задача исследования состоит в разработке энергоэффективного модульного электродвигателя для электропривода обжиговой машины ОК 306. Выполнены модельное проектирование и сравнение показателей альтернативных вариантов исполнения электродвигателя. Модульный электродвигатель состоит из нескольких тяговых линейных модулей, работающих на общий вторичный элемент. Приведено описание конструкции электродвигателя и конструктивных данных тягового линейного модуля. По результатам проектирования получены и приведены данные четырех вариантов исполнения тягового линейного модуля для безредукторного и редукторного электропривода с различными величинами вращающего момента и частоты вращения. Основной вариант исполнения обеспечивает КПД электропривода до 49 %, что в 1,7 раза превышает КПД существующего электропривода. Выполнены анализ и обсуждение технических данных основного исполнения электродвигателя. Установлено, что спроектированный электродвигатель имеет высокие технические и энергетические показатели, позволяющие ему конкурировать с серийным электродвигателем базового электропривода. Конкурентное преимущество разработанного электродвигателя заключается также в его надежности, заложенной модульным принципом построения в сочетании с высокой перегрузочной способностью. Сравнительная оценка показала, что внедрение разработанного электродвигателя в электропривод обжиговой машины дает значительный экономический эффект, оцениваемый в 3,22 млн руб.

Аннотация: При реализации технологии обработки давлением удлиненных поковок на кривошипных горячештамповочных прессах (КГШП) имеется ряд ограничений использования заготовительных ручьев. Допускают операции осадки, набор металла высадкой в конические полости инструмента, выдавливание (прямое, обратное, комбинированное) с ограничением длины заготовки. Однако при приложении деформирующей силы перпендикулярно продольной оси заготовки заготовительно-предварительные ручьи (подкатные, протяжные, формовочные) в штампах КГШП не проектируют, а переносят их реализацию на другой тип оборудования, встраиваемого в технологическую линию. Таким вспомогательным оборудованием являются ковочные вальцы. Для экономии штамповой стали инструмент для них изготавливают в виде секторов. Несколько пар секторов-штампов, по числу необходимых переходов вальцовки, размещают на рабочих валах ковочных вальцов. Важным обстоятельством является не только возможность размещения, но и надежного крепления и фиксации секторов на валах...

Аннотация: Рассмотрен расчетно-аналитический метод определения погрешности высоты поковок при осадке на гидравлическом прессе с применением упора и без него. Для расчета ожидаемой погрешности применяли теорию параметрической чувствительности, которая позволяет получить функции чувствительности, показывающие преобразование исходных погрешностей в погрешность высоты поковок. На основании полученных функций чувствительности определено, что при осадке на гидравлическом прессе с применением упора можно обеспечить точность высоты поковки, сопоставимую с точностью осадки, выполняемой на кривошипном прессе. Установлен разный характер влияния жесткости поковки, характеризуемой отношением диаметра к высоте, на точность высоты поковок. При осадке без упора с увеличением жесткости поковки погрешность высоты уменьшается, при осадке с применением упора — увеличивается. Приведен расчетно-аналитический метод определения ожидаемой погрешности высоты поковок при осадке на гидравлическом прессе с применением жесткого упора.

Аннотация: Разработаны экспериментальные составы порошковых проволок для электродуговой наплавки роликов машин непрерывного литья заготовок для АО «Оскольский электрометаллургический комбинат им. А. А. Угарова». Для повышения эксплуатационных свойств наплавленных слоев в шихту распространенной порошковой проволоки для электродуговой наплавки АСМ 4603-SA вводили тугоплавкие компоненты: микро- и нанодисперсные порошки карбида вольфрама (3-12 %) и порошок гексагонального нитрида бора (0,1-0,2 %). Проведены высокотемпературные трибологические исследования (t = 500 °C) наплавленных слоев. Минимальным значением коэффициента трения (0,43) пары «наплавленный слой - материал контртела (Al2O3)» характеризовался наплавленный слой АСМ 5, содержащий 12 % нанодисперсного карбида вольфрама и 0,2 % нитрида бора. Приведенный износ W наплавленных слоев составляет (64,5-105,5) × 10-6 мм3/(Н∙м). Минимальной величиной износа W характеризуется наплавленный слой АСМ 1...

Аннотация: Исследована схема с раздельным обогащением двух технологических сортов, полученных после первой стадии измельчения. Схема испытана в лабораторных условиях на примере титаномагнетитовой руды и железистых кварцитов. Для разделения промпродукта ММС–I на сорта 1 (богатый) и 2 (бедный) использован модифицированный барабанный магнитный сепаратор с увеличенной глубиной ванны. Особенностью сепаратора является пониженная индукция магнитного поля на дне ванны (0,005 Тл) при стандартной индукции магнитного поля на поверхности барабана. При переработке титаномагнетитовой руды по схеме с раздельным обогащением технологических сортов 1 и 2 произошло увеличение содержания железа в суммарном концентрате на 1,99 % (от 63,4 до 65,39 %) по сравнению со стандартной схемой. Содержание железа и диоксида кремния в концентрате, полученном из сорта 1, составило 66,6 % и 1,21 % соответственно. При переработке железистых кварцитов по разработанной схеме содержание железа в суммарном концентрате увеличилось на 1,57 % (от 65,9 до 67,47 %) по сравнению со стандартной схемой. Содержание железа в концентрате, полученном из сорта 1, составило 69,98 %. Использование схемы с раздельным обогащением технологических сортов привело к росту содержания железа в суммарных хвостах на 0,54 % (от 6,38 до 6,92 %) для титаномагнетитовой руды и на 0,56 % для железистых кварцитов (от 26,64 до 27,2 %).

Аннотация: Выполнено конечно-элементное компьютерное моделирование процессов двухвалковой винтовой прокатки заготовок из коррозионно-стойкой стали при углах подачи валков 6, 12, 18 и 24 град. на стане с направляющими линейками. По полученным результатам проведена оценка особенностей формоизменения и сдвиговых деформаций. Для этой цели использовали функцию трассировки точек вычислительной среды конечно-элементного анализа QForm. Для каждого случая прокатки в заготовке делали 3 группы по 8 точек, каждая группа формировала собой контур куба с ребром длиной 1 мм, каждая точка при этом являлась вершиной куба. Один куб располагался в центре заготовки, второй — на расстоянии 0,5 радиуса от центра заготовки, третий — у поверхности. По окончании моделирования кубы превращались в многогранники. Приняли, что если из куба формировался прямоугольный или близкий к прямоугольному параллелепипед, то сдвиг считать чистым, а если явно отличный от прямоугольного, то сдвиг считать простым. Установили, что чистый сдвиг наиболее четко выражен при всех углах подачи валков в центре заготовки. При удалении от центра заготовки усиливается выраженность простого сдвига. Полученные результаты показали, что при углах подачи валков 6 и 12 град. деформированное состояние менее равномерное по сравнению с прокаткой при углах подачи 18 и 24 град. Разработанный подход и полученные при его использовании результаты позволили подтвердить и дополнить концепцию радиально-сдвиговой прокатки, т. е. прокатки с повышенными углами подачи (18 град. и более). Ключевые слова: винтовая прокатка, угол подачи, двухвалковая схема, сдвиговые деформации, макропластическая деформация, большие пластические деформации, конечно-элементное компьютерное моделирование, единичные кубы, многогранники.

Аннотация: Рассмотрены проблемы ручной дуговой сварки аустенитных высокоазотистых коррозионно-стойких сталей с содержанием азота до 1 % (мас.). Исследования технологической свариваемости разработанных в России азотосодержащих сталей 04Х20Н6Г11М2АФБ и 05Х16Г11АСНД показали возможность получения высококачественных бездефектных коррозионно-стойких сталей с весьма низким уровнем магнитной проницаемости сварных соединений при ручной дуговой сварке покрытыми отечественными электродами О3Л-9А и электродами зарубежного производства ESAB ОК 69.25. Предложен новый электрод ЭА-868 ОП для ручной дуговой сварки, обеспечивающий требуемый уровень качества и свойств сварных соединений. Металл различных зон сварных соединений не имеет ферромагнитных свойств. Магнитная проницаемость не превышает 1,002 Гн/м. При испытаниях образцов в 3,5%-ном растворе NaCl в течение 1000 ч установлено, что коррозионные свойства сварных соединений соответствуют показателям, характерным для коррозионно-стойких сталей при эксплуатации в морской воде. Приведены режимы сварки и рекомендации по ограничению погонной энергии, при выполнении которых все сварные соединения не имеют пор. Установлено, что при сварке в металле швов содержание азота снижается до 0,35–0,42 % (мас.), что приводит к снижению их прочностных свойств на 30–39 %, поэтому равная прочность сварных соединений может быть достигнута путем соответствующего увеличения сечения швов. Полученные результаты предоставляют технологам возможность выбора марки электродов среди изученных сварочных материалов в зависимости от требований к конструкции (03Л-9А, ESAB ОК 69.25 и ЭА-868 ОП) для ручной дуговой сварки азотосодержащих сталей без ограничений по толщине основного металла и могут быть использованы для разработки промышленных технологий сварки коррозионно-стойких деталей и конструкций ответственного назначения, к которым предъявляют требования по низкой намагничиваемости.

Аннотация: Одним из основных физико-механических свойств, определяющих качество формовочных и стержневых смесей, является предел прочности в отвержденном состоянии при растяжении. Многолетний опыт его применения в производстве и научных исследованиях должен соответствовать достоверности полученных показателей и их невысокому разбросу при получении по ГОСТ 23409.7-78 в РФ и по DIN, ASF за ее пределами. Однако практика применения существующих стандартов позволяет констатировать наличие серьезных недостатков этой методики, проявляющихся прежде всего в большом разбросе значений измеряемых величин прочности образцов, приготовленных и испытанных в одинаковых условиях. Показано, что при определении предела прочности отвержденных формовочных и стержневых смесей на растяжение 30–40 % испытаний надо повторить, так как не выполняется требование по 10%-ному разбросу показателей от среднего значения трех испытаний. Если это требование выполняется, то средние значения полученных показателей отличаются на 50–60 %. Метод определения величины прочности по среднему из трех показателей не имеет физического обоснования процесса разрушения. В процессе испытания этих образцов можно услышать потрескивания, которые свидетельствует о том, что при приложении нагрузки к образцу практически сразу начался процесс разрушения, но сам образец разрушается не сразу, а после разрушения некоторой части связей между песчинками огнеупорного наполнителя с невысокой прочностью. Предложены методы определения статистической и истинной прочности формовочных и стержневых смесей с учетом физических процессов, проходящих в испытуемых образцах при приложении к ним разрушающей нагрузки. Точность определения прочностных показателей смесей в отвержденном состоянии по статистической прочности значительно выше, чем по существующей методике. Показано, что среднеквадратичное отклонение, определенное по существующей методике, в 2–3 раза выше, чем по статистической и истинной прочности, что свидетельствует о меньшем разбросе прочностных показателей.

Аннотация: Рассмотрено изготовление тонкостенных корпусов небольших устройств мелкосерийного или единичного производства с использованием воздушной гибки, при которой присутствует воздушный зазор между листом и стенками V-образной матрицы. В процессе работы различных механизмов нагрузка часто передается от одной детали к другой через общую контактную поверхность (болтовые, заклепочные, шпоночные и шлицевые соединения, детали муфт и др.). В подобных случаях необходима оценка прочности деталей на смятие. Для исключения повреждения поверхности деформируемого листа необходимо, чтобы максимальные контактные напряжения σкон от воздействия пуансона не превышали допускаемого напряжения смятия [σсм], значения которых можно определить по справочным данным или, как в данном исследовании, по формуле, в которой допускаемые напряжения смятия для пластичных материалов в условиях статического нагружения вычисляют через предел текучести и временное сопротивление деформируемого материала. Значение максимальных контактных напряжений σкон определены по методике Герца — Беляева, для чего пуансон представлен в виде цилиндра, радиус которого равен радиусу наконечника пуансона Rп. Приведены формулы для определения максимальных контактных напряжений σкон в случае упругого контакта цилиндра с плоскостью, который характерен для начальной стадии воздушной гибки, и усилия деформирования (пуансона) при свободной гибке. Получено выражение для определения радиуса наконечника пуансона, не приводящего к смятию контактной поверхности заготовки, которое использовано при определении параметров ступенчатой гибки тонколистового металла.

Аннотация: Стремление к повышению скорости прокатки и производительности прокатных станов, а также улучшению качества продукции и снижению ее себестоимости требует решения проблемы устойчивости движения листового проката между клетями непрерывной группы. На первых проходах стремятся к повышенным частным обжатиям, но увеличение коэффициентов вытяжки и углов захвата повышает риск искривления переднего конца полосы, затрудняет захват полосы валками следующей клети. Риски аварийного торможения и останова полосы между клетями непрерывной группы ограничивают частные обжатия, скорость прокатки, производительность стана или литейно-прокатного комплекса (ЛПК). На примере условий работы стана 1950, первого в России ЛПК компании ОМК (г. Выкса), смоделированы первые операции прокатки углеродистой стали в зоне сдвоенных черновых клетей. Исследование выполнено на основе конечно-элементного трехмерного моделирования в программном комплексе QForm. В качестве выходной характеристики принята величина кривизны полосы 1/R (R — радиус кривизны полосы) после обжатия сляба эджерными валками и выхода из горизонтальных валков первой клети. Принят во внимание процесс износа валков. Из возможных причин искривления при горячей прокатке особое внимание уделено факторам: различие «факторов трения» (термин QForm) валков одной пары; различие диаметров валков; разность скоростей вращения горизонтальных валков (на стане 1950 данной функции нет, привод валков общий). Показаны примеры технических средств для мониторинга кривизны полосы при прокатке в условиях производства, возможности и практическая значимость которых возрастают в условиях цифровизации производства. Безопасное повышение частных обжатий и скорости прокатки в непрерывных группах прокатных станов уменьшит температурный клин, даст возможность получить более тонкий горячекатаный лист и повысить качество проката. Использование моделей кривизны по базе накопленных данных позволит прогнозировать момент аварийного стопорения полосы, выбрать оптимальный момент для смены валков, выявить способы управления процессом и повысить стабильность производства.

Аннотация: Исследованы процессы лазерного упрочнения, а именно: лазерной закалки и лазерного ударного упрочнения коррозионно-стойких сталей аустенитного класса с применением лазеров последнего поколения. Развитие лазерной промышленности и появление мощных лазеров, генерирующих ультракороткие импульсы излучения, позволяет создавать на поверхности тонкий слой с мелкодисперсной кристаллической или в некоторых случаях с аморфной структурой. Технология подразумевает использование лазерного излучения наносекундной длительности со сверхвысокой плотностью мощности. Показано, что значительное упрочнение поверхности стали 12Х18Н10Т можно реализовать с использованием технологии лазерного ударного упрочнения, которая включает специальную подготовку поверхности для возбуждения ударной волны вглубь материала, что вызывает увеличение твердости материалов, не упрочняемых термической обработкой. Методика проведения лазерного шокового (ударного) упрочнения в зависимости от материала предполагает нанесение на поверхность детали непрозрачного для лазерного излучения слоя с низкой температурой испарения (черной краски, металлической фольги и др.). На непрозрачный слой наносят прозрачный из воды или гелия на водной основе. Энергия лазерного импульса поглощается непрозрачным слоем, что приводит к его нагреву, испарению и формированию высокотемпературной плазмы, ограниченной с одной стороной поверхностью материала, а с другой — прозрачным слоем, сдерживающим распространение температуры плазмы. Проведены сравнительные исследования лазерной закалки и лазерного ударного упрочнения коррозионно-стойкой аустенитной хромистой стали. Лазерная закалка не обеспечивает твердость поверхности более 300 HV. Увеличение микротвердости связано с деформационными процессами в зоне плавления, что согласуется с литературными данными. Анализ полученных результатов показывает значительное упрочнение поверхности стали 12Х18Н10Т за счет возбужденной лазером ударной волны. Ударная волна, образующаяся в лазерной плазме, создает условия для интенсивной пластической деформации, в результате которой формируется ультромелкозернистая структура с нанокристаллическими зернами. Максимальная микротвердость поверхности 405 HV0.10 достигается при минимальной толщине гелевого слоя, равной 0,1 мм.

Аннотация: Проведено исследование лазерно-азотной резки образцов быстрорежущей стали газоразрядным СО2-лазером. Получены экспериментальные резы заготовок стали Р6М5 толщиной h от 3,5 до 9,5 мм на различных режимах. Мощность лазерного излучения изменяли от 3,0 до 4,4 кВт, скорость резки — от 0,2 до 3,0 м/мин, давление вспомогательного газа азота — от 0,8 до 1,4 МПа. Изучено влияние параметров лазерной резки на шероховатость поверхности реза быстрорежущей стали. Приведены многофакторные математические модели процессов лазерной резки для разных марок сталей (литературный обзор). Критерием качества исследованных образцов выбран параметр шероховатости Rа (среднее арифметическое отклонение профиля) — статистически наиболее стабильный параметр шероховатости поверхности. В качестве характеристики процесса лазерной резки предложены комплексные параметры: энергетический параметр, содержащий мощность на единицу толщины листа, и скорость резки, и безразмерный параметр, включающий в себя кроме энергетического параметра, давление вспомогательного газа. Для аналитического описания зависимости характеристики шероховатости поверхности реза от технологических параметров лазерной резки использованы числовые модели, построенные на основании статистической обработки экспериментальных данных (корреляционный и регрессионный анализ). Приведены эмпирические формулы, связывающие значения безразмерной шероховатости Ra/h поверхности реза и комплексные параметры. Результаты сравнения экспериментальных и расчетных значений параметра шероховатости подтверждают адекватность предложенных математических моделей. Коэффициент корреляции расчетных и экспериментальных значений Ra/h составляет не менее 0,7 и соответствует высокой степени корреляции.