Технология получения катанных профилей

Содержание

Введение

Задание

1. Максимальное обжатие по условию захвата металла валками

2. Максимальное обжатие по мощности электродвигателя

3. Максимальное обжатие по прочности валков

4. Выбор максимального обжатия

5. Среднее обжатие за проход и число проходов

6. Предварительная схема обжатий

7. Окончательная схема обжатий

8. Длина раската и коэффициент вытяжки по проходам

9. Калибровка валков

Заключение

Библиографический список

Введение

Для получения прокаткой различных и иногда весьма сложных профилей калибры валков прокатных станов должны быть соответствующей формы.

Получение катаных профилей начинается с прокатки на блюминге (или слябинге) слитков, характеризующихся значительно меньшим поперечным сечением, поэтому для получения требуемых размеров и формы профиля слиток необходимо прокатывать в валках в несколько пропусков и получать заготовку сначала квадратного или прямоугольного сечения. Эта заготовка является исходным материалом для дальнейшей прокатки в готовый профиль.

Прокатка заготовки и сортовых профилей осуществляется на валках, у которых на бочке есть врезные углубления - ручьи.

Размеры и форма калибров валков рассчитывается с учетом возможного обжатия за каждый проход и заполнение металлом калибров.

Калибровкой валков называют последовательность калибров расположенных на валках прокатного стана и обеспечивающих получение профиля заданных размеров. В каждом калибре в зависимости от типа стана металл прокатывается за один или несколько проходов, в результате чего заготовка превращается в раскат требуемого сечения. В понятие калибровки включают также определение формы и размеров калибров и размещение их на валках прокатного стана.

катанный профиль калибр валок

Задание

Рассчитать режим обжатий при прокатке на обжимном реверсивном стане для заданных условий:

1. Максимальное обжатие по условию захвата металла валками

В соответствии с рекомендациями принимаем 2Н_вр (глубина вреза) для первого калибра (бочки валков) 115 мм, для остальных калибров 215 мм. Зазор между буртами валков выбираем 15 мм. Тогда рабочий диаметр валков составит:

в первом калибре D_р=D_o-2Н_вр-S=850-115-15=720 мм;

в остальных калибрах D_р=850-215-15=675 мм.

Определяем окружную скорость валков при средней частоте вращения валков в момент захвата раската n_у=30 об/мин по формуле:

, (1.1)

в первом калибре

 м/с;

в остальных калибрах

 м/с.

По табл.2.1 (стр.26, [1]) допустимый угол захвата [α] составит:

при прокатке на гладкой бочке валков 22,73⁰;

в калиброванных валках без насечки 26,01⁰;

с насечкой 31,1⁰.

Определяем максимальное обжатие в первом калибре по формуле:

мм (1.2)

Максимальное обжатие для остальных калибров в зависимости от характеристики валков и их рабочего диаметра составит: для калиброванных валков с углом захвата 26,01⁰ - ∆Н_{max α}=62,78; для валков с насечкой и углом захвата 31,1⁰ - ∆Н_{max α}=89,06

2. Максимальное обжатие по мощности электродвигателя

По табл. 2.2 (стр. 31, [1]) для двух электродвигателей МП5350-70 находим:

мощность N=2*5350 кВт=10700 кВт;

номинальный крутящий момент М_н=2*730,6 кН*м =1461,2 кН*м;

маховой момент якоря электродвигателя

GD_я²=2*1686,8 кН*м² =3373,6 кН*м²;

частота вращения электродвигателя n=70-120 об/мин;

допустимый коэффициент перегрузки К_п=2,5-2,75.

Допустимый момент электродвигателей:

М_{дв. доп.} =К_п*М_н=2,6*1461,2=3799,12 кН*м; (2.1)

Далее определяем:

приведённый маховой момент:

∑GD²=1,1* GD_я²=1,1*3373,6 =3710,96 кН*м²; (2.2)

динамический момент при ускорении валков а=40 об/мин*с (для предварительных расчётов рекомендуется принять 30-40 об/мин*с):

кН*м; (2.3)

момент холостого хода

М_{х. х.} =0,035*М_н=0,035*1461,2=51,14 кН*м. (2.4)

Находим допустимый крутящий момент прокатки на валках блюминга М_{пр. доп.} при η=0,95 (механический КПД при передаче крутящего момента от электродвигателя к рабочим валкам без шестеренной клети) и θ=1 (коэффициент, учитывающий снижение крутящего момента электродвигателя вследствие ослабления магнитного потока при частоте вращения валков n больше номинальной n_Н, принимаем n≈ n_Н):

кН*м

Далее определяем ориентировочное значение контактного давления.

Размеры поперечного сечения слитка посередине Н₀×В₀=450×400 мм. Ориентировочное значение обжатия составит:

∆Н=1,3*∆Н_{max α}=1,3*83,61=55,88 мм (2.6)

Относительное обжатие:

 (2.7)

Скорость деформации при n≈ n_Н=70 об/мин и R_р=0,5 D_р=360 мм:

 (1/с) (2.8)

Для стали У8 находим: σ_од=88 МПа - базисное значение сопротивления деформации (по данным учебно-методического пособия "Сопротивление деформации при обработке металлов давлением" Пронина М.В., Тимофеев В. В.); коэффициенты: температурный k_t=0,548, степенной k_ε=1,4 и скоростной k_u=0,51 при температуре 1200⁰С.

Определяем сопротивление деформации:

σ= σ_од k_t k_ε k_u=88*0,51*1,07*0,82=34,43 МПа (2.9)

Находим длину очага деформации:

 мм (2.10)

Фактор формы очага деформации .

Поскольку получившееся значение достаточно мало, можно принять n_σ=1 (коэффициент напряженного состояния, учитывающий влияние на контактное давление внешнего трения).

Находим n_ж - коэффициент, учитывающий влияние внешних зон по отношению к геометрическому очагу деформаций:

Находим контактное давление по формуле:

р=n_βn_σn_жσ, (2.11)

где n_{β -} коэффициент, учитывающий влияние среднего раската главного напряжения, т.е. влияние ширины раската (при прокатке на блюминге можно принять примерно равным 1,15).

р=1,15*1*1,506*34,43=59,63МПа

Находим коэффициент плеча приложения равнодействующей по формуле:

Ψ_п=0,790-0,887* (l_c /Н_ср) +0,444 (l_c /Н_ср) ²; (2.12)

Ψ_п=0,790-0,887* (0,359) +0,444 (0,359) ²=0,5286

Находим длину очага деформации по формуле:

, (2.13)

где f_п - коэффициент трения в шейках валков (для текстолитовых подшипников блюминга, работающих в тяжелых условиях, можно принять f_п=0,05);

d_{ш -} диаметр шейки валка, d_ш≈0,55 D₀=0,55*850=467,5 мм:

 мм

Определим максимальное обжатие по мощности электродвигателя по формуле:

 мм (2.14)

Принимаем максимальное обжатие по мощности электродвигателя ∆Н_{max N}=330 мм.

3. Максимальное обжатие по прочности валков

Для блюминга 850 принимаем бочки валков L=2,3 м, длину шейки l≈d_ш=467,5 мм, ширину крайнего бурта В_σ=105 мм, ширину калибра по дну В_д≈В₀=0,4 мм, ширину калибра по буртам при выпуске калибра tgφ=0,3, ширину вреза рассчитаем по формуле

В_вр=В_д+ (tgφ*2H_вр) =400+ (0,3*115) =434,5мм.

Тогда получим c=l/2+B_д+В_вр/2=467,5/2+115+400/2=566 мм.

Для остальных кованых валков принимаем допустимое напряжение на изгиб [σ] =125 МПа.

Находим допустимое усилие прокатки по формуле:

; (3.1)

кН.

Определяем максимальное обжатие по прочности валков при р=59,63 МПа и В_ср≈В₀=400 мм по формуле:

; (3.2)

 мм.

4. Выбор максимального обжатия

В результате расчетов получили значения ∆Н_max:

по условию захвата раската валками ∆Н_{max α}=55,88 мм;

по мощности электродвигателя ∆Н_{max N}=327,3 мм;

по прочности валков ∆Н_{max р}=524,36 мм.

Окончательно принимаем ∆Н_max =55 мм.

5. Среднее обжатие за проход и число проходов

Среднее обжатие за проход ∆Н_ср определяем по формуле:

∆Н_ср = (0,8÷0,9) ∆Н_max; (5.1)

В этой формуле числовой коэффициент принимают в зависимости от формы сечения слитка и блюма: 0,8 - если слиток и блюм имеют одинаковые сечения; 0,9 - если слиток и блюм имеют разные сечения.

∆Н_ср=0,8*55=44 мм.

Находим число проходов, необходимое для прокатки блюмов сечением 200×220 мм при Н₀×В₀=450×400 мм:

; (5.2)

.

Принимаем число проходов n_пр=11 и уточняем среднее обжатие за проход ∆Н_ср=89,4 мм.

6. Предварительная схема обжатий

Составляем предварительную схему обжатий в соответствии с рекомендациями, изложенными выше. Принимаем первую кантовку после второго прохода.

Предварительная схема обжатий при прокатке блюмов сечением 200×220 из слитка мм массой 3532,5 кг на блюминге 850 приведена в таблице 1.

Таблица 1. Предварительная схема обжатий при прокатке блюмов сечением 200×220 на блюминге 850.

7. Окончательная схема обжатий

Составляем окончательную схему обжатий с учётом расчёта уширения по кривым А.Ф. Головина (стр 37, [1]). Результаты уширения приведены в таблице 2.

Таблица 2. Результаты уширения по методу А.Ф. Головина при прокатке блюмов сечением 200×220 на блюминге 850.

Номер прохода    Номер калибра  , ммВ_ср=В₀+∆В/2,ммН_ср=Н₀-∆Н/2,ммL_ср/В_срН_ср/В_ср∆В/∆Н

Окончательная схема обжатий при прокатке блюмов сечением 200×220 из слитка мм массой 3532,5 кг на блюминге 850 приведена в таблице 3.

Таблица 3. Окончательная схема обжатий при прокатке блюмов сечением 200×220 на блюминге 850.

8. Длина раската и коэффициент вытяжки по проходам

В первом и втором проходах длину раската принимаем равной длине слитка - 2,5 м. Площадь поперечного сечения раската для четвёртого прохода составит:

 дм²

Площади поперечного сечения раската по проходам приведены в таблице 4.

Объём обжатого металла находится по формуле:

 (8.1)

где γ - плотность обжатого металла, равная 7850 кг/м^3,G_сл - масса слитка.

 м³

Длину раската можно найти по формуле:

 (8.2)

где (ω₁) _m, (Н₁) _m и (B₁) _m - соответственно площадь поперечного сечения, высота и ширина раската после прохода m.

В четвёртом проходе длина раската составит: 4,032 м

Коэффициент вытяжки в четвёртом проходе составит:

Угол захвата α выводим из формулы:

∆Н=2D_рsin²α/2; (8.3)

и получаем:

для четвёртого прохода:

 град

Результаты расчётов длины раската L₁, коэффициентов вытяжки λ, углов захвата α и показания циферблата S по проходам для других проходов приведены в таблице 4.

Таблица 4. Длина раската L₁, коэффициенты вытяжки λ, углы захвата α и показание циферблата S по проходам.

9. Калибровка валков

Определяем размеры калибров и составляем эскизы валков в соответствии с рекомендациями [1].

Рекомендуемая глубина ручья Н_вр = (0,2÷0,3) Н_min, где Н_min - минимальная высота раската при прокатке в данном калибре, составляет:

во 2-ом калибре Н_вр = (0,2÷0,3) 220=44÷66 мм;

в 3-м калибре Н_вр = (0,2÷0,3) 210=42÷63 мм;

С целью сокращения числа ступеней станинных роликов примем у 2 и 3 калибров глубину ручьёв одинаковой Н_вр =60мм или 2Н_вр =120 мм.

Глубина ручья у первого калибра принята, как указывалось выше, 57,5 мм, следовательно, 2Н_вр =115 мм.

Определим размеры 2-ого калибра.

Ширина калибра по дну ручья: В_д=В_0min- (0÷10 мм), где В_0min - минимальная ширина раската, задаваемого в калибр.

В_д=260-10=250 мм.

Ширина калибра по буртам:

В_вр=В_1max+ (5÷10 мм),

где В_{1max -} максимальная ширина раската после прокатки в калибре.

В_вр=260+10=270 мм.

Выпуск калибра

Радиусы закругления r₁=r₂= (0,07÷0,1) В_д=17,5÷25 мм.

Принимаем r₁=r₂=25 мм.

Определим размеры 3-его калибра.

Ширина калибра по дну ручья: В_д=220-5=215 мм

Ширина калибра по буртам: В_вр=230+5=235 мм.

Выпуск калибра

Радиусы закругления r₁=r₂= (0,07÷0,1) В_д=15,05÷21,5 мм.

Принимаем r₁=r₂=20 мм.

Определим размеры 4-ого калибра. Ширина калибра по дну ручья: В_д=220 мм. Выпуск калибра принимаем равным 10%, тогда ширина калибра по буртам равна

В_вр= В_д+2Н_врtgφ=220+120·0,1=232 мм.

Радиусы закругления r₁=r₂= (0,1÷0,12) Н=20÷24 мм.

Принимаем r₁=r₂=20 мм.

Ширина первого калибра по буртам определена по разности между длиной бочки валков и шириной буртов:

В_вр=2300- (270+235+232) - 2·120-3·90=1053 мм;

Ширина первого калибра по дну при выпуске tgφ=0,3 составит:

В_д=В_вр-2tgφ·Н_вр=1053-2·0,3·57,5=1018,5 мм

Радиусы закругления принимаем r₁=r₂=30 мм.

Показание циферблата: для первого прохода S=H₁-2H_вр=395-115=280 мм, для второго прохода S=340-115=225 мм. Показание циферблата для других проходов указаны в таблице 4.

Заключение

В данной курсовой работе был произведен предварительный расчет обжатий металла на стане 850 валками, с учетом характеристик двигателей, валков и свойств металла заготовки. Для этого использовали метод термомеханических коэффициентов, а также экспериментальные данные В.А. Тягунова, по методу А.И. Целикова определили контактные давления.

Получили требуемую заготовку нужных размеров, которая в дальнейшем может использоваться для прокатки сортовых и фасонных профилей.

Библиографический список

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

. Сопротивление деформации при обработке металлов давлением: Учеб. - метод. пособие /М.В. Пронина, В.В. Тимофеев. - Нижний Тагил: НТИ (ф) УГТУ-УПИ, 2005.