Тема: «Сопротивление деформации и пластичность металлов и сплавов»

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

по междисциплинарному курсу

 «Теория обработки металлов давлением»

для студентов средне профессиональных

учебных заведений специальности 150106

«Обработка металлов давлением»

 

2012 год

Нижний Тагил

 

Одобрено цикловой комиссией горно-металлургических дисциплин     Председатель цикловой комиссии горно-металлургических дисциплин П. С. Кочкина   Г. «»			Составлена в соответствии с Государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по специальности 150106 «Обработка металлов давлением»     Зам. директора НТГМК по учебной работе В. М. Караваев   Г. «»
Автор:	Т. В. Ястребова, преподаватель высшей квалификационной категории Нижнетагильского горно-металлургического колледжа
Рецензенты:	П.С. Кочкина, председатель цикловой комиссии горно-металлургических дисциплин, преподаватель Нижнетагильского горно-металлургического колледжа
	А. А. Митрофанов, к.т.н., зам. начальника управления технического контроля по прокатному производству ОАО «ЕВРАЗ НТМК»

СОДЕРЖАНИЕ Библиография………………………………………………………………….... 102 Пояснительная записка………………………………………………………...	4
План блока практических занятий………………………………………........	5
Условные обозначения…………………………………………………….......	8
Практическое занятие №1
Тема: «Сопротивление деформации и пластичность металлов и сплавов»
Определение размеров металла до и после прокатки, используя
закон постоянства объёма………………………………………………………	9
Практическое занятие №2
Тема: «Сопротивление деформации и пластичность металлов и сплавов»
Изучение неравномерности деформации по толщине полосы при
прокатке в обжимной клети «1300» ЦПШБ ОАО «ЕВРАЗ НТМК»……….	15
Практическое занятие № 3
Тема: «Расчёт параметров очага деформации»
Определение основных параметров очага деформации……………………...	27
Практическое занятие № 4
Тема: «Трение в процессах обработки металлов давлением»
Определение коэффициента трения при горячей и холодной прокатке…….	43
Практическое занятие № 5
Тема: «Захват металла валками»
Изучение влияния величины обжатия, диаметра валков на захват металла валками…………………………………………………………………………..	52
Практическое занятие № 6
Тема: «Опережение и отставание»
Определение опережения по формулам……………………………………….	59
Практическое занятие № 7
Тема: «Уширение при прокатке»
Изучение влияния ширины полосы, обжатия и температуры прокатки на уширение………………………………………………………………………...	67
Практическое занятие № 8
Тема: «Энергосиловые параметры при обработке металлов давлением»
Расчёт площади контакта при различных случаях обработки металлов давлением…………………………………………………………….	77
Практическое занятие №9
«Энергосиловые параметры при обработке металлов давлением»
Расчёт удельного давления и усилия деформации при горячей прокатке…..	84
Практическое занятие № 10
Тема: «Энергосиловые параметры при обработке металлов давлением»
Определение мощности двигателя в обжимной клети «1300»ЦПШБ ОАО «ЕВРАЗ НТМК»………………………………………………………….. Практическое занятие № 11	91
Тема: «Энергосиловые параметры при обработке металлов давлением»
Построение нагрузочной диаграммы на валу двигателя черновых клетей крупносортного стана «650» ОАО «ЕВРАЗ НТМК»…………………….......	96 4

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Практические занятия являются составной частью дисциплины                 «Теория обработки металлов давлением» и разработаны в соответствии с рабочей программой дисциплины для реализации требований федерального государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования (ФГОС СПО) к уровню подготовки выпускников по специальности 150106 «Обработка металлов давлением».

Тематика практических занятий составлена с учётом требований работодателя – ОАО «ЕВРАЗ НТМК».

Для выполнения практических работ необходимы знания, полученные   студентами при изучении дисциплин: «Математика», «Физика», «Инженерная графика», «Техническая механика» и «Материаловедение».

Блок практических занятий реализуется для студентов заочного отделения – на четвёртом курсе, для студентов дневного отделения – на втором и третьем курсе обучения.

Цели практических занятий носят практико-ориентированный характер и предполагают освоение конкретных умений, что не исключает необходимость освоения базовых знаний и предполагает:

- знание типовых методик определения параметров обработки металлов давлением;

- знание типовых методик расчёта энергосиловых параметров процесса прокатки;

- знание работы в электронных таблицах программного обеспечения Excel.

Выполнение блока практических занятий завершается итоговым зачётом. К итоговому зачёту допускаются студенты, успешно выполнившие все практические работы.

Перечень практических занятий представлен в таблице №1.

 

5

 ПЛАН БЛОКА ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАДАНИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ТЕОРИЯ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ»

Таблица 1 – План блока практических занятий по дисциплине

 «Теория обработки металлов давлением»

Наименование темы	№ Практи-ческого занятия	Продолжи-тельность занятия, час	Самостоя-тельная работа, час	Тема практического занятия
1	2	3	4	5
Сопротивление деформации и пластичность металлов и спла-вов	1	2	2	Определение разме-ров  металла до и после прокатки, используя закон постоянства объёма
	2	2	2	Изучение неравно-мерности деформа-ции по ширине по-лосы при прокатке в обжимной клети «1300» ЦПШБ ОАО «ЕВРАЗ НТМК»
Методы расчёта формоизменения очага деформации	3	2	2	Расчёт параметров очага деформации
Трение в процес-сах обработки ме-таллов давлением	4	2	2	Определение  коэф-фициента трения при горячей и хо-лодной прокатке
Захват металла валками	5	2	2	Изучение влияния величины обжатия, диаметра валков на захват металла вал-ками

 

 

6

Продолжение таблицы 1

 

1	2	3	4	5
Опережение и отставание	6	2	2	Определение опережения по формулам
Уширение при прокатке	7	4	4	Изучение влияния ширины полосы, обжатия и темпера-туры прокатки на уширение
Энергосиловые параметры при обработке метал-лов давлением	8	2	2	Расчёт площади контакта при различных случаях обработки метал-лов давлением
	9	2	4	Расчёт удельного давления и усилия деформации при горячей прокатке
	10	2	4	Определение мощ-ности двигателя обжимной клети «1300» ЦПШБ ОАО «ЕВРАЗ НТМК»
	11	2	4	Построение нагру-зочной диаграммы на валу двигателя черновых клетей крупносортного стана «650» ОАО «ЕВРАЗ НТМК»
ВСЕГО:		24	30

 

7

Технология обучения – выполнение практических заданий, самостоятельная работа.

Ресурсы:

Кадровые – преподаватель.

Материально-техническая база – учебная аудитория, рабочее место студентов, компьютер.

Учебно-методические материалы:

 - комплект педагогических тестов для контроля знаний;

 - рабочая учебная программа по дисциплине;

 - практические занятия по дисциплине;

 - электронный учебник по дисциплине;

 - программное обеспечение Excel.

 

8

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

высота (толщина) полосы до и после прокатки;

ширина полосы до и после прокатки;

длина полосы до и после прокатки;

абсолютное обжатие, уширение и удлинение;

относительное обжатие, уширение и удлинение;

коэффициенты обжатия, уширения и удлинения (вытяжки);

площадь поперечного сечения полосы до и после прокатки;

контактная площадь;

диаметр валка;

радиус валка;

длина очага деформации;

угол захвата;

угол трения;

нейтральный (критический) угол;

опережение;

отставание;

коэффициент трения;

усилие прокатки;

удельное (контактное) давление;

мощность двигателя;

крутящий момент;

передаточное число;

окружная скорость валков;

скорость полосы при входе в валки;

скорость полосы при выходе из валков.

 

9

Практическое занятие №1

Методические указания

Закон постоянства объёма

При обработке металлов давлением происходит уменьшение высоты и увеличение ширины и длины, объём же металла не изменяется. Это явление называется законом постоянства объёма.

Математическое выражение этого закона имеет вид:

объём металла до деформации;

объём металла после деформации.

Уравнение постоянства объёма широко применяется для расчёта размеров тела при всех видах обработки металлов давлением. Зная начальные размеры тела, нетрудно определить конечные размеры и наоборот.

Если тело до деформации имело прямоугольное сечение заготовка, полоса, лист), то исходя из закона постоянства объёма, выражение будет иметь вид:

размеры тела до деформации;

размеры тела после деформации.

 круглой стали из заготовки прямоугольного сечения, уравнение постоянства объёма будет иметь вид:

 

 

 

10

При прокатке двутавровой балки из заготовки уравнение постоянства объема будет иметь вид:

При прокатке швеллера из заготовки уравнение постоянства объема будет иметь вид:

При прокатке равнополочной угловой стали из заготовки уравнение постоянства объема будет иметь вид:

Задача №1

На крупносортном стане 650 ОАО «ЕВРАЗ НТМК» прокатывается квадратная сталь.

Определите длину готового проката.

 Таблица 2 - Исходные данные.

№ варианта	Сечение исходной заготовки, мм	Длина исходной заготовки, , м	Сторона квадрата,   мм
1	400×240	3,2	80
2	360×300	3,5	100
3	440×240	3,4	100
4	520×200	3,3	100
5	300×360	3,6	120
6	300×360	3,7	125
7	300×360	3,8	130
8	440×240	3,9	120
9	440×240	4,0	125
10	440×240	4,1	130

11

Задача №2

На крупносортном стане 650 ОАО «ЕВРАЗ НТМК» прокатывается круглая сталь.

Определите длину готового проката.

Таблица 3 - Исходные данные

№ варианта	Сечение исходной заготовки, мм	Длина исходной заготовки, , м	Диаметр круглой стали,   мм
1	250×250	3,0	60
2	360×300	3,5	70
3	360×300	3,5	75
4	360×300	4,0	80
5	360×300	4,0	85
6	360×300	4,0	90
7	360×300	4,5	100
8	440×240	3,0	90
9	440×240	3,5	100
10	360×300	4,5	105

 

 

12

Задача №3

B

На крупносортном стане 650 ОАО «ЕВРАЗ НТМК» прокатывают угловую равнополочную сталь. Определите длину готового проката.

 

Таблица 4 - Исходные данные

№ варианта	Сечение исходной заготовки, мм		Длина исходной заготовки, , м	Профиль
	H	B		H	B	d
1	230	250	3,2	140	140	9
2	230	250	3,0	140	140	10
3	230	250	3,5	140	140	12
4	250	300	3,4	160	160	10
5	300	360	3,0	160	160	11
6	240	440	3,2	160	160	12
7	300	360	3,8	160	160	14
8	300	360	4,0	160	160	16
9	240	440	3,2	180	180	11
10	240	440	3,7	200	200	16

13

Задача №4

На универсальном балочном стане ОАО «ЕВРАЗ НТМК» прокатывают двутавровые балки с параллельными гранями полок.

Определите длину готового проката.

s

b

 

 Таблица 5 - Исходные данные

Профиль	Размеры профиля				Размеры исходной заготовки, мм	Длина исходной заготовки, , м
	h	b	s	t
20 Б	200	100	5,5	8	230×320	3,2
25 Б	250	125	6,0	9	240×320	4,2
25 Ш	244	175	7,0	11	240×440	4,7
30 Ш	300	201	9,0	15	240×440	7,8
35 Ш	340	250	9,0	14	240×400	8,5
40 Ш	390	300	10,0	16	165×530	11,2
45 Ш	440	300	11,0	18	165×530	10,2
20 К	220	200	8,0	12	240×440	4,6
25 К	250	250	9,0	14	240×440	5,6
30 К	300	300	10,0	15	165×530	5,3

14

Задачи для самостоятельного решения

Задача №1

На проволочном стане прокатывают проволоку диаметром d = 5 мм из заготовки размером 80×80×12000 мм.

Определите длину раската после прокатки.

 

Задача №2

На штрипсовом стане из заготовки размером 105×460×11500 мм прокаты-

вают полосу сечением 3×450 мм.

Определите длину готовой полосы.

 

Задача №3

В рельсобалочном цехе из заготовки размерами 250×300×3200 мм прокатывают швеллер 30У.

b

s

 

Размеры швеллера: h = 300 мм; b = 100 мм; t = 11 мм; s = 6,5 мм

Определите длину раската после прокатки.

 

 

15

Практическое занятие №2

Методические указания

Задача                                           

Определить форму боковой кромки раската в каждом пропуске при прокатке в обжимной клети.

Таблица 6 - Исходные данные

№ варианта	Профиль	Сечение исходной заготовки, мм		Сечение готового проката, мм
		H	B	H	B
1	Балка 20Б	230	320	29	285
2	Балка 25Б	240	320	28	333
3	Балка 30Б	240	440	28	391
4	Балка 35Б	200	527	28	442
5	Балка 45Б	240	440	27	518
6	Балка 55Б	165	530	31	625
7	Балка 60Б	165	530	31	656
8	Балка 25Ш	240	440	26	332
9	Балка 30Ш	240	440	27	388
10	Балка 40Ш	165	530	29	509

 

17

Таблица 7 - Схема прокатки заготовки сечением 230×320 мм для балки 20Б

 в обжимной клети 1300 ЦПШБ

 

№ пропуска	№ калибра	Сечение H×B, мм	мм
		230×320
1	О1	230×250	90
2	О2	150×260	100
3	I	60×280                    180^0	90
4	II	30×285	30
5	III	29×285	1

 

Таблица 8 - Схема прокатки заготовки сечением 240×320 мм для балки 25Б

 в обжимной клети 1300 ЦПШБ

 

№ пропуска	№ калибра	Сечение H×B, мм	мм
		240×320
1	O1	315×240	5
2	I	120×320	120
3	II	60×325                  180^0	60
4	III	30×333	30
5	IV	28×333	2

18

Таблица 9 - Схема прокатки заготовки сечением 240×440 мм для балки 30Б

 в обжимной клети 1300 ЦПШБ

№ пропуска	№ калибра	Сечение Н×В, мм	мм
		240×440
1	О1	400×253	40
2		360×265	40
3	I	160×320	105
4		100×360	60
5	II	55×380                  180^0	45
6	III	33×390	22
7	IV	28×391	5

 

 

 

19

Таблица 10 - Схема прокатки заготовки сечением 200×527 мм для балки 35Б

 в обжимной клети 1300 ЦПШБ

 

№ пропуска	№ калибра	Сечение Н×В, мм	мм
		200×527
1	О	452×220	75
2		362×250	90
3	I	140×392	110
4		75×420	65
5	II	48×430                  180^0	27
6	III	31×442	17
7	IV	28×442	3

 

 

20

Таблица 11 - Схема прокатки заготовки сечением 240×440 мм для балки 45Б

 в обжимной клети 1300 ЦПШБ

 

№ пропуска	№ калибра	Сечение Н×В, мм	мм
		240×440                         360^0
1	I	180×460	60
2		130×475	50
3		90×490	40
4		60×500	30
5	II	38×513                  180^0	22
6	III	28×518	10
7	IV	27×518	1

 

 

21

Таблица 12 - Схема прокатки заготовки сечением 165×530 мм для балки 55Б

 в обжимной клети 1300 ЦПШБ

     

№ пропуска	№ калибра	Сечение Н×В, мм	мм
		165×530                    360^0
1	I	135×550	30
2		100×575	35
3		65×600	35
4		45×618	20
5		43×618                  180^0	2
6	II	34×625	9
7	III	31×625	3

 

 

22

Таблица 13 - Схема прокатки заготовки сечением 165×530 мм для балки 60Б

 в обжимной клети 1300 ЦПШБ

 

 

№ пропуска	№ калибра	Сечение Н×В, мм	мм
		165×530                   360^0
1	I	135×560	30
2		100×595	35
3		68×627	32
4		48×647	20
5		43×650                  180^0	5
6	II	34×655	9
7	III	31×656	3

 

23

Таблица 14 - Схема прокатки заготовки сечением 240×440 мм для балки 25 Ш

 в обжимной клети 1300 ЦПШБ

 

 

№ пропуска	№ калибра	Сечение Н×В, мм	мм
		240×440
1	О	378×245	62
2		293×250	85
3	I	140×310	110
4		70×320	70
5	II	40×328                  180^0	30
6	III	28×332	12
7	IV	26×332	2

 

24

Таблица 15 - Схема прокатки заготовки сечением 240×440 мм для балки 30 Ш

 в обжимной клети 1300 ЦПШБ

 

 

№ пропуска	№ калибра	Сечение Н×В, мм	мм
		240×440
1	О	390×253	50
2		340×265	50
3	I	140×365	125
4		75×375	65
5	II	40×380                  180^0	35
6	III	29×388	11
7	IV	27×388	2

 

25

Таблица 16 - Схема прокатки заготовки сечением 165×530 мм для балки 40 Ш

 в обжимной клети 1300 ЦПШБ

 

 

№ пропуска	№ калибра	Сечение Н×В, мм	мм
		165×530
1	О	470×165	60
2	I	155×475	10
3		115×480	40
4		75×485	40
5		45×490                  180^0	30
6	II	32×501	13
7	III	29×509	3

 

 

26

Результаты работы сводятся в таблицу 17.

 

Таблица 17 – Форма боковой кромки

№ пропуска	Сечение, мм		, мм		Форма боковой кромки (рисунок)
	Н	В

 

По результатам работы сделать вывод.

 

 

27

Практическое занятие №3

Методические указания

Задача №1

Определить коэффициент обжатия при прокатке, если исходная высота раската  = 200 мм, диаметр валков D = 500 мм, угол захвата в расчётном пропуске составил .

Задача №2

Определить относительное обжатие при прокатке, если диаметр валков    D = 450 мм, толщина полосы после пропуска  = 44 мм, длина очага деформации l = 60 мм.

 

Задача №3

Длина очага деформации при прокатке в валках диаметром D = 800 мм составила l = 150 мм. Определить коэффициент обжатия в расчётном пропуске, если исходная толщина раската  300 мм.

 

Задача №4

Прокатка круга диаметром d = 10 мм из заготовки 80×80×12000 мм проведена за 15 пропусков. Определить средний коэффициент вытяжки и длину раската после прокатки.

 

Задача №5

Заготовка размерами 100×100×8000 мм прокатана в валках диаметром        

D = 650 мм при угле захвата  = . Длина полосы после прокатки                

 = 14300 мм. Определите ширину и высоту полосы после прокатки.

 

Задача №6

Полосу прокатывают в три прохода на валках диаметром D = 700 мм. Угол захвата по проходам составил . Определите обжатие, толщину и длину полосы после каждого прохода, а также суммарное обжатие и общий коэффициент вытяжки. Размеры полосы после прокатки

10×600×1000 мм.

 

Задача № 7

Заготовка размерами 100×100×8000 мм прокатана с коэффициентом обжатия  0,72 и коэффициентом уширения  1,06. Определите коэффициент вытяжки и длину полосы после прокатки.

42

Задача №8

При прокатке полосы на валках диаметром D = 650 мм угол захвата составил  Определить высоту исходной заготовки, если коэффициент обжатия  0,8.

 

Задача №9

Определить размеры полосы до и после прокатки, если коэффициент обжатия в расчётном пропуске = 0,75, коэффициент вытяжки = 1,25, абсолютное обжатие = 25 мм, абсолютное уширение = 7,5 мм, длина раската после прокатки составила = 7,5 м.

 

Задача №10

Прокатка проволоки диаметром d = 5,25 мм из заготовки сечением 44×44 мм производится со средним коэффициентом вытяжки . Определить число проходов и общий (суммарный) коэффициент вытяжки.

 

Задача №11

Определить массу исходного продукта прокатки, если коэффициент вытяжки составил  1,3, коэффициент обжатия = 0,7, длина раската после прокатки  = 3,9 м, абсолютное обжатие  60 мм, абсолютное уширение  20 мм, плотность стали принять равной 7,8 .

 

 

43

Практическое занятие №4

Методические указания

Задача №1

Определите коэффициент трения в обжимной клети рельсобалочного стана. Условия прокатки следующие: стальные валки диаметром D = 950 мм, материал полосы сталь, Ст. 3, температура полосы t = 1200 ,

скорость валков  60 об/мин.

 

Задача №2

Определите коэффициент трения при холодной прокатке листов скорость прокатки 20 , смазка валков и листа производится хлопковым маслом.

 

Задача №3

Определите коэффициент трения при прокатке полосы (материал полосы – сталь Ст. 3) на стальных валках со скоростью 10  температура полосы

t = 900

 

 

 

52

Практическое занятие №5

Методические указания

Задача №2

Определите угол захвата при прокатке на валках различного диаметра и постройте график зависимости угла захвата от диаметра валков.

Таблица 27 - Исходные данные

№ варианта	Обжатие, , мм	Диаметр валков, D, мм
1	20	400; 500; 600; 700
2	30	350; 450; 650; 750
3	40	300; 350; 400; 450
4	50	500; 600; 700; 800
5	60	550; 650; 750; 850
6	70	600; 700; 800; 900
7	80	650; 750; 850; 950
8	90	700; 800; 900; 1000
9	100	950; 1000; 1050; 1100
10	120	1000; 1100; 1200; 1300

 

56

, град

D, мм

Рисунок 10 - График зависимости угла захвата от диаметра валков

 

По результатам работы сделать вывод.

Задача №3

Установите возможен ли захват металла валками и приведите схему действия сил на металл в момент захвата.

 

Таблица 28 - Исходные данные

 

№ варианта

Диаметр валков, D, мм

Высота металла

Коэффициент трения, f