Методические указания для студентов заочной формы обучения по дисциплине «Технология прокатного производства»
жүктеу/скачать 447 Kb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Методические указания для студентов заочного обучения
- ВВЕДЕНИЕ
- А. Расчет сортового валка
|
Министерство образования и науки Республики Казахстан Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова Факультет металлургии, машиностроения и транспорта Кафедра металлургии ТЕХНОЛОГИЯ ПРОКАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА Методические указания для студентов заочного обученияПавлодар
Ф СО ПГУ 7.18.1/07 УТВЕРЖДАЮ Декан ФММиТ _____________ Токтаганов Т.Т. «___»_________200__г Составитель: к.т.н., профессор Сержанов Р.И.
для студентов заочной формы обучения по дисциплине «Технология прокатного производства» для студентов специальности 050724 «Технологические машины и оборудование» Рекомендовано на заседании кафедры металлургии «_____»______________200__г., протокол №__ Заведующий кафедрой____________________ Суюндиков М.М. (подпись) Одобрено УМС факультета металлургии, машиностроения и транспорта «____»______________200__г., протокол №____ Председатель УМС ___________ Ахметов Ж.Е. (подпись) ВВЕДЕНИЕКачество продукции, производительность стана, условия его нормальной работа во многим определяются прочностью прокатных валков, состоянием их поверхности. Обычно основные размеры рабочих валков выбираются исходя из многолетней практики их изготовления и эксплуатации. Согласованные с ГОСТ 53 99-69, валки проверяют на прочность и деформацию. Валок стана дуо можно рассматривать как балку, лежащую на двух опорах, подверженную изгибу под действием давления металла на валки и кручению от приложенного момента привода. В результате совместного действия изгибающего и крутящего моментов в опасных сечениях валка возникают напряжения, величина которых не должна превосходить допускаемых. Допускаемые напряжения в валках для лучшего использования прокатного стана в большинстве случаев принимаются высокими, исходя из пятикратного запаса прочности; [σ] – σВ / n, (1) где σВ - предел прочности материала валков, кг/мм2 (н /мм2), n = 5 ( коэффициент запаса прочности). Важнейшим показателем качества прокатных валков является твердость рабочей поверхности бочки. По этому признаку различают: а) мягкие валки из стального литья, кованой углеродистой или низколегированной стали (5СХН), а при небольших нагрузках и из серого чугуна. Применяются они главным образом в обжимных станах, в черновых клетях крупносортных и заготовочных станов, в прошивных станах трубопрокатных установок. б) полутвердые валки из полузакаленного чугуна, из стального литья или кованой стали. Применяются они в черновых клетях рельсобалочных, крупносортных, среднесортных, мелкосортных и листовых станов, а также в чистовых клетях заготовочных и крупносортных станов; в) твердые валки из закаленного чугуна и легированной стали, а также валки с наплавкой из различных твердых сплавов. Применяются они в чистовых клетях тонко- и среднелистовых, рельсобалочных и сортовых станов, а также для изготовления опорных валков станов кварто; г) особо твердые валки из кованой легированной стали с примесью хрома (для валков малого размера в качестве примесей может использоваться карбид вольфрама и др.). Применяются они в станах холодной прокатки. А. Расчет сортового валкаРасчетная схема нагружения ручьевого валка приведена на Рисунке 1. 
Рисунок 1. Расчетная схема нагружения сортового валка. Так как при прокатке в разных калибрах величина давления, диаметр бочки и расстояние от оси нажимного винта являются переменными, то необходимо производить расчет напряжений в бочке и шейке валка для каждого пропуска и в каждом калибре. Из полученных величин выбирается наиболее неблагоприятный случай. При расчете бочки валка напряжения от кручения обычно не подсчитываются, так как величина их, по сравнению с величиной напряжений от изгиба, намного меньше. Расчет бочки валка производится только на изгиб. При прокатке в любом калибре опорные реакции равны: RА = P (ℓ - x) / ℓ, RB = P x / ℓ. (2) Изгибающий момент в сечении x (в среднем сечении калибра): Mδизг = P x / ℓ (ℓ – x). (3) Напряжение изгиба в данном калибре: бδ изг = M δ изг / Wδ, (4) где Wδ = 0,1D3δ момент сопротивления поперечного сечения бочки валка на изгиб, см3; Dδ – диаметр валка в сечении, проходящем по середине ручья, см. Таким образом ход расчета бочки ручьевого валка таков: 1)определяются изгибающие моменты в середине каждого калибра; 2)строятся эпюры изгибающих моментов (Рисунок 1.); 3)определяются моменты сопротивления сечений каждого калибра; 4)подсчитываются изгибающие моменты для каждого калибра.
Изгибающий момент для левой шейки: Mизг.ш = RА ℓш / 2; (5) изгибающий момент для правой шейки: Mизг.ш = RВ ℓш / 2; (6) напряжение от изгиба: бизг.ш = Мизг.ш / 0,1 d 3ш (7) Крутящий момент для приводной шейки М кр.ш = М деф + М тр, (8) где Мдеф – момент прокатки; М тр – момент трения в шейках валков. М тр = P fш dш / 2, (9) где fш – коэффициент трения в подшипниках. Коэффициент трения подшипников: роликовых 0,002 – 0,005; текстолитовых 0,004 – 0,006; бронзовых 0,06 – 0,1; жидкостного трения 0,001 – 0,005.
для стальных валков:  б рез. = √ б 2изг.ш + 3 τ2кр - по IV теории прочности (VI т.п.); (11)
для чугунных валков: б рез = 0,375 б изг.ш + 0,625 √ б 2изг.ш + 4 τ 2кр - по III т.п. (12)
Пример: Выполнить расчет валков блюминга 1300, если дано максимальное давление металла на валки по экспериментальным данным Р = 1400 т. Размеры валка указаны после максимально допустимой переточки. Валок изготовлен из стали марки 60xн, имеющей предел прочности материала на изгиб бв = 70 ÷75 кг/мм2. При этом допускаемое напряжение равно [б ] = 1400 ÷ 1500 кг/см2 . а) Расчет бочки валка. 1. Определяем опорные реакции на шейках валка RА = Р (ℓ - x) / ℓ = 1400 · (3600 – 1015) / 3600 = 1000тн = 1000000кг; RВ = Р x / ℓ = 1400 · 1015 / 3600 = 400т = 400000кг; 2. Изгибающий момент в среднем сечении калибра Мизг.δ = RА · x = 1000000 · 101,5 = 1015 · 105 кгсм; 3. Напряжения изгиба в этом сечении бизг.δ = Мизг.δ / 0,1 D3δ = 1015 · 105 / 0,1 · 1023 = 955 кг/см2 б) Расчет шейки валка. 1. Изгибающий момент для шейки Мизг.ш = RА · ℓш /2 = 1000000 · 80 /2 = 200 · 105 кгсм;
Мтр = 1000 · 103 · 0,005 · 75 /2 = 188000 кгсм; Мкр.ш = 16800000 + 188000 = 17000000 кгсм
τ кр.ш = Мкр.ш / 0,2 d3ш = 17 · 106 / 0,2 · 753 = 210 кг/см2; 5. Приведенные напряжения в шейке, с учетом совместного действия изгибающего и крутящего моментов (для стальных валков):   б рез = √ б 2изг.ш + 3 τ 2кр.ш = √ 10002 + 3 · 2102 = 1050 кг/см2
Полученные значения напряжений как для бочки, так и для шейки не превышают допустимого [ б ] = 1400 + 1500 кг/см2. Б. Расчет листового валка. Расчетная схема нагружения листового валка приведена на Рисунке 2. 
Рисунок 2. Схема нагружения листового валка. Бочка валка рассчитывается на изгиб (опасное сечение 1 – 1), а шейка – на изгиб и кручение (опасное сечение сеч. II – II). Изгибающий момент: Мизг.δ = Р · [ ( ℓδ + ℓш ) – в/4 ] /4, (13) где в – ширина листа, Р – полное давление металла на валки, б изг.δ = Мизг.δ / 0.1 D3δ (14) Шейка рассчитывается аналогично ручьевого валка, т.е. Мизг.ш = Р \ 2 · ℓш / 2; бизг.ш = Мизг.ш / 0,1 d3ш ; (15) Мкр.ш = Мдеф.+ Р · fш · dш / 2; τкр.ш = Мкр.ш / 0,2 d3ш (16) Результирующие напряжения для шейки определяются также, как и для ручьевого валка. Ниже приводятся допускаемые напряжения на изгиб при пятикратном запасе прочности. Таблица 1. Допускаемые напряжения на изгиб
При расчете величин напряжений следует иметь в виду, что валки в процессе работы подвергаются переточкам. Допускаемая величина переточки: для блюмингов 10 – 12% (от диаметра нового валка); для сортовых станов 8 – 10%; для средне- и толстолистовых 5 - 7%; для тонколистовых и станов холодной прокатки 3 – 6%. В. Расчет приводных концов валков. Приводные концы рабочих валков могут быть выполнены либо в виде плоской лопасти или в виде трефа. В первом случае расчет их выполняется как и для лопасти шпинделя (см. соответствующий расчет). Треф валка рассчитывается на кручение. Максимальное напряжение кручения возникает на дне впадин трефа и при
d 1 – диаметр вписанной окружности по впадинам трефа. Допускаемые напряжения: для стали [ τ ] = 800 – 1000 кг/см2; для чугуна [ τ ] = 700 – 800 кг/см2. Г. Особенности расчета валков у станов кварто. Рабочие и опорные валки станов кварто выполняют различные функции. Приводные рабочие валки рассчитываются только на напряжения кручения, а неприводные опорные валки рассчитываются на напряжения изгиба. Применение опорных валков практически полностью разгружает рабочие валки от действия изгибающих моментов. Распределение напряжений изгиба между опорными и рабочими валками во многом зависит от профилировки валков и реального профиля валков в процессе прокатки. Обычно верхний рабочий валок имеет выпуклость, а остальные валки изготавливаются цилиндрическими. Расчеты показывают, что при этом примерно до 97,5% всей нагрузки воспринимается опорным валком, который и рассчитывается на изгиб. Пример: Рассчитать на прочность валки клети кварто тонколистового стана горячей прокатки 1680. По замерам давление металла на валки равно 1800 тн, а момент про-катки Мпр. = 66 тм. Размеры валков приведены в таблице 2.
1.Допускаемое давление металла на валки, исходя из прочности бочки опорного валка. Рmax.δ = 0,4 · D3m¡n · Rв / z δ + ℓш – 0,5 в = 0,4 · 117 · 1100 / 168 + 57 – 0,5 · 150 = 4700000 кг, где в = 1500мм = 150 см. (ширина прокатываемого листа). 2. Допускаемое давление, исходя из прочности шейки опорного валка Рmax.ш = 0,4 · d3ш · [ б ] / ℓш = 0,4 · 653 · 1100 / 57 = 2100000 кг. Таким образом, максимально допустимое давление металла равно Рmax = 2100т. 3. Изгибающий момент в опасном сечении бочки опорного валка Мизг.δ = Р / 2 · (ℓш + zδ) / 2 – Р / 2 · 0,5в / 2 = Р/4 · (α – в/2); Мизг.δ = 1800000 / 4 · [ (168 + 57) – 75 ] = 67000000 кгсм; 4. Изгибающий момент в шейке Мизг.ш = Р/2 · с. где с – расстояние от оси нажимного винта до края бочки; Мизг.ш = 1800000 / 2 · 28,5 = 25000000 кгсм. 5. Напряжения изгиба бδ = Мизг.δ / Wδ = Мизг.δ / 0,1 · D3δ = 67000000 / 0,1 · 1173 = 425 кг/см2 ; бш = Мизг.ш / Wш = 25000000 / 0,1 · 653 = 890 кг/см2 . Таким образом, напряжения изгиба не превышают допустимых. 6.Напряжения кручения в рабочем валке τкр.ш = Мкр.ш / Wкр.ш = Мкр.ш / 0,2 · d3ш Мкр.ш = Мпр. / 2 + Мmp.ш = 3300000 + 178000 = 347000кгсм. Мmp.ш = Р · fш · dш / 2 = 1800000 · 0,005 · 39,5 \ 2 = 178000кгсм τ кр.ш = 3478000 / 0,2 · 39,53 = 283 кг/см2, т.е. не превышает допустимых напряжений для валков из легированного чугуна. Д. Расчеты валков на усталостную прочность. Практикой установлено, что многократное приложение нагрузки может вызвать разрушение элементов оборудования при напряжениях, значительно меньших, чем в случае их однократного нагружения. Напряжение, при котором разрушается оборудование, может быть меньше предела прочности и предела текучести, а иногда и предела упругости. Способность металла выдерживать переменные напряжения называется усталостной прочностью. Расчеты на статическую прочность валков ведутся по наибольшей кратковременной нагрузке, а на усталостную прочность по наибольшей длительно действующей нагрузке, повторяемость которой за время службы валков не менее 103 циклов. Изменение напряжения в любом сечении валка характеризуются циклом, который определяется следующими величинами: - наибольшее напряжение цикла (с учетом алгебраического знака) бmax и τmax ; - наименьшее напряжение цикла бmin и τmin; - среднее напряжение цикла бш = (бmax + бmin) / 2 и τm = (τmax + τmin) / 2; - амплитуда цикла бα = (бmax - бmin) / 2 и τα = (τmax - τmin) \ 2; - коэффициент асимметрии r = бmin / бmax или r = τmin / τmax При симметричном цикле r = -1; бср. = 0; бα = бmax = - бmin. Различные циклы переменного напряжения представлены на Рисунке 3.
Рисунок 3. Различные циклы переменного напряжения: а) Общий случай асимметричного цикла (σmin ‹ 0); б) симметричный цикл; в) пульсирующий цикл; г) асимметричный цикл (σ › 0).
Допускаемые напряжения при учете усталостной прочности принима-ют высокими, исходя из запаса прочности n = 1.1 ÷ 1,4 Запас прочности рассчитывают по формулам [3.]:
n = β·εб · б-1 / kб · б , (21) где β – коэффициент качества поверхности; εб – коэффициент влияния абсолютных размеров; б – максимальное напряжение изгиба, б = Мmax / W; kб – коэффициент концентрации напряжений; в) в приводном конце вала запас прочности n = β·ετ · τ-1 / kτ · τ (22) Опорные валки станов кварто работают длительное время без перешлифовок (до 15 – 30 суток). Для деталей машин, подвергающихся в процессе длительной эксплуатации многократным переменным нагрузкам, величина допустимой нагрузки недостаточна для характеристики прочностных свойств. Поэтому необходимо воспользоваться эксперимен-тальными данными приведенных в [3, с. 190 – 220]. Расчеты опорных валков на усталостную прочность показывают, что наиболее опасным сечением, является граница между бочкой и шейкой валка (сеч. ІІ-ІІ Рисунок 8). Для этого сечения и производится определение допускаемого напряжения по условиям усталостной прочности. Для валков прокатных станов, напряжения изгиба в которых меняются по симметричному циклу, допускаемое напряжение определяется по формуле
n – принятый коэффициент запаса прочности. Принимаем б-1 = 0,45 · бв = 0,45 · 80 = 36 кг/мм2 Коэффициент β определяем по кривой 2 (Рисунок 5). При бв = 80 кг/мм2, коэффициент β = 0,90.
Рисунок 4. Коэффициент влияния абсолютных размеров сечения εσ Коэффициент εб определяем по кривой 2 (Рисунок 4). Экстраполируя, находим для dш = 850мм; εб = 0,515. 
Рисунок 5. Зависимость коэфф. качества поверхности β от способа механической обработки: 1 – поли-рование; 2 – тонкое шлифование; 3 – тонкое обтачивание; 4 – грубое об-тачивание; 5 – необработанная . 
Рисунок 6. Поправочный коэффициент ξ в зависимости от отношения D/d. где ξ – поправочный коэффициент, определяемый по кривой I (Рисунок 6). Для D / d = 1,5; ξ = 0,975. 
Рисунок 7. (kб)D – эффектив-ный коэффициент концентрации напряжений. (kб)D находим по кривой I (Рисунок 7) при r / d = 85 / 850 = 0,1; находим (kб)D = 1,5. kσ = 1 + ξ[(kσ)D – 1], (24) Тогда, kб = 1 + 0,975 · (1,5 - 1,0) = 1,60 Коэффициент запаса прочности для стальных валков рекомендуется принимать равным: n = 1,1 ÷1,4 
Рисунок 8. Схема к расчету опорных валков стана кварто. Допускаемое напряжение из условий усталостной прочности при изгибе (при n = 1,3): [ б ]доп = 36,0 · 0,515 · 0.90 / 1,6 · 1,3 = 7,90 кг/см2 , т.е. [б]доп = 790 кг/мм2 Максимально допустимое давление металла на валки по условиям усталостной прочности Рустдоп = 0,2 · d3ш · [б]доп / в = 0,2 · 853 · 790 / 59 = 1650000 кг, Рустдоп = 1650т. Е. Расчет упругой деформации валков. Прогиб рабочих и опорных валков оказывает влияние главным образом на форму поперечного сечения полосы и практически не влияет на величину упругой деформации клети. Сближение центров валков происходит в результате упругого сплющивания рабочих и опорных валков, под действием большого погонного давления (Рисунок 9).
На основе теории Герца величина сближения центров двух цилиндров из одинакового материала определяется формулой: δ΄1 = 1,3 · Р / Е ·ℓ · ℓq[35,5 · Е ·ℓ / (1/Rр – 1/RD) · Р] , (25) где Е – модуль упругости; Р – давление металла на валки; ℓ - длина бочки валков; RD и Rр – радиусы опорного и рабочего валков. δ΄1 = 1,3·5·105/2,·106·145 ℓq [35,5·2,1·106·145 / (1/25+1/56,5)·5 · 105] = 0,0119 см. Контактное сжатие происходит в двух парах валков, в связи с чем суммарная деформация валков равна δ 1 = 2δ΄1 = 2 · 0,119 = 0,238 мм. Литература Основная литература 1. Технология прокатного производства. В 2 – х книгах . Кн. 1. Справочник: Беняковский М.А., Богоявленский К.Н., Виткин А.И. и др. М. Металлургия, 1991 г., 440 с. 2. Технология прокатного производства. В 2 – х книгах . Кн. 2. Справочник: Беняковский М.А., Богоявленский К.Н., Виткин А.И. и др. М. Металлургия, 1991 г., 423 с. 3 Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3 – х томах. Т. 3. Машины и агрегаты для производства и отделки проката. Учебник для вузов/ Целиков А.И., Полухин П.И., Гребенник В.М. и др. 2-е изд., перераб. И доп. – М.: Металлургия, 1988. 680 с. 4. Конструкция и расчет машин и механизмов прокатных станов. Королев А.А. Изл-во «Металлургия», 1969, 464 с. 5. Машиностроение. Энциклопедия в 40 томах. Том IV-5 Машины и агрегаты металлургического производства. – М.: Машиностроение, 2004 – 912 с. Дополнительная литература
олев, Ю.М. Матвеев. – 3 – е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1982. – 696 с.
ных валков. – М.: Металлургия, 1971. – 508 с. 3. Жадан В.Т., Осадчий А.Н., Стеценко Н.В. Отделка и термическая обработка сортового проката. – М.: Металлургия, 1978. – 192 с. 4. Коновалов Ю.В., Остапенко А.П., Понамарев В.И. Расчет пара-метров листовой прокатки: Справочник. – М.: Металлургия, 1986. – 430 с. 5. Давильбеков Н.Х. Оборудование прокатных цехов (Учебник). – Алматы: КазНТУ, 2002. – 243 с. Содержание Введение 3 А. Расчет сортового валка 4 Б. Расчет листового валка 7 В. Расчет приводных концов валков 8 Г. Особенности расчета валков у станов кварто 9 Д. Расчет валков на усталостную прочность 10 Е. Расчет упругой деформации валков 14 Литература 16 жүктеу/скачать 447 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
