Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Машины и агрегаты для обработки металлов давлением. Учебное пособие
.pdf
№ 3545
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
ИНСТИТУТ ЭКОТЕХНОЛОГИЙ И ИНЖИНИРИНГА
Кафедра инжиниринга технологического оборудования
Б.Ф. Белелюбский
А.А. Герасимова
С.С. Хламкова
МАШИНЫ И АГРЕГАТЫ
ДЛЯ ОБРАБОТКИ
МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
Учебное пособие
Рекомендовано редакционно-издательским
советом университета
Москва 2019
УДК 669.02/.09:621.78
Б43
Рецензент
д-р техн. наук, проф. А.Г. Радюк
Белелюбский Б.Ф.
Б43 Машины и агрегаты для обработки металлов давлени-
ем : учеб. пособие / Б.Ф. Белелюбский, А.А. Герасимова,
С.С. Хламкова. – М. : Изд. Дом НИТУ «МИСиС», 2019.
– 74 с.
ISBN 978-5-907061-95-8
В пособии рассмотрены вопросы изучения устройства и работы
механического оборудования прокатных цехов, приведена методика
расчетов технологического процесса прокатки, валков на прочность
и жесткость, профилировки валков для плоской прокатки, даны поверочные расчеты мощности электродвигателей.
Содержание пособия соответствует образовательному стандарту
НИТУ «МИСиС» подготовки студентов по направлениям 15.03.02 «Технологические машины и оборудование» и 22.03.02 «Металлургия».
Предназначено для студентов, обучающихся в бакалавриате по
направлениям подготовки 15.03.02 «Технологические машины и
оборудование», 22.03.02 «Металлургия» и преподавателей, проводящих занятия по данной дисциплине. Может быть полезно студентам
и аспирантам других направлений подготовки.
ISBN 978-5-907061-95-8
УДК 669.02/.09:621.78
Б.Ф. Белелюбский,
А.А. Герасимова,
С.С. Хламкова, 2019
НИТУ «МИСиС», 2019
ОГЛАВЛЕНИЕ
Условные обозначения ............................................................................. 5
Предисловие .............................................................................................. 7
1. Определение параметров процесса деформации ............................... 9
1.1. Постоянство объема металла и коэффициенты деформации ...... 9
1.2. Основы теории прокатки ................................................................ 12
1.3. Условие захвата металла валками ................................................. 14
1.4. Трение при прокатке. Коэффициент трения
при пластической деформации ............................................................. 15
1.5. Зависимость диаметра рабочего валка от степени
деформации икоэффициента трения .................................................... 16
1.6. Уширение при прокатке .................................................................. 18
1.7. Опережение металлом валков........................................................ 19
1.8. Сила, действующая на валки при прокатке ................................. 22
1.9. Направление сил, действующих на валки,
и момент прокатки ................................................................................. 29
2. Расчет профилировки прокатных валков ......................................... 32
2.1. Основы расчета деталей машин и механизмов на прочность
и деформацию ......................................................................................... 32
2.2. Геометрические параметры плоских сечений ............................. 34
2.3. Расчет на прочность и жесткость валков листовых
прокатных станов ................................................................................... 37
2.4. Расчет модуля жесткости и профилировка листопрокатных
валков ....................................................................................................... 42
3. Расчет процесса холодной прокатки ................................................. 44
3.1. Технические параметры прокатного стана и исходные
данные для расчета процесса прокатки ............................................... 44
3.2. Определение основных расчетных параметров прокатки ......... 44
3.3. Расчет коэффициентов деформации ............................................. 45
3.4. Расчет сопротивления металла пластической деформации ....... 46
3.5. Расчет давления и силы прокатки с учетом упругого
сплющивания прокатных валков .......................................................... 47
3.6. Определение геометрических параметров опорного валка ....... 51
3.7. Расчет модуля упругости валка ..................................................... 51
4. Расчет процесса горячей прокатки .................................................... 53
4.1. Полунепрерывный узкополосный стан 560 горячей прокатки . . 53
4.2. Расчет коэффициентов деформации ............................................. 53
3
4.3. Расчет параметров зоны деформации ........................................... 54
4.4. Расчет силы прокатки ..................................................................... 58
4.5. Расчет давления и силы прокатки с учетом упругого
сплющивания прокатных валков .......................................................... 60
4.6. Расчет моментов прокатки и трения ............................................. 63
4.7. Расчет мощности электродвигателя, необходимой
для привода клети .................................................................................. 64
4.8. Расчет на прочность и жесткость узла валков ............................. 64
4.8.1. Расчет на статическую прочность ......................................... 65
4.8.2. Расчет модуля жесткости валка .............................................. 67
5. Задания для самостоятельной работы .............................................. 69
Библиографический список .................................................................. 70
Приложение ............................................................................................ 71
4
Условные обозначения
х, у, z – прямоугольные координаты
h, b, l – толщина, ширина, длина раската
h
, b0, l
0
h
, b1, l1 – то же после деформирования
1
Δh – обжатие (абсолютное)
h
h
Δb – уширение (абсолютное)
dh – продольная разнотолщинность
h
п
l
д
l
с
L – длина бочки валка
F – площадь контактной поверхности раската с валками
V – объем
V
см
R
к, Dк
α
γ
η
ε
, εy, ε
ε
x
ε
, ε2, ε3 – главные деформации
1
а
х
γ
, γzx – сдвиги по соответствующим плоскостям
yz
ε
– интенсивность деформации
е
⋅
⋅
ε
, ε
, ε
x
y
и
, иу, uz – перемещения по осям х, у, z
х
v
, vy, vz – скорости перемещений по осям х, у, z
x
ρ – радиус кривизны
v
– окружная скорость валка
в
v
– скорости выхода металла из зоны деформации
пр
f – коэффициент трения
β – угол трения
μ
– коэффициент Пуассона
П
Е, G – модуль Юнга и модуль сдвига (модули упругости I
λ
– коэффициент теплопроводности
T
– то же до деформирования
0
– толщина раската в нейтральном сечении
– поперечная разнотолщиность
– длина дуги захвата
– то же с учетом сплющивания валков
– смещенный объем
– катающий радиус и катающий диаметр валков
– угол захвата металла валками
– нейтральный угол
– относительное обжатие
– деформации по осям х, у, z
z
– текущий угол
⋅
– скорости деформаций по осям х, у, z
z
и II рода)
5
α
T
– коэффициент теплообмена
S – опережение металла валков
S
от
ω
, σy, σz– нормальные напряжение
σ
x
σ
, σ2, σз– главные нормальные напряжения
1
τ
, τyz, τzx– касательные напряжения
xy
τ
, τ2, τ
1
σ
– интенсивность напряжений
е
σ
т
σ
(σ
s
0,2
σ
ф
– отставание
– угловая скорость валков
– главные касательные напряжения
3
– физический предел текучести
) – условный предел текучести
– фактическое сопротивление пластической
деформации
σ
σ
в
– напряжение течения
– временное сопротивление разрыву (предел прочности)
σ
г
τ
s
р
х
p
ср
τ
x
– среднее гидростатическое напряжение (давление)
– сопротивление чистому сдвигу
– контактное нормальное (радиальное) напряжение
– среднее контактное напряжение (давление)
– контактное напряжение трения
Р – сила прокатки
u
ср
– средняя скорость деформации по высоте сечения
при прокатке
Q
М
M
0
, Q
пр
тр
– силы переднего и заднего натяжений
1
– момент прокатки
– момент сил трения
п – число оборотов
i – передаточное число
N – мощность
с – удельная теплоемкость
J – момент инерции
W – момент сопротивления
6
ПРЕДИСЛОВИЕ
Сегодня в учебном процессе наиболее сложным вопросом для
студентов является переход от теоретической подготовки к реальному применению полученных знаний при решении конкретных инженерных задач.
В процессе изучения устройства и работы механического оборудования прокатных цехов студенты выполняют технологические расчеты, расчеты узлов и деталей оборудования на прочность и жесткость, определяют долговечность отдельных узлов,
поверочные расчеты мощности электродвигателей. Решение
перечисленных вопросов может быть выполнено при хороших
практических навыках по определению коэффициентов деформации металла, скорости прокатки и скорости деформации, давления и силы прокатки и других параметров.
Теоретическая подготовка студентов в области процессов обработки металлов давлением является необходимым условием
подготовки высококвалифицированных кадров, способных решать прикладные технические задачи на уровне современных
требований.
Дисциплина «Машины и агрегаты для обработки металлов
давлением» относится к дисциплинам вариативной части основной образовательной программы подготовки по выбору по направлениям 15.03.02 «Технологические машины и оборудование», 22.03.02 «Металлургия».
Дисциплина имеет практико-ориентированную направленность и предназначена для приобретения обучающимися компетенций в области проектирования и оптимизации конструкций
технологических машин и оборудования.
Дисциплина вносит вклад в формирование следующих профессиональных компетенций:
– способность разрабатывать рабочую проектную и техническую документацию, оформлять законченные проектноконструкторские работы с проверкой соответствия разрабатываемых проектов и технической документации стандартам,
техническим условиям и другим нормативным документам
(ПК-6);
– умение проводить предварительное технико-экономическое обоснование проектных решений (ПК-7);
7
– способность проектировать техническое оснащение рабочих мест с размещением технологического оборудования, умение осваивать вводимое оборудование (ПК-10);
– умение подготавливать исходные данные для выбора и обоснования научно-технических и организационных решений на
основе экономических расчетов (ПК-20).
8
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ
0 0 00
V hbl= ⋅⋅
V hbl= ⋅⋅
ПРОЦЕССА ДЕФОРМАЦИИ
1.1. Постоянство объема металла
и коэффициенты деформации
Изменение плотности металла при пластической деформации
составляет доли процента. Поэтому с достаточной для практических целей точностью можно принять, что объем тела до пластической деформации равен объему деформированного тела.
Для прямоугольной полосы объем тела до и после деформации (рис. 1.1) рассчитывается по формулам:
;
,
где h0 – высота заготовки до деформации;
– ширина заготовки до деформации;
b
0
l
– длина заготовки до деформации;
0
h – высота заготовки после деформации;
b – ширина заготовки после деформации;
l – длина заготовки после деформации.
Рис. 1.1. Линейные размеры полосы до и после деформации
9
Условие постоянства объема при пластической деформации
hbl
⋅⋅
h
0
bb
0
ll
β⋅λ
β⋅λ=η
00 0
/,
⋅
hh h∆= −
дает основание записать:
hbl
⋅⋅
0 00
1.
=
Отношения линейных размеров тела называют:
h
0
η= – коэффициент высотной деформации;
/
β= – коэффициент уширения;
/
λ= – коэффициент удлинения, или вытяжка металла.
При принятых обозначениях отношений линейных размеров
условие постоянства объема примет вид
1.
=
η
(1.1)
Из равенства (1.1) следует, что произведение коэффициентов
уширения и вытяжки равно коэффициенту высотной деформации
.
При коэффициенте уширения, равном единице, вытяжка рав-
на коэффициенту высотной деформация. Для общего случая вытяжка металла может быть определена по формуле
где S
– площадь поперечного сечения полосы до деформации;
0
S – площадь поперечного сечения полосы после деформации.
Для описания формоизменения металла, кроме вышеуказан-
ных коэффициентов, применяют следующие параметры деформации:
– абсолютное обжатие Δh, которое определяется как разность
походной и конечной толщины полосы:
10
λ=η β= =
hb S
hb S
⋅
0
(1.2)
;
(1.3)
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]