Теория процессов производства труб

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Павлодарский государственный университет

им. С. Торайгырова

Факультет металлургии, машиностроения и транспорта

Кафедра металлургии

ТЕОРИЯ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА ТРУБ

Методические указания по изучению дисциплины

Павлодар

Ф СО ПГУ 7.18.1/07

УТВЕРЖДАЮ

Декан ФММиТ

_____________

«___»_________20__г

 

Составитель: к. т.н., профессор

Кафедра металлургии

Методические указания

по изучению дисциплины

по дисциплине «Теория процессов производства труб»

для студентов специальности 050709 «Металлургия»

Рекомендовано на заседании кафедры металлургии

«_____»______________20__г., протокол №__

Заведующий кафедрой____________________

(подпись)

Одобрено УМС факультета металлургии, машиностроения и транспорта

«____»______________20__г., протокол №____

Председатель УМС_________________

(подпись)

Содержание

Введение 4

1 Сроки и объем изучения дисциплины 5

2 Тематический план дисциплины 6

3 Контрольные вопросы 7

Литература 13

Введение

Металлургическая промышленность является базой, на основе которой развиваются многие отрасли промышленности. Черная и цветная металлургия поставляют чугун, сталь, медь, алюминий и другие металлы в виде проката, отливок и поковок. Особое место среди выпускаемых изделий занимают трубы. Уровень развития трубного производства в значительной степени определяет развитие многих важнейших отраслей хозяйства.

Развитию производства холоднодеформированных труб способствовали широкие исследования по теории и практике холодной прокатки и волочения труб. Труды ученых , , и других раскрыли особенности процесса холодной прокатки, волочения труб, способствовали их интенсификации и совершенствованию конструкции станов холодной прокатки и трубоволочильных станов и улучшению качества готовой продукции.

Работы по совершенствованию станов и процесса холодной прокатки продолжаются и в настоящее время. Тематика их широка: увеличение длины очага деформации; теплая прокатка труб; применение калибров уменьшенных размеров; снижение массы клети, и повышение быстроходности станов; деформация металла только при одном ходе клети; улучшение калибровки инструмента и технологии подготовки исходной заготовки.

Наиболее эффективными направлениями модернизации станов холодной прокатки труб следует считать перевод их на двухниточную прокатку и применение клетей с двумя последовательно расположенными парами валков (тандем).

Оборудование трубоволочильных цехов весьма сложно. Обслуживание, безаварийная работа на них, получение готовой продукции высокого качества при высокой производительности труда требуют высокой квалификации.

Эти примеры показывают, что трубы используют для решения разнообразных технических проблем и изготавливают их в соответствии как со специальными требованиями, изложенными в стандартах, так и в технических условиях, разработанных совместно с потребителями труб с учетом условий их эксплуатации.

Анализ показывает, что трубное производство непрерывно совершенствуется и развивается, для него характерны не только качественный рост, но и существенные качественные изменения в соответствии с потребностями заказчиков. Расширяется сортамент труб по размерам и материалам, возрастает выпуск труб со специально обработанными наружной и внутренней поверхностями (трубы для атомной энергетики, приборостроения), с защитными и гладкостными покрытиями для магистральных газо - и нефтепроводов и т. д.

В то же время наблюдается тенденция к сокращению объемов выпуска и потребления металлических труб, все более широкому использованию для решения различных технических задач и в быту труб из неметаллических материалов (полимеров, керамики, стекла, асбоцемента, базальта и пр.).

Знание основ теории процессов производства труб является необходимым условием ведения качественного процесса прокатки труб, эффективной работы эксплуатируемого оборудования, получения трубопрокатной продукции высокого качества и важным условием подготовки квалифицированных специалистов.

1 Сроки и объем изучения дисциплины

Работа студента по изучению дисциплины включает в себя следующие виды работы:

- проработку пройденного лекционного материала по конспекту лекций, учебникам и пособиям;

- проработку дополнительных тем, не вошедших в лекционный материал;

- выполнение и защиту практических работ;

- подготовку к рубежному контролю и его сдачу;

- выполнение расчетно-графического задания (семестровой работы).

Как правило, дисциплина изучается 1 семестр.

В начале семестра студенту выдается:

- программа дисциплины для студента (ПДС, силлабус);

- методические указания по изучению дисциплины;

- опорный конспект лекций;

- перечень вопросов на рубежный контроль и экзамен;

- тема семестровой работы№

В течение семестра проводятся занятия (лекции, практические занятия, СРСП). Студент должен посещать их согласно расписания.

В течение семестра студент сдает первый и второй рубежный контроль.

В экзаменационную сессию студент сдает экзамен.

Работа студента оценивается по бально-рейтинговой системе.

2 Тематический план дисциплины

2.1 Наименование тем

1 Введение. Значение вопросов теории при разработке оптимальных технологических процессов и нового оборудования.

Раздел 1. Виды труб.

Рекомендуемая литература: [6].

2 Краткая характеристика способов производства бесшовных и сварных труб.

Рекомендуемая литература: [6].

Раздел 2. Теория винтовой прокатки.

3 Условия захвата металла валками.

4 Геометрические и деформационные параметры процесса.

5 Кинематика. Энергосиловые параметры.

Рекомендуемая литература: [1, 3, 8].

Раздел 3. Теория продольной прокатки труб.

6 Условия захвата трубы валками.

7 Геометрия очага деформации.

8 Кинематические особенности прокатки труб в калибрах.

9 Энергосиловые параметры.

Рекомендуемая литература: [1, 3, 4, 5].

Раздел 4. Теория непрерывной прокатки труб.

10 Условия и особенности непрерывной прокатки.

11 Основы теории редуцирования труб.

12 Особенности непрерывной оправочной прокатки труб.

13 Скоростные режимы процесса непрерывной прокатки.

Рекомендуемая литература: [1, 4, 5].

Раздел 5. Теория периодической прокатки труб.

14 Схемы холодной и горячей периодической прокатки.

15 Определение параметров очага деформации.

16 Энергосиловые параметры.

Рекомендуемая литература: [1, 4, 5].

Раздел 6. Теория прессования труб.

17 Формоизменение металла.

18 Определение усилия прошивки и прессования.

Рекомендуемая литература: [1, 3, 4, 5].

Раздел 7. Теория волочения труб.

19 Очаг деформации при волочении.

20 Факторы, ограничивающие вытяжку металла.

21 Расчет усилия волочения.

Рекомендуемая литература: [1, 4, 5, 6].

Раздел 8. Теория непрерывной формовки прямошовных труб.

22 Напряженно-деформированное состояние трубы при формовке.

23 Усилие гиба полосы.

24 Геометрия очага деформации.

Рекомендуемая литература: [1, 4, 5, 6].

2.2 Содержание практических занятий

1 Расчет исходной заготовки для профилирования

Рекомендуемая литература: [1, 6, 16].

2 Расчет технологических параметров профилирования труб с постоянной толщиной стенки волочением в кольцах без оправки

Рекомендуемая литература: [1, 6, 16].

3 Расчет технологических параметров профилирования труб с постоянной толщиной стенки волочением в кольцах без оправки

Рекомендуемая литература: [1, 6, 16].

2.3 Темы, предлагаемые студентам для самостоятельного изучения

1 Тема - Производство бесшовных труб из непрерывнолитой заготовки

Рекомендуемая литература: [2], 139 – 168 стр.; [4], 73 – 112 стр.

2 Тема - Технические требования и сортамент труб для нефтяной и геологоразведочной промышленности

Рекомендуемая литература: [3], 128 – 200 стр.; [8], 260 – 282 стр.

3 Тема - Бесшовные стальные трубы для нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности

Рекомендуемая литература: [4], 112 – 147 стр.; [10], 299 – 361стр.

3 Контрольные вопросы

1 Что такое прокатка?

2 Какую прокатку называют горячей? В чем ее преимущества?

3 Какую прокатку называют холодной? В каких случаях ее применяют?

4 Изменяются ли механические свойства металла при прокатке?

5 Схема поперечной прокатки. Для получения каких изделий применяют поперечную прокатку?

6 Схема косой прокатки. В каких случаях ее применяют?

7 Что такое периодическая прокатка?

8 Примеры несимметричной прокатки.

9 Схемы прокатки с задним и передним натяжением, с задним и передним подпором.

10 Что такое простой процесс прокатки (простой случай прокатки)?

11 Основные вопросы, изучаемые в теории процессов производства труб.

12 Отечественные и зарубежные ученые, внесшие большой вклад в развитие теории процессов производства труб.

13 Что называется очагом деформации?

14 В чем различие между геометрическим и физическим очагами деформации?

15 Что такое фактор формы очага деформации?

16 Какой показатель условного относительного обжатия наиболее близок к истинному относительному обжатию?

17 Чему равна сумма трех истинных относительных деформаций, взятых по трем главным осям?

18 Почему начальный угол захвата отличается от угла захвата (угла контакта) при установившемся процессе прокатки?

19 Как определяют длину геометрического очага деформации?

20 Как изменяются геометрические параметры очага деформации в результате сплющивания валков?

21 Какова зависимость величины сплющивания валков от их диаметра?

22 Какие валки: стальные или чугунные — подвергаются сплющиванию в большей мере?

23 Какой материал валков обеспечивает минимальное сплющивание?

24 Основные методы определения площади контактной поверхности при прокатке.

25 В чем сущность определения площади контактной поверхности графическим методом?

26 В чем сущность определения площади контактной поверхности графоаналитическим методом?

27 Какая схема напряженного состояния металла является основной при прокатке?

28 В чем особенности напряженного состояния в очаге деформации при прокатке с углами контакта, превышающими угол трения?

29 Какая схема деформированного состояния металла характерна для прокатки в двух валках?

30 Какая схема деформированного состояния имеет место при прокатке в многовалковых калибрах?

31 Классификация процессов прокатки в зависимости от фактора формы.

32 Что называют свободным, ограниченным и вынужденным уширением?

33 Какова зависимость уширения от диаметра валков?

34 Какова зависимость уширения от коэффициента трения?

35 На какие зоны делится очаг деформации при выводе формулы уширения по Бахтинову?

36 Какая энергетическая предпосылка положена в основу вывода формулы уширения Бахтинова?

37 Из какого условия определяют границы зон продольной и поперечной деформации при выводе формулы уширения по Целикову?

38 Почему при прокатке в калибрах во многих случаях уширение меньше, чем при прокатке на гладкой бочке?

39 Как учитывают влияние формы калибра и заготовки на уширение при расчете по различным формулам?

40 Основные методы исследования распределения сил трения на контактной поверхности в очаге деформации.

41 Сущность исследования сил трения методом наклонных точечных месдоз.

42 Метод исследования сил трения при помощи универсального (качающегося) штифта.

43 Как проводят исследование распределения сил трения методом разрезного валка?

44 Что понимается под термином «коэффициент трения при установившемся процессе прокатки»?

45 Каковы причины различия коэффициентов трения при захвате и при установившемся процессе прокатки?

46 Основные методы экспериментального определения коэффициентов трения при прокатке.

47 Метод определения коэффициента трения по максимальному углу захвата.

48 Как определяют коэффициент трения методом предельного обжатия?

49 Теоретические основы определения коэффициента трения методом крутящего момента.

50 Теоретические основы определения коэффициента трения по опережению.

51 В чем сущность определения коэффициента трения по давлению на валки?

52 Каково влияние материала валков и шероховатости их поверхности на коэффициент трения?

53 Можно ли отнести к числу сильных факторов, влияющих на трение, присутствие на поверхности валков частиц налипшего металла, окалины и других промежуточных сред?

54 Каково влияние содержания углерода в стали на коэффициент трения?

55 Причины изменения коэффициента в зависимости от температуры прокатки.

56 Как влияет скорость прокатки на коэффициент трения?

57 Какие масла: минеральные или растительные — являются более эффективной технологической смазкой? Чем это объясняется?

58 Почему с увеличением вязкости смазки повышается ее антифрикционная эффективность?

59 Характерные значения коэффициента трения при горячей прокатке.

60 Характерные значения коэффициента трения при холодной прокатке.

61 При помощи какого измерительного устройства исследуют распределение давлений по контактной поверхности?

62 В каком случае на эпюрах контактных давлений наблюдается провал («седло») вблизи сечения входа в очаг деформации?

63 Поясните термин «среднее контактное давление».

64 Что подразумевается под термином «усилие (сила) прокатки»?

65 Что называют коэффициентом напряженного состояния (или коэффициентом подпора)?

66 В виде каких трех сомножителей можно представить коэффициент напряженного состояния?

67 Как изменяется среднее контактное давление при увеличении обжатия? Почему?

68 Каково влияние изменения диаметра валков на среднее контактное давление?

69 Какова зависимость среднего контактного давления от коэффициента трения?

70 Какие факторы необходимо учитывать при выборе значения предела текучести металла при горячей прокатке?

71 В каких координатах представлены экспериментальные данные по пределу текучести в работах Кука и Динника?

72 Сущность определения предела текучести при горячей прокатке методом термомеханических коэффициентов по Зюзину.

73 Какие факторы необходимо учитывать при определении предела текучести металла при холодной прокатке?

74 Какими формулами можно аппроксимировать кривые упрочнения?

75 Как определяется средний предел текучести в очаге деформации при холодной прокатке?

76 Какие основные допущения принимают при выводе дифференциального уравнения равновесия?

77 Почему при решении дифференциального уравнения равновесия приходится привлекать уравнение (условие) пластичности?

78 Какие допущения приняты Целиковым при выводе формулы давления?

79 Какой вид имеют эпюры контактных давлений, построенные по теоретическим уравнениям Целикова?

80 Какой закон трения принят Чекмаревым при выводе формулы давления? Какие приняты геометрические упрощения?

81 Как определяют среднее контактное давление при прокатке в калибрах?

82 Возможность определения крутящих моментов, необходимых для вращения валков, по удельным силам трения (по Баюкову).

83 Как определяют крутящий момент по усилию прокатки?

84 Что такое коэффициент плеча момента (или коэффициент плеча усилия прокатки)?

85 При каких условиях прокатки коэффициент плеча момента равен 0,5?

86 Как направлена равнодействующая всех сил, приложенных к валку, при прокатке с натяжением или подпором?

87 Из какого условия определяют направление действия этой силы?

88 Формула для расчета крутящих моментов при прокатке с натяжением или подпором.

89 Как определяют работу прокатки по известному крутящему моменту?

90 Можно ли при определении работы прокатки использовать формулу Финка, выведенную для определения работы осадки?

91 Как определяют мощность, расходуемую на деформацию металла при прокатке?

92 Какой вид имеют экспериментальные графики расхода энергии при прокатке?

93 Какие слагаемые расхода энергии необходимо учитывать при определении мощности двигателя прокатного стана?

94 Как определяют потери на трение в подшипниках валков и передаточных механизмах главной линии прокатного стана?

95 Что такое мощность холостого хода?

96 Всегда ли необходимо учитывать динамическую мощность при выборе двигателя прокатного стана?

97 Из какого условия находят значение обжатия со стороны каждого валка при прокатке в валках неравного диаметра?

98 Как определяют углы контакта при прокатке в валках неравного диаметра?

99 Как определяют длину очага деформации при прокатке в валках неравного диаметра?

100 Что такое приведенный радиус?

101 Условие начального захвата при прокатке в валках неравного диаметра.

102 Условие захвата при установившемся процессе прокатки в валках неравного диаметра.

103 В случае прокатки на валках неравного диаметра на каком из валков больше опережение?

104 Может ли идти процесс прокатки в валках неравного диаметра при полном отсутствии опережения на валке большего диаметра?

105 Целесообразно ли применение валков различного диаметра для снижения усилия прокатки?

106 На каком из двух различных по диаметру валков крутящий момент больше?

107 По каким формулам можно определить значение крутящего момента на каждом из валков неравного диаметра?

108 Условие начального захвата при прокатке с одним приводным валком (без учета сопротивления вращению в шейках неприводного валка).

109 Условие захвата при установившемся процессе прокатки с одним приводным валком

110 Чему равен нейтральный угол на неприводном валке?

111 На каком валке больше опережение — на приводном или неприводном?

112 Чему равен крутящий момент на приводном валке по сравнению с крутящими моментами на валках при симметричной прокатке?

113 Какие причины могут вызвать различие в условиях трения на двух валках (верхнем и нижнем)?

114 Условие начального захвата при прокатке в разношероховатых валках.

115 Условие захвата при установившемся процессе прокатки в разношероховатых валках.

116 Формула для определения среднего нейтрального угла при прокатке в разношероховатых валках.

117 На каком из валков: гладком или шероховатом — крутящий момент обычно больше?

118 Как можно определить суммарный крутящий момент на двух разношероховатых валках при помощи формулы ?

119 Что называют углом захвата и углом касания в теории периодической прокатки? Как связаны между собой эти углы?

120 Как определяют средний радиус контактной поверхности при переменном радиусе валков?

121 Чему равен максимальный угол захвата при прокатке с нарастанием и убыванием обжатия? Какой из этих случаев прокатки является более трудным в смысле осуществления захвата?

122 В каком случае опережение больше — при прокатке с нарастанием или убыванием обжатия?

123 Почему при периодической прокатке особенно важно поддерживать постоянство условий трения?

124 Можно ли использовать при периодической прокатке формулы давления, выведенные для простого процесса прокатки?

125 В каком случае выше крутящий момент — при прокатке с нарастанием или убыванием обжатия?

Литература

1. Грудев прокатки. Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Интермет Инжиниринг, 2001.–280 с.:ил.

2. , Онищенко и динамика процессов прокатки. – М.:Металлургия, 1984.–232 с.

3. Теория прокатки. Справочник/ , , В. И. Зюзин и др. Под ред. и .–М.:Металлургия, 1982.–335 с.

4. , , Рокотян продольной прокатки. – М.: Металлургия, 1980. – 320 с.

5 Зотов проката. – М.: «Интермет Инжиниринг», 2000.– 352с.

6 Амосов технологические операции прокатного производства/ Уч. пос.– Челябинск: ЧПИ. 1987–77с.

7 Бахтинов производство.–М.: Металлургия, 1987.–416 с.

8 , Берковский пластической деформации и обработки металлов давлением. – М.: Металлургия, 1989. – 400 с.

9 Прокатное производство. , , ёв, . – М.: Металлургия, 1982. – 696 с.

10 Аркулис пластичности. – М.:Металлургия. 1987, 362с.

11 , и др. Кузнечно-штамповочное оборудование. – М.: Машиностроение, 1982г.

12 Охрименко кузнечно-штамповочного производства (учебник).-2-е изд., перераб. и доп. – М., Машиностроение, 1976.-560 с.

13 , Попов обработки металлов давлением. – М.: Машиностроение, 1977.

14 , Тюрин процессов ковки. – М.: Высш. школа, 1977.

15 Березкин металлов при обработке давлением. – М.: Машиностроение, 1973.

16 , Тюрин деформации при ковке. – М.: Машиностроение, 1969.

17 Томленов пластического деформирования металлов. – М.: Металлургия, 1972.

18 Громов обработки металлов давлением. – М.: Металлургия, 1978.

19 Теория и технология ковки. Под. ред. . – К.: Высшая школа. Головное изд-во, 1989.