Контакты

Content on this page requires a newer version of Adobe Flash Player.

Get Adobe Flash player


210001, РБ, г. Витебск
ул. 11-я Свердлова, 15
Тел./факс: (+375212) 35-98-52
Тел. моб.: (+37529) 717-84-43
E-mail: MGB защитил этот e-mail от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

216790, РФ, Смоленская область, г. Рудня,
ул. Киреева, д. 33
Тел./факс: 8-48141-5-19-85
Тел. моб.: 8-910-786-73-93
Тел. моб.: (+37529) 717-84-43
E-mail: MGB защитил этот e-mail от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Болты для крепления ножей производства

Исаев Г.А., Кудрин В.А.. МГВМИ, Степанов А.Ю., Главный инженер ОАО «Втормет», Седов С.А., Генеральный директор НПО «Старкранд», Дронов С.Ю., генеральный директор ООО «Регионмет».

Факторы, влияющие на стойкость ножей для резки металла.

Обслуживание и ремонт оборудования работающего в тяжелых и сложных условиях нагружения часто связаны с проблемой надежного крепления нагружаемых элементов. Рассмотрим некоторые аспекты этой проблемы на примере работы пресс - ножниц для резки тяжелого металлолома.
В течение многих лет авторы занимаются проблемами совершенствования режущего инструмента - ножей различной конфигурации, применяемых на оборудовании для резки металла и металлолома.
Многолетний опыт работы и постоянные контакты с производственными предприятиями, потребляющими ножи для резки металла, позволили сделать вывод о том, что не всегда стойкость ножей зависит только от качества их изготовления. Наблюдались случаи быстрого выхода из строя ножей, качество которых по результатам дополнительных исследований (химического состава, макро- и микроструктуры, количественной оценки неметаллических включений и т.д.) не вызывало каких-либо нареканий.
В этой связи, исследования были направлены на поиск возможных других причин выхода из строя ножей, вызвавших в нескольких случаях серьезные аварии режущего оборудования. Были подвергнуты экспертизе элементы крепления (болты) ножей.
В первую очередь исследовали химический состав применяемых для изготовления болтов сталей, и соответствие их механическим свойствам данных условиям нагружения болтов, произведены необходимые расчеты, были проведены измерения геометрических параметров болтов до и после их использования.
Исследования, проведенные на некоторых металлургических предприятиях и в цехах по переработке металлолома показали, в частности, следующее;
1. Во многих случаях крепежные детали (болты) для фиксации ножей изготавливались без должного контроля химического состава используемых сталей и контроля качества готовых крепежных изделий,
2. Большинство болтов после эксплуатации имели относительное удлинение в пределах от 3 до 5%.
3. Термообработка болтов либо не производилась, либо ее режимы не соответствовали необходимым требованиям.
4. Было выявлено несколько случаев полного разрушения (разрыва) болтов. Приходится констатировать, что зачастую конструктора и производственники не уделяют вопросу механических свойств крепежных болтов ножей должного внимания.
Необходимо иметь ввиду, что при ослаблении крепления ножей, происходит их смещение относительно посадочных мест. Даже при незначительном перекосе, картина нагружения ножей коренным образом меняется: резко возрастают нагрузки на ножи за счет возникновения кроме вертикального усилия, приходящегося на кромку ножа, двух дополнительных усилий: горизонтальной и угловой, вызывающие быстрый износ ножей в результате смятия или выкрашивания кромки. Кроме того, изменяется зазор между подвижным и неподвижным ножами, что, безусловно отрицательно сказывается на их стойкость.
Все это позволяет утверждать следующее: крепежные болты, а также фиксирующие кольца и вкладыши, изготовленные без соблюдения необходимых требований, могут серьезно снизить стойкость самих ножей.

Факторы, влияющие на служебные характеристики болтов.

В общем случае, принципиальные варианты конструкции крепления ножей можно разделить на две основных группы:
• крепление ножа сквозным болтовым резьбовым соединением с фиксацией гайкой и контрагайкой (рис.2а),
• крепление ножа глухим болтовым соединением («в тело»), (рис.2б)
Рис.2а Крепление ножа сквозным болтовым Рис.2б Крепление кожа глухим болтовым соединением резьбовым соединением с фиксацией гайкой и («в тело») контрагайкой

Болты для ножей Русбелпром Болты для ножей Русбелпром

Для резьбовых соединений одной из характерных причин потери несущей способности является ползучесть - характеристика, которая применительно к рассматриваемому случаю показывает изменение длины болта при приложении постоянной нагрузки в зависимости от продолжительности приложенной нагрузки и температуры.
Кривая ползучести для общего случая нагружения приведена на рис.3.

Характерная кривая ползучести

Pиc.3 Характерная кривая ползучести
После мгновенного удлинения (отрезок ОА), которое соответствует упругой деформации образца в момент приложения нагрузки наблюдается начальный период ползучести с уменьшающейся скоростью (отрезок АВ). Затем в течение достаточно длительного периода скорость ползучести остается постоянной (отрезок ВС). Последний период характеризуется все возрастающей скоростью ползучести вплоть до разрушения (разрыва) образца (отрезок С R)

С увеличением нагрузки при постоянной температуре или с увеличением температуры
при постоянной нагрузке, наблюдается постепенное сокращение второго периода ползучести, который в предельном случае исчезает, и остается только два периода: период замедленной и период ускоренной ползучести.
Характерная особенность деформации металлов в холодном или горячем состоянии состоит в относительном смещении атомно-кристаллических плоскостей, которое стремится противодействовать дальнейшему скольжению. В результате происходит упрочнение металла или наклеп. Различные стали в большей или меньшей степени склонны к наклепу, и эта склонность снижается при повышении температуры. Существует тесная связь между кривой ползучести и восприимчивостью металла к наклепу.

Методы борьбы с ослаблением болтовых соединений креплений ножей:
1. В случае крепления ножа сквозными болтами достаточно часто применяется стопорение болта контрагайкой с предварительным принудительным вытяжением болта при помощи специального гидравлического приспособления. Например, такие конструкции применяются на пресс-ножницах производства компании VEZZAN1 S.p.A. (Италия).
2. В случае крепления ножа глухим болтовым соединением применяются различные элементы для стопорения болтов (промежуточные ввертыши, сухари и элементы крепления).

Влияние температуры
Влияние температуры и его влияние на ползучесть крепежных деталей-болтов крепления ножей, проявляется по-разному. Так, при переработке металлолома на пресс ножницах с усилием реза 500-20000 кН этот фактор проявляет себя незначительно, поскольку при работе данного оборудования количество циклов резки обычно не превышает 3...5 в минуту и нагрев инструмента (ножей) за счет трения обычно не превышает -80°С. Иная картина наблюдается для установок, где число циклов составляет более 30 в минуту, например для молотков - рабочего инструмента на установках для дробления металлолома или при резке горячего проката, где рабочая температура инструмента, а. следовательно, и элементов крепления может достигать значений от 400°С до 800°С.

Влияние легирующих элементов
При выборе стали для болтов, как показал наш многолетний опыт и как показано в работе [б], необходимо учитывать величину зерна, зависящую от наличия к количества легирующих элементов в используемой стали. Высокую стойкость показывают болты из стали, комплексно легированной титаном, ванадием. хромом, кремнием, марганцем. В таких сталях после проведения соответствующей термообработки формируется оптимальная структура.
На рис. 3 приведены кривые ползучести для различных сталей. Как видно из представленных данных, низколегированная сталь при t = 400°C имеет заметную склонность к наклепу (кривая 1). При t = 500°C та же сталь имеет меньшую склонность к наклепу (кривая 2). а в низкоуглеродистой стали при практически такой же температуре (560°С) наклепа вообше не происходит.
Влияние легируюших элементов рассматривалось в ряде работ. На рис.4, приведены данные о влиянии различных элементов на сопротивление ползучести для ферритных и мартенситных сталей.

Характерная кривая ползучести

Рис.3 Кривые ползучести сталей, обладающих различной восприимчивостью к наклепу:
1 низколегированная сталь при 400°C
2 низколегированная сталь при 500°С
3 низкоуглеродистая сталь при 500°С.

Молибден. Этот элемент наиболее часто применяется для повышения сопротивления ползучести. Его влияние, заметное уже при содержании около 0.1%, усиливается с повышением содержания углерода в стали (рис.4).
Ванадий. Добавка 0,4% ванадия в сталь с содержанием молибдена около 0,5% также заметно улучшает сопротивление ползучести при Т = 540°С. Даже без молибдена нормализованная сталь с содержанием ванадия 0,2% имеет в десять роз меньшую скорость ползучести, чем углеродистая сталь с таким же размером зерна.
Титан. Титан оказывает очень сильное влияние на сопротивление ползучести Оптимальное содержание гитана соответствует его отношению к углероду, равному 9 По-видимому, сопротивление ползучести сталей с титаном обусловлено не только образованием карбида гитана, в котором отношение гитана к углероду равно 4. Стали этого типа ее необходимо термически обрабатывать при очень высокой температур (около 1150-1200°С) для получения максимального сопротивления ползучести, что связано с трудностью растворения карбида титана.
Хром. Хром оказывает сопротивление ползучести, когда его содержание не превышает - 2 %; при большем количестве он снижает сопротивление ползучести. Хром обычно вводят в стали, легированные молибденом, так как они подвергаются эксплуатации при сравнительно низкой температуре (до 400°С) и должны быть закалены на всю глубину сечения для получения высоких свойств в холодном и горячем состоянии, а добавка хрома при этом улучшает прокаливаемоcть больших сечений.
В зависимости от температуры на сопротивление ползучести в большей степени влияют


Рис.4. Содержание элементов, соответствующее максимальному сопротивлению ползучести.

Механическая и термическая обработки
Механическая обработка крепежных болтов обычно не вызывает сложностей, кроме случая, когда болты имеют головку с отверстием - внутренним шестигранником. В этом случае, особенно для болтов, устанавливаемых на машины с большими усилиями реза, необходимо делать расчет соотношения диаметра отверстия под прошивку и размера самого шестигранника. Такой расчет производят для того, чтобы металл, который «потечет» при прошивке, не менял высоту шестигранника под ключ. Для этих же целей при сверлении необходимо использовать специальное сверло с углом заточки ~120°. Для болтов, работающих в особо тяжелых условиях: необходимо уменьшить глубину шестигранного отверстия (1-1,5 мм), либо при более глубоком расположении отверстия на границе «головка - тело болта», создается тонкое сечение, что может привести к разрушению болта (отрыву головки). С технологической точки зрения операция прошивки шестигранника требует дополнительной оснастки: кондуктора и, в случае горячей прошивки» оправки для предотвращения смятия головки. При больших по диаметру головках и глубоких шестигранных отверстиях прошивку ведут в два прохода - в начале малым шестигранником, а затем шестигранником номинального размера на прессе с усилием не менее 40 тонн. Режим термообработки подбирается в зависимости, от состава стали, при этом, твердость после обязательного отпуска должна быть в пределах 43-48 HRC.

Выводы
На основе исследований представленных в данной статье в качестве материалов для крепежных элементов ножей (болтов) были выбраны, две сложнолегированные стали, удовлетворяющие эксплуатационным требованиям, подобраны соответствующие режимы термической обработки. Промышленное испытание показало возможность многократного использования крепежных элементов ножей (болтов) при замене ножей. По результатам исследований налажено производство высококачественных болтов для крепления ножей для оборудования по переработке металлолома (пресс-ножниц), применяемого ОАО «Северсталь» и ООО «Регионмет». Использование высококачественных болтов позволило снизить расход самих ножей, обеспечить безаварийность работы оборудования и стабильность технологического процесса переработки металлолома. В частности, в цехе подготовки металлолома ОАО «Северсталь» стойкость ножей в результате замены материала крепежных болтов повысилась. Если до применения болтов по разработанной технологии стойкость ножей составляла 3100 тонн на одну кромку, то после установки новых крепежных элементов стойкость ножей уже составила 3700 тонн на кромку. Примерно такой же эффект (увеличение стойкости на уровне 15-20%) был получен и на предприятии ООО «Регионмет» г. Раменское.

Список литературы:
1. Кудрин В.А.. Исаев Г.А.. Шишимиров В.А., Степанов А.Ю.. и Др. «Опыт производства ДСП металла для ножей, используемых в ломоперерабатываюшем оборудовании.»-Электрометаллургия 2000г. №4 с 17-20
2. Кудрин В.А., Исаев Г.А., Шишимиров В.А. «Опыт использования комплексной технологии производства электростали для изделий используемых в тяжелых условиях.» Сборник «Теория технологии металлургического производства.» Магнитогорск, МГТУ, 2001г. с. 46-49.
3. Кудрин В.А., Исаев Г.А., Степанов А.Ю. «Ножи для резки дома.»- Рынок вторичных металлов 2004г.. №4. с.38-39
4. Патент РФ-2432И. АС 1779491
5. Патент РФ-2164545
6. Патент РФ-2213799
7. С Crussard, Rev. Met., 1946, V.XLIII, p. 307-317, et.1951.V. XLIII, p. 121 — 130.

 

Content on this page requires a newer version of Adobe Flash Player.

Get Adobe Flash player