Правила выполнения лабораторных работ
 Скачать 1.25 Mb.
|
|
Опыт 1. Свинцовые образцы со сложенными краями прокатать в один проход с обжатием 0,4...0,6 мм. Опыт 2. Прокатать алюминиевый образец с заостренной кромкой в один-два прохода с обжатием ε=30...40%. Опыт 3. Алюминиевую полосу толщиной 0,6...0,8 мм прокатать в один проход с обжатием 30...40%, перед прокаткой на поверхность у кромки нанести масло. Опыт 4. Пакет из 2 полос, имитирующий биметалл, прокатать с обжатием 0,8 мм. Опыт 5. Свинцовый образец сечением 2,0х40 мм прокатать в перекошенных валках. Исправить образовавшуюся "серповидность". Обработка результатов экспериментов Представить рисунки образцов до и после прокатки в каждом опыте. Наметить технологические мероприятия по предотвращению и устранению рассмотренных дефектов. Дать анализ причин, вызвавших те или иные дефекты при проведении опытов. Контрольные вопросы 1. Чем объяснить появление "серповидности" при прокатке? 2. Что такое "серповидность" полосы при прокатке? 3. Какие явления наблюдаются в зонах большего обжатия при прокатке полосы? 4. Какие явления наблюдаются в зонах меньшего обжатия при прокатке полосы? 5. Чем объяснить появление трещин на заостренной кромке образца при его прокатке? 6. Какой вид дефекта возникает при различии условий трения по ширине полосы? 7. Какой вид дефекта возникает при прокатке биметалла? 8. Какие явления и дефекты наблюдаются при прокатке образца с утолщенными кромками? 9. Какие явления и дефекты наблюдаются при прокатке образца с утолщенной серединой? 10. Укажите причины и направление изгиба биметаллической полосы при прокатке пакета из карточек свинца и алюминия. 11. Укажите причины, вызывающие неравномерность деформации полос по ширине. 12. Назовите мероприятия по устранению поперечной разнотолщинности полосы и обеспечению заданной формы проката. 14 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 14 ИССЛЕДОВАНИЕ КОНТАКТНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ ПРОКАТКЕ Цель работы – изучение законов распределения нормальных и касательных контактных напряжений при прокатке, практическое определение параметров прокатки на основе штифтового метода. Общие указания При проектировании технологических процессов прокатки и оборудования прокатных станов необходимо знать усилие прокатки, которое определяет характеристику рабочей клети стана и мощность двигателя. В свою очередь, характеристика оборудования определяет размеры проката и степень деформации, допустимые при прокатке металла на этом оборудовании. В ряде случаев наряду с полным усилием необходимо знать распределение напряжений по контактной поверхности. Так, крутящий момент и мощность двигателя при прокатке зависят от полного усилия прокатки и расстояния от центра валка до полного усилия. Это расстояние (плечо равнодействующей) зависит от распределения нормальных и касательных напряжений на контактной поверхности. От величины и характера распределения напряжений по дуге контакта металла с валками зависят опережение и уширение металла, точность прокатки и износ валков. В результате теоретических и экспериментальных исследований установлено, что в каждой данной точке дуги контакта нормальное напряжение растет с ростом коэффициента трения, обжатия, диаметра валков и уменьшается при наличии переднего и заднего натяжений. Теоретические эпюры нормальных контактных напряжений для случая, когда на поверхности контакта существуют только участки скольжения, приведены на рис. 14.1. Рост контактных напряжений при прокатке с ростом коэффициента трения, обжатия и диаметра валков обусловлен происходящим при этом ростом сил трения на поверхностях контакта, а уменьшение контактных напряжений с ростом напряжений от переднего и заднего натяжений обусловлено соответственным уменьшением сил трения и изменением характера напряженного состояния металла в очаге деформации. Теоретические эпюры распределения касательных напряжений на контактных поверхностях валков приведены на рис. 3.1. Знание фактических законов изменения нормальных и касательных напряжений и их значений необходимо для оценки напряженно- деформированного состояния металла и на этой основе– рационального построения технологии процесса прокатки. Для определения контактных напряжений можно использовать поляризационно-оптический метод или же специальные, так называемые точечные месдозы (штифтовый метод). В последнем случае в процессе прокатки давление воспринимается торцом специального металлического штифта диаметром 1,5…2,5 мм, встроенного в тело прокатного валка (рис. 14.2). 1 2 3 p /2K = 0.4 = 0.3 =0.1 l X 1 2 3 p /2K X = 0.4 = 0.3 l 2 p /2K X 1 2 3 p /2K X 1 2 3 l 2 D = 400 мм D = 700 мм p /2K X 1 2 3 = 0 = 0.5 2K = 0.5 2K 0 0,1 а) б) в) г) а) – с разными коэффициентами трения; б) – с разными обжатиями; в) – в валках разного диаметра; г) – с передним и задним натяжением Рисунок 14.1 – Эпюры нормальных контактных напряжений при прокатке l a P l d /2 d /2 ц .т ось валков упругая зона 2K 2K 0 0 x 1 0 ш ш h h d ш 1 0 O τ γ x 1 R Рисунок 14 .2 – Схема к обработке осциллограмм контактных напряжений В процессе прокатки штифт деформируется в осевом направлении и изгибается под действием касательных сил, при этом значения деформации штифта пропорциональны нормальному и касательным усилиям, действующим на его торец. Упругая деформация штифта фиксируется параметрическими датчиками и регистрируется с помощью осциллографа. При помощи трехкомпонентной штифтовой месдозы на осциллографе одновременно можно фиксировать все три составляющие контактного напряжения, действующего на торцевую поверхность штифта. При выполнении соотношения l / d ш >10 (здесь l – длина дуги контакта; d ш – диаметр штифта) получаемые осциллограммы достаточно точно отражают характер изменения нормальных Р x и касательных τ x , τ y контактных напряжений в очаге деформации. Показания осциллографа пересчитывают на единицы усилия Q x , T x , T y , по которым определяют нормальные и касательные контактные напряжения, используя следующие соотношения: 2 ш x x d Q 4 P π = , 2 ш x x d Т 4 π = τ , 2 ш y y d Т 4 π = τ . (14.1) Одно из существенных отличий эпюр, построенных на основании опытных данных, от приведенных на рис. 14.1 заключается в наличии куполообразной вершины у эпюр, полученных из опыта. Это находится в соответствии с теорией в том случае, если принимается закон распределения контактных касательных напряжений, приведенный на рис. 3.1,в. При обработке осциллограмм необходимо иметь в виду, что штифт месдозы начинает фиксировать давление на валок, как только его передняя точка касается поверхности полосы при входе в в алки, и заканчивает воздействие на месдозу, когда его задняя точка перестанет соприкасаться с металлом. Поэтому поверхность штифта полностью соприкасается с металлом по длине, равной разности между длиной дуги контакта и диаметром штифта. Для того, чтобы учесть эту особенность, полученную из опыта и скорректированную с учетом масштаба записи, абсциссу осциллограммы уменьшают на величину, равную половине диаметра штифта dш ( с каждого из его концов). В качестве ординат для полученных таким образом начальной и конечной точек дуги контакта берут величину, равную константам 2К 0 и 2К 1 По осциллограммам можно определить следующие параметры прокатки: Длину дуги контакта L=Mxxc-dш (14.2) где x c – длина осциллограммы, М x – масштаб записи по длине осциллограммы; ф b x V / V M = ; (14.3) V b – окружная скорость валка; V ф – скорость движения фотоленты. Распределение по дуге контакта составляющих Px, τx и τy контактного напряжения определяется по зависимостям (14.1) с учетом того, что Qx=MQxyQx; Tx=MTx yTx; T y =M Ty y Ty , (14.4) где M Qx , M Tx ,M Ty – масштабы записи, определяемые при тарировке измерительной схемы; y Qx , y Tx ; y Ty – значения ординат кривых на осциллограмме. Нейтральный угол γ по положению точки О 1 при τ x =0: γ=lγ/ R, (14.5) где R – радиус валка. Изменение по длине дуги контакта коэффициента трения μ=τ x /P x . (14.6) Значение коэффициента плеча равнодействующей сил при прокатке ψ=a/l, где а – плечо равнодействующей сил при прокатке (определяется по положению центра тяжести опоры нормальных контактных напряжений). Для обеспечения достаточной точности экспериментального определения нормальных и касательных контактных напряжений с использованием трехкомпонентной месдозы необходимым условием является выполнение соотношения l/d ш >10. Следовательно, при наличии диаметра штифта d ш =2,15 мм, определяемого, в свою очередь, условиями обеспечения требуемой жесткости, радиус рабочих валков должен быть достаточно большим: R>100, d 2ш / Δh (Δh – абсолютное обжатие полосы), что делает целесообразным использование специальных устройств, моделирующих процесс прокатки в рабочих валках большого диаметра. Экспериментальное устройство по а.с.№332870, №1085073, №1129796 для пластической деформации металла (рис. 14.3) содержит станины 1 и нажимные винты 2, которые сопряжены с гайками 3, размещенными неподвижно в поперечине 4, а также с направляющей подушкой 5, зафиксированной от осевых перемещений планками 6. Роль прокатных валков в устройстве выполняют сегменты 7, которые посредством тяг 8 шарнирно сопряжены с ползуном 9, зафиксированным от вращения направляющими 10 и связанным шарнирно с гайкой винтовой передачи. Приводной винт 11 зафиксирован от осевых перемещений опорой 12 и имеет привод, включающий цилиндрический редуктор 13 и электродвигатель переменного тока 14 мощностью 10 кВт. Скорость перемещения ползуна составляет 3,33 мм/с, а радиус рабочих поверхностей обоих сегментов – 750 мм. Трехкомпонентная месдоза, служащая для измерения нормальных и касательных контактных напряжений, размещена непосредственно в теле одного из сегментов. Схема тарировки указанной месдозы, используемая при проведении экспериментальных исследований, показана на рис. 14.4. Порядок проведения экспериментов Установить месдозу на тарировочное устройство и произвести ее тарировку в осевом и тангенциальном направлениях. Измерить исходные размеры образца, настроить устройство и осуществить его деформацию с обжатием 3 мм, описывая положение светового луча на фотоленте. Измерить конечные размеры образца. Рисунок 24.3- Экспериментальное устройство для пластической деформации G G T = G l /l Q = G l /l l l l l 1 2 1 2 X X * 1 2 * 1 а) б) Рисунок 14.4 – Схема тарировки трехкомпонентной месдозы нормальных напряжений- а) и касательных напряжений– б) Материальное обеспечение 1. Устройство для пластической деформации металла. 2. Комплект тензометрической аппаратуры с осциллографом Н-145. 3. Штангенциркуль 4. Образец из технического свинца h 0 =5 мм; b 0 =50 мм; l 0 =150 мм - 1 шт. Обработка результатов эксперимента По данным тарировки определить значения M Qx , M Tx . Используя указанные коэффициенты и полученную осциллограмму, найти масштаб записи M x , , значения нормальных и касательных контактных напряжений по длине дуги контакта, разделив последнюю на 10 участков. Определить текущие значения коэффициентов трения μ. Данные занести в табл. 14.1. Таблица 14.1 – Экспериментальные значения напряжений и коэффициента трения Координаты точки (x/l) Напряжения, Н/мм 2 Коэффициент трения P x τ x 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 Примечание. За начало координаты l принять сечение на входе металла в очаг деформации. Определить длину дуги контакта, нейтральный угол γ, построить зависимости P x =f(x/l), τ x =(x/l), μ x =f(x/l)/ Найти центр тяжести эпюры и значение коэффициента плеча равнодействующей ψ. Контрольные вопросы 1. Для чего необходимо знать законы распределения контактных напряжений по длине очага деформации и их значений? 2. Какие факторы оказывают влияние на величину нормальных контактных напряжений? 3. Какие пути снижения контактных напряжений при прокатке? 4. Укажите методы определения контактных напряжений. 5. В чем заключается штифтовый метод определения напряжений при прокатке? 6. Какова особенность трехкомпонентной штифтовой месдозы? 7. Каковы особенности и порядок расшифровки осциллограмм, полученных штифтовым методом? 8. Какие параметры можно определить по осциллограммам, полученным штифтовым методом? 9. Как определить длину дуги контакта, нейтральный угол, значения напряжений, коэффициентов трения, коэффициента плеча равнодействующей сил при прокатке? 10. Каковы особенности экспериментального устройства для пластической деформации металла? 11. Каким образом осуществляется тарировка трехкомпонентной штифтовой месдозы? 15 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 15 МОДЕЛИРОВАНИЕ СПОСОБОВ ПРОКАТКИ ТОЛСТЫХ ЛИСТОВ ВЫСОКОГО КАЧЕСТВА Цель работы– изучение способов прокатки толстых листов, обеспечивающих повышенный выход годного проката. Общие сведения Повышение требований потребителей к качеству толстолистового проката, который широко используется в различных отраслях промышленности, привело в условиях сложившегося производства к необходимости отыскания новых путей решения этой проблемы. Для получения высококачественного толстолистового проката необходимо соблюдение технологических режимов и контроля качества на всех переделах, начиная от выплавки стали и кончая отделкой толстого листа. На каждом этапе производства закладывается тот комплекс свойств, который отвечает требованиям потребителей. В связи с тем, что проблема экономии металла в настоящее время стоит наиболее остро, особое внимание уделяется разработке новых и совершенствованию применяемых способов и технологических режимов прокатки, использование которых способствует уменьшению расхода металла и повышению выхода годного. При прокатке толстолистового проката повышения выхода годного добиваются разными путями, основной из которых предусматривает устранение разнотолщинности по длине листа, краевой и центральной волнистости, а также получение заданного профиля листа и прямоугольной формы поверхности. Новая технология, внедренная на толстолистовом стане завода фирмы “Кавасаки сэйтэцу” в Тибе (Япония), обеспечивает экономию до 1,5% металла в результате сокращения обрези боковых и торцевых кромок толстого листа. После прокатки в вертикальной клети металл подвергается поперечной прокатке с дополнительным обжатием концов раската (разнотолщинная прокатка), что достигается наклоном верхнего валка попеременно в одну и другую стороны при двух дополнительных проходах. Разнотолщинная прокатка позволяет заполнить углы на концах раската, в результате чего выход годного проката повышается на 1,5%. Схема прокатки по данной технологии представлена на рис. 15.1. Рисунок 15.1 – Схема прокатки толстых листов на заводе фирмы "Кавасаки сэйтэцу" Аналогичные цели (улучшение формы толстого листа в плане) были поставлены при разработке нового способа прокатки фирмой “Ниппон кокан” (Япония). При реализации схемы прокатки, “вдоль-поперек-вдоль” после проходов вдоль раскат поворачивают на 900 и в последнем проходе при разбивке по ширине деформирующей со слабым обжатием переднего и заднего концов (на момент разбивки). Таким образом получают раскат с утолщенными кромками. При прокатке вдоль на последнем этапе благодаря утолщенным боковым граням заполняются углы и достигается правильная прямоугольная форма листа (концы листов не имеют “языков”). Этот способ можно рассматривать как противоположный способу, внедренному на заводе в Тибе. Но результат применения обоих одинаков: значительно повышается качество толстого листа. Для возможности получения и прокатки раската с утолщенными концами стан должен быть оснащен быстродействующим гидравлическим нажимным устройством с достаточными ходом и скоростью перемещения плунжера. Внедрение этого способа на стане 4700 позволило увеличить выход годного на 3% в результате уменьшения обрези. Отходы металла при прокатке толстого листа связаны с продольной и поперечной разнотолщинностью. С целью сокращения потерь металла в обрезь фирмами USINOR и CLECIM (Франция) разработан технологический процесс прокатки EGO, который предусматривает образование утолщений на концах раската в формообразующих проходах продольной и поперечной прокатки. При последующей прокатке эти утолщения устраняются. Основные положения процесса EGO аналогичны технологии, разработанной фирмой “Ниппон кокан” (Япония). Но в отличие от японской технологии в процессе EGO утолщенные концы образуются уже перед первым поворотом раската на 900. На рис. 15.2 приведена схема процесса EGO. Рисунок 15.2 – Схема процесса EGO Величина утолщения Δh=h’-h составляет 10 мм при длине 200…500 мм. Скорость плунжера нажимного устройства при формировании утолщения концов составляет около 20 мм/с. Применение способа EGO позволяет уменьшить боковую и концевую обрезь листа. При производстве толстолистового проката на реверсивных станах, которые имеют в своем составе клети с вертикальными валками, перераспределение суммарного обжатия между четными и нечетными проходами позволяет повысить выход годного. Ширина переднего конца раската при прокатке в вертикальных валках меньше, чем ширина средней части. В процессе прокатки в горизонтальных валках на концах, особенно заднем, возникает дополнительное уширение. Донецким научно- исследовательским институтом черной металлургии совместно с Мариупольским металлургическим комбинатом “Азовсталь” разработана схема прокатки толстого листа, предусматривающая два варианта. По первому варианту сляб без обжатия подается на выходную сторону клети с вертикальными валками, после чего устанавливают необходимый зазор между валками и выполняют обжатие боковых граней сляба, поступающего в клеть задним концом. Таким образом, получают раскат, ширина заднего конца которого меньше ширины переднего конца. В нечетных проходах реверсивной прокатки в горизонтальных валках происходит преимущественное уширение заднего конца раската, а в четных – переднего. По второму варианту сляб обжимают в клети с вертикальными валками по обычной схеме, после чего его кантуют на 1800 и задним концом задают в клеть с горизонтальными валками. Применение такого способа также позволяет компенсировать искажение формы раската. Эта схема с кантовкой сляба применена на толстолистовом стане 3600 металлургического комбината “Азовсталь”. Ее внедрение способствовало увеличению выхода годного на 8 кг/т проката. С целью уменьшения расхода металла при прокатке толстого листа на стане 2800 Алчевского металлургического комбината применяют профилированную прокатку в клети с вертикальными валками. Здесь обжимают среднюю часть сляба в большей степени, чем концы, в результате чего образуется раскат вогнутой формы. Это компенсирует уширение при разбивке ширины. Таким образом, при продольной прокатке выпуклость раската по ширине или снижается, или устраняется. Материальное обеспечение 1. Лабораторные станы дуо с диаметрами валков 160 и 200 мм. 2. Штангенциркуль, масштабные линейки. 3. Образцы для прокатки: • Образец из технического свинца в виде параллелепипеда с размерами 8х70х90 мм – 1 шт. • Образец из технического свинца с утолщенными концами (рис. 15.3,а). • Образец из технического свинца с вогнутыми кромками (рис. 15.3,б). а б Рисунок 15.3 – Образцы (а) с утолщенными кромками, (б) с вогнутыми кромками Порядок проведения экспериментов Работой предусмотрено проведение трех опытов. Опыт 1. Свинцовый образец в виде параллелепипеда прокатать поперек в один проход с обжатием 2…3 мм, имитируя разбивку сляба по ширине при обычной прокатке. Опыт 2. Свинцовый образец с утолщенными концами прокатать поперек в один проход с с обжатием средней части образца в 2…3 мм, имитируя один прием способа EGO, связанный с разбивкой сляба по ширине после его профилировки при прокатке вдоль. Опыт 3. Свинцовый образец с вогнутыми кромками прокатать поперек в один проход с обжатием 2…3 мм, имитируя разбивку сляба по ширине по способу, применяемому на Алчевском меткомбинате. Обработка результатов экспериментов Представить рисунки образцов до и после прокатки в каждом опыте. Дать анализ явлений, позволяющих уменьшить боковую и концевую обрезь при использовании описанных способов прокатки. Контрольные вопросы 1. Какие факторы определяют выход годного проката при производстве толстых листов? 2. Укажите причины, вызывающие необходимость обрезки кромок и концов листа. 3. Укажите основные пути повышения выхода годного проката. 4. В чем сущность способа прокатки, применяемого фирмой “Ниппон кокан” (Япония)? 5. В чем сущность способа прокатки, применяемого фирмой “Ниппон кокан” (Япония)? 6. В чем сущность процесса EGO? 7. В чем сущность технологии, используемой на комбинате “Азовсталь”? 8. В чем сущность способа прокатки, применяемого на Алчевском меткомбинате? 9. Назовите схемы прокатки толстых листов из слябов. Список рекомендуемой литературы 1. Целиков А. И. Теория продольной прокатки / А. И. Целиков, Никитин Н.С., Рокотян С.Е. – М. : Металлургия, 1980.- 320 с. 2. Полухин П.И.Прокатное производство: Учебник для вузов.– 4-е изд./ П. И. Полухин, Н. М. Федосов, А. А. Королев, Ю. М. Матвеев.– М. : Металлургия, 1988.- 696 с. 3. Смирнов В. С. Теория обработки металлов давлением / В. С. Смирнов – М. : Металлургия, 1973.- 490 с. 4. Громов Н. П. Теория обработки металлов давлением / Н. П. Громов – М. : Металлургия, 1967.- 340 с. 5. Рокотян С. Е. Теория прокатки и качество металла / С. Е. Рокотян – М. : Металлургия, 1981.- 223 с. 6. Целиков А. И. Теория прокатки: Справочник / А. И. Целиков, А. Д. Томленов, В. И. Зюзин и др. – М. : Металлургия, 1982.- 335 с. 7. Грудев А. П. Внешнее трение при прокатке. – М. : Металлургия, 1973.-288 с. 8. Грудев А.П. Трение и смазки при обработке металлов давлением: Справочник / А. П. Грудев, Ю В. Зильберг, В. Т. Тилик – М. : Металлургия, 1982.- 321 с. 9. Чекмарев А.П. Калибровка прокатных валков: Учеб. пособие для вузов / А. П. Чекмарев, М. С. Мутьев, Р. Н. Машковцев – М. : Металлургия, 1971.- 512 с. 10. Диомидов Б.В., Литовченко Н.В., Третьяков А.В. Технология прокатного производства: Учеб. пособие для вузов / Б. В. Диомидов, Н. В. Литовченко, А. В. Третьяков.– М. : Металлургия, 1979.- 488 с. 11. |