Расчет калибровки квадратной полосы

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу (проект) студента Перевозчикова Данила Викторовича Группа ФМ−129м

Тема: Расчет калибровки квадратной полосы

Задание на курсовую работу включает:

. Исходные данные;

. Перечень необходимых расчетных и графических материалов;

Для выполнения расчетного объема работ выполнить:

. Привязать задание к конкретному прокатному стану;

. Описать (кратко) основные технологические операции;

. В соответствии с исходными данными разработать схему прокатки;

. Рассчитать режимы обжатий и формоизменение металла в соответствии с выбранной схемой;

. В соответствии с расчетом сконструировать калибры для прокатки заданного профиля;

. Рассчитать температурные и скоростные режимы прокатки;

. Определить энергосиловые параметры процесса прокатки;

. Выполнить расчет производительности стана;

. Оформить пояснительную записку;

. Выполнить графическую часть работы:

.1. Монтажный чертеж валка - А3;

.2. Схема прокатки - А3;

.3. Таблицы по результатам расчета - А3;

.4. Схема расположения оборудования - А3;

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

.       Характеристика непрерывного стана ДУО-180

2.      Схема прокатки

.        Расчет режимов обжатий и формоизменения металла

.        Конструирование калибров

.        Расчет температурных и скоростных режимов прокатки

.        Определение энергосиловых параметров процесса прокатки

.        Расчет производительности стана

Заключение

Библиографический список

ВВЕДЕНИЕ

Сортовые профили прокатывают из заготовки за несколько проходов между валками. Число проходов зависит от соотношения размеров и формы заготовки и конечного сечения. В большинстве случаев заготовка для прокатки сортовых профилей имеет квадратное или прямоугольное сечение.

В валках для придания прокатываемому металлу необходимой формы выточены специальные вырезы, называемые ручьями. Ручьи, выточенные в верхнем и нижнем валках двухвалковой клети и расположенные на одной вертикальной оси, образуют калибр, форму которого и принимает прокатываемая полоса в каждом проходе.

В задачу калибровки входит определение формы и размеров калибров. От того, насколько правильно будет выбрана схема калибровки валков, зависят размеры и качество поверхности получаемого готового профиля [1].

Целью работы - научиться рассчитывать калибровку профилей простых форм и энергосиловых параметров процесса прокатки. По результатам расчетов этой курсовой работы проведена прокатка на непрерывном лабораторном стане ДУО-180.

1. ХАРАКТЕРИСТИКА ЛАБОРАТОРНОГО СТАНА ДУО-180

Стан ДУО-180 предназначен для учебной, научной работы и производства малотоннажных партий сортовых профилей [2], полос прокаткой и продольной резкой.

Схема расположения основного оборудования стана показана на рисунке 1.

Стан может работать как в режиме прокатного стана, так и в режиме агрегата продольной резки полос.

Характеристика стана:

–       диаметр рабочих валков мм;

         длина бочки валка мм;

         максимальное усилие металла на валки 323кН (30т);

         нажимные винты приводятся в движение электродвигателем мощностью 1,1 кВт, 1500 об/мин через червячные редукторы, диаметр нажимных винтов 50, шаг нажимных винтов 8;

         привод от двигателя постоянного тока - П81, мощностью кВт, и числом оборотов об/мин;

         редуктор РМ-350 - передаточное число ;

         привод барабанов моталки и разматывателя: мотор-редуктор МЦ2С-125, кВт, об/мин.

Главная линия прокатного стана показана на рисунок 2.

Вращающийся момент от электродвигателя 1 передается через муфту 2 к редуктору 3. От редуктора вращение передается через муфту 4 к шестеренной клети 5 и, далее, через шпиндели 6 к валкам прокатной клети 7.

Регулирование положения верхнего валка вдоль его оси производится с помощью устройства осевой регулировки, а вертикальной плоскости нажимным механизмом и уравновешивающим устройством.

Осевая регулировка валков производится следующим образом. Нижний валок закрепляется в клети от осевых перемещений жестко при помощи планки 7, прижимающей фланец нижней подушки 4 в рабочей клети. Верхний валок при помощи механизма устанавливается в соответствии с положением нижнего валка.

Регулировка параллельности валка производится с помощью уравновешивающего и нажимного устройства, расположенных в верхней части клети. Пружины уравновешивающего устройства подтягиваются четырьмя тягами с гайками до тех пор, пока подушки валков с установленными на них месдозами не упрутся в нажимные винты.

Нажимные винты вращаются с помощью штурвала через зубчатую передачу. Для раздельной работы нажимных винтов имеется рычажное устройство, позволяющее рассоединять зубчатое зацепление привода с любым винтом. Чтобы отключить один из винтов, рычаг соответствующего винта, опускается вниз. Зубчатое колесо, установленное на хвостовике нажимного винта, поднимается вверх и выходит из зацепления с шестерней, закрепленной на хвостовике штурвала.

На зубчатое колесо переднего нажимного винта нанесена шкала, показывающая вертикальное перемещение валка, а на станине клети установлена индикаторная стрелка. Поворот винта одно деление соответствует перемещение валка на 0,1мм.

Для измерения усилия прокатки между подушками верхнего валка и нажимными винтами установлены месдозы.

Вращение валками 5 передается от шестеренной клети через шпиндели. Шпиндели универсального типа снабжены датчиками для измерения крутящего момента на валке.

Шестеренная клеть представляет из себя раздаточную коробку с передаточным числом i = 1 и служит для передачи вращения от одного электродвигателя к двум валкам.

Понижающий редуктор установлен между электродвигателем и шестеренной клетью и предназначен для уменьшения скорости вращения и увеличения крутящего момента.

Рисунок 1 - Схема расположения оборудования

- электродвигатель П81; 2 - муфта; 3 - редуктор; 4 - шестеренная клеть; 5 - шпиндели; 6 - прокатная клеть ДУО-180; 7 - моталка; 8 - пульт управления; 9 - мотор-редуктор МЦ2С.

Рисунок 2 - Главная линия прокатного стана ДУО-180

2. СХЕМА ПРОКАТКИ

При сортовой прокатке калибровка валков включает определение формы и размеров калибров, расчеты режима обжатий по проходам, определение переходных сечений от заготовки до конечного профиля, расположение калибров на валках. Выберем схему прокатку и число проходов, в соответствии с исходными данными. Необходимо получить из квадратной заготовки с размером сечения 15 мм, получить изделие с квадратным поперечным сечением размером 12 мм ГОСТ 2591-2006 на квадратный профиль, данного размера предлагает предельные отклонения: «+0,1» и «-0,5». Вычислим площади поперечного сечения до прокатки и после последнего прохода:

Вычислим суммарную вытяжку:

 (1)

где,  - площадь поперечного сечения полосы после последнего прохода,  - площадь поперечного сечения заготовки.

Для того чтобы прокатать из квадрата 15, квадрат 12 необходимо использовать систему калибров ромб-квадрат или гладкая бочка. Мы выберем систему калибров «гладкая бочка», по рекомендации преподавателя и в связи с тем, что валки с данными калибрами уже имеются в наличии.

Вычислим число приближенно число необходимых проходов.

  (2)

где,  - суммарная вытяжка, - средняя вытяжка системы калибров [1].

Получили примерно 3 прохода, но предпочтительнее конструировать калибровку с четным числом проходов. Таким образом, пусть  

. РАСЧЕТ РЕЖИМОВ ОБЖАТИЙ И ФОРМОИЗМЕНЕНИЕ МЕТАЛЛА

полоса металл калибр прокатка

Рассчитаем режимы обжатий и формоизменение металла. Зададим обжатия, пусть    

Вычислим высоту после первого прохода по формуле:

 (3)

где  - высота полосы перед проходом,  - высота полосы после прохода.

 мм

Для вычисления ширины полосы после прохода необходимо определить уширение, вычислим его по формуле Бахтинова [3]:

 (4)

где  - радиус валка, по дну калибра,  - коэффициент трения, который принимаем равным 0,5.

Вычислим ширину полосы после прохода по формуле:

 (5)

где  - ширина полосы перед проходом.

После первого прохода необходимо осуществить кантовку полосы на 90⁰, то есть  

Вычислим высоту полосы после второго прохода по формуле 3:

Определим уширение по формуле (4):

Вычислим ширину после второго прохода по формуле (5):

Между вторым и третьим проходом кантовку выполнять не будем, тогда:

Вычислим высоту полосы после второго прохода по формуле 3:

Определим уширение по формуле (4):

Вычислим ширину после третьего прохода по формуле (5):

После третьего прохода необходимо осуществить кантовку полосы на 90⁰, то есть  

Необходимо получить высоту полосы после 4-ого прохода

Вычислим обжатие в 4-ом проходе.

Определим уширение по формуле (4):

Вычислим ширину после третьего прохода по формуле (5):

Определим площадь поперечного сечения полос после проходов [1] по формуле:

 (6)

Вычислили вытяжку после каждого прохода по формуле:

  (6)

Все полученные данные занесли в таблицу 1.

Таблица 1 - Формоизменение металла по проходам

. КОНСТРУИРОВАНИЕ КАЛИБРОВ

Поскольку для прокатки выбрана схема из 4-ех проходов на гладкой бочки, дополнительных расчетов при конструирование калибров не требуется. Единственным размером, характеризующим размеры калибров является высота калибра, которая в каждом проходе соответствует высоте полосы после прохода.

. РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНЫХ И СКОРОСТНЫХ РЕЖИМОВ ПРОКАТКИ

Прокатка данного профиля будет осуществлять на лабораторном стане, при комнатной температуре (примерно 20⁰ С), нагрев заготовки не осуществляется. Исходя из исходных данных принимаем частоту вращения валков  Скорость металла на выходе из клети можно найти по формуле [1]:

  (7)

При этом скорость прокатки равна скорости валков по вершине калибра, так как при прокатке на гладкой бочке катающий диаметр равен диаметру валка по вершине калибра.

Также можно определить обороты двигателя по формуле [1]:

 (8)

. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГОСИЛОВЫХ ПАРМЕТРОВ ПРОЦЕССА ПРОКАТКИ

Необходимо определить среднее сопротивление деформации [4], воспользуемся формулой НИИМ.

 (9)

где  - базовое сопротивление деформации, Мпа;  - соответственно коэффициенты учета влияния скорости, степени и температуры на сопротивление деформации. Значения коэффициентов для свинца взяты из =20,139, =0,034, =0,374, ;  - средняя скорость деформации,  - средняя степень деформации.

 (10)

где  - обороты валков,  - радиус валков по вершине калибра,  - степень деформации, для гладкой бочки определяем по формуле:

 (11)

Средняя же степень деформация вычисляется по формуле:

Вычислим степень деформации в каждом проходе и среднею степень деформации:

Вычислим скорость деформации по формуле (10) в каждом проходе:

Вычислим среднее сопротивление деформации для каждого прохода по формуле (9), где   взяты из источника [4].

;

;

;

.

Для определения усилия прокатки необходимо определить среднее удельное давление на валки:

 (13)

где,  - коэффициент Лодэ, для узких полос ;  - коэффииент напряженного состояния, определяем по методике Бровмана М.Я. для чего необходимо определить значение соотношения , где  - длина очага деформации,  - средняя высота очага деформации [4]:

  (14)

  (15)

По методике Бровмана исходя из вычисленных соотношений, коэффициент напряженного состояния, в каждом проходе следует вычислять по формуле:

; (16)

Вычислим его в каждом проходе:

Теперь можно посчитать среднее удельное давление в каждом проходе:

;

; .

Усилие прокатки определяется выражением:

;  (17)

где  - горизонтальная проекция площади контакта полосы с валками.

При прокатке прямоугольной полосы на гладкой бочке

 (18)

Вычислим  во всех проходах:

Вычислим по формуле (17) усилие прокатки в каждом проходе:

; ;

; .

Момент прокатки на валках для двухвалкового калибра определяется формулой:

; (19)

где  - коэффициент плеча приложения равнодействующей силы, принимаем равным 0,5 [4].

Рассчитаем момент прокатки в каждом проходе:

;

;

;

.

Момент трения в подшипниках определяется формулой:

 (20)

где  - диаметр шейки валков, равен 110 мм,  - коэффициент трения в подшипниках, принимаем равным 0,004.

Вычислим момент трения в подшипниках в каждом проходе по формуле (20):

;

;

;

.

Вычислим момент холостого хода по формуле:

 (21)

где  - номинальный крутящий момент электродвигателя вычисляемый по формуле:

 (22)

Крутящий момент на валу электродвигателя определяется выражением:

где  - передаточное число редуктора,  - КПД линии привода, принимаем равным 0,8.

Вычислим момент на двигателе в каждом проходе:

; ;

; .

Фактическая мощность двигателя вычисляется по формуле:

  (24)

Вычислим ее в каждом проходе:

Некоторые энергосиловые параметры процесса запишем в таблицу 2.

Таблица 2 - Энергосиловые параметры

.        РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СТАНА

Возможная часовая производительность прокатного стана определяется соотношением

, (25)

где  - масса заготовки, т;  - ритм прокатки, с; - коэффициент использования стана ();  - коэффициент выхода годного().

Ритм прокатки представляет собой время от начала прокатки предыдущей заготовки до начала прокатки следующей:

, (26)

где  - сумма машинного времени всех проходов;  - сумма времени всех пауз.

Для определения  воспользуемся формулой [2]:

 (27)

где  - исходная длина слитка, м;  суммарный коэффициент вытяжки при прокатке, (); средний коэффициент вытяжки при прокатке, (); скорость прокатки, (м/с).

Суммарная величина пауз равна:

, (28)

где  - число проходов;

 - средняя величина пауз между проходами;

 - время паузы между заготовками [1].

Рассчитаем суммарную величину пауз по формуле 28:

с.

Сумма машинного времени всех проходов по формуле 27:

с.

Найдем массу заготовки по формуле

, (29)

где  - плотность, для свинца г/см³;

 - объем заготовки, см³.

Масса заготовки по формуле 29:

г,

т.

Часовая производительность по формуле 25

т/ч.

Годовую производительность определим по формуле 30:

.  (30)

где - фактическое время работы стана, которое равно 2000 часов в год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенной курсовой работы была изучена технология прокатки сорта простой геометрической формы. Проведены расчеты формоизменения, энергосиловых параметров, производительности, также определены скоростные режимы прокатки. На основе расчетов была проведена практическая работа на стане ДУО-180.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.     Смирнов В.К. Калибровка прокатных валков: Учебное пособие для ВУЗов / В.К.Смирнов, В.А. Шилов, Ю.А. Инатович. - М.: Металлургия, 1987. - 368 с.

2.      Дубинский Ф.С. Непрерывный прокатный стан дуо 180: Методические указания к выполнению лабораторных работ / Ф.С. Дубинский, В.Г. Дукмасов. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2011. - 36 с.

.        Бахтинов В.Б. Технология прокатного производства: Учебное пособие для техникумов / В.Б. Бахтинов. М.: Металлургия, 1983. - 488 с.

.        Дубинский Ф.С. Энергосиловые параметры процессов прокатки в станах сортового передела: Учебное пособие / Ф.С. Дубинский, А.В. Выдрин, В.И. Крайнов, А.В. Шаламов. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2001. 30 с.