Разработка технологии изготовления и калибровки валков для швеллера №16

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет»

Факультет ИКП МТО Кафедра «Машины и технология литейного производства»

Курсовой проект

«Разработка технологии изготовления и калибровки валков для швеллера № 16»

Группа 8ОД Выполнил С. А. Гресев Проверил В. В. Куринный

1. Понятие швеллера

2. Калибровка валков для швеллера № 16

2.1 Понятие калибровки

2.2 Классификация калибров

2.3 Задачи калибровки

2.4 Элементы калибровки

2.5 Методы прокатки швеллера

2.6 Расчёт калибровки валков для швеллера № 16 П Заключение Список используемой литературы

Сегодня в промышленности и строительстве используются множество видов металлоконструкций. Одним из них является швеллер. Дословно, с английского языка, швеллер переводится как канал. Благодаря своим отличным качествам, как надежность, огнеупорность и простота в использовании, швеллер является популярным материалом в строительстве. Он экономичен и легок в монтаже, а значит, с его помощью можно существенно сэкономить не только денежные средства, но и время на монтаж конструкций. П-образный профиль всегда применяют в возведении различных сооружений. Без него невозможно обойтись в строительстве зданий, мостов, колонн и кровельных конструкций. Да и в других отраслях промышленности швеллер просто незаменим. Так его успешно используют в автомобильном, вагонном и станочном производстве. На самом деле область его применения очень разнообразна и напрямую зависит от его размеров и параметров. Ведь ширина П-образной выемки швеллера может составлять от 5 до 40 сантиметров, а значит и степень нагрузки такой профиль может выносить различную.

1. Понятие швеллера

Швеллер является одной из разновидностей фасонного проката. Применяется швеллер в самых различных областях таких как: промышленность и станкостроение, машиностроение и строительство. В частности в строительстве швеллер используют как элемент больших стержневых конструкций (мостов), колонн и связей, в несущих сооружениях и опорах на объектах промышленного, или гражданского назначения.

Швеллеры имеют номера от 5 до 40. С увеличением номера профиля отношения b/h и d/h уменьшаются. Для профилей малых размеров отношение площади стенки к площади профиля Fc /F = 1/3, для швеллеров, больших размеров Fc /F >1/3. По действующему в настоящее время ГОСТ 8240–56 значительно уменьшена (по сравнению с ГОСТ 10 017–39) толщина стенки профиля, особенно для швеллеров больших номеров, а также несколько уменьшена средняя толщина полки и увеличена ее ширина. В результате этих изменений масса профиля уменьшилась, а удельное сопротивление возросло.

Швеллеры имеют меньший уклон и большую ширину фланцев по сравнению с балками соответствующих номеров.

Особенностью прокатки швеллеров является и наличие в калибрах так называемых ложных фланцев.

Рис. 1.1 Профиль швеллеров: а — с уклоном внутренних граней полок У и С; б — с параллельными гранями полок П; в — тонкостенного с узкими параллельными полками Л и Э.

Разберем подробнее, что представляет собой швеллер (рис. 1.2): это металлические балки (гнутые профили), в сечении похожи на букву «П». Номер швеллера показывает его размер, а именно ширину пространства от одной внешней грани полки до другой, а единицей измерения являются сантиметры. Обе полки швеллера находятся с одной и той же стороны от стенки. Также швеллера различаются по форме полок (швеллер с параллельными полками (маркировка «П»), швеллер с уклоном внутренних поверхностей полок). Также бывают швеллеры, в маркировке которых может встречаться еще одна буква, которая показывает, что данное изделие позиционируется как легкая (марка Л), экономичная (марка Э) или специальная (марка С) модель (рис. 1.1).

Рис. 1.2

Самые распространенные типоразмеры швеллера это 10 П, 12 П, 16П, 20 П и 40 П:

а) 10П равнополочное изделие, которое производят способом горячего проката не выполняя дополнительную термическую обработку. Для изготовления данного вида швеллера используют сталь с высокой гарантией свариваемости. Швеллер 10П имеет стандартную длину, как уже говорилось выше, от двух до двенадцати метров. Вес одного погонного метра швеллера 10П, согласно ГОСТ, 8,59 килограмм. Данное изделие нашло свое применение в армировании малых архитектурных конструкций и прочих элементов, дабы повысить их устойчивость и жесткость;

б) 12 П, также как и 10П, изготавливают используя технологию горячего проката, без дополнительной термической обработки. Вес одного погонного метра, по ГОСТу, составляет 10,4 килограмма. Выпускается данный вид швеллера также стандартной длины, от двух до двенадцати метров и применяется в тех же областях и в тех же целях, что и швеллер 10 П. Однако если учесть что у швеллера 12П большая на 20% масса, то это приведет к следующему, 12 П обладает большей несущей способностью, что в свою очередь дает неплохую возможность сэкономить на металлоемкости как всей конструкции в целом так и отдельных ее участков. Швеллер 12 П используют для укрепления сооружений, изготовления перекрытий, межэтажных и кровельных, и укрепления различных небольших мостов.

в) 20П также производят способом горячего проката. В соответствии с ГОСТом, вес одного погонного метра изделия 20П, равен 18,4 килограмма, в следствии чего его можно использовать в тяжелонагруженных конструкциях, способных выдержать не только статистическую нагрузку, но также динамическую и циклическую нагрузки. Данное изделие из металла нашло свое применение в изготовлении межэтажных перекрытий, в усилении мостов, а также в металлоконструкциях которые функционируют в динамическом режиме, при различных циклических нагрузках;

г) 40П производится по методу горячего проката на специальных сортопрокатных станах. Масса одного погонного метра данного изделия составляет 54,6 килограмма. Отличная несущая способность швеллера 40П дает возможность использовать этот материал в строительстве высотных зданий, и длинных мостов;

д) 16П изделие из металла которое производят методом горячего проката. Масса одного погонного метра данного изделия, согласно ГОСТ, составляет 14,2 килограмма. Стандартная длинна швеллера 16 П составляет интервал от 2-х до 12-ти метров. Швеллер 16П особенно часто используется в строительстве. Его применяют для изготовления перекрытий, монтажа временных конструкций. Также данная продукция используется в разных отраслях промышленности.

Швеллер бывает следующих разновидностей:

— горячекатаный стальной швеллер (09Г2С): общего и специального назначения;

— холоднокатаный стальной швеллер;

— специальный швеллер — используется в автомобилестроении;

— гнутый равнополочный стальной швеллер (ГОСТ 8278−93) — производят из различных видов стали на профилегибочных станках, а именно используется сталь обычного качества, низколегированная сталь и углеродистая качественная конструкционная сталь;

— стальной гнутый неравнополочный швеллер — производится на профилегибочном оборудовании из холоднотянутой и горячекатаной стали обычного качества в рулонах. Сырьем для производства швеллера служит низколегированная сталь, а также углеродистая качественная Для изготовления швеллера используют два основных вида производства — это горячий прокат и холодный изгиб. По технологии горячего проката выпускают швеллеры, у которых боковые грани, по отношению к основной, образуют острый угол. По технологии холодного изгиба производят гнутый металлопрокат, который, в свою очередь, необходим для решения некоторых задач на производстве.

2. Калибровка валков для швеллера № 16

2.1 Понятие калибровки

Понятие калибровки подразделяют на калибровку профиля и калибровку валков.

Калибровкой профиля называют последовательное расположение калибров, обеспечивающих получение готового проката заданных размеров.

Калибр — просвет определённой формы, образованный валками в их рабочем положении в прокатной клети.

Под калибровкой валков понимают: установление режима деформации раската по пропускам, определение количества пропусков, формы и совокупность ряда последовательных переходных сечений калибров, в том числе и в гладких валках, и положение калибров в валках.

В технологии прокатки особой и весьма важной составляющей является калибровка прокатных валков, основанная на законах пластической деформации металлов и теории прокатки и являющаяся основой технологии прокатки.

Прокатка металлов производится в гладких или калиброванных, то есть ручьевых валках. В валках с гладкой поверхностью бочки прокатывают листы и полосы, а в калиброванных валках прокатывают разнообразные по форме и размерам поперечного сечения профили сортовой стали, а также сортовую заготовку.

Сортовую сталь подразделяют на две группы: профили с простой геометрической формой в поперечном сечении, иногда просто называемые сортовой сталью, как и всю продукцию сортопрокатных станов, и профили относительно сложной геометрической формы поперечного сечения, называемые фасонными. К простым сортовым профилям относят: квадратную, круглую, полосовую, шестигранную сталь. К фасонным профилям относят: двутавровые балки, рельсы, швеллеры и другие подобные профили.

К основным элементам калибра (рис. 2.1) относят: его размеры по высоте и ширине, глубину вреза ручьев, выпуски (уклоны) боковых стенок, зазор между буртами валков, закругления на стенках калибра и буртов.

Рис. 2.1 Элементы калибра: а — ящичный; б — балочный; 1 — ручей в виде впадины; 2 — ручей в виде выступа; B_д — ширина калибра по дну (минимальная); B_вр — ширина калибра у разъема (по врезу, максимальная); H_вр — глубина вреза ручья; H_гр — высота гребня (выступа); h_к — высота ящичного калибра; з — зазор между буртами (разъем калибра); r— радиусы сопряжений стенок калибра; r₁ — радиусы закругления буртов; f — выпуклость дна ящичного калибра; ц — угол наклона стенок калибра в градусах; Ук — уклон боковых стенок калибра в процентах.

2.2 Классификация калибров

Все виды калибров можно классифицировать по трём признакам: по форме, по назначению, по конструкции.

По назначению различают калибры:

— обжимные, заготовочные или вытяжные;

— черновые или подготовительные;

— чистовые или отделочные;

— предчистовые или предотделочные.

По конструкции, т. е. по расположению в валках (рис. 2.2.) различают калибры:

— открытые;

— закрытые;

— полузакрытые;

— диагональные (косорасположенные).

Как видно (рис. 2.2.) калибры образуются ручьями двух валков и поэтому в каждом калибре имеется разъём (раздел).

Раздел калибра (разъем) — это участок на котором профиль калибра переходит от одного ручья на другой. В зависимости от характера разъёма различают открытые, закрытые или полузакрытые калибры.

Рис. 2.2

Классификация калибров по расположению в рабочих валках: а — открытый прямополочный ящичный калибр с разъемом валков в пределах (посередине) очертания профиля; б и в — открытые балочные калибры с разъемом валков в пределах (посередине) очертания профиля с широкими (тупыми) (б) и острыми (в) гребнями; г и д — закрытые балочные калибры с разъемами валков за пределами очертания профиля с закрытыми (1) и открытыми (2) ручьями; е — закрытый балочный калибр с закрытыми (1) и полузакрытыми (3) ручьями в пределах очертания полок профиля: ж и з — закрытые угловые калибры с разъемами валков за пределами профиля; и — рельсовый наклонный к горизонтали (косорасположенный) закрытый калибр с разъемом валков по диагонали (накрест); к — полузакрытый швеллерный калибр с разъемом валков в пределах очертания профиля (3).

По форме калибры могут быть:

— простой формы поперечного сечения: прямоугольными (ящичными), квадратными (ящичными или диагональными), ромбическими, овальными, круглыми и т. д. (рис. 2.3. а-е). Как правило, их применяют в качестве обжимных, вытяжных калибров;

— сложной формы (конфигурации) при прокатке фасонных профилей (угловой, швеллерной стали, двутавровых балок, рельсов и других) (рис. 2.3. ж-и).

Форму калибров характеризуют также по наличию или отсутствию осей симметрии:

— с двумя осями симметрии (полной симметрией) — круглые, квадратные, прямоугольные и др.

— с одной осью симметрии: угловые, швеллерные, рельсовые;

— асимметричные, т. е. не имеющие осей симметрии. Применяются при прокатке автообода, лемеха, полособульбовых профилей и др.

Рис. 2.3 Классификация калибров по форме: (а-е) — простой формы поперечного сечения с двумя осями симметрии: а — ящичный квадратный или прямоугольный; б — квадратный диагональный; в — ромбический; г — шестигранный; д — овальный; е — круглый. (ж-и) — фасонные, сложной формы поперечного сечения с одной осью симметрии: ж — балочный; з — швеллерный; и — угловой развернутый, 1 — ручьи в виде впадин; 2 — ручьи в виде выступов (гребни).

2.3 Задачи калибровки

калибровка швеллер прокатка валок Успешная прокатка любого профиля определяется тем, насколько совершенна калибровка.

Первоочерёдной задачей является определение рациональной формы раската в каждом переходном сечении. Поэтому при калибровке, прежде всего решают задачу определения наиболее правильной формы калибров и размеров их в каждом проходе, обеспечивающих надёжное и устойчивое получение всех заданных элементов профиля в соответствии с законами пластической деформации металлов и теорией прокатки.

Второй задачей калибровки является определение минимального числа проходов, за которое можно получить готовый профиль. Но при расчётах калибровки необходимо стремиться к тому, чтобы в главных линиях прокатных станков были оптимальные нагрузки, что определяется принимаемыми средними величинами вытяжек или коэффициентами деформации в каждом проходе.

Третьей задачей является обеспечение простоты настройки прокатных клетей, минимальных простоев стана, связанных с переходами с одного профиля на другой и перевалками, высокой производительности.

Задача калибровки объединяет в себе и рациональное использование бочки валков, определение положения калибров в валках, а также размеров калибров.

2.4 Элементы калибровки

Зазор между валками при прокатке под влиянием действующего усилия отличается от его величины в ненагруженном состоянии. Это явление называется отдачей или пружиной валков.

Величина отдачи валков складывается из упругих деформаций элементов рабочей клети (валков, подшипников, подушек, нажимных винтов, станин) и зависит от конструкции клети и приложенной нагрузки. Зазор между буртами валков должен быть не менее отдачи валков с учетом допустимой величины износа калибра.

Это относится в первую очередь к чистовым калибрам, где для лучшего выполнения профиля поперечного сечения и контроля размеров прокатываемого металла желательно иметь минимальный зазор между валками. В остальных калибрах без ущерба требований к форме поперечного сечения профиля зазор может быть увеличен, что дает возможность уменьшить глубину ручья и продлить срок службы валков. Кроме того, появляется возможность, изменяя зазор между валками, использовать одни и те же калибры для прокатки нескольких типоразмеров профилей.

На основании выработанных практикой соотношений в зависимости от диаметра валков D величину зазора s между буртами принимают в следующих пределах:

s = 0,015D +2 ммпри D>600mm,

s = 0,012D + 2 ммпри 400 D 600 мм,

s = 0,008D + 0,5 мм при D < 400 мм.

Выпуск калибра определяется тангенсом угла наклона боковой поверхности калибра к вертикальной плоскости. Его величина зависит от назначения калибра, типа профиля, допуска на размер (чистовые калибры) и других факторов. Например, для ящичного калибра выпуск можно определить по формуле (рис. 2.4)

Рис. 2.4. Схема построения вытяжного ящичного калибра Выпуск калибра обеспечивает правильный вход раската в калибр и свободный его выход из калибра. При отсутствии выпуска раскат заклинивается в калибре и создаются предпосылки для оковы валков. В этом случае для извлечения раската из калибра требуются значительные усилия, которые могут привести к поломке выводной арматуры. Кроме того, выпуск калибров обеспечивает возможность ремонта калибров путем переточки валков с сохранением первоначальных размеров калибра. При отсутствии выпуска ремонт калибра с сохранением его первоначальной ширины невозможен, а малая величина выпуска влечет за собой значительный съем металла по диаметру валков.

Величина съема металла при переточке (восстановлении) калибра определяется зависимостью:

где — глубина выработки стенок калибра.

В целях создания благоприятных условий работы на стане и экономии валков на практике всегда стремятся к максимальному увеличению выпусков калибров. Ограничением этому обычно является только допустимое искажение профиля. Особенно эффективно проявляется увеличение выпусков при прокатке фасонных профилей.

Для ромбических (квадратных), овальных, шестигранных и им подобных калибров достаточный выпуск обеспечивается самой формой калибра.

Большое значение для стабильной работы всей системы калибров имеет правильный выбор закруглений в калибрах. В зависимости от величины и места расположения в калибрах закругления позволяют предотвратить некоторые дефекты проката. Например, закругления в местах разъема валков позволяют в случае незначительного переполнения калибра получить заусенец с пологими стенками, не приводящий к образованию заката, а также предупреждают односторонние подрезы при неправильном входе раската в валки. Закругления в углах калибра снижают концентрацию напряжений в валках, обеспечивают необходимое пространство для уширения металла в последующих проходах и уменьшают температурные напряжения в металле, вызванные более быстрым остыванием углов раската. При прокатке фасонных профилей радиусы закруглений предупреждают срезы поверхности профиля вследствие неправильного выбора бокового обжатия. Для уменьшения искажения геометрии поперечного сечения раската под влиянием уширения металла в следующем проходе для ящичных, шестиугольных, плоских овальных и им подобных калибров иногда применяют выпуклость дна калибра, величина которой в зависимости от размеров калибра обычно не превышает 0,5…5 мм.

Нейтральная линия калибра — это линия, относительно которой моменты сил, приложенных к профилю со стороны верхнего и нижнего валков, одинаковы и для калибров простой формы обычно совпадает с горизонтальной линией симметрии. Для определения положения нейтральной линии в фасонных калибрах применяют различные способы. Наиболее обоснованным можно считать способ, при котором нейтральную линию проводят через центр тяжести калибра.

2.5 Методы прокатки швеллера

Швеллер производится на тех же станах, что и двутавровая балка, то есть на последовательных, линейных и универсальных специализированных. На рис. 2.5 приведены различные способы прокатки швеллера на этих станах. На рис. 2.5,а показан балочный способ, в котором используется общность конфигурации балки и швеллера. Можно построить универсальную калибровку, в которой 3 — 4 черновых клетей являются общими, при этом сократить парк валков, снизить число перевалок и время на настройку стана.

Рис. 2.5 Методы прокатки швеллера на линейных и последовательных станах: а — балочный; б — с увеличенным уклоном полок (корытный метод); в — с развернутыми полками; г — со сгибанием прямых полок В расчёте калибровки валков для прокатки швеллера № 16П, учитывая что профиль имеет параллельные грани полок, примем способ прокатки в калибрах с прямыми полками, изогнутой стенкой и с увеличенными выпусками (рис. 2.5, б) предусматривая правку прокатанного профиля в роликоправильной машине или в специальном доправочном устройстве).

Швеллерные калибры в отличии от балочных имеют разъемы только с одной стороны, поэтому закрытый фланец должен постепенно сокращаться. Наличие его, с одной стороны, требует дополнительного расхода энергии, связано с большой неравномерностью деформации по сечению и кажется бесполезным. С другой стороны, ложный (закрытый) фланец необходим, чтобы сохранить температуру металла более равномерной по сечению профиля. Особенно это важно для правильного выполнения угла швеллера в месте сочленения полки и стенки. Для контроля ширины полок применяют контрольные калибры, конструкция которых видна на рисунке — например, калибр № 6 на схеме 2.5, а. Предпоследний калибр обязательно должен быть контрольным. По конструкции калибра видно, что путем изменения зазора между валками можно настраивать калибр на требуемую ширину полок. Контрольных калибров по ходу прокатки может быть два.

Балочный метод прокатки — самый старый и даже на старых линейных станах применяется редко. Основной недостаток связан с тем, что деформация полок осуществляется боковым обжатием, то есть протекает не интенсивно, поэтому требуется большое количество калибров. Чтобы увеличить обжатие полок, применяют прокатку с увеличенным выпуском (корытный метод — схема б). При этом стенка готового профиля (чистового калибра) может быть как изогнутой, так и прямой. В первом случае стенка и полки стыкуются под прямым углом, и на правильной машине после прокатки выправляется стенка профиля. На отечественных заводах такая калибровка наиболее распространена. Во втором случае правке подвергаются полки.

Еще большая интенсивность деформации полок обеспечивается по калибровке с развернутыми полками (схема в). При такой прокатке также сокращается расход энергии на формообразование, снижается неравномерность деформации, снижается износ валков, обеспечивается более равномерная температура по сечению профиля. Однако, несмотря на очевидные преимущества данной калибровки, она не получила широкого распространения. Полоса в таких калибрах менее устойчива, условия захвата в калибрах затруднены, переход от развернутых к прямополочным калибрам требует сложной арматуры. Развернутые калибры занимают большое место на валках, поэтому не всегда удается разместить их на валках. При резком переходе от развернутых к прямополочным калибрах могут появиться морщины на полках профиля.

Калибровка профиля по схеме г выполняется таким образом, чтобы несколько первых калибров были выполнены по полосовому принципу. При этом достигается высокая степень обжатия, хорошая равномерность деформации по сечению, невысокий врез ручьев в валки, малый износ калибров. При прокатке мелких швеллеров полосовые калибры применяют практически до предчистового контрольного калибра, и разгибание производят только в чистовом калибре. С увеличением размеров профиля требуется несколько калибров с прямыми полками, в которых происходит более плавное разгибание полок. Однако на крупных швеллерах разгибание полок даже в нескольких калибрах протекает трудно. Требуется сложная и точно настраиваемая арматура, не исключены риски на полках от буртов валков, размеры профиля не устойчивы.

Таким образом, каждая из применяемых схем прокатки швеллера имеет свои достоинства и недостатки.

2.6 Расчёт калибровки валков для прокатки швеллера № 16 П

Рассчитаем калибровку валков для прокатки швеллера № 16 П на крупносортном стане 500.

Размеры швеллера № 16П по ГОСТ 8240–97 составляют: H = 160 мм; d = 5.0 мм; В = 64 мм; t = 8.4 мм; R = 8.5 мм; r = 5.0 мм. Допуск по высоте швеллера и ширине полки составляет2,5 мм, а по толщине фланцев — - 0,06t, т. е. 0,5 мм. Площадь профиля 1810 мм². Швеллер прокатывают из стали 15 ХСНД. Начальная температура прокатки по замеру после 1-й клети t₀=1125 С Определение числа калибров (проходов) и составление схемы калибровки: По уравнению регрессии для расчёта калибровки швеллеров

при N = 16 и

A₁=(D₀-d)/d=(510−5.1)/5.1=99.0, тогда

n_кш = 0.0333*16+0.208*99−0.0008*99²-7.55 =5.7

Примем ближайшее целое значение n_кш = 6.

Учитывая, что заданный профиль имеет параллельные грани полок, примем способ (рис 2.5,б) прокатки в калибрах с прямыми полками, изогнутой стенкой и с увеличенными выпусками, предусматривая правку прокатанного профиля в роликоправильной машине или в специальном доправочном устройстве. При этом применим два полузакрытых контрольных калибра: предчистовой в клети 9 и черновой в клети 4. В клетях 3,5−8 и 10 разместим швеллерные калибры. Схема калибровки приведена в таблице 1. В соответствии с принятым способом прокатки назначим выпуск чистового калибра 15%.

Таблица 1. Результаты расчётов формоизменения металла при прокатке швеллера № 16П на стане 500

Определение размеров чистового профиля и калибра:

Примем ориентировочно температуру конца прокатки t = 950 ⁰C и по формуле рассчитаем горячие размеры готового профиля и размеры чистового калибра:

Ширина профиля (высота швеллера) Н=l_ш=(160−0.7*25)(1+0.12*10^-4*950)=(160−1.75)1.0114=160 мм Высота (ширина фланца)

B=l_ф+d = (64−0.7*2.5)1.0114=63 мм Толщина стенки

d = 5*1.0114=5.1 мм Средняя толщина фланцев

t = (8.4 — 0.7*0.5)*1.0114=8.1 мм

a=b=t=8.1 мм Радиусы закруглений профиля на горячие размеры не пересчитывают. Отношения С₁ = R/b и С₂ = r/a составят: С₁=8,5/8,1=1,049 С₂ = 5/8,1=0,617.

Горизонтальные проекции шейки В_ш и фланцев В_ф, а также радиусы развертывания R_ш определены из геометрических соотношений:

?=arctg?=arctg0.15=0.1489 рад (8.53⁰)

R_ш= l_ш/2?=160/2*0.1489=537.3 мм В_ш=2Rsin?=2*537.3*sin0.1489=159.4 мм В_ф=(l_ф+d)sin?=63sin0.1489=9.3 мм

=0.5В_ш*tg (?/2)=0.5*159.4*tg (0.1489/2)=5.9 мм.

Определение суммарных и частных коэффициентов обжатия в швеллерных калибрах:

По уравнениям регрессии рассчитаем суммарные коэффициенты обжатия по элементам профиля:

1/з?_d=0.023А₁+1.437n_кш-0.134N-1.644=0.023*99+1.437*6−0.134*16−1.644=7.111

1/з?_b=0.275(1/з?_d)+0.574n_кш-0.794=0.275*7.111+0.574*6−0.794=4.605

1/з?_a=1.403(1/з?_b)-0.697(1/з?_d)+0.076(1/з?_d)²-0.152(1/з?_b)²+0.125n_кш+0.01А₁+0.961=1.403*4.605−0.697*7.111+0.076*7.1112−0.152*4.6052+0.125*6+0.11*99+0.961=4.825

Распределим полученный суммарный коэффициент обжатия стенки по калибрам. Для этого по номограмме при n_кш = 6, N = 16, A₁=99 и N_кш=1,2,…, 6 определим долю относительного обжатия стенки в каждом швеллерном калибре: ?_d1=0.063; ?_d2=0.130; ?_d3=0.180; ?_d4=0.220; ?_d5=0.252; ?_d6=0.270. Суммарная доля обжатия не должна превышать 1. В нашем случае суммарные доли обжатия по каждому элементу получились больше 1. Поэтому полученную невязку 0.115 распределить равномерно по всем проходам, уменьшая каждое из найденных значений ?_di на величину 0.115/6=0.019. В результате получим ?_d1=0.044; ?_d2=0.111; ?_d3=0.161; ?_d4=0.201; ?_d5=0.233; ?_d6=0.250 и? ?_di=1.

Рассчитаем коэффициенты обжатия стенки в каждом швеллерном калибре по формуле:

1/з_di=

в 1-ом швеллерном калибре: 1/з_d1=(7.111)^0.044=1.090

1/з_d2=(7.111)^0.111=1.243

1/з_d3=(7.111)^0.161=1.371

1/з_d4=(7.111)^0.201=1.483

1/з_d5=(7.111)^0.233=1.5794

1/з_d6=(7.111)^0.250=1.635

Аналогично определим коэффициенты обжатия фланцев у основания 1/з_bi и у вершины 1/з_ai.

Расчет коэффициентов обжатия в контрольных калибрах:

По уравнению регрессии рассчитаем для первого контрольного калибра (N_кк=1) коэффициенты обжатия отдельных элементов профиля:

По высоте фланцев:

1/з_к =1,112+0,0163N_к — 0,0022N= 1.112+0.0163*1 — 0.0022*16=1.093

по толщине стенки:

по толщине фланцев у основания:

1/з_bk=0.115N_кк+0.0011А₁+0.0634(1/з_dк)+0/795=0.115*1+0.0011*99+0.0634*1.161+0.795=1.092

Аналогично определим коэффициенты обжатия во втором контрольном калибре (при N_кк=2), получаем: 1/з_к =1.109; 1/з_dk=1.445; 1/з_bk=1.225

Определение относительного уширения:

Относительное уширение стенки профиля е_ш в швеллерных и контрольных калибрах определим по номограмме при N=16 А₁=99 и соответствующих значениях N_к и 1/з_di, где i= N_к=1,2,…, 8.

Для чистого калибра при N_к=1 и 1/з_d1=1.090 е_ш1=0.005;

для первого контрольного калибра при N_к=2 и 1/з_d2=1.161по номограмме е_ш2=0.011;

N_к=3 и 1/з_d3=1.243, е_ш3=0.018;

N_к=4 и 1/з_d4=1.371, е_ш4=0.025;

N_к=5 и 1/з_d5=1.483, е_ш5=0.032;

N_к=6 и 1/з_d6=1.579, е_ш6=0.040;

N_к=7 и 1/з_d7=1.445, е_ш7=0.042;

N_к=8 и 1/з_d8=1.635, е_ш8=0.052;

Относительное уширение фланцев е_ф только для швеллерных калибров в трёх верхних квадратах номограммы при N=16 N_к и 1/з_di (i=N_к=1,3,…6,8): для первого швеллерного калибра при N_к=1 и 1/з_d1=1.090 по номограмме получим е_ф1=0.018;

N_к=3 и 1/з_d3=1.234, е_ф3=0.055;

N_к=4 и 1/з_d4=1.371, е_ф4=0.080;

N_к=5 и 1/з_d5=1.483, е_ф5=0.105;

N_к=6 и 1/з_d6=1.579, е_ф6=0.130;

N_к=8 и 1/з_d8=1.635, е_ф8=0.170.

Расчет размеров полос и калибров:

Размеры раскатов и калибров определим, идя от чистового калибра против направления прокатки.

2-й калибр (1-й контрольный, N_к=2, N_кк=1). Размеры действительных фланцев определим по размерам чистового профиля и найденным коэффициентам обжатия в первом калибре:

d^?=(1/з_d)*d=1.090*5.1=5.6 мм;

b?=(1/з_b)*b=1.123*8.1=9.1 мм;

a?=(1/з_а)*a=1.123*8.1=9.1 мм;

l^?_ш= l_ш/(е_ш+1)=160/(0.005+1)=159.2 мм;

l^?_ф= l_ф/(е_ф+1)=57.9/(0.018+1)=56.9 мм.

Назначим выпуск в предчистовом калибре 15% ц=8.53⁰, тогда

?^?=arctg0.15=0.1489 рад (8.53⁰) и

h^?= l^?_фcos ?^?=56.9*cos0.1489=56.3 мм.

Приведенные размеры ложных фланцев рассчитаем по уравнениям регрессии:

1/з^?_b=1.092;

1/з^?_d=1.161;

h^?=h^?/d^?=56.3/5.6=10.05;

h_ф^?= l^?_ф/d^?=56.9/5.6=10.16;

h_л^?=0.958(1/з^?_b) — 0.612(1/з?_d)-0.34 tg?-0.0041h^?h_ф^? + 0.038N-0.005 = 0.958*1.092 — 0.612*1.161−0.34*0.15−0.0041*10.05*10.16+0.038*16−0.005 = 0.469;

b_л^? = 0.0224h^? + 1.609h_л^? — 0.032Nh_л^?+0.612=0.224*10.05 + 1.609*0.469−0.032*16*0.469+0.612 = 3.378

Абсолютные размеры ложных фланцев составят:

h^?_л= h_л^?d^?=0.469*5.6=2.6 мм;

b^?_л= b_л^?d^?=3.378*5.6=18.9 мм;

а^?_л=0, т.к. рассчитываемый калибр является предчистовым.

Рассчитаем радиус кривизны шейки, ее прогиб и горизонтальные проекции элементов профиля:

R^?_ш= l^?_ш/2?^?=159.2/(2*0.1489)=534.6 мм;

В^?_ш=2R^?_шsin?^?=2*534.6*sin0.1489=158.6 мм;

В^?_ф=(l^?_ф+ d^?)sin?^?=(56.9+5.6)sin0.1489=9.3 мм;

^?=0.5В^?_ш*tg?^?/2=0.5*158.6*tg0.7 445=5.9 мм.

Радиусы закруглений элементов калибра:

R^?=С₁b?=1.049*9.1=9.5 мм;

r^?=C₂a?=0.617*9.1=5.6 мм;

r^?₁=0.5R^?=0.5*9.5=4.75 мм.

Значение r^? и r^?₁округлим до 5 и 4 мм. Размеры 2-го калибра показаны на рис. 2.8.

3-й калибр (N_к=3, N_кш=2). Так как 3-й калибр следует по ходу расчёта за контрольным, то размеры стенки и действительных фланцев профиля рассчитаем по размерам контрольного калибра и коэффициентам обжатия в этом калибре:

d^?=(1/з_dк)*d=1.161*5.6=6.5 мм;

b?=(1/з_bк)*b=1.092*9.1=9.9 мм;

l^?_ф= (1/з_к) l_ф=1.093*56.9=62.2 мм;

a?=(0.96:1)а=(0.96:1)9.1=8.8:9.1 мм, примем a?=9 мм;

l^?_ш= l_ш/(е_ш+1)=159.2/(0.011+1)=157.5 мм.

Выпуск калибра примем таким же, как и в контрольном калибре:

tg?^?=15. Тогда ?^?=0.1489 рад и

h^?=l^?_фcos ?^?=62.2*cos0.1489=61.5 мм.

Приведённые размеры ложных фланцев рассчитаем по уравнениям при 1/з^?_b=1.236; 1/з^?_d=1.243; h^?=h^?/d^?=61.5/6.5=9.46 и h_ф^?= l^?_ф/d^?=62.2/6.5=9.57:

h_л^?=0.958*1.236−0.612*1.234−0.34*0.15−0.0014*9.46*9.57+0.038*16−0.005=0.604;

b_л^?=0.224*9.46+1.609*0.604−0.032*16*0.604+0.612=3.394.

Абсолютные размеры ложных фланцев составят:

h^?_л= h_л^?d^?=0.604*6.5=3.9 мм;

b^?_л= b_л^?d^?=3.394*6.5=22.1 мм;

а^?_л=0, толщина ложного фланца в вершине.

Размеры калибра:

R^?_ш= l^?_ш/2?^?=157.5/(2*0.1489)=528.9 мм;

В^?_ш=2R^?_шsin?^?=2*528.9*sin0.1489=156.9 мм;

В^?_ф=(l^?_ф+ d^?)sin?^?=(62.2+6.5)sin0.1489=10.2 мм;

^?=0.5В^?_ш*tg?^?/2=0.5*156.9*tg0.7 445=5.9 мм.

Радиусы закруглений элементов калибра:

R^?=С₁b?=1.049*9.9=10.4 мм;

r^?=C₂a?=0.617*9=5.5 мм;

r^?₁=0.5R^?=0.5*10=5 мм.

Аналогично производим расчёты для остальных калибров.

В разрезном калибре 9 для действительных фланцев получаем соотношение: b/В_ш=49.4/128.1=0.386, и уклон внутренних граней фланцев tg?_b=0.453, что соответствует признакам разрезного калибра с острыми гребнями. Размеры ложных фланцев в разрезном калибре примем такими же, как и в восьмом калибре: h_л=29.9 мм; b_л=66.4 мм и а_л=41.3мм В результате построения первоначально рассчитанная толщина шейки разрезного калибра d=61.5 мм увеличиваем по гребню до 64.9 мм за счёт того, что b_л/B_ш=66.4/128.1=0.518, т. е. внутренние грани ложных фланцев пересеклись на вертикальной оси калибра выше верхней расчётной грани шейки. Кроме того, дополнительное увеличение толщины шейки калибра произойдет за счёт закругления внутренних граней ложных фланцев радиусом 36 мм.

Расчёт размеров заготовки:

С целью улучшения условий центрирования и устойчивости заготовки при входе в разрезной калибр примем предварительно В₀=В_ш=128.1 мм. Для определения высоты заготовки рассчитаем площадь разрезных клиньев без учёта радиусов закруглений (калибр 9):

а) верхнего щ_в.кл=((128.1−2*29.9*0.15−2*41.3)/2)*26.5=484 мм²

б) нижнего щ_н.кл=((128.1+2*61.5*0.15−2*49.4)+(158.8−2*37))/2)*40.9=2710.6 мм²

в) общую щ_р.кл= щ_в.кл+ щ_н.кл=484+2710.6=3194.6 мм².

Высота полки разрезного профиля:

Н_р=40.9+61.5+29.9=132.3 мм Средняя ширина раската в очаге деформации:

В_ср=0.5(В₀+В_р)=0.5(128.1+137.3)=132.7 мм Подставляя полученные значения в формулу:

Н₀=(2/3*(щ_р.кл / В_ср))+Н_р=(2/3*(3194.6/132.7))+132.3=148.3 мм.

С учётом проведённых расчётов примем холодные размеры заготовки для разрезного калибра В₀=125 мм и Н₀=150 мм, что соответствует горячим размерам при t=1125 ⁰С-126.7 и 152 мм.

Проверим ограничения по условиям захвата заготовки в разрезном калибре. Обжатие по гребню калибра:

Н_Р= Н₀-d_Р=152−64.9=87.1 мм.

Диаметр валков по шейке калибра:

D_ш=D_0min-d_p=588−64.9=523.1 мм.

Угол захвата:

б=2arcsinv (Н_Р/(2 D_ш))=2arcsinv (87.1/(2*523.1))=32.6 ⁰,

что меньше максимально допустимого угла [б]=36⁰.

Определим допустимое стеснённое уширение В_р.ст. Для этого по номограмме при:

1/з_dp=Н₀/d_Р=152/64.9=2.342

и N=16 найдём относительное уширение е_р=0.137 и рассчитаем:

В_р.ст=В₀е_р=126.7*0.137=17.4 мм Простор на уширение:

В_рmax-В₀=158.8−126.7=32.1 мм Следовательно, ограничение В_р.ст< В_рmax-В₀ выполняется. Поэтому примем окончательно размеры прямоугольной заготовки для разрезного калибра Н_0*В₀=152*126.8 мм. Раскат с такими размерами получим по 1-й клети стана при прокатке на гладкой бочке валков из исходной заготовки сечением 147.7*147.7 мм (холодные размеры 145*145мм) с площадью 21 814.9 мм².

Проверка ограничений по условиям входа раската в калибры

Из рис. 2.1 видно, максимальная ширина раската по отогнутым фланцам В_max и ширина шейки В_ш последовательно уменьшаются против направления прокатки во всех калибрах, кроме 4 и 8, а величина выпуска одинакова для всех смежных калибров, кроме 3 и 4. При этом вход задаваемого профиля в калибр не будет вызывать затруднения во всех калибрах, кроме 3 и 7, для которых необходимо выполнение неравенства:

D^? < D или В^?_ш+2B^?_Фш+2B_ф+r_?cos?.

С целью выполнения указанных ограничений приняли радиус закругления бурта верхнего валка в 3-м калибре r_?=9 мм. При этом получили:

D= В_ш +2B_Ф+ r_?cos?=177.3+9cos0.1489=181.6 мм Следовательно, D^?=185.6 мм < D=186.1 мм, т. е. неравенство выполняется. Аналогично за счёт радиуса закругления бурта нижнего валка в калибре 7 r_?=8 мм получено D=176.6 мм, что больше D^?=175.2 мм (на рис. 11, калибры 7 и 8).

Расчёт коэффициентов вытяжки

Площадь поперечного сечения прямоугольной заготовки для разрезного калибра составит:

щ₀= Н₀В₀-0.86r²=152*126.7−0.86*202=18 914.4 мм²

Площадь поперечного сечения полосы в каждом фасоном калибре. Для разрезного калибра (9-го):

щ_ш=В_рd_р=137.3*61.5=8443.9 мм²

щ_оф=(а+b)*(h_д/2)=(37+49.4)*(40.9/2)=1766.9 мм²

щ_зд=щ_лф=(а_л+b_л)*(h_д/2)=(41.3+0.5*128.1)*(29.9/2)=1575 мм²

щ₉= щ_ш+2(щ_оф+ щ_лф)=8443.9+2*(1766.9+1575)=15 127.7 мм²

Коэффициент вытяжки в разрезном калибре:

ч=щ_о/ щ₉=18 914.4/15 127.7=1.250

Расчёт технологических параметров и проверка ограничений:

Расчёт скоростного и температурного режима, энергосиловых параметров и коэффициентов загрузки электродвигателей стана выполнен на ЭВМ с использованием алгоритма. При этом конечная скорость прокатки принята U_к=6 м/с, что составляет 88.3% от максимально допустимой скорости (запас на регулирование в связи с переточкой валкой 12%).

В таблице 2, ограничения по скоростному режиму прокатки выполняются для всех клетей стана, причём скорости прокатки в 6-й и 10-й клетях близки к максимально допустимым с учётом запаса на регулирование в связи с переточкой валков. Режим прокатки ограничивается также мощностью привода рабочих клетей 2−5 и 6−7, для которых коэффициенты загрузки электродвигателей достигают 0.93 и 0.964. Загрузка оборудования главных линий стана не лимитирует режимы деформации, так как для всех клетей стана R_max< R_доп и М_пр<�М_доп.

Таблица 2. Результаты расчёта энергосиловых параметров

Таким образом, рассчитанная калибровка валков позволяет максимально использовать скоростные и энергосиловые возможности стана и, следовательно, является рациональной.

Определение положения нейтральной линии калибра (НЛК):

Положение нейтральной линии в каждом калибре определим с учётом изгиба шейки.

Калибр 3:

Z_тд=l_ф/3*((b+2a)/(b+a))= 30.6 мм

Z_тл=h_л/3=3.9/3=1.3 мм т.к. а_л=0.

Расстояния от линии 0−0 до центра тяжести элементов профиля:

Z_ш=(?+d)/2=(5.9+6.5)/2=6.2 мм

Z_дф=(d+Z_тд+((a+b)/4)tg?)cos?=(6.5+30.6+((9+9.9)/4)0.15) cos0.1489=0.47 мм

Z_лф=(Z_тл-((a_л+b_л)/4)tg?)cos?=(1.3-((0+22.1)/4)0.15)cos0.1489=0.47 мм Площади элементов профиля:

щ_ш=l_шd=157.5*6.5=1023.7 мм²

щ_дф=(a+b)*(l_ф/2)=(9+9.9)*(62.2/2)=587.8 мм²

щ_лф=0.5(b_л*h_л)=0.5(22.1*3.9)=43.1 мм²

Ордината центра тяжести профиля:

Z=(щ_шZ_ш+2щ_дфZ_дф-2щ_лфZ_лф)/(щ_ш+2щ_дф+2щ_лф)=(1023.7*6.2+2*587.8*37.4−2*43.1*0.47)/(1023.7+2*587.8+2*43.1)=22 мм Расстояние по вертикальной оси от нижней грани шейки до НЛК:

Z^?= Z-(?+d)=22-(5.9+6.5)=9.6 мм

Обычно при прокатке швеллеров принимают давление валков m=0, вследствие чего линия прокатки совпадает со средней линией валков. Поэтому рабочие диаметры валков по середине шейки калибра можно определить по формулам:

а) для нижнего валка D_шн=D₀+2Z

б) для верхнего валка D_шн=D₀-2(Z^?+d)

Для 1-го калибра:

D_шн=510+2*9.9=529.8 мм

D_шн=510−2(9.9+5.1)=480 мм

Заключение

В результате выполнения курсового задания были изучены понятия швеллера и калибровки. Рассчитана калибровка валков для прокатки швеллера № 16П на стане 500. По расчетным данным построены калибры и предложена схема их расположения на валках.

Список используемой литературы

1. «Производство профилей швеллерного типа с использованием универсальных калибров». А. Л. Руш, А. Г. Паутов, В. Г. Неустров. Журнал Сталь № 1 /1995 г., 30−32 с.

2. «Освоение швеллеров с параллельными полками» В. И. Деревянко, Ю. Г. Малый, А. А. Карпов. Журнал Сталь № 7/ 1974 г., 150−151 с.

3. «Освоение прокатки тонкостенного швеллера Т22». Ю. О. Лабецкий, В. Н. Беспалов, В. М. Голубев, И. Ф. Бенько, Ю. Т. Рубцов. Журнал Сталь № 7 / 1982 г., 53−55 с.

4. «Усовершенствование калибровки швеллеров». В. И. Виноградов, Г. Д. Фейгин, И. М. Герман, Е. В. Козопасов. Журнал Сталь№ 1/1980г., 36−37 с.

5. Диомидов Б. Б., Литовченко Н. В. Калибровка прокатных валков. — М.: Металлургия, 1970. — 312 с.

6.Грудев А. П., Машкин Л. Ф., Ханин М. И. Технология прокатного производства: Учебник для вузов.- М.: Металлургия, 1994, с. 656.

7. Чекмарев А. П., Мутьев М. С., Машковцев Р. А. Калибровка прокатных валков. Учебное пособие для вузов. — М.: Металлургия, 1971. — 512 с.