Размещено на http://www.allbest.ru/

Прокатка и калибровка швеллера

По ГОСТ 8240 - 89 выпускаются швеллеры высотой H= 50 - 600 мм (№ 5 - 60), шириной полки от 32 до 190 мм, толщиной полки от 7,0 до 17,8 мм и толщиной стенки от 4,5 до 12 мм. Обыкновенные швеллеры серии У и специальные серии С (отличающиеся от первых большими толщинами полки и стенки) выпускаются с уклонами по внутренним граням полки (рис. 15.31).

Рис. 15.31. Типы швеллера по ГОСТ 8240 - 89: а) - обыкновенные серии У и С , б) - с параллельными гранями серии П; в) экономичные с параллельными гранями полок серии Э и Л.

Швеллеры с параллельными гранями полок имеют серию П, Э и Л. Экономичные швеллеры серии Э в отличие от серии П имеют более тонкую стенку S (от 4,4 до 8 ,0 мм), швеллеры легкой серии - более тонкую стенку и полки и укороченные размеры полки.

Обозначают тип и размеры швеллера, например, № 20У, № 14Л или №14С.

Допуски на размеры элементов швеллера:

по высоте H: при H < 80 мм - 1,5 мм и при 81 < H < 200 - 2,0 мм;

по ширине B: при B< 40 мм - 1,5 мм и при 41 < B < 90 мм - 2,0 мм;

по толщине полки t: при t <10 мм - + 0 - 0,5 мм и при t >11 - +0 -1,0 мм;

по толщине стенки S: при S < 5,1 мм - 0,5 мм и при S > 6,0 - 0,7 мм.

ГОСТом оговариваются перекос полок на длине 1 м, прогиб стенки (до 0,5 - 1,5 мм), общая кривизна и т. д. Длина выпускаемого проката - в пределах от 2 до 12 м. Швеллеры изготовляют в основном из углеродистой стали обыкновенного качества и низколегированных сталей.

Швеллер производится на тех же станах, что и двутавровая балка, то есть на последовательных, линейных и универсальных специализированных. На рис. 15.32 приведены различные способы прокатки швеллера на этих станах. На рис. 15.32, 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. 15. 32. 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

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 15. 32, 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.

Многие проблемы по производству профилей серии П,Э и Л могут быть решены только с использованием универсальных калибров. Как указывалось, многие существующие станы последовательного и линейного типа имеют возможность устанавливать на место последней клети универсальную клеть или оборудованы стационарной универсальной клетью. Непрерывный стан 450 Западно-Сибирского металлургического завода, а также УБС Нижнетагильского металлургического комбината оборудованы специальными универсальными клетями. Прокатка швеллера в универсальной клети показана на рис. 15.33 и принципиально не отличается от прокатки балки в таких калибрах.



Рис. 15.34. Калибровка швеллера № 5 и № 10 на полунепрерывном стане 350

На полунепрерывных среднесортных станах 350 Днепродзержинского металлургического завода и ЧерМК разработана полосовая калибровка валков. На рис 15. 34 приведена калибровка, реализованная на ЧерМК для прокатки швеллеров № 5 и № 10 с прямыми полками по ГОСТ 8240 - 97 с размерами соответственно: № 5 - h = 50 1,5; b = 32 1,5; t = 4,6; s = 4,4 мм и № 10 - h = 100 2,0; b = 46 2,0; t = 7,6; s = 4,5 мм. Как видно, конечный профиль имеет изогнутую стенки, которая выправляется на правильной машине.

Для анализа калибровки полезно обратить внимание на то, что конфигурация калибров точно соответствует расположению клетей стана 350, приведенного на рис. 14.5. Видно также, что эта калибровка имеет тот же принцип построения, что и калибровка уголка на непрерывном стане (см. рис. 15.16). После пропусков, осуществляемых на гладкой бочке, следуют открытые калибры полосового типа с распластанными полками. Это позволяет вести прокатку в непрерывных группах клетей стана с небольшим натяжением. Для контроля ширины полок используются вертикальные клети стана. Успех всей схемы прокатки, как и при прокатке уголка, зависит от конструкции вертикальных контрольных калибров. Они должны надежно удерживать профиль и обеспечивать неравномерность обжатия полок для выравнивания их ширины.

Характеристика и расположение оборудования стана 650 мариупольского металлургического завода «Азовсталь».

Выбор и обоснование способа калибровки валков для прокатки швеллера № 16 с параллельными полками

швеллер прокатка калибровка стан

Для прокатки швеллера № 16 на стане 650 выбираем способ калибровки валков с развернутыми полками. Выбор данного вида калибровки связан с тем, что при таком способе калибровки уклон полок после чистового калибра минимален и составляет 1-3%. Это положительно сказывается на качестве готового швеллера. Количество швеллерных калибров в этом случае также минимально, а так как на стане 650 прокатка ведется в 2 клетях трио и 1 дуо, то такой способ калибровки хорошо адаптируется к условиям данного стана.

Расчет калибровки валков.

Размеры швеллера № 16П по ГОСТ 8240-72 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.

По уравнению

при N=16 и

A₁=(D₀-d)/d=(650-5.1)/5.1=126.5

=6.493 принимаем ближайшее целое значение n_кш=7.

Назначим выпуск чистового калибра 3,25%

Определение размеров чистового профиля и калибра.

Размеры горячего чистового профиля:

Ширина профиля(высота швеллера)

В = (160 - 2,5)*1,012=159,4 мм

Высота(ширина фланца)

Н = (64-2,5)*1,012=62,2 мм

Толщина стенки

d = 5*1.012=5.1 мм

Средняя толщина фланцев

t = (8.4 - 0.7*2.5)*1.012=8.1 мм

a=b=t=8.1 мм

Отношения С₁ = R/b и С₂ = r/a составят: С₁=8,5/8,1=1,049 С₂ = 5/8,1=0,617

Рассчитаем размеры чистового калибра с учетом уклона полок и прогиба стенки:

Определение суммарных и частных коэффициентов обжатия в швеллерных калибрах.

Рассчитаем суммарные коэффициенты обжатия по элементам профиля:

Распределим полученный суммарный коэффициент обжатия стенки по калибрам. Для этого по номограмме при n_кш = 7, N = 16, A1=126.5 определим долю относительного обжатия стенки в каждом швеллерном калибре:

Суммарная доля обжатия не должна превышать 1.В нашем случае суммарные доли обжатия по каждому элементу получились больше 1. Поэтому необходимо невязки 0,135; 0,19 и 0,205 распределить равномерно по всем проходам. Для этого каждое из значений е необходимо уменьшить на 0,135/7; 0,19/7 и 0,205/7 соответственно.

Рассчитаем коэффициенты обжатия в каждом калибре по формуле:

1/зd=

в 1-ом калибре

1/зd= и т.д.

аналогично для всех калибров



N	еd	Уеd	еdnew	1/зd	еb	Уеb	еbnew	1/зb
1	0,045	1,135	0,026	1,059	0,05	1,19	0,023	1,041
2	0,095		0,076	1,184	0,125		0,098	1,187
3	0,145		0,126	1,322	0,155		0,136	1,269
4	0,185		0,166	1,445	0,185		0,158	1,318
5	0,215		0,96	1,544	0,215		0,188	1,389
6	0,225		0,206	1,579	0,225		0,198	1,414
7	0,225		0,206	1,579	0,225		0,198	1,414

еa	Уеa	еanew	1/зa
0,085	1,205	0,056	1,107
0,125		0,096	1,191
0,175		0,146	1,304
0,185		0,156	1,328
0,195		0,166	1,352
0,22		0,171	1,364
0,22		0,171	1,364

Расчет коэффициентов обжатия в контрольных калибрах.

При прокатке швеллера используем 1 контрольный калибр.

N_к=1

Рассчитаем для контрольного калибра 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:

По номограмме определим относительное уширение стенки профиля и фланцев е_ш и е_ф соответственно.

Относительное уширение фланцев е_ф определим только для швеллерных калибров.

N	еш	еф
1	0,01	0,015
2	0,017	0,045
3	0,019	0,075
4	0,023	0,085
5	0,03	0,115
6	0,038	0,165
7	0,038	0,165

Расчет размеров полос и калибров.

Назначим выпуск в предчистовом калибре 15% ц=8,53⁰

Приведенные размеры ложных фланцев рассчитаем по уравнениям регрессии:

Абсолютные размеры ложных фланцев составят:

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

Остальные калибры считаем аналогично используя размеры предыдущих калибров.

	шейка	Действительные фланцы	ложные фланцы	щ,мм2	л
Nк	1/зd	d,мм	еш	lш,мм	1/зb	b,мм	1/зa	a,мм	еф	lф,мм	hл,мм	bл,мм	aл,мм
1	1,059	5,1	0,01	160	1,041	8,1	1,107	8,1	0,015	62,2	-	-	-	1745	1,12
2	1,184	5,4	0,017	158,4	1,187	8,4	1,191	8,9	0,045	61,3	2,4	19,5	0	1955	1,176
3	1,322	6,4	0,019	155,8	1,269	10	1,304	8,8	0,075	67	3,2	20,5	0	2300	1,298
4	1,445	8,5	0,023	152,9	1,318	12,7	1,328	11,5	0,085	62,3	5,8	25,1	15,1	2985	1,348
5	1,544	12,3	0,03	149,5	1,389	16,7	1,352	15,3	0,115	57,4	9,2	30,6	18,4	4025	1,441
6	1,579	19	0,038	145,1	1,414	23,2	1,364	20,7	0	51,5	15,2	39,1	23,5	5800	1,557
7	1,579	30	0,038	139,8	1,414	32,8	1,364	28,2	0,165	44,2	25,3	60,5	36,3	9030	1,867

Расчет размеров заготовки.

Для того чтобы определить высоту заготовки перед разрезным калибром, рассчитаем площади верхнего и нижнего клиньев.

Примем H₀ =120 мм B₀ 140 мм.

Горячие размеры заготовки:

H₀ = 121,4 мм B₀ = 141,7

Заготовка, поступающая с блюминга, имеет размеры 210x280x2100,поэтому перед задачей в разрезной калибр заготовку необходимо прокатать в ящичных калибрах ,которые располагают на валках обжимной клети 800.

Рассчитаем число проходов по каждой стороне по формулам:

N_H=H₀/H=210/90=2.3

N_H=B₀/B=280/140=2

Т.е необходимо 4 ящичных калибра

Ширина по дну калибра:

B_д=(0,95-1,00)B₀=280мм

Назначим

H₁=165мм, B₁=280мм;H₂=210мм, B₂=165мм; H₃=120мм,B₃=210мм;

H₄=140мм,В₄=120мм.

Определим среднюю высоту проката:

h_.ср=(165+210+120+140)/4=158.8мм

D_k.cp.=0.9*D₀ - h_cp=560мм

h_cp=560(1-cos29⁰)=70мм

h= h₀- h_П+0,15(b₀-b_п)=111мм(по высоте)

h= b₀ - b1+0.15(h0-h1)=153мм(по ширине)

Определим обжатия в разрезном калибре.

ДН_р= H₀ - d_p =121.4 - 30=91.4мм

Рассчитаем геометрию калибров на примере первого ящичного калибра:

заполняемость калибра:

Аналогично определяются размеры остальных ящичных калибров:

N	Bд,мм	Bвр,мм	Bк,мм	r,мм	r1,мм	б
1	280	309	313	16,5	14,9	0,89
2	165	203	207	21	19	0,8
3	210	230	234	12	11	0,9
4	120	144	148	14	12,5	0,81

Определим площадь сечения заготовки:

щ₀ = H₀ B₀ - 0,86r² = 16858.4мм²

Вытяжки определяем по формуле:

л₇= щ₀/ щ₇ =16858,4/9030 =1,867

Вычисление площадей калибров производим по формулам:

щ_о.ф. =(a+b)/2*h'

щ_л.ф. =(a_л+b_л)/2*h_л'

щ_ш= B_шd

Определение нейтральной линии калибров.

Для определения нейтральной линии калибра рассчитаем координаты центров тяжести элементов профиля.

Для предчистового калибра:

Определим площади элементов профиля.

Ордината центра тяжести профиля определяется по формуле:

Расстояние по вертикальной оси от нижней грани шейки до НЛК:

Аналогично определяем положение НЛК и для других калибров.

N	Z'мм
1	12
2	11
3	9,3
4	4,8
5	-0,3
6	-7,2
7	-17,3

Расчет валков стана на прочность.

Для определения запаса прочности валков при прокатке швеллера №16П на стане 650 необходимо для начала рассчитать усилия прокатки.

Усилия прокатки рассчитаем по размерам соответственной прямоугольной полосы.

- площади поперечного сечения профиля и соответственной полосы

В=В_с

Н_с=- высота соответственной полосы.

Степень обжатия:

Длина очага деформации:

Площадь контакта металла с валками:

Момент прокатки определяем по формуле:

М_вал=2Pl_cП=26,37 КН*М

Для остальных калибров аналогично.

N	P,Мн	М,кН*м
1	1,315	26,37
2	1,422	42,77
3	1,201	38,8
4	1,464	68,26
5	1,417	91,05
6	1,495	241,35
7	1,043	136,75

Расчет на прочность клетей трио произведем по максимальному усилию, которое приложено в разрезном калибре.

Диаметр валка в этом месте равен 568,6мм расстояние между центрами шеек валков 2800 ширина профиля 139,8

Результирующее напряжение не должно превышать допустимого для данных валков.

Допустимые напряжения в валках принимают, исходя из пятикратного запаса прочности, т.е.

Для стальных валков [у]=120-130

Таким образом условие прочности выполняется.

Заключение

В результате выполнения курсового задания была рассчитана калибровка валков для прокатки швеллера №16П на стане 650 Мариупольского металлургического комбината «Азовсталь».По расчетным данным построены калибры и предложена схема их расположения на валках. Валки стана проверены на прочность, запас прочности S = 650/25,7 = 25.2.

Размещено на Allbest.ru