Зміст
Зміст 1
Вступ 3
1 Короткий огляд складових прокатних валків. Характеристика стану 2500.
Сортамент стану. 4
1.1 Короткий огляд і аналіз конструкцій складових прокатних валків 4
1.2 Характеристика стану гарячої прокатки 2500 8
1.3 Сортамент стану за марками сталі і розмірами смуг 9 < br>2 Дослідження та розробка конструкції бандажірованного опорного валкастану 2500 гарячої прокатки 10
2.1 Вибір натягу, форми, товщини бандажа і розрахунок несучої здатності з'єднання 10
2.2 Розрахунок напружень в бандажірованном опорному валки 16
2.3 Розрахунок на кратність використання осі складного опорного валка 30
2.4 Визначення циклічної витривалості в перерізі 1-1 33
2.5 Визначення циклічної витривалості в перерізі 2-2 36
2.6 Визначення зони прослизання і прогину складового і цільного опорного валка 37
2.7 Визначення прогину цільного опорного валка 37
2.8 Визначення прогину і зони прослизання для складного опорного валка 39
2.9 Розробка заходів для запобігання фреттінг - корозії на осадових поверхнях і підвищення поверхні валка 46
2.10 Дослідження впливу покриттів сполучених покриттів на несучу здатність з'єднання ось - бандаж. Вибір матеріалу і технології нанесення покриття. 48
2.11 Вибір матеріалу осі і бандажа і способи їх термообробки 52
3 Рекомендації щодо заміни використаних бандажів 56
4 Економічне обгрунтування проекту 57
4.1 Розрахунок виробничої програми 57
4.2 Розрахунок кошторису капітальних витрат 58
4.3 Організація праці та заробітної плати 59
4.4 Розрахунок відрахувань на соціальні потреби 63
4.5 Розрахунок собівартості продукції 64
4.6 Розрахунок основних техніко-економічних показників 65
Висновок 68
Список використаних джерел 70
Введення
Метою даної дипломної роботи є розробка конструкції складовихопорних валків, що забезпечує їх надійність в процесі експлуатації,з підвищення стійкості і зниження вартості.
Валки є головним елементом прокатної кліті, за допомогою якогоздійснюється обтиснення прокочується смуги. Вимоги, що пред'являються допрокатним валянням, різноманітні і стосуються не тільки їх експлуатації, а йпроцесу виготовлення. Прокатний валок працює при одночасномувпливі на нього зусилля прокатки, крутного моменту, температури в осередкудеформації і т.п. тому, одним з головних вимог є високазносостійкість і термоусталостная міцність, що зумовлюють малий ірівномірний знос валків.
Одним із шляхів підвищення стійкості прокатних валків і зниження їхметалоємності є використання складових валків. Застосування бандажівз високоміцних матеріалів, можливість заміни зношених бандажів прибагаторазовому використанні осі дадуть великий економічний ефект.
В даний час в 5,6 чистових клітях стану 2500 ВАТ ММК застосовуютьсяопорні валки 1600х2500 мм, які виготовляють з кованої сталі 9ХФ. Уданій роботі пропонується використовувати складний валки з бандажем з литоїстали 150ХНМ або 35Х5НМФ. Як осей пропонується використовувативідпрацьовані цельнокование валки. Досвід експлуатації валків з подібнихматеріалів свідчить, що їх зносостійкість в 2-2,5 рази вище, ніжкованих. З'єднання бандажа з віссю здійснюється по посадці згарантованим натягом. З метою збільшення переданого крутногомоменту на посадочну поверхню осі пропонується наносити металевепокриття, що значно збільшує коефіцієнт тертя, площафактичного контакту осі і бандажа і його теплопровідність.
Короткий огляд складових прокатних валків. Характеристика стану 2500.
Сортамент стану.
1.1 Короткий огляд і аналіз конструкцій складових прокатних валків
Основні переваги складових валків:
-- можливість виготовляти бандаж і ось з матеріалів з різними механічними і теплофізичними властивостями;
- можливість заміни зношеного бандажа при багаторазовому використанні осі валка;
- термічну обробку бандажа осі можна проводити окремо, що дозволяє збільшити прокаліваемость, отримати однакову твердість по всій товщині бандажа і знизити градієнт залишкових напруг, який у суцільному валки великої маси досить високий.
Випуск бандажірованних опорних валків листових станів освоїли ще в 70 --х роках минулого століття. Бандаж і вісь з'єднуються, як правило, тепловимспособом з посадки з гарантованим натягом; бандажі виготовляютьсяковані чи литі, ковані осі, для їх виготовлення зазвичай використовуютьсписані валки. Отвір у бандажі найчастіше циліндричне, посадочнемісце осі може бути циліндричним, бочкоподібним або близьким до нього поформі для зменшення концентрації напружень у торців бандажа після збирання.
За способом кріплення бандажів складові валки можна розділити нанаступні групи:
- використання посадки з гарантованим натягом;
- застосування різних механічних способів кріплення бандажа;
- використання легкоплавних сплавів і клейових з'єднань.
Удосконаленню конструкцій, методів виробництва та збирання,підвищення технологічних характеристик складових валків присвячено багатороботи вітчизняних і зарубіжних вчених. Велике місце займають роботи ззабезпечення надійного з'єднання бандажа з віссю.
Так, наприклад, в роботі [1] пропонується використовувати складовоюпрокатний валок, що містить бандаж з натягом, і накладений на вісь зканалами, виконаними по спіралі на контактує з бандажем поверхні,і буртів. В роботі [2] пропонується до використання валок з складовимбандажем з спеченого карбіду вольфраму. У ряді робіт останніх років [3,4]все частіше пропонується до використання наплавлені бандажі звисоколегованих сплавів. У багатьох випадках, при спрощення технологіївиготовленні валка і підвищення зносостійкості його поверхні, істотнозростає вартість, за рахунок застосування великої кількості легуючихелементів. Тому, з метою збільшення терміну експлуатації валків, багатоавтори присвячують свої роботи удосконалення конструкції складовихпрокатних валків.
У роботах [5,6] пропонуються складові валки, що містять несучупрофільовану вісь і бандаж з профільованою внутрішньою поверхнею,насаджується з натягом з можливістю вільного переміщення його ділянокменшого діаметру в нагрітому стані вздовж несучої осі через ділянки звеликим діаметром по довжині. Причому утворюють поверхонь бочки осі ібандажа виконані профільованими у вигляді плавної кривої з певнихзалежностей (рисунок 1,2). До недоліків таких валків можна віднестискладність їх виготовлення, неможливість проконтролювати потрібноїкривизну профілю посадочних поверхонь, а у випадку [6] ще й обмеженітерміни експлуатації валка, викликані малим числом можливих переточекбандажа, внаслідок виникнення розтягуючих напружень в середній частинівід розігрівання і теплового розширення несучої осі в процесі роботи прокатноїкліті (малюнок 2). Але головним недоліком все ж можна вважати складністькривих, що описують профілі сполучених поверхонь, яка ускладнюєпроцес токарної обробки, а точність, необхідна приїх виготовленні практично нездійсненна при технологіях, що існують намашинобудівних заводах.
Малюнок 1 - Складовою прокатний валок
Малюнок 2 - Складовою прокатний валок
В роботі [7], в умовах стану 2500 ВАТ ММК пропонується використовуватискладовою опорний валок, виконаний у відповідності зі схемою на малюнку 3.
Недоліком такого валка є наявність перехідного ділянки осі від буртудо конусної частини, яка є концентратором підвищення напруги, що можепривести до поломки осі при підвищених навантаженнях і прогині, а такожобмеження терміну його експлуатації. Крім того, дана конструкціянетехнологічних у виготовленні.
Малюнок 3 - Складовою прокатний валок
Завданням пропонованого виготовлення складного опорного валка єнайбільш просте технічне рішення, яке збільшить термін експлуатації зарахунок забезпечення постійного натягу по всій довжині сполучених поверхонь.
Пропонується посадочне місце бандажа й осі виконати циліндричними,з точки зору простоти та технологічності виготовлення. На кромках осізробити розвантажують фаски - скоси, для зменшення концентрації напружень.
Для підвищення несучої здатності з'єднання і працездатності валкаосновну увагу слід зосередити на виборі величини оптимальногонатягу, розробці заходів, істотно збільшують коефіцієнттертя на сполучених поверхнях і теплопровідність контакту ось --бандаж.
При міцнісних розрахунках необхідно вибрати методику, що дозволяєвраховувати вплив зусиль прокатки на напружено - деформований станбандажа.
1.2 Характеристика стану гарячої прокатки 2500
Широкосмуговий стан гарячої прокатки 2500 складається з дільниці завантаження,ділянки нагрівальних печей, чорнової і чистової груп з проміжнимрольгангів між ними та лінії змотки.
Ділянка завантаження складається з складу слябів та завантажувального рольгангу, 3підйомних столів з Штовхувачі.
Ділянка нагрівальних печей складається з власне 6 нагрівальнихметодичних печей, рольгангу перед печами з штовхальниками і подпечногорольгангу після печей.
Чорнова група складається з клітей:
- реверсивна кліть дуо;
- ушірітельная кліть кварто;
- реверсивна універсальна кліть кварто;
- універсальна кліть кварто.
Чистова група включає летючі ножиці, чистової окаліноломатель
(кліть дуо), 7 клітей кварто. Тим клітями встановлені пристроїприскореного охолодження смуг (межклетьевое охолодження).
Проміжний рольганг забезпечує скидання і оброблення недоліків
(планується оснащення рольгангу тепловими екранами типу енкопанель).
Лінія змотки включає відвідний рольганг з 30 секціями охолодженнясмуги (верхнє і нижнє душірованіе), чотири моталки, візки з підйомно -поворотними столами.
1.3 Сортамент стану за марками сталі і розмірами смуг
Широкосмуговий стан 2500 призначений для гарячої прокатки смуг знаступних сталей:
- сталь вуглецева звичайної якості за ГОСТ 16523-89, 14637 -
89 марок сталі за ГОСТ 380-71 та чинним ТУ;
-- сталь зварювана для суднобудування за ГОСТ 5521-86;
- сталь вуглецева якісна конструкційна за ГОСТ 1577-81,
4041-71, 16523-89, 9045-93 та чинним ТУ;
- сталь легована марки 65Г за ГОСТ 14959-70;
- сталь низьколегована за ГОСТ 19281-89;
- сталь 7ХНМ за ТУ 14-1 -- 387-84;
- сталь вуглецева і низьколегована експортного виконання за
ТП, СТП на основі іноземних стандартів.
Граничні розміри смуг: < p> - товщина 1,8 (10 мм;
- ширина 1000 (2350 мм;
- вага рулону до 25 т.
Дослідження та розробка конструкції бандажірованного опорного валка стану 2500 гарячої прокатки
2.1 Вибір натягу, форми, товщини бандажа і розрахунок несучої здатності з'єднання
Опорний валок 5,6 клітей стану 2500 гарячої прокатки ВАТ ММК вЗгідно з малюнком 4 має наступні основні розміри:
- довжина бочки l = 2500 мм;
- максимальний зовнішній діаметр бочки d = 1600 мм;
- мінімальний зовнішній діаметр d = 1480 мм;
- діаметр шийок в місці з'єднання з бочкою 1100 мм;
Посадочное місце бандажа - циліндричне. На відстані 100 мм відкожного краю осі пропонується зробити розвантажують фаски висотою 10 мм длязменшення концентрацій напруг бандажа після збирання. Це пояснюєтьсятим, що бандаж з'єднується з віссю тепловим способом, а при формуванніз'єднання краю бандажа остигають швидше, ніж його середня частина, щопризводить до появи концентрації напруги і дає додатковуможливість розвитку фреттінг-корозії і втомних тріщин надалі
Часто, для запобігання сповзання бандажа в осьовому напрямку на осівиконується буртік, а на бандажі проточка, або ж посадочні поверхнімають форму конуса. У даному випадку такі пристосування не використовуються,тому що можливо припустити, що при досить великій довжині сполученихповерхонь осьового зсуву відбуватися не буде, а міцність з'єднаннятакож забезпечиться гарантованим натягом і можливим збільшеннямкоефіцієнта тертя на поверхнях за рахунок нанесення на них металевогопокриття або абразивного порошку.
Також, ця конструкція суттєво простіше і дешевше у виготовленні.
Аналіз факторів, що впливають на вибір посадкового діаметра показує, щообласть оптимальних значень відносин посадкового і зовнішнього діаметрівколивається в інтервалі d/d2 = 0,5 ... 0,8. [8]
Якщо говорити про вибір натягу з'єднання, то тут можна натрапити нарозбіжностями. На практиці оптимальний натяг звичайно приймається рівним 0,8 -
1% від посадочного діаметру: (= (0,008 (0,01) d. Деякі автори радятьзбільшити його до 1,3%, а деякі, навпаки, знизити до 0,5%
Для розрахунків виберемо три різних значення натягом: (1 = 0,8 мм; (2 = 1,15мм; (3 = 1,3 мм.
Також, для порівняння та вибору оптимальних критеріїв з'єднання будемопроводити розрахунки для різних коефіцієнтів тертя і товщини бандажа.
| F1 = 0,14 | dпосад1 = 1150 мм |
| F2 = 0,3 | dпосад2 = 1300 мм |
| F3 = 0,4 | |
Як зазначалося вище, величину коефіцієнта тертя можна змінити,завдавши будь-яке покриття на сполучених поверхні.
Найбільша товщина бандажа (dпосад = 1150 мм) обумовлюється йогопроходженням через шийки прокатного валка при збірці.
Не береться до уваги dпосад> 1300 мм, тому що при досягненнімінімального зовнішнього діаметра (d2 = 1480 мм) бандаж стане дуже тонким.
Зробимо розрахунок деяких параметрів несучої здатності з'єднанняпри заданих умовах.
1. Найбільша осьова сила, яку може витримати з'єднання [9]:
(1)де К - тиск на посадочної поверхні, МПа;
F = (dl - площа посадочної поверхні, мм2; (d і l - діаметр і довжинапосадочної поверхні відповідно, мм) f - коефіцієнт тертя між сполучаються поверхнями.
Тиск К на посадочних поверхнях залежить від натягу і товщинистінок охоплює й охоплюваній деталі.
Відповідно до формули Ляме:
(2)де ((d - відносний диаметральный натяг;
(- коефіцієнт.
(3)
де Е1 = Е2 = 2,1 х105 Н/мм2 - модулі пружності осі і бандажа;
(1 = (2 = 0,3 - коефіцієнти Пуассона для сталі осі і бандажа
С1, С2 - коефіцієнти, що характеризують тонкостенкость; < p> (4)
(5)
де d1 і d2 - відповідно внутрішній діаметр осі і зовнішній діаметрбандажа.
Для даного випадку отвори в осі немає - d1 = 0, а за діаметр d2Приймаються середній діаметр валка:
Тоді С1 = 1 (d1 = 0).
2. Найбільший обертовий момент, що передається з'єднанням:
(6)
3. Напруга стиснення в осі максимально на внутрішній поверхні:
(7)
4. На внутрішній поверхні бандажа максимальні що розтягують напруги:
(8)
Результати обчислень зведені в таблицю 1.
Висновки: Як видно, тиск К, а, отже , і несуча здатністьз'єднання пропорційна натягу і назад пропорційна коефіцієнтами
С1 і С2, що характеризує тонкостенкость.
Різниця посадочних діаметрів складає всього 150 мм, але приоднакових натягу відмінність контактного тиску майже вдвічі більше дляменшого діаметру.
Слід зауважити, що і напругу стиску в осі також менше в разідля більш тонкого бандажа, але напруги розтягнення у бандажі зі зміноюйого товщини залишаються практично незмінними.
Таблиця 1 - Характеристика прокатних валків 5,6 клітей стану 2000 і їхнесуча здатність при різних значеннях діаметрів, натяг,коефіцієнтів тертя в з'єднанні
| Тиск металу | Р = 3000 |
| на валки, т | |
| Момент прокатки, | МПР = 217 |
| тм | |
| Зовнішній діаметр | d2 = 1600 (1480) dср = 1540 |
| бандажа, мм | |
| Довжина | l = 2500 |
| сполучення, мм | |
| Діаметр | d = 1150 (C2 = 3,52) | d = 1300 (C2 = 5,96) |
| сполучаються | | |
| поверхонь, мм | | |
| Площа | F = 9,0275 x106 | F = 10,205 x106 |
| посадочної | | |
| поверхні | | |
| кв.мм | | |
| Натяг, мм | (1 = 0,8 | (2 = 1,15 | (3 = 1,3 | (1 = 0,8 | (2 = 1,15 | (3 = 1,3 |
| Контактна | K = 32,32 | K = 46,46 | K = 52,52 | K = 18,57 | K = 26,7 | K = 30,18 |
| тиск, МПа | | | | | | |
| Напруга на | (ст = 64,64 | (ст = 92,92 | (ст = 105,04 | (ст = 37,14 | (ст = 53,4 | (ст = 60,36 |
| осі валка, МПа | | | | | | |
| Напруга в | (раст = 146,1 | (раст = 210,1 | (раст = 237,5 | (раст = 129,2 | (раст = 185,8 | (раст = 210 |
| бандажі, МПа | | | | | | |
| Коефіцієнт | 0,14 | 0,3 | 0,4 | 0,14 | 0,3 | 0,4 | 0,14 | 0,3 | 0,4 | 0,14 | 0,3 | 0,4 | 0,1 | 0,3 | 0,4 | 0,1 | 0,3 | 0,4 |
| тертя f | | | | | | | | | | | | | 4 | | | 4 | | |
| Найбільша | 4084 | 8753 | 1167 | 5871 | 1282 | 1677 | 6637 | 1422 | 1896 | 2653 | 5685 | 7580 | 381 | 8174 | 1089 | 431 | 9239 | 1231 |
| осьова сила Рос, | | | 0 | | 5 | 6 | | 3 | 4 | | | | 4 | | 9 | 1 | | 9 |
| т | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| Найбільший | 2348 | 5033 | 6710 | 3376 | 7234 | 9646 | 3816 | 8178 | 1090 | 1724 | 3695 | 4927 | 247 | 5313 | 7084 | 280 | 6005 | 8007 |
| крутний момент | | | | | | | | | 4 | | | | 9 | | | 8 | | |
| Мкр, тм | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
Малюнок 4 --Складовою прокатний валок
Зі збільшенням коефіцієнтів тертя несуча здатність з'єднання такожістотно зростає, як у випадку з d = 1150 мм так і з d = 1300 мм, але ввипадку з d = 1150 мм більше максимальна.
Важливим є те, що для всіх умов з'єднанням забезпечуєтьсяпередача моменту, що крутить з хорошим запасом міцності
МПР
