Разработка калибровки прокатных валков для круглого профиля диаметром 5 мм

Разработка калибровки прокатных валков для круглого профиля диаметром 5 мм

Министерство Образования Республики Беларусь

Учреждение Образования Гомельский государственный технический университет имени П.О. Сухого

Кафедра: «Металлургия и литейное производство»

Пояснительная записка

К курсовому проекту

по курсу: «Теория и технология прокатки и волочения»

на тему: «Разработка калибровки прокатных валков для круглого профиля диаметром 5мм»

Выполнил студент группы Д-41

Рудова Е.В.

Проверил к.т.н. доцент

Бобарикин Ю.Л.

Гомель 2012

Содержание

1. Введение

. Выбор отделочных калибров и расчет площадей сечений раската

. Выбор вытяжных калибров и расчет сечений раската

. Определение размеров калибров

5. Расчет скоростного режима прокатки

6. Расчет температурного режима прокатки

7. Определение коэффициента трения

8. Расчет усилия прокатки

9. Расчет момента и мощности прокатки

калибр сечение профиль прокатка валки

1. Введение

Основой технологий сортопрокатного производства является пластическая деформация металла в различных видах калибров валков прокатного стана.

Сортовые профили прокатывают из заготовки за несколько проходов в калибрах прокатных валков, которые придают прокатываемому металлу требуемые формы. Для производства прокаткой металлического сортамента простого и фасонного профиля (круглого, квадратного, шестиугольного, полосового, углового, швеллерного, таврового и др.) необходимо произвести расчет калибровки прокатных валков.

 Калибровкой прокатных валков называется определение форм размеров и числа калибров, размеренных на валках для получения готового профиля.

Калибр прокатных валков - это просвет, образованный врезами в валках или ручьем в вертикальной плоскости, проходящей через оси валков.

Калибровка должна обеспечить прокатку из заготовки требуемого профиля необходимой формы и размеров в пределах принятых допусков, а также хорошее качество проката, максимальную производительность прокатки, минимальные износ и расход энергии, затрачиваемой на работу прокатного стана.

Прокатка профиля вначале ведется в вытяжных калибрах, предназначенных только для уменьшения площади сечения прокатываемой заготовки. При уменьшении площади сечения заготовки последняя вытягивается в длину без приближения формы сечения полосы к требуемой, поэтому эти калибры называются вытяжными. После прохода в вытяжных калибрах заготовка прокатывается в отделочных калибрах. Отделочные калибры разделяются на предчистовые и чистовые калибры. В предчистовых калибрах (их может быть несколько или один) народу с дальнейший уменьшением площади конфигурация сечения приближается к заданной форме готового профиля, и формируются отдельные его элементы. В чистовом калибре (он всегда один) требуемые формы и размер профиля формируются окончательно, размещается он на последнем проходе прокатки.

2. Выбор отделочных калибров и расчет площадей сечений раската

Выбор количества и формы отделочных калибров

Количество и форма отделочных калибров, т. е. чистового и предчистовых калибров, зависит от формы готового или конечного профиля и от принятой системы калибровки отделочных калибров.

Для круглого профиля отделочными калибрами служат предчистовой овальный калибр и чистовой круглый калибр. После предчистового овального калибра раскат овального профиля проходит кантовку на 90° и входит в чистовой круглый калибр, где окончательно формируется круглый профиль (рис 2.1). При этом форма предчистового овального калибра зависит от размеров чистового профиля. На рисунке изображен предчистовой овальный калибр для средних и малых размеров чистового профиля.

Рис. 2.1 Схема отделочных калибров круглого профиля

Кантовка раската может осуществляться с помощью специальных кантующих проводок между прокатными клетями для непрерывных станов или кантующих устройств, между проходами прокатки для литейных станов. Кроме этого на непрерывных станах условие кантовки на 90° может осуществляться за счет чередования валковых клетей с горизонтальным и вертикальным расположением осей валков.

Для прокатки круглого профиля в группе отделочных калибров применим чистовой круглый и предчистовой овальный калибры.

Определение размеров конечного профиля в горячем состоянии

Для увеличения срока службы калибров расчет производится на получение профиля с минусовыми допусками его размеров. С целью учета снижения размеров профиля, прокатываемого в горячем состоянии при охлаждении, необходимо умножать величину размеров профиля в холодном состоянии на коэффициент 1,01-1,015.

Принимая минусовой допуск для круглого конечного профиля, находим размер круга в холодном состоянии:

Размер чистового круга в горячем состоянии:

Определение коэффициентов вытяжки в отделочных калибрах.

Для чистового круглого калибра коэффициент вытяжки где к - количество отделочных калибров, а также для предчистового овального калибра  определим по графику рис. 2.2.

Рис.2.2 Зависимость коэффициентов вытяжки в чистовом круге , а также в предчистовом овале  от соответственного диаметра круга .

Примечание: если прокатывается круглый профиль диаметром менее 12 мм включительно, то коэффициенты вытяжки в чистовом и предчистовом калибрах определяются согласно практическим рекомендациям для конкретного профиля. Учитывая конструкционные особенности прокатного стана 150 БМЗ, принимаем средние вытяжки равные 1,25.

Определение площадей сечения профилей в отделочных калибрах.

Площади профилей в отделочных калибрах определим по зависимостям:

,

где  - площадь сечения проката в чистовом калибра, определенная по

по горячим размерам конечного профиля; - площадь сечения раската в последнем предчистовом калибре;  - площадь сечения раската в предпоследнем предчистовом калибре. Определим площадь сечения полосы в чистовом круглом калибре:

Площадь сечения полосы в предчистовом овальном калибре равна:

Площадь сечения в последнем черновом калибре и соответственно в последнем проходе прокатки вытяжной группы калибров, определим по формуле:

3. Выбор вытяжных калибров и расчет площадей сечений раската

Выбор системы вытяжных калибров

Как правило, вытяжные калибры формируются по определенным системам, которые определяются чередующейся однотипной формой калибров.

Каждая система вытяжных калибров характеризуется своей парой калибров, которая и определяет название система вытяжных калибров.

Пара вытяжных калибров - это два последовательных калибра, в которых заготовка от равноосного состояния в первом калибре подходит в неравноосное, а во втором опять в равноосное, но с уменьшением площади сечения.

Применяются следующие системы вытяжных калибров: система прямоугольных калибров, система прямоугольник - гладкая бочка, система овал - квадрат, система ромб- квадрат, система ромб - ромб, система квадрат- квадрат, универсальная система, комбинированная система, система овал-круг, система овал-ребровый овал.

На мелко - и среднесортовых современных непрерывных прокатных станах чаще применяются системы: ромб-квадрат, овал-квадрат, овал-круг и овал-ребровый овал.

Эти системы калибровки обеспечивают хорошее качество проката и устойчивое положение раската в калибрах.

При прокатке в вытяжных калибрах всегда применяется кантовка раската или поворот его вокруг своей продольной оси на определенный угол (обычно 45° или 90°) при переходе раската между клетями от первого калибра пары калибров к другому калибру.

Кантовка может заменяться чередованием горизонтальных и вертикальных прокатных клетей, что обеспечивает эффект кантовки без поворота заготовки.

Кантовка раската или чередование горизонтальных и вертикальных прокатных клетей или валков необходима для перевода неравноосного состояния заготовки после прохода первого калибра пары вытяжных калибров в равноосное во втором калибре пары.

Одной из наиболее перспективных систем калибровки является система овал - ребровый овал, обеспечивающая устойчивый режим прокатки, хорошее качество проката.

B этой системе в овальных калибрах заготовка переходит в неравноосное состояние овала с большой разницей размеров осей овала, а в ребровых овальных калибрах - в равноосное состояние овала с малой разницей размеров осей после деформации предыдущего неравноосного овала по большей оси. Таким образом, заготовка последовательно проходит типы калибров: овал- ребровый овал - овал - ребровый овал и т.д. до получения требуемого уменьшения сечения заготовки.

Определение средней вытяжки в арах вытяжных калибров и числа проходов прокатки.

Для определения числа проходов прокатки n вначале определим расчетное число пар вытяжных калибров :

 , (3.1)

где - площадь сечения заготовки в горячем состоянии;

- площадь сечения заготовки в последнем вытяжном калибре.

Определив точное число пар вытяжных калибров , далее необходимо установить уточненное значение средней вытяжки для пары вытяжных калибров

 (3.2)

Количество проходов прокатки в вытяжных калибрах равно:

(3.3)

Количество проходов прокатки для всей технологии прокатки равно:

 ,

где к- количество отделочных калибров.

Здесь необходимо проверить, не будет ли общее число проходов прокатки превышать число прокатных клетей стана по неравенству:

, (3.4)

где с - количество прокатных клетей стана.

Площадь сечения заготовки в горячем состоянии с учетом широкого допуска на размер сечения определим по номинальному размеру сечения:

Для системы овал - ребровый овал . Примем .

Расчетное число пар вытяжных калибров равно:

Точное число пар вытяжных калибров примем .

Уточненное значение средней вытяжки для пары вытяжных калибров равно:

Число проходов прокатки в вытяжных калибрах согласно (3.3) равно:

Число проходов прокатки равно:

Проверим условие (3.4): .

Результаты распределения проходов прокатки и видов калибров по клетям стана заносим в таблицу 3.1.

Определение вытяжек для пар вытяжных калибров.

Вытяжку каждой пары калибров определим по зависимости:

 , (3.5)

где - изменение величины

При внесении изменений значений вытяжек для каждой пары калибров необходимо учитывать равенство 0 алгебраической суммы всех изменений , т.е. должно выполняться условие:

 (3.6)

Определим вытяжки для каждой пары калибров с учетом их перераспределения так, чтобы начальные пары калибров имели бы большие значения вытяжек, а последние - меньшие.

Проведем изменения  для каждой пары калибров по выражению (3.5), помня о том, что алгебраическая сумма этих изменений должна равняться 0:

Определение вытяжек по проходам прокатки в системе вытяжных калибров

Определим вытяжки для ребровых овалов при известном по формуле:

. (3.7)

Вытяжки для овалов определим по формуле:

. (3.8)

По формулам (3.7) и (3.8) определим численные значения вытяжек  для всех проходов прокатки по вытяжным калибрам:

для j=7(14;13)

для

для

для

для

для

для

Все значения вытяжек для вытяжных и отделочных калибров заносим в таблицу 3.1.

Определение площадей сечения раската в вытяжных калибрах.

Определим площади поперечных сечений раската после каждого прохода прокатки по формуле:

 , (3.9)

где  - площадь сечения раската;

 - площадь следующего по ходу прокатки сечения раската;

 - вытяжка в следующем по ходу прокатки калибре.

По условию после последнего, т. е. 26-го, прохода площадь сечения раската должна быть равна 28.35. Таким образом, для.

Далее согласно (3.9) определяем остальные площади:

для

Площадь сечения заготовки перед первым проходом равна площади сечения исходной заготовки . Эта величина должна быть получена из произведения . Однако в связи с накоплением при расчетах погрешностей округления для точного получения значения  необходимо откорректировать значение вытяжки в первом проходе:

Полученные значения площадей сечения раската по всем проходам прокатки заносим в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 Таблица калибровки

4. Определение размеров калибров

Схема построения чистового круглого К-го калибра приведена на рис.4.1. На схеме отображены следующие размеры:  - диаметр или высота калибра, равный горячему размеру диаметра конечного профиля круглого проката;  - межвалковый зазор;  - угол выпуска калибра; - ширина калибра.

Рис.4.1 Схема круглого калибра

Величина межвалкового зазора определяется по формуле:

где  - диаметр валков рассматриваемой клети.

Ширина калибра  и ширина полосы  будут равны диаметру калибра .

Значения  и  выбираем следующие:

Схема построения предчистового овального (К-1) - го калибра прокатки овальной полосы, предназначенной для последующей прокатки в чистовом круглом калибре круглого профиля с диаметром не более 80 мм, приведена на рис. 4.2. Произведем расчеты всех необходимых размеров:

Рис.4.2 Схема овального калибра

Высота калибра  равна высоте полосы  ,которая определяется по формуле:

где  - холодный диаметр прокатываемого чистового круглого профиля;

 - коэффициент, учитывающий уширение овальной полосы в чистовом круглом калибре.

Притупление полосы определяется по формуле:

где    - коэффициент, определяемый по графику рис. 4.3.

Рис. 4.3 Зависимость коэффициента  от ширины ребровой овальной полосы , предшествующего ребрового овального калибра

Ширина полосы определяется по формуле:

где  - площадь сечения овальной полосы после прохода предчистового овального калибра. Радиус очертания предчистового овального калибра определяется по формуле:

Назначаем величину межвалкового зазора:

Величина ширины калибра определяется по формуле:

Определяем коэффициент заполнения калибра:

Величина  должна находиться в пределах .

Основные размеры чистового и предчистового калибров заносим в таблицу 4.1.

Построение вытяжных калибров.

Для системы вытяжных калибров овал - ребровый овал вначале строим все ребровые овальные калибры согласно схеме рис.4.4 и расчету, приведенному ниже. При прокатке квадратного профиля последним по ходу прокатки является равноосный квадратный калибр, и одновременно являющийся предчистовым квадратным калибром. В нашем случае начальный профиль прокатываемой заготовки квадратный, то для удобного захвата заготовки первый равноосный калибр по ходу прокатки строим по схеме рис.4.4. Затем строим все овальные калибры согласно схеме рис.4.2. и приведенному ниже расчету.

Рис. 4.4. Схема ребрового овального калибра

Для всех ребровых овальных калибров, т.е. для всех - х калибров, размеры калибра определяем в следующей последовательности.

Пример расчета для калибра 26.

Ширина ребровой овальной полосы

 (4.20)

где - площадь сечения ребровой овальной полосы.

Высота ребровой овальной полосы

 (4.21)

Высота калибра равна высоте полосы, т. е. .

Ширина калибра равна

 (4.22)

где - коэффициент заполнения калибра, равный 0,92…0,99, предварительно примем .

Радиус очертания калибра

 (4.23)

Притупление полосы равно:

 (4.24)

Высоту межвалкового зазора определяем из диапазона , где - диаметр валков соответствующей прокатной клети.

При этом должно выполняться условие

 (4.25)

Аналогично проводим расчет для всех остальных - х калибров. Все основные размеры ребровых овальных калибров заносим в таблицу 4.1.

Для каждого -го неравноосного овального калибра размеры определяем в следующей последовательности.

Вначале определяем уширение  в следующем за данным калибром по ходу прокатки равноосном ребровом овальном - ом калибре по формуле:

, (4.26)

где - уширение, определенное по графику рис. 4.6. в зависимости от ширины рассматриваемой ребровой овальной полосы ;

- диаметр валков клети для данного равноосного калибра.

Рис.4.6. Зависимость величины уширения  овальной полосы в ребровом овальном калибре от ширины ребровой овальной полосы  при прокатке в валках .

Высота овальной полосы равна:

 (4.27)

Высота калибра равна высоте полосы, т. е. .

Притупление овальной полосы равно:

, (4.28)

где - коэффициент, определяемый по графику рис. 4.3.

Предварительное значение ширины овальной полосы:

, (4.29)

где - площадь поперечного сечения полосы после прохода  рассматриваемого калибра.

Величина среднего абсолютного обжатия металла в рассматриваемом овальном калибре равна (для):

, (4.30)

где - ширина ромбической овальной полосы в предшествующем рассматриваемом калибре.

Катающий радиус валка равен:

, (4.31)

где  - диаметр валков рассматриваемой клети.

Средняя высота полосы на выходе в рассматриваемый калибр равна:

 (4.32)

Уширение металла в овальном калибре определим по формуле:

Ширина овальной полосы равна:

 (4.33)

Радиус очертания калибра определим по формуле:

 (4.34)

Предварительную величину межвалкового зазора назначим из диапазона  при соблюдении условия .

Далее определим ширину калибра  по формуле:

 (4.35)

Коэффициент заполнения калибра :

 (4.36)

После этого проверяем условие нормального заполнения калибра металлом.

Произведем расчет для 3-го неравноосного овального калибра по выше приведенным формулам.

Аналогично проводим расчет для всех остальных - калибров. Основные размеры всех промежуточных овальных калибров заносим в табл. 4.1.

В таблице 4.1. глубина вреза калибра определяется по формуле:

Таблица 4.1 Таблица калибровки,

5. Расчет скоростного режима прокатки

Определяем и заносим в таблицу 5.1 все значения катающих диаметров валков . При этом для овальных калибров  определим через радиусы, определенные по формуле (4.31). Для всех остальных калибров катающие диаметры валков определим по формуле:

где - диаметр бочки валков соответствующего калибра;

- площадь поперечного сечения полосы на выходе из соответствующего калибра;

- ширина полосы на выходе из калибра.

Проведем расчет для 2 калибра.

Затем определяем число оборотов в минуту валков в последней по ходу прокатки клети по формуле:

где - скорость проката на выходе из последней клети, которая определяется

условиями работы стана,80м/с;

- катающий диаметр валков n-ой клети, мм.

Далее определяем константу калибровки в n-ой клети по формуле:

где  - площадь сечения полосы после прохода n-ой клети, т.е. конечного  проката, .

Для обеспечения некоторого натяжения полосы между клетями константу калибровки для каждого прохода прокатки необходимо несколько уменьшать по мере перехода от первого прохода к последующим. Поэтому константа калибровки для предпоследнего прохода равна:

По аналогии против хода прокатки определяем константу калибровки для всех проходов прокатки, т. е.

Все значения  заносим в таблицу 5.1.

Скорости вращения валков для каждого прохода определяем по формуле:

Все значения  заносим в таблицу 5.1.

Скорости движения полосы после каждого прохода прокатки определяем по формуле:

где  в  и  в .

Все значения  заносим в таблицу 5.1.

Аналогично проводим расчет для всех остальных калибров, и все результаты расчетов заносим в таблицу 5.1.

Таблица 5.1. Таблица калибровки

6. Расчет температурного режима прокатки

Задачей расчета температурного режима прокатки является определение температуры начального нагрева заготовки перед прокаткой и определение температуры раската после каждого прохода прокатки.

Мелкосортно-проволочный прокатный стан 320 имеет температуру заготовки на выходе из печи перед первой прокатной клетью 1070 . При прокатке в 20-ти клетьевой группе и проволочном блоке температура проката на выходе из этого блока составляет 1010…1070 . Температуру нагрева заготовки для прокатки квадратного профиля из стали 45 с учетом табл. 6.1. и технологических возможностей печи стана 320 принимаем равной 1250, а на выходе из 20-ой клети температуру проката принимаем равной 1070 .

Температуру раската для проходов прокатки принимаем равной средней, т. е.

.

7. Определение коэффициента трения

Коэффициент трения при горячей прокатке металлов можно определить по формуле для каждого прохода прокатки:

(7.1)

где - коэффициент, зависящий от материала прокатных валков; для чугунных валков , для стальных- ;

- коэффициент, зависящий от содержания углерода в прокатываемомметалле и определяемый по табл. 7.1. (м/у 2130 стр. 60).

- коэффициент, зависящий от скорости прокатки или от линейной  скорости вращения валков и определяемый по табл. 7.2. (м/у 2130 стр. 60).

Аналогично по формуле (7.1) рассчитываем коэффициент трения для каждого прохода прокатки, все необходимые данные и результаты расчета заносим в таблицу 7.1

Таблица 7.1

8. Расчет усилия прокатки

Определение площади контакта металла с валком.

Площадь контакта прокатываемого металла с валком i-го калибра определим по формуле:

где  и  - ширина и высота полосы на выходе в калибр;

 и  - ширина и высота полосы на выходе из калибра;

- коэффициент влияния формы калибра, определяемый по таб. 8.1. (м/у 2130 стр. 60). - радиус валка по дну калибра.

Радиус валка по дну калибра определим по формуле:

где - диаметр бочки валков;  и - высота и межвалковый зазор калибра. Рассчитаем первый проход:

Все значения рассчитываем аналогично и заносим в табл. 8.1.

Определение коэффициента напряженного состояния очага деформации.

Коэффициент напряженного состояния очага деформации  при прокатке полосы для каждого прохода прокатки определяется по формуле:

где  - коэффициент, учитывающий влияние на напряженное состояние ширины очага деформации;

- коэффициент, учитывающий влияние высоты очага;

- коэффициент, учитывающий влияние прокатки в калибре.

Коэффициент  определим по следующей зависимости

при ,

при , .

Коэффициент  определим по следующей зависимости

при ,

при ,

при , .

Коэффициент  определим по зависимости

где - коэффициент формы калибра для нефасонных калибров (квадрат, ромб, овал, круг, шестигранник и т. д.);

- коэффициент формы калибра для фасонных калибров.

Рассчитаем первый проход:

Все значения заносим в табл. 8.1.

Определение сопротивления пластической деформации.

Сопротивление пластической деформации  прокатываемого металла для каждого прохода прокатки определяется в следующей последовательности.

Определим степень деформации

Затем определим скорость деформации

где  - скорость прокатки в мм/с, принимаем из табл. 5.1.

 определим по формуле:

Рассчитаем первый проход:

Все значения  заносим в табл. 8.1.

Определение среднего давления и усилия прокатки.

Среднее давление прокатки для каждого прохода прокатки равно:

Усилие прокатки для каждого прохода

Рассчитаем первый проход:

Все значения  и  заносим в таблицу 8.1

Таблица 8.1. Таблица калибровки

Продолжение Таблица 8.1.

9. Расчет момента и мощности прокатки

Момент прокатки определим по формуле:

,

где

; .

Пример расчета для первого прохода прокатки:

Аналогично определяем момент инерции для каждого прохода прокатки, все результаты расчета заносим в таблицу.

Определение мощностипрокатки

Мощность прокатки определяем по формуле:

,

где .

Пример расчета для первого прохода прокатки:

Аналогично определяем мощность для каждого прохода, все результаты расчета заносим в таблицу 8.1.