Министерство образования и науки Республики Казахстан
Павлодарский государственный университет
им. С. Торайгырова
Факультет металлургии, машиностроения и транспорта
Кафедра металлургии
ТЕОРИЯ ПРОКАТКИ
Методические указания по изучению дисциплины
Павлодар
Ф СО ПГУ 7.18.1/07
УТВЕРЖДАЮ
Декан ФММиТ
_____________
«___»_________200__г
| |
Составитель: к. т.н., профессор
Кафедра металлургии
Методические указания
по изучению дисциплины
по дисциплине «Теория прокатки»
для студентов специальности 050709 «Металлургия»
Рекомендовано на заседании кафедры металлургии
«_____»______________200__г., протокол №__
Заведующий кафедрой____________________
(подпись)
Одобрено УМС факультета металлургии, машиностроения и транспорта
«____»______________200__г., протокол №____
Председатель УМС_________________
(подпись)
Содержание
Введение 4
1 Сроки и объем изучения дисциплины 4
2 Тематический план дисциплины 5
3 Контрольные вопросы 7
Литература 15
Введение
Дисциплина «Теория прокатки» является одной из базовых дисциплин. Целью дисциплины является подготовка современного специалиста в области металлургии и машиностроения. Как известно перед металлургами Казахстана, в рамках Стратегии индустриально-инновационного развития Республики Казахстан на 2003 – 2015гг., стоит важная задача повышения эффективности производства и организации производства металлоизделий с высокой добавленной стоимостью.
Теория прокатки начала развиваться в середине XIX в. В ее становление внесли большой вклад как отечественные, так и зарубежные ученые.
В своем развитии теория прокатки базируется на достижениях физики, математики, химии, теоретической механики, сопротивления материалов, металловедения и, в свою очередь, служит основой для изучения технологии и оборудования прокатного производства. В современной теории прокатки рассматривается комплекс вопросов, связанный с ведением процесса прокатки и использованием прокатного оборудования, это изучение: внутренних процессов превращения в металлах; влияния внешних условий на процесс прокатки; напряженно-деформированного состояния прокатываемого металла; силовых параметров процесса прокатки и др. Выводы теории прокатки используются при разработке оптимальных режимов деформации металла, конструировании прокатного оборудования и проектировании прокатных цехов.
Знание основ теории прокатки является необходимым условием ведения качественного процесса прокатки, эффективной работы эксплуатируемого оборудования, получения прокатной 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 лабораторных и практических работ;
- подготовку к рубежному контролю и его сдачу;
- выполнение расчетно-графического задания (семестровой работы).
Как правило, дисциплина изучается 1 семестр (для студентов очной формы обучения).
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 (или контрольной работы);
В течение семестра проводятся занятия (лекции, лабораторные и 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. Определение и классификация процессов прокатки.
Раздел 1. Определение процессов прокатки.
Рекомендуемая литература: [1].
2 Классификация процессов прокатки. Основные задачи теории прокатки.
Рекомендуемая литература: [1].
Раздел 2. Геометрия очага деформации.
3 Очаг деформации и его геометрические характеристики.
4 Показатели деформации.
5 Внеконтактная деформация.
6 Площадь контактной поверхности.
Рекомендуемая литература: [1, 3].
Раздел 3. Напряженно–деформированное состояние.
7 Общая характеристика напряженного и деформированного состояния металла.
8 Распределение деформаций по высоте полосы.
9 Поперечная деформация (уширение).
10 Влияние факторов прокатки на уширение.
11 Теоретическое определение уширения.
Рекомендуемая литература: [1, 3, 5].
Раздел 4. Силы трения.
14 Распределение сил трения по дуге контакта.
15 Соотношение коэффициентов трения при захвате и при установившемся процессе прокатки.
16 Методы экспериментального определения коэффициента трения.
17 Влияние факторов прокатки на коэффициент трения.
Рекомендуемая литература: [1, 5].
Раздел 5. Усилие прокатки.
18 Распределение давлений по контактной поверхности.
19 Среднее контактное давление и усилие прокатки.
20 Влияние факторов прокатки на среднее контактное давление.
21 Определение среднего предела текучести металла в очаге деформации.
22 Теоретическое определение давления по .
23 Теоретическое определение давления по ёву.
Рекомендуемая литература: [1, 5].
Раздел 6. Крутящие моменты, работа и мощность прокатки.
24 Определение крутящих моментов по удельным силам трения.
25 Определение крутящего момента по усилию прокатки.
26 Определение крутящего момента при прокатке с натяжением.
27 Теоретическое определение работы и мощности прокатки.
Рекомендуемая литература: [1, 3, 5].
Раздел 7. Сложные случаи прокатки.
28 Прокатка в валках неравного диаметра.
29 Прокатка с одним приводным валком.
30 Прокатка при различных условиях трения на валках.
31 Периодическая прокатка.
Рекомендуемая литература: [1, 3, 5].
2.2 Содержание лабораторных занятий
1 Ознакомиться с методикой расчета основных калибровочных данных и способом прокатки полосы на гладких валках
Рекомендуемая литература: [10].
2 Методика расчета развернутой калибровки равнобокого углового профиля и особенности прокатки его на лабораторном стане
Рекомендуемая литература: [10].
3 Влияние переднего и заднего натяжения полосы на обжатие, вытяжку, усилие прокатки и крутящий момент
Рекомендуемая литература: [10].
2.3 Содержание практических занятий
1 Методика расчета режима обжатий для случая прокатки блюма и анализ данных, получаемых при прокатке опытного образца на лабораторном стане
2 Калибровка валков для прокатки круглой стали и особенности деформации металла при ее прокатке
3 Определение напряженного состояния полосы методом построения линий скольжения
2.4 Темы, предлагаемые студентам для самостоятельного изучения
1 Тема - Сплющивание валков.
Рекомендуемая литература: [1], 28 – 34 стр.; [4], 73 – 112 стр.
2 Тема – Условия захвата полосы валками.
Рекомендуемая литература: [1], 40 – 63 стр.; [3], 260 – 282 стр.
3 Тема – Способы повышения захватывающей способности валков
Рекомендуемая литература: [1], 66-70стр.; [4], 299 – 361 стр.
4 Тема – Экспериментальные данные по расходу энергии (работы). Мощность двигателя прокатного стана.
Рекомендуемая литература: [1], 205-211 стр.; [3], 299 – 361 стр.
3 Контрольные вопросы
1 Что такое прокатка?
2 Под действием каких сил полоса втягивается в прокатные валки?
3 Что означает термин «прокатка на гладкой бочке»?
4 Какую прокатку называют горячей? В чем ее преимущества?
5 Какую прокатку называют холодной? В каких случаях ее применяют?
6 Изменяются ли механические свойства металла при прокатке?
7 Схема продольной прокатки.
8 Схема поперечной прокатки. Для получения каких изделий применяют поперечную прокатку?
9 Схема косой прокатки. В каких случаях ее применяют?
10 Что такое периодическая прокатка?
11 Примеры несимметричной прокатки.
12 Схемы прокатки с задним и передним натяжением, с задним и передним подпором.
13 Что такое простой процесс прокатки (простой случай прокатки)?
14 Основные вопросы, изучаемые в теории прокатки.
15 Отечественные и зарубежные ученые, внесшие большой вклад в развитие теории прокатки.
16 Что называется очагом деформации?
17 В чем различие между геометрическим и физическим очагами деформации?
18 Что такое фактор формы очага деформации?
19 Показатели, характеризующие высотную деформацию полосы.
20 Какой показатель условного относительного обжатия наиболее близок к истинному относительному обжатию?
21 Показатели, характеризующие поперечную деформацию полосы.
22 Способы расчета коэффициента вытяжки.
23 Как определяется общий коэффициент вытяжки за несколько проходов по частным коэффициентам вытяжки?
24 Что такое средний коэффициент вытяжки, как его рассчитывают?
25 Чему равна сумма трех истинных относительных деформаций, взятых по трем главным осям?
26 Почему начальный угол захвата отличается от угла захвата (угла контакта) при установившемся процессе прокатки?
27 Как определяют длину геометрического очага деформации?
28 Каким показателем характеризуется внеконтактная высотная утяжка полосы?
29 От какого фактора в основном зависит внеконтактная высотная утяжка полосы? Каков вид этой зависимости?
30 Как изменяются геометрические параметры очага деформации в результате сплющивания валков?
31 Какова зависимость величины сплющивания валков от их диаметра?
32 Какие валки: стальные или чугунные — подвергаются сплющиванию в большей мере?
33 Какой материал валков обеспечивает минимальное сплющивание?
34 Основные методы определения площади контактной поверхности при прокатке.
35 В чем сущность определения площади контактной поверхности графическим методом?
36 В чем сущность определения площади контактной поверхности графоаналитическим методом?
37 Как определяется площадь контактной поверхности методом приведенной полосы?
38 Какая схема напряженного состояния металла является основной при прокатке?
39 Какие схемы напряженного состояния возможны на боковых кромках полосы?
40 В чем особенности напряженного состояния в очаге деформации при прокатке с углами контакта, превышающими угол трения?
41 Причины возникновения дополнительных продольных напряжений при прокатке с неравномерным распределением обжатий по ширине полосы.
42 Какая схема деформированного состояния металла характерна для прокатки в двух валках?
43 Какая схема деформированного состояния имеет место при прокатке в многовалковых калибрах?
44 Основные причины неравномерного распределения деформаций по высоте полосы?
45 Классификация процессов прокатки в зависимости от фактора формы.
46 Поле линий скольжения при прокатке высокой полосы.
47 Как решается задача о распределении уширения по длине очага деформации?
48 Что называют свободным, ограниченным и вынужденным уширением?
49 Какова зависимость уширения от диаметра валков?
50 Какова зависимость уширения от ширины прокатываемой полосы?
51 Какова зависимость уширения от коэффициента трения?
52 Каково влияние натяжения концов полосы на уширение? Какое натяжение влияет сильнее — переднее или заднее?
53 На какие зоны делится очаг деформации при выводе формулы уширения по Бахтинову?
54 Какая энергетическая предпосылка положена в основу вывода формулы уширения Бахтинова?
55 Из какого условия определяют границы зон продольной и поперечной деформации при выводе формулы уширения по Целикову?
56 Как учитывают ширину полосы и натяжение в формуле уширения Целикова?
57 Почему при прокатке в калибрах во многих случаях уширение меньше, чем при прокатке на гладкой бочке?
58 Как учитывают влияние формы калибра и заготовки на уширение при расчете по различным формулам?
59 Основные методы исследования распределения сил трения на контактной поверхности в очаге деформации.
60 Сущность исследования сил трения методом наклонных точечных месдоз.
61 Метод исследования сил трения при помощи универсального (качающегося) штифта.
62 Как проводят исследование распределения сил трения методом разрезного валка?
63 Что понимается под термином «коэффициент трения при установившемся процессе прокатки»?
64 Каковы причины различия коэффициентов трения при захвате и при установившемся процессе прокатки?
65 Основные методы экспериментального определения коэффициентов трения при прокатке.
66 Метод определения коэффициента трения по максимальному углу захвата.
67 Как определяют коэффициент трения методом предельного обжатия?
68 Сущность определения коэффициента трения методом принудительного торможения полосы.
69 Теоретические основы определения коэффициента трения методом крутящего момента.
70 Теоретические основы определения коэффициента трения по опережению.
71 В чем сущность определения коэффициента трения по давлению на валки?
72 Каково влияние материала валков и шероховатости их поверхности на коэффициент трения?
73 Можно ли отнести к числу сильных факторов, влияющих на трение, присутствие на поверхности валков частиц налипшего металла, окалины и других промежуточных сред?
74 Каково влияние содержания углерода в стали на коэффициент трения?
75 Причины изменения коэффициента в зависимости от температуры прокатки.
76 Как влияет скорость прокатки на коэффициент трения?
77 Какие масла: минеральные или растительные — являются более эффективной технологической смазкой? Чем это объясняется?
78 Почему с увеличением вязкости смазки повышается ее антифрикционная эффективность?
79 Характерные значения коэффициента трения при горячей прокатке.
80 Характерные значения коэффициента трения при холодной прокатке.
81 При помощи какого измерительного устройства исследуют распределение давлений по контактной поверхности?
82 В каком случае на эпюрах контактных давлений наблюдается провал («седло») вблизи сечения входа в очаг деформации?
83 Как распределяется давление по ширине прокатываемых полос?
84 Поясните термин «среднее контактное давление».
85 Что подразумевается под термином «усилие (сила) прокатки»?
86 Как направлена сила прокатки при установившемся процессе деформации в случае отсутствия натяжения или подпора концов полосы?
87 Что называют коэффициентом напряженного состояния (или коэффициентом подпора)?
88 В виде каких трех сомножителей можно представить коэффициент напряженного состояния?
89 Как изменяется среднее контактное давление при увеличении обжатия? Почему?
90 Каково влияние изменения диаметра валков на среднее контактное давление?
91 Каково влияние ширины полосы на среднее контактное давление?
92 Какова зависимость среднего контактного давления от коэффициента трения?
93 Каково влияние натяжения концов полосы на среднее контактное давление? Какое натяжение влияет сильнее — переднее или заднее?
94 Какие факторы необходимо учитывать при выборе значения предела текучести металла при горячей прокатке?
95 В каких координатах представлены экспериментальные данные по пределу текучести в работах Кука и Динника?
96 Сущность определения предела текучести при горячей прокатке методом термомеханических коэффициентов по Зюзину.
97 Какие факторы необходимо учитывать при определении предела текучести металла при холодной прокатке?
98 Какими формулами можно аппроксимировать кривые упрочнения?
99 Как определяется средний предел текучести в очаге деформации при холодной прокатке?
100 Какие основные допущения принимают при выводе диффеенциального уравнения равновесия?
101 Почему при решении дифференциального уравнения равновесия приходится привлекать уравнение (условие) пластичности?
102 Какие допущения приняты Целиковым при выводе формулы давления?
103 Какой вид имеют эпюры контактных давлений, построенные по теоретическим уравнениям Целикова?
104 Какой закон трения принят Чекмаревым при выводе формулы давления? Какие приняты геометрические упрощения?
105 Как можно приближенно учесть влияние натяжения концов полосы на среднее контактное давление?
106 Какие формулы рекомендуются для расчета среднего контактного давления при прокатке средних (по толщине) и высоких полос?
107 Как определяют среднее контактное давление при прокатке в калибрах?
108 Возможность определения крутящих моментов, необходимых для вращения валков, по удельным силам трения (по Баюкову).
109 Как определяют крутящий момент по усилию прокатки?
110 Что такое коэффициент плеча момента (или коэффициент плеча усилия прокатки)?
111 При каких условиях прокатки коэффициент плеча момента равен 0,5?
112 Почему при прокатке толстых полос коэффициент плеча момента больше 0,5?
113 Почему при холодной прокатке тонких полос коэффициент плеча момента значительно меньше 0,5?
114 Как направлена равнодействующая всех сил, приложенных к валку, при прокатке с натяжением или подпором?
115 Из какого условия определяют направление действия этой силы?
116 Формула для расчета крутящих моментов при прокатке с натяжением или подпором.
117 Как определяют работу прокатки по известному крутящему моменту?
118 Можно ли при определении работы прокатки использовать формулу Финка, выведенную для определения работы осадки?
119 Как определяют мощность, расходуемую на деформацию металла при прокатке?
120 Какой вид имеют экспериментальные графики расхода энергии при прокатке?
121 Какие слагаемые расхода энергии необходимо учитывать при определении мощности двигателя прокатного стана?
122 Как определяют потери на трение в подшипниках валков и передаточных механизмах главной линии прокатного стана?
123 Что такое мощность холостого хода?
124 Всегда ли необходимо учитывать динамическую мощность при выборе двигателя прокатного стана?
125 Из какого условия находят значение обжатия со стороны каждого валка при прокатке в валках неравного диаметра?
126 Как определяют углы контакта при прокатке в валках неравного диаметра?
127 Как определяют длину очага деформации при прокатке в валках неравного диаметра?
128 Что такое приведенный радиус?
129 Условие начального захвата при прокатке в валках неравного диаметра.
130 Условие захвата при установившемся процессе прокатки в валках неравного диаметра.
131 В случае прокатки на валках неравного диаметра на каком из валков больше опережение?
132 Может ли идти процесс прокатки в валках неравного диаметра при полном отсутствии опережения на валке большего диаметра?
133 Чем вызван изгиб полосы в вертикальной плоскости при выходе из валков?
134 Может ли прокатываемая полоса изгибаться в сторону валка большего диаметра?
135 Зависит ли направление изгиба полосы от обжатия?
136 Целесообразно ли применение валков различного диаметра для снижения усилия прокатки?
137 На каком из двух различных по диаметру валков крутящий момент больше?
138 По каким формулам можно определить значение крутящего момента на каждом из валков неравного диаметра?
139 Условие начального захвата при прокатке с одним приводным валком (без учета сопротивления вращению в шейках неприводного валка).
140 Условие захвата при установившемся процессе прокатки с одним приводным валком (см. примечание к предыдущему пункту).
141 Чему равен нейтральный угол на неприводном валке?
142 На каком валке больше опережение — на приводном или неприводном?
143 Чему равен крутящий момент на приводном валке по сравнению с крутящими моментами на валках при симметричной прокатке?
144 Какие причины могут вызвать различие в условиях трения на двух валках (верхнем и нижнем)?
145 Условие начального захвата при прокатке в разношероховатых валках.
146 Условие захвата при установившемся процессе прокатки в разношероховатых валках.
147 Существует ли различие значений опережения на гладком и шероховатом валках, если обеспечен прямолинейный выход полосы из валков?
148 Что показывают исследования изгиба полосы при прокатке в разношероховатых валках?
149 Формула для определения среднего нейтрального угла при прокатке в разношероховатых валках.
150 На каком из валков: гладком или шероховатом — крутящий момент обычно больше?
151 Как можно определить суммарный крутящий момент на двух разношероховатых валках при помощи формулы ?
152 Что называют углом захвата и углом касания в теории периодической прокатки? Как связаны между собой эти углы?
153 Как определяют средний радиус контактной поверхности при переменном радиусе валков?
154 Какой профиль должны иметь валки, чтобы выходящая из них полоса имела постоянный угол клиновидности?
155 Чему равен максимальный угол захвата при прокатке с нарастанием и убыванием обжатия? Какой из этих случаев прокатки является более трудным в смысле осуществления захвата?
156 В каком случае опережение больше — при прокатке с нарастанием или убыванием обжатия?
157 Почему при периодической прокатке особенно важно поддерживать постоянство условий трения?
158 Можно ли использовать при периодической прокатке формулы давления, выведенные для простого процесса прокатки?
159 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/ , , 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 Лабораторные работы по технологии обработки металлов давлением: Учеб. пособие. , , . Под общ. ред. . – 2-е изд. М.: Машиностроение, 1990. – 272 с.
11 Фомин металлов давлением: Учебное пособие для вузов. – М.: Экомет, 2004. – 240 с.
