Теория непрерывной продольной прокатки
Покупка
Автор:
Никитин Георгий Семенович
Год издания: 2009
Кол-во страниц: 400
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-7038-3401-5
Артикул: 148314.02.99
Доступ онлайн
В корзину
Изложены основы современной теории непрерывной продольной прокатки, базирующейся на теории пластичности, сопротивлении материалов и теоретической механике. Рассмотрены современные методы расчета энергосиловых параметров горячей и холодной прокатки, дрессировки, планетарной прокатки, а также методы определения напряжения течения и температурные эффекты продольной прокатки. В приложениях приведены режимы прокатки и основные параметры станов холодной и горячей прокатки, технические характеристики некоторых современных станов, даны примеры расчета силовых параметров при различных условиях непрерывной прокатки.
Содержание учебного пособия соответствует курсу лекций, читаемых автором в МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Для студентов и аспирантов, специализирующихся в области обработки металлов давлением, может быть полезно научным и инженерно-техническим работникам металлургической и машиностроительной промышленности.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 15.03.02: Технологические машины и оборудование
- ВО - Специалитет
- 15.05.01: Проектирование технологических машин и комплексов
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
УДК 621.771.01 ББК 34.621 Н624 Рецензенты: ГНЦ РФ ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина», д-р техн. наук, проф. Е.Х. Шахпазов; кафедра «Обработка металлов давлением и металлургическое оборудование» Московского государственного вечернего металлургического института (заведующий кафедрой д-р техн. наук, проф. И.Г. Роберов); д-р техн. наук, проф. Н.А. Чичинев; Никитин Г. С. Н624 Теория непрерывной продольной прокатки : учеб. пособие / Г. С. Никитин. – М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2009. – 399, [1] с. : ил. ISBN 978-5-7038-3401-5 Изложены основы современной теории непрерывной продольной прокатки, базирующейся на теории пластичности, сопротивлении материалов и теоретической механике. Рассмотрены современные методы расчета энергосиловых параметров горячей и холодной прокатки, дрессировки, планетарной прокатки, а также методы определения напряжения течения и температурные эффекты продольной прокатки. В приложениях приведены режимы прокатки и основные параметры станов холодной и горячей прокатки, технические характеристики некоторых современных станов, даны примеры расчета силовых параметров при различных условиях непрерывной прокатки. Содержание учебного пособия соответствует курсу лекций, читаемых автором в МГТУ им. Н.Э. Баумана. Для студентов и аспирантов, специализирующихся в области обработки металлов давлением, может быть полезно научным и инженерно-техническим работникам металлургической и машино- строительной промышленности. УДК 621.771.01 ББК 34.621 © Никитин Г.С., 2009 © Оформление. Изд-во МГТУ ISBN 978-5-7038-3401-5 им. Н.Э. Баумана, 2009
Предисловие 3 Посвящается 75-летию кафедры «Оборудование и технологии прокатки» МГТУ им. Н.Э. Баумана ПРЕДИСЛОВИЕ Теория продольной прокатки базируется в основном на мате- матической теории пластичности, механике сплошных сред, тео- ретической механике, сопротивлении материалов. В ее создании были использованы труды отечественных и зарубежных ученых: С.И. Губкина, Н.А. Соболевского, А.И. Целикова, И.М. Павлова, В.С. Смирнова, И.Я. Тарновского, П.И. Полухина, А.А. Королева, Б.П. Бахтинова, Е.С. Рокотяна, Е. Зибеля, Т. Кармана, Р. Симса, О. Павельски и других. Теория непрерывной прокатки приобретает особую роль в об- щей теории обработки металлов давлением. Конструкторы и тех- нологи прокатного производства должны обоснованно и надежно рассчитывать энергосиловые параметры прокатки (силы, моменты, мощность). Для этого необходимо изучать напряженно-деформи- рованное состояние металла при прокатке, сопротивление металла пластической деформации, кинематику процесса прокатки, зако- номерности влияния на него контактного трения и т. п. Определение энергосиловых параметров для разработки ресур- сосберегающих режимов, повышения точности прокатки и автома- тизации прокатных станов имеет важное значение при создании новых высокоскоростных непрерывных станов: листовых, прово- лочных, сортовых и др. Теория непрерывной прокатки требует решения ряда сложных самостоятельных вопросов: учета остаточ- ного упрочнения, точного определения опережения, изменения температуры металла в линии прокатного стана и т. д. Основные положения современной теории прокатки разрабо- таны и развиты в основных работах А.И. Целикова: «Прокатные станы» (М., 1946), «Теория расчета усилий в прокатных станах» (М., 1962), «Основы теории прокатки» (М., 1965), «Теория прокатки» ( М., 1970). Так, всемирное признание у прокатчиков нашли
Предисловие 4 методы определения скорости деформации, теория контактных напряжений, теория контактного трения, теоретическое обоснование расчета уширения, сил прокатки. Теоретические работы школы А.И. Целикова были всегда связаны с решением практических задач, являясь достойным примером тесной связи науки и производства. Многие теоретические исследования послужили основой для разработки целого ряда новых высокопроизводительных технологических процессов, обеспечивших выпуск продукции повышенного качества. Примером является первый в мире литейно-прокатный агрегат, в котором объединены процессы непрерывного литья, планетарной и непрерывной прокатки, созданный специалистами АХК «ВНИИметмаш им. акад. А.И. Целикова», ОАО «Электрометаллургический завод «Электросталь» им. И.Ф. Тевосяна» и МГТУ им. Н.Э. Баумана под руководством академика А.И. Целикова и при непосредственном участии автора этого учебного пособия в качестве лица, ответственного за технологию и проведение исследований. За базу учебного пособия автором взято содержание учебника А.И. Целикова, Г.С. Никитина, С.Е. Рокотяна «Теория продольной прокатки» (М., 1980), в которое внесен ряд существенных дополне- ний. Вместе с тем автор счел нужным исключить раздел «Точность продольной прокатки», поскольку точность листового проката обес- печивается специальными конструкциями и системами регулирова- ния валковых систем и имеет особую теоретическую базу. Для сокращения объема учебного пособия не рассмотрены фи- зические основы пластической деформации и теория поперечной прокатки. Физические основы пластической деформации подробно изложены в книгах В.С. Смирнова «Теория обработки металлов давлением» (М., 1973), М.В. Сторожева и Е.А. Попова «Теория обработки металлов давлением» (4-е изд., М., 1977), Н.П. Громова «Теория обработки металлов давлением» (М., 1978). Теория попе- речной и винтовой прокатки рассмотрена в книгах А.И. Целикова «Теория расчета усилий в прокатных станах» (М., 1962), А.И. Це- ликова, М.В. Барбарича и др. «Специальные прокатные станы» (М., 1971), А.П. Чекмарева и В.М. Друяна «Теория трубного про- изводства» (М., 1976). Материалы из ранее опубликованных справочника «Теория прокатки» (А.И. Целиков, А.Д. Томленов, В.И. Зюзин и др., М., 1982, гл. 3–5 «Теория прокатки» (Г.С. Никитин)) и энциклопе- дии «Машиностроение» (М., 2002, т. IV-5) изложены с дополнени- ем и уточнением отдельных положений.
Предисловие 5 Подробно рассмотрены вопросы определения контактных на- пряжений с учетом влияния боковых внеконтактных зон, особен- ности определения их при прокатке в калибрах и при планетарной прокатке. Исследование зависимости напряжения течения металла (сопротивления деформации) от термомеханических параметров в широком диапазоне температурных деформаций явилось базой для создания математических моделей непрерывной прокатки листов и сорта. При этом были использованы материалы монографии В.Н. Жучина, Г.С. Никитина, Я.С. Шварцбарта и др. «Расчет уси- лий при непрерывной горячей прокатке» (М., 1986). При подготовке учебного пособия использованы также работы учеников А.И. Целикова, ученых МИСиС и МГТУ (Магнитогорск) и других российских и зарубежных ученых. Автор надеется, что пособие будет полезно научным и инже- нерно-техническим работникам и поможет технологам разрабатывать ресурсосберегающие процессы непрерывной прокатки, а конструкторам обоснованно определять энергосиловые параметры и размеры оборудования станов. Автор выражает благодарность за помощь в подготовке пособия своим коллегам: д-ру техн. наук В.М. Синицкому, канд. техн. наук А.А. Восканьянцу, инженерам И.В. Кожевникову и П.Ю. Жихареву.
Основные условные обозначения 6 ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ x, y, z – прямоугольные координаты r, ϕ – полярные координаты h, B, L – толщина, ширина, длина раската h0, B0, L0 – то же до деформирования h1, B1, L1 – то же после деформирования Δh – обжатие (абсолютное) hн – толщина раската в нейтральном сечении ΔВ – уширение (абсолютное) dh – продольная разнотолщинность hп – поперечная разнотолщиность l – длина дуги захвата lс – то же с учетом сплющивания валков LB – длина бочки валка F – площадь контактной поверхности раската с валками V – объем Vсм – смещенный объем Rк, Dк – катающий радиус и катающий диаметр валков α – угол захвата металла валками γн – нейтральный угол ε – относительное обжатие εx, εy, εz – деформации по осям x, y, z ε1, ε2, ε3 – главные деформации αх – текущий угол γxy, γyz, γzx – сдвиги по cоответствующим плоскостям εe – интенсивность деформации , , x y z ε ε ε – скорости деформаций по осям x, y, z ux, uy, uz – перемещения по осям x, y, z vx, vy, vz – скорости перемещений по осям x, y, z
Основные условные обозначения 7 ρ – радиус кривизны vв – окружная скорость валка vпр – скорость прокатки металла μ – коэффициент трения ν – коэффициент Пуассона E, G – модули упругости I и II рода λт – коэффициент теплопроводности αт – коэффициент теплообмена S – опережение металла относительно валков ω – угловая скорость валков σx, σy, σz – нормальные напряжение σ1, σ2, σ3 – главные нормальные напряжения τxy, τyz, τzx – касательные напряжения τ1, τ2, τ3 – главные касательные напряжения σе – интенсивность напряжений σт – физический предел текучести σ0,2 – условный предел текучести σф – фактическое сопротивление пластической деформации σ – напряжение течения σв – временное сопротивление разрыву (предел прочности) σг – среднее гидростатическое напряжение (давление) τs – сопротивление чистому сдвигу px – контактное нормальное (радиальное) напряжение pср – среднее контактное напряжение (давление) τx – контактное напряжение трения P – сила прокатки uср – cредняя скорость деформации по высоте сечения при прокатке γ – коэффициент влияния среднего главного напряжения T0, T1 – силы переднего и заднего натяжений Мпр – момент прокатки
Основные условные обозначения 8 Мтр – момент сил трения n – число оборотов i – передаточное число N – мощность с – удельная теплоемкость J – момент инерции W – момент сопротивления
1.1. Напряженное состояние в точке тела 9 Г л а в а 1 ТЕОРИЯ НАПРЯЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ Теорию напряженно-деформированного состояния подробно изучают в курсах сопротивления материалов, теории упругости и пластичности. Поэтому ряд сведений приведен без вывода, а под- робно будут рассмотрены лишь положения, часто используемые в теории прокатки [1–10]. 1.1. Напряженное состояние в точке тела Выделим в окрестности точки деформируемого тела бесконеч- но малый элемент объема в виде прямоугольного параллелепипе- да, ребра которого совпадают с отрезками прямоугольных осей координат х, у, z (рис. 1.1). К трем граням (площадкам) выделенного элемента прило- жены нормальные и касатель- ные напряжения, которые яв- ляются компонентами тензора напряжений σ σ τ τ τ σ τ . τ τ σ x xy xz yx y yz zx zy z T ⎧ ⎫ ⎪ ⎪ = ⎨ ⎬ ⎪ ⎪⎭ ⎩ (1.1) Согласно парности (взаим- ности) касательных напряже- ний в двух взаимно перпендикулярных площадках имеем τ τ , xy yx = τ τ , zy yz = τ τ , xz zx = поэтому тензор напряжений будет симметричным. Нормальное напряжение ν σ на любой косой пло- Рис. 1.1. Напряженное состояние в точке тела
1. Теория напряжений и деформаций 10 щадке с нормалью ν, имеющей направляющие косинусы l, m, n в системе координат хуz, равно 2 2 2 ν σ σ σ σ 2τ 2τ 2τ . x y z xy yz zx = l + m + n + lm+ mn+ nl (1.2) Направляющие косинусы связаны соотношением 2 2 2 1. l +m +n = (1.3) Рассмотрим среднее гидростатическое напряжение (давление) ( ) г σ σ σ σ /3. x y z = + + (1.4) Тензор с одинаковыми диагональными компонентами, равны- ми г σ , называется шаровым тензором напряжений: г г г г σ 0 0 0 σ 0 . 0 0 σ T ⎧ ⎫ ⎪ ⎪ = ⎨ ⎬ ⎪ ⎪ ⎩ ⎭ (1.5) При гидростатическом напряженном состоянии форма элемен- та не изменяется, а изменяется его объем. Разность тензора напряжений и шарового тензора напряжений называется девиатором напряжений: г σ г г σ σ τ τ τ σ σ τ . τ τ σ σ x xy xz yx y yz zx zy z D − ⎧ ⎫ ⎪ ⎪ = − ⎨ ⎬ ⎪ ⎪ − ⎩ ⎭ (1.6) При девиаторном напряженном состоянии элемента изменяет- ся лишь форма элемента. Для каждой точки тела существуют такие три взаимно перпендикулярные площадки, на которых каса- тельные напряжения равны нулю [3, 4]. Эти площадки называют главными, а нормальные напряжения на них – главными нормаль- ными напряжениями. Соответствующие координатные оси явля- ются главными осями. Главные напряжения определяют из кубического уравнения [1, 5] 3 2 1 2 3 σ σ σ 0, I I I − − − = (1.7)
Доступ онлайн
В корзину