Технологические процессы обработки заготовок пластическим деформированием. Прокатка

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ЧЕРЕПОВЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт Информационных Технологий

Курсовая работа

по «Технологическим процессам автоматизированных производств»

на тему «Технологические процессы обработки заготовок пластическим деформированием. Прокатка»

Выполнил:

студент группы 1АП-310

Тесаков В.С.

Проверил: ст. преп. Пойгина С. А.

Череповец 2013

Содержание

Введение

1. Историческая справка

2. Сущность процесса прокатки

3. Основы технологии прокатного производства

4. Классификация станов по назначению

Заключение

Список литературы

Введение

Одним из эффективных способов придания металлу необходимой формы является его прокатка. Прокатка применяется преимущественно в черной металлургии. Производство металла имеет большое значение для развития народного хозяйства и роста благосостояния людей. От успешного развития металлургии в значительной мере зависит обеспечение металлом машиностроения, машиностроительства, транспорта, сельского хозяйства и других областей народного хозяйства. Технологический процесс получения готового проката является завершающей стадией металлургического производства. Через прокатные цеха проходит почти вся сталь, выплавляемая в сталеплавильных цехах, поэтому наряду с увеличением производства проката существует проблема повышения эффективности прокатного производства и качества готового продукта. Особенностью развития прокатного производства является переход к непрерывным процессам прокатки. Это позволяет существенно увеличить производительность прокатных станов и качество их продукции. Обеспечение непрерывной схемы прокатки требует существенного повышения уровня автоматизации технологических процессов и обеспечения оптимальности управления.
Управление технологическим процессом, проблема выбора оптимальной технологии связаны с выбором критерия оценки качества. Задачу выбора таких критериев можно определить как задачу определения качества технологического процесса.

1. Историческая справка

Время и место появления первого прокатного стана неизвестны. Бесспорно, что раньше прокатки железа применяли прокатку цветных металлов -- свинца, олова, меди, монетных сплавов и др. Наиболее ранний документ (рисунок с описанием), характеризующий устройство для прокатки олова, оставлен Леонардо да Винчи (1495). Примерно до конца 17 в. привод прокатного стана был ручным, в 18 в. -- водяным. Промышленная прокатка железа началась примерно с 18 в. В России она особенно широко развивалась на Урале. Прокатные станы применялись для производства кровельного железа, плющения кричной заготовки в полосу или лист, разделения откованной полосы по длине на более мелкие профили квадратного или прямоугольного сечения (т. н. "резные" станы).

В конце 18 в. для привода прокатного стана начали применять паровые машины; прокатка становится одним из трёх основных звеньев производственного цикла металлургических заводов, постепенно вытесняя менее производительный способ ковки. К этому периоду относится промышленное применение прокатного стана с калиброванными валками, сконструированного в 1783 Г. Кортом (Великооритания); прокатные станы постепенно дифференцируются на обжимные, листовые и сортовые. В 30--40-х гг. 19 в. в связи с бурным развитием железных дорог в разных странах начинают прокатывать рельсы. В 1856--57 в Сааре (Германия) был установлен первый прокатный стан, предназначенный для прокатки крупных балок. Развитие конструкций и специализация этих станов привели к появлению в США в конце 19 в. блюмингов и слябингов. В 1867 Г. Бедсон (Великобритания) построил непрерывный проволочный стан.

Первый непрерывный листовой стан построен в 1923 в США. Начало холодной прокатки листов относится к 80-м гг. 19 в. ; холодная прокатка труб освоена в 1930 в США. В СССР первым достижением станостроения явилось сооружение Ижорским заводом двух блюмингов, которые в 1933 введены в эксплуатацию на Макеевском и Днепродзержинском металлургических заводах. В 1940--60-х гг. Всесоюзным научно-исследовательским и проектно-конструкторским институтом металлургического машиностроения (ВНИИМЕТМАШ) создан ряд прокатных станов для новых технологических процессов, обеспечивающих производство прокаткой многих изделий, которые ранее изготовлялись другими, менее эффективными способами (тонкостенные безрисочные трубы, листы переменной толщины по длине, профили круглого периодического сечения, шары, втулки, винты с крупным шагом, ребристые трубы и др.). В 60-е гг. в СССР, США, ФРГ и Италии начато создание литейно-прокатных агрегатов, в которых совмещены процессы непрерывного литья и прокатки в едином неразрывном потоке. Такие агрегаты уже получили широкое применение для производства катанки из алюминиевых и медных сплавов, листов из алюминиевых сплавов и заготовок из стали

2. Сущность процесса прокатки

Прокатный стан - это совокупность привода, шестеренной клети, одной или нескольких рабочих клетей. Прокатные станы классифицируют по трем основным признакам: по числу и расположению валков; по числу и расположению рабочих клетей; по их назначению.

Прокатка металла осуществляется при прохождении его между валками, вращающимися в разных направлениях. При прокатке металл обжимается, в результате чего толщина полосы уменьшается, а ее длина и ширина увеличиваются. Разность между исходной h0. и конечной h1, толщинами полосы называют абсолютным обжатием:

?h= h0 - h1

Разность между конечной b1 и исходной b0 ширинами полосы называют абсолютным уширением

?b = bt-- b0.

Величину деформации полосы при прокатке характеризуют следующие показатели (коэффициенты):

относительное обжатие -- отношение абсолютного обжатия к исходной толщине полосы;

е = ?h/h0, или е = (?h/h0)100 %;

коэффициент обжатия -- отношение исходной толщины к конечной

е = h0 / h1

коэффициент вытяжки -- отношение длины полосы после прокатки l1 к исходной длине l0:

м = l1 / l0

Поскольку объем металла в процессе прокатки не изменяется, то

h0b0l0 = h1b1l1, отсюда

м = l1 / l0 = h0b0/ h1 bt = F0 / F1

Таким образом, длина полосы при прокатке увеличивается пропорционально уменьшению ее поперечного сечения. Коэффициенты обжатия, вытяжки и уширения характеризуют высотную, продольную и поперечную деформацию металла.

Металл соприкасается с каждым из валков по дуге АВ (рис. 1.), которую называют дугой захвата. Угол а, соответствующий этой дуге, называют углом захвата.

Рис. 1 Схема прокатки металла

Объем металла, ограниченный дугами захвата АВ, боковыми гранями полосы и плоскостями входа АА металла в валки и выхода ВВ металла из них, называют очагом деформации металла. Длина этого очага

l= vR?h

Для осуществления захвата металла валками необходимо, чтобы соблюдалось условие: f>tga, tg в >tga, в >a.

Максимально допустимый угол захвата при прокатке зависит от материала валков и прокатываемой полосы, состояния их поверхности, температуры и скорости прокатки. Обычно при прокатке блюмов и крупных заготовок максимальный угол захвата составляет 24.. .32°, при горячей прокатке листов и полос-- 15. ..20°, при холодной прокатке листов и лент со смазкой--2. ..10°.

При расчете на прочность валков и других деталей рабочей клети прокатного стана и при определении мощности двигателя стана необходимо знать усилие прокатки, которое определяют по формуле

P=pcPF,

Где pcP -- среднее давление прокатки; F -- горизонтальная проекция контактной площади металла с валком.

При прокатке простых профилей (листов, полос и заготовок прямоугольного и квадратного сечений) контактная площадь определяется произведением средней ширины полосы в очаге деформации на длину очага деформации. При прокатке сложных профилей (уголков, швеллеров, балок, рельсов и т. п.) контактную площадь определяют графически или по приближенным формулам. Среднее давление прокатки рассчитывают по формулам или находят опытным путем.

3. Основы технологии прокатного производства

Сортамент проката

Прокат можно разделить на пять основных групп: 1) заготовки всех видов, 2) сортовая сталь, 3) листовая сталь, 4) специальные виды проката, 5) трубы.

Заготовки всех видов или полупродукт включают блюмы, слябы, осевые, трубные, кузнечные и другие. Они являются исходным материалом для последующей прокатки сортовых, листовых профилей, специальных видов проката и бесшовных труб.

Сортовую сталь (рис. 2), в свою очередь, можно разделить на профили массового потребления и профили специального назначения. К первой группе профилей относят круглую квадратную, .шестигранную, полосовую и угловую сталь, проволоку, швеллеры, двутавровые балки и др. Ко второй группе рельсы, профили особой формы, применяемые в строительств (шпунтовые сваи и др.), машиностроении (автообод, кольцо автообода, опорная планка направляющего ножа трактора др.) и других отраслях народного хозяйства.

Листовая сталь в зависимости от толщины листов разделяется на две основные группы: толстолистовую -- толщина 4. ..160 мм, тонколистовую -- толщиной 1,2. ..4 мм.

К специальным видам проката относят бандажи, шар цельнокатаные колеса и периодические профили (переменно поперечное сечение по длине полосы).

Стальные трубы разделяют на бесшовные и сварные. Доля стальных труб в общем выпуске проката с каждым годом увеличивается, особенно быстро растет производство сварных труб.

Размеры и допуски на прокат, требования к качеству поверхности, механическим и технологическим свойствам определяются государственными и отраслевыми стандартами (ГОСТами, ОСТами) или техническими условиями (ТУ).

Технологический процесс прокатки представляет собой комплекс последовательных термомеханических операций, выполняемых на соответствующем оборудовании и в определенной последовательности и предназначенных для получения продукции с заданными показателями качества (точности формы и геометрических размеров, состояния поверхности и т. д.). Наиболее общая схема технологического процесса прокатки включает операции подготовки исходного металла к прокатке, нагрева перед обработкой давлением, собственно прокатки для получения заданного профиля, отделку проката и контроль его качества. В зависимости от стадии прокатки (производство заготовок или готовой продукции из слитка или литой заготовки) и вида проката число технологических операций и их последовательность может изменяться.

Рис. 2 Профили сортовой стали: 1 -- квадратный; 2 -- круглый; 3 -- шестигранный; 4 -- полосовой; 5--автообод; 6 -- угловой (а -- равнобокий, б -- нерав-нобокий); 7 -- рельс железнодорожный; 8 -- рельс трамвайный; 9 -- балочный; 10 -- швеллерный; 11 -- опорная планка направляющего колеса трактора; 12 -- зетовый профиль; 13 -- шпунт

4. Классификация станов по назначению

Станы разделяют на обжимные, заготовочные, сортовые, полосовые, листовые, трубопрокатные и станы специального назначения.

К обжимным станам относят блюминги и слябинги -- крупные станы с валками диаметром 800. ..1500 мм для прокатки слитков массой 3. . .28 т и более в заготовки крупных размеров (блюмы и слябы). Эти заготовки являются исходным мате риалом для заготовочных крупносортных и листовых станов.

Заготовочные станы имеют валки диаметром 450.. .850 м На этих станах прокатывают блюмы в заготовки меньших размеров (60x60.. .150Х150 мм) для получения затем сортовой стали и проволоки. Наиболее совершенными станами являются непрерывные заготовочные станы, устанавливаемы непосредственно за блюмингами, и станы радиально-сдвиговой деформации. Применяют также заготовочные станы линейного типа.

Сортовые станы в зависимости от размеров сортовой стал и назначения изделий разделяют на рельсобалочные с валкам диаметром 750.. .900 мм для прокатки железнодорожных рель сов, балок, швеллеров и других крупных профилей; крупно сортные с валками диаметром 500.. .750 мм; среднесортные с валками диаметром 350.. .450 мм; мелкосортные с валкам диаметром 250.. .325 мм и проволочные с диаметром валко 150. ..250 мм.

Расположение рабочих клетей сортовых станов может быт различным. В сортовом стане линейного типа все клети расположены в одну или несколько линий. Существенным недостатком этих станов является одинаковая частота вращения валков во всех клетях данной линии, вследствие этого на ни нельзя прокатывать металл со скоростью, возрастающей по мере увеличения длины прокатываемой полосы.

Весьма совершенны непрерывные сортовые станы. Рабочие клети в этих станах располагаются последовательно одна за другой. Полоса одновременно прокатывается во всех ил нескольких клетях. Скорость прокатки полосы по мере уменьшения ее сечения увеличивается. На непрерывных станах можно достичь очень высокой производительности при полном исключении ручного труда. Благодаря автоматизации на этих станах можно применять скорость прокатки 60. ..80 м/с и более. В современных непрерывных сортовых станах каждая рабочая клеть имеет индивидуальный привод, что позволяет устанавливать скорость прокатки для каждой клети. У этих станов имеются клети с вертикальными валками, что исключает кантовку полосы в кантующих проводках.

Полосовые станы с диаметром валков около 300 мм являются непрерывными, они предназначены для прокатки лент, полос и штрипсовых заготовок для сварных труб.

Проволочные станы прокатывают проволоку (катанку) толщиной 5.. .10 мм. Современные проволочные станы строят непрерывными с блоками чистовых клетей.

Листовые станы для горячей прокатки листовой стали толщиной 1,2. ..60 мм и более имеют бочки валков длиной 800... 5000 мм. Толстолистовую сталь шириной 1000. ..2500 мм прокатывают на непрерывных и полунепрерывных широкополосных станах.

Листовые станы для холодной прокатки листов толщиной 0,05. ..4 мм имеют бочки валков длиной 700.. .2800 мм. При холодной прокатке тонкой ленты из стали различных марок и цветных металлов широко применяют четырех-, двенадцати- и двадцативалковые станы, а также четырех- и пятиклетьевые непрерывные четырехвалковые станы.

Трубопрокатные станы предназначены для производства бесшовных стальных труб. Процесс прокатки бесшовных труб состоит из двух операций: получения из слитка или заготовки толстостенной гильзы и последующей раскатки этой гильзы в трубу заданного диаметра. Для производства сварных труб наибольшее применение получили непрерывные станы, на которых стальные трубы изготовляют электросваркой.

Заключение

Итак изучив теоретическую литературу по данной теме, можно сделать следующие выводы:

Прокатный стан - это совокупность привода, шестеренной клети, одной или нескольких рабочих клетей. Прокатные станы классифицируют по трем основным признакам: по числу и расположению валков; по числу и расположению рабочих клетей; по их назначению.

Много валковые станы: двенадцативалковые и двадцативалковые имеют только два рабочих валка, а все остальные являются опорными. Валки приводятся через промежуточные опорные валки. Такие конструкции станов позволяют применять рабочие валки малого диаметра, благодаря чему увеличивается вытяжка и снижается давление металла на валки.

Универсальные станы, кроме горизонтальных валков, имеют также и вертикальные, расположенные с одной и обеих сторон горизонтальных валков.

По расположению рабочих клетей станы могут быть одноклетьевыми и многоклетьевыми с линейным и последовательным расположением клетей. У линейных станов клети расположены в одну или несколько линий; в каждой линии все валки связаны между собой и вращаются с одной скоростью. Последнее является существенным недостатком этих станов, так как препятствует значительному увеличению скорости прокатки по мере увеличения длины прикатываемой полосы. Поэтому в некоторых случаях для повышения производительности станов клети располагают в несколько линий с разной скоростью прокатки.

Производительность прокатки можно повысить последовательным расположением клетей в непрерывных станах. Привод рабочих клетей непрерывных станов может быть группой, когда несколько клетей приводятся в движение от одного двигателя, или индивидуальным, когда каждая клеть имеет свой двигатель. В обоих случаях окружная скорость каждой последующей пары валков должна быть больше скорости предыдущей на строго определенную величину. На непрерывных станах можно прокатывать полосу с натяжением, что позволяет увеличить обжатия. Внедрение непрерывности всего процесса прокатки - одно из основных направлений технического прогресса в прокатном производстве.

Прокатные станы по назначению подразделяются на станы для производства полупродукта и станы для выпуска готового проката. К первым станам относятся обжимные станы (блюминги и слябинги) для прокатки слитков в продукт крупного сечения для последующей прокатки на сортовой или листовой металл и заготовочные для получения полупродукта более мелкого сечения из блюмов или слитков небольшой массы.

Станы для выпуска готового проката характеризуются видом выпускаемой продукции: рельсобалочные. Сортовые, листопрокатные, трубопрокатные и станы для специальных видов проката. Размер блюмингов. Слябингов, заготовочных, рельсобалочных и сортовых станов обуславливается диаметром бочки валков; размер листовых станов - длиной бочки, а размер трубопрокатных станов - наружным диаметром прокатываемых труб.

прокатка олово многовалковый

Список литературы

1. Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева. Материаловедение. М.:Машиностроение, 1990

1. Геллер Ю.А. Рахштадт А.Г. Материаловедение. Методы анализа, лабораторные работы и задачи. М.: Металлургия, 1984г.

2. Бернштейн М.Л.. Металловедение и термическая обработка стали.М.: Металлургия, 1983

3.Богодухова С.И., Бондаренко В.А. Технологические процессы машиностроительного производства. Оренбург, ОГУ, 1996

4.Жадан В.Т., Полухин П.И. Материаловедение и технология материалов. М.: Металлургия, 1994

5. Лахтин Ю.М, В.П. Леонтьева. Материаловедение. М.: Машиностроение, 1990

Размещено на Allbest.ru