Valcovanie, hrubé plechy

Zadanie

Navrhnite technológiu valcovania hrubého plechu rozmerov h x b x l = 50 x 3200 x 18000 mm. Zvolte typ trate, vstupný materiál. Spracujte úberový plán s ohľadom na záberovú schopnosť a zaťaženie trate. Okrem doporučenej literatúry použite ďalšie 4 pramene ( knižničné aj časopisecké).

Doporučená literatúra:

[1.] Kollerová M. a kol. : Valcovanie, Alfa Bratislava, 1991
[2.] Hajduk M.,Konvičný J.: Silové podmienky pri valcovaní ocelí, STNL Praha, 1983

























Obsah
strana
Úvod 3
ŠTVORVALCOVÁ STOLICA - KVARTO 5
Výber materiálu 6
Technologická špecifikácia materiálu 11 375.1 6
Chemické zloženie 6
Výber materiálu 7
Technológia ohrevu 8
Výber trate 9
Výpočtová časť 10
Analóia výpočtu jednotlivých priechodov 11
Komentár 11
Použitá literatúra 12
Príloha 13
Úberový plán 14

































1. Úvod
Väčšina hrubých plechov sa vyrába v hrúbkach do 60 mm, šírkach do 3500 mm a dĺžkach až 25 m. Pre zvláštne účely /lokomotívne rámy, lodné panciere, vysokotlaké nádoby pre chemický priemysel, atómové reaktory atď./, sú vyrábané aj plechy hrubšie a širšie, Ich hrúbka dosahuje až 250 mm a šírka až 4000 mm, v zahraničí až 5000 mm.
Výrobný program valcovaní hrubého plechu podľa STN 42 5310 zahrňuje šírky 800 – 4000 mm, hrúbky 5 – 60 mm a dĺžky až 16 m o pevnosti do 50 Kp/mm2
V roku 1970 bola uvedená do prevádzky vo VŽKG trať kvarto 3,5 m, ktorej výrobný program zahrňuje hrubé plechy hrúbok 4-40 mm o šírke 1000-3300 mm a dľžke 20 m.
Hrubé plechy sa vyrábajú prevažne z konštrukčných ocelí triedy 10 a 11.
Konštrukčné plechy pre zvláštne účely sa vyrábajú aj z ocelí vyšších akostných tried, najmä ušľachtilých ocelí uhlíkových tried 12.
Plechy pre kotly a tlakové nádoby so špeciálnymi požiadavkami na technologické vlastnosti sa vyrábajú z ocelí tr. 13 až 15, pokiaľ je možné v týchto akostiach valcovať.

Sú to najmä ocele podľa STN 42 0109 týchto značiek
13030 – mangánová oceľ
15020 – 15021 – molybdénová oceľ
15120 – 15122 – chrómmolybdénová oceľ
15111 – 15123 – chrómmolybdénovanádová oceľ
15223 – mangánomolybdénová oceľ
Ich pevnosti sa pohybujú od 38 – 75 kp/mm2 a všetky majú zaručenú tavnú zvariteľnosť.

Okrem normálnych homogénnych hladkých plechov sa vyrábajú:
a) plechy v hrúbkach 8-40 mm, jednostranne alebo obojstranne plátované vrstvou nehrdzavejúcej ocele, ktorej hrúbka je 10-15% celkovej hrúbky plechu.
b) Plechy rebrované v hrúbkach 4-10 mm majú na jednej ploche vyvalcované rebrá v podobe kosoštvorcov, ktorých dlhšia uhlopriečka je asi 55 mm, kratšia uhlopriečka asi 22 mm, širka rebra asi 5 mm, výška 1-1,5 mm.
c) Plechy bradavkovité v hrúbkach 5-10 mm, ktoré majú na jednej ploche vyvalcované bradavky o priemere asi 9 mm a výške 1 – 1,5 mm vo vzdialenosti asi 25 mm.
Napriek mohutnému rozvoju širokopásových valcovní, vyrábajú jednostolicové a dvojstolicové valcovne hrubé plechy v tabuliach z týchto dôvodov:
a) veľké šírky a hrúbky plechov by vyžadovali pri valcovaní príliš ťažké a hlavne široké bramy.
b) Jednotlivé zariadenia spojitej trate by boli príliš mohutné a výrobne obtiažne, neúmerne nákladné,
c) Nie je možné počítať hromadnou výrobou plechov veľkých šírok, a preto, by výroba takých plechov a pásov nebola hospodárna. Valcovanie širokých a hrubých plechov má skôr charakter kusovej výroby,
d) Pre niektoré účely je výhodné priečne prevalovanie v smere kolmom na pozdľžnu os plochého ingotu, alebo bramy pre zníženie anizotropie mechanických vlastností
Hrubé plechy ,ktoré boli najprv valcované výhradne ako jednotlivé tabule, je dnes možné vyrábať priečnym delením spojito valcovaného širokého pásu až do 28 mm hrúbky a 2000 mm šírky, v niektorých prípadoch aj hrubšieho a širšieho .

Je výhodnejšie valcovať plech z bramy ako z ingotu z týchto dôvodov.
o bramy majú presnejšie rozmery než ingoty a ich pozdĺžny aj priečny prierez je obdĺžnik. Pri valcovaní nieje potrebné zarovnávať úkos pri pvých priechodoch ako u ingotov, a tým sa zvyšuje výkon trate.
o Z vyvalcovanej bramy sa vystrihne na bramových nožniciach predvalkovej trate iba akostná časť.
o Rozmery a hmotnosť brám je možné vo väčšej miere ako u ingotov prispôsobiť rôznym rozmerom valcovaných tabulí plechov , pretože odstupňovanie rozmerov a hmotnosti ingotov je dané kokilovým parkom oceliarne. Preto sa pri použití brám dosahuje lepší výťažok a výkon vo valcovniach plechov.
o Vyvalcované bramy je možné kontrolovať a zistené chyby dôkladne odstrániť čistením , takže sa podstatne zníži výskyt povrchových chýb na hotovom plechu.
o Pretvárne náklady sú nižšie pretože časť pretvárnej práce, potrebnej na vyvalcovanie ingotu na plech vykonáva blokovňa t.j. trať s vysokým hodinovým výkonom a menším pretvárnymi nákladmi ako dohotovujúca plechotrať.
o Nevýhodou valcovania plechov z brám je nutnosť dvojitého ohrevu, a tým zvýšenie spotreby paliva a strát ocele prepalom
o Úplné zabránenie vzniku bočného odpadu valcovaním širkých formátov hrubých plechov s prirodzenými ostrými hranami sa zatiaľ nepodarilo, pretože plechy majú oveľa väčšiu šírku ako univerzálna valcovaná široká oceľ, ktorú je potrebné dosiahnuť pirečnym rozvalcovaním a pomerne velkým úbytkom hrúbky. Vplyvom nerovnomernej deformácie v tejto fáze valcovania vzniká značne preloženie, ktoré sa potom pozdĺžnym valcovaníma bočným pechovaním už nedá odstrániť

1.1 ŠTVORVALCOVÁ STOLICA - KVARTO

Kvarto stolica je najpoužívanejším typom stolice skladajúcej sa z dvoch pracovných a dvoch oporných valcov. Pracovné valce majú malý priemer, čo je výhodné z hľadiska záberu kovu [3], pretože obmedzuje valcovaciu silu, priehyb a sploštenie valcov a spotrebu energie a pri valcovaní umožňuje pracovať s väčšími hrúbkovými úbermi pásu.

Sú poháňané a opierajú sa o dva vonkajšie oporné valce väčšieho priemeru. Tím je obmedzený priehyb valcov a zväčšuje sa tuhosť valcovacej stolice. Osy všetkých valcov ležia v jednej rovine. Zmenšenie priemeru pracovných valcov je však pevnostne obmedzený prenášaným krútiacim a ohybovým momentom, pozdĺžnym ťahom navíjačiek, záberovými schopnosťami a východzou hrúbkou valcovaného pásu [4]. Tieto stolice pracujú ako jednosmerné alebo ako vratné [5].
Prednosti 4ST [4]:
- zvyšuje rozmerovú presnosť vývalkov,
- znižuje minimálnu valcovateľnú hrúbku na 0,2 až 0,4 mm,
- je hospodárnejšia.
Nedostatky 4ST [4]:
- nižšia záberová schopnosť,
- väčšie opotrebenie pracovných valcov,
- možnosť priehybu v horizontálnom smere, ktorý sa môže len z časti obmedziť reguláciou predného alebo zadného ťahu pásu.

2. Výber materiálu

S ohľadom na rozmer hrubého vývalku volím materiál 11 375.1 jedná sa o nelegovanú konštrukčnú oceľ obyčajnej akosti vhodnej k zvarovaniu. Tento materiál je určený na výrobu : tyčí jednoduchého prierezu valcovaného za tepla, tyčí tvarového prierezu valcovaného za tepla , drôtov valcovaných za tepla, hrubých plechov valcovaných za tepla, tenkých plechov valcovaných za tepla, pásov valcovaných za tepla, výkovkov, tyčí ťahaných za studena a tyčí lúpaných. Používa sa aj ako súčasť konštrukcií a strojov stredných hrúbok namáhaných staticky a dynamicky. Súčiastky vyrábané z plechov , pozdĺžne zváraných dutých profilov a súčiastok kovaných pre tepelné energetické zariadenia podľa [ 3 ] a tlakové nádoby podľa [4] pracujúcich s obmedzeným pretlakom a teplotou do 300°C. Vtokové objekty vedných turbín, skrine vedných turbín, dvere plavidlových komôr , uzatváracie klapky , zvarované guľové uzávery , spojky a podvozky vagónov. 2.1 Technologická špecifikácia materiálu 11 375.1

Stav Hrúbka /mm/ Re min. /Mpa/ Rm /Mpa/ A5 /%/
Normalizačne žíhaný 40 - 63 215 340 - 470 23

2.2 Chemické zloženie [5]

C /%/ P /%/ S /%/ N /%/
Max. 0,17 Max. 0,045 Max. 0,045 Max. 0,009

2.3 Výber materiálu
A. Konečným výrobkom je hrubý plech válcovaný za tepla o rozmeroch h x b x l = 50 x 3200 x 18000 mm. Akosť plechu podľa STN je 41 375. Vlastnosti plehov uvedenej akosti sú uvedené v norme STN 41 375 a materiálovom liste výrobku.
B. Na výrobu hotového plechu uvedených rozmerov je nutné vyválcovať vývalok, ktorý bude možné odstrihnúť na konečný požadovaný rozmer. V praxi sa uvažuje s bočným obstrihom 7% (2x3,5) z finálnej šírky plechu t.j. 3424 mm šírka vývalku.

Pre kvalitný obstrih na dĺžku plechu je nutné počítať s obstrihom 16% na dĺžku t.j. 20 880 mm. Hmotnosť vstupného materiálu musí zohľadňovať aj 3% straty kovu opalom pri ohreve v narážacej peci pred valcovaním. Rozmery vývalku budú : 50 x 3424 x 20 880 mm
C. Ako vstupný materiál požijeme bramu. Jej hmotnosť je daná objemom hotového vývalku a jeho špecifickej hmotnosti.
Hmotnosť = V* = 0,5 * 34,24 * 208,8 * 7,98
Hmotnosť = 28 525,754 Kg
Opal 3% = 855,772
Celková váha vstupnej bramy bude 29 381,526 Kg = 29,5 t
D. Pre výrobu hrubých plechov je výhodné použiť plynule liatu bramu (PLP). Zvol9m bramu o rozmeroch : 350 x 2600 x 4109 mm
E. Podľa údajov v [D] pre valcovanie volím jednostolicovú trať Kvarto 4,5 s dĺžkou tela valcov 4500 mm. Priemerom pracovných valcov 1285 mm.
F. Voľba spôsobu valcovania plechu podľa [A] s ohľadom na rozmery bramy a parametre valcovacej trate volím pozdĺžne valcovanie t.j. pozdľžna osa bramy odpovedá pozdľžnej ose plechu. Pre náš prípad platí bbrG. Otočíme o 90° a zo širky bramy odvalcujeme potrebnú šírku.
H. Otočíme o 90° a valcujeme na konečnú hrúbku v pozdĺžnom smere.

1.4 Technológia ohrevu

Pece pre ohrev na valcovanie hrubého plechu sa delia na dve skupiny
1. pece prac. plynule t.j. vsádzame a vyťahovanie materiálu sa deje plynule tak ,že predvalky alebo ingoty postupujú pecou z pásma najnižších teplôt do pásma najvyšších teplôt proti prúdu horúcich spalín, a tým sa postupne ohrievajú – pece priebežné , strkacie Do 6 ton.
2. pece pracujúce periodicky t.j. medzi vsádzaním a vyťahovaním materiálu je interval potrebný k ohrevu každej vsádzky. Teplota vo všetkých častiach pracovného priestoru pece je rovnaká. Vo valcovniach plechov sa používa dvoch typov pecí: hlbinné a komorové s pohyblivou nistejou

S ohľadom na masívnosť môjho materiálu je nutné použiť komorovú pec.

3. Výber trate
Navrhujem jednostolicovú trať Kvarto 4,5
Parametre
D priemer valcov mm 1285
D priemer valcov oporných mm 1900
L dľžka valcov prac. mm 4500
L dľžka valcov oporných mm 4450
ot/min 0-70-140
valcovacia rýchlosť m/s 2,75-5,3
max. váha t 40
chladiaci rošt m 35
širka m 21




















































1. Vozová pec č.1
2. Vozová pec č.2
3. Vozová pec č.3
4. Komorová pec
5. Predohrievacie a vychlad.

jamy
6. Mechanický sklápač
7. Valníky
8. Pohon stolíc
9. Valcovacia stolica Kvarto 4,5
10. Hydraulický obracač
11. Chladiace pole a valníky
12. Priečne nožnice
13. Pozdľžne nožnice
14. Manipulátor












4. Výpočtová časť


4.1 Dovolený tlak kovu na valce


4.2 Z diagramu Fe-c pre materiál 11 375 volím.

T1=1180°C ; Tk=870°C Tt=1450°C



4.3
To – dohotovná teplota
T1 – teplota při začiatku valcovania
ho – počiatočná hrúbka bramy
hn – hrúbka bramy v predposlednom priechode
K` - koeficient , ktorý sa počíta podľa vzťahu
4.4 Volím
4.5
4.6 Počet priechodov
Volím 31 priechodov pričom posledný bude hladiaci bez úberu.

4.7 mm

4.8 ld ´

5. Analóia výpočtu jednotlivých priechodov

ho= 350 mm ; bo=4109 mm ; T1= 1180°C

volíme

h1=ho-







%

T1=To-K`/ho=1180-1808,5/350=1177,12°C

l1= mm

stredný deformačný odpor
podľa Gelejiho
pstr= =80* =279,61Mpa
C= 5,5 + 6(1-ld/hs)=8,92

v= 4 m.s-1

uhol záberu


6. Komentár

Na začiatku v 4 priechodoch rozvalcujem bramu po dĺžke na dlĺžku 3424mm dalej bramu otočím a po dĺžke prevediem ostatny úber. Z konečnej dĺžky 21841 mm odpočítaním 18% dostanem požadovanú dĺžku 18 000 mm a tak isto odrezaním 7% zo strán dostanem rozmer 3200mm. Takýmto postupom dostávam 50x3200x18000 mm. 7. Poúžitá literatúra


[1] TVUHP – Charakteristiky valcovacích tratí , 1978 Praha

[2] SOMMER, B.: Rozvojové smery hutnického tváření. Hutnícke listy, 1999, č. 7 - 8,
s. 72 –78.

[3] WIESNER, F.: Válcování ocelových pásu za studena. Praha, SNTL, 1976.

[4] PREPIORA V. – Válcování , Ostrava, 1988

[5] JECH, J.: Tepelné zpracování ocelí. Metalografická príručka. Praha, SNTL, 1983.

[6] ŽIDEK, M. – KUŘE, F.: Válcování. Skripta. Ostrava, HFVŠB, 1983.

[7] ČERVENÝ, E. – KOLLEROVÁ, M.: Valcovanie. Košice, VŠT,1979.

[8] ČERVENÝ, E. – BETUŠ, M.: Tvárniace zariadenia a ich automatizácia I. časť Valcovne. Košice, VŠT, 1981.

[9] KOLLEROVÁ, M.: Tvárnenie kovov. Bratislava, Alfa, 1984.

[10] KOLLEROVÁ, M. – ŽÍDEK, M. – POČTA, B. – DĚDEK, V.: Valcovanie, Bratislava, Alfa, 1991.

[11] MAÁR, K.: Teória tvárnenia. Košice, VŠT, 1988.

[12] BRZOBOHATÝ, M.: Teória tvárnenia. Košice, VŠT, 1981.

[13] KOLLEROVÁ, M.: Valcovanie. Prednášky 5. ročník. Košice, KTK, 1999.

[14] BETUŠ, M.: Tvárniace zariadenia a ich automatizácia. Cvičenia.

Košice, VŠT, 1984.









































Príloha



















Hutnícka Fakulta TU Košice












Semestrálne zadanie z predmetu: Valcovanie



Vypracoval: Václav Novák
rok: 2001/2002


Úberový plán valcovania brany 350 x 2600 x 4109 mm na konečný rozmer 50 x 3424 x 20842 mm.

priechod h E hstr ld/hstr ld smer teplota b l lstr def.odpor C
mm mm % mm mm °C mm mm mm MPa

1 350 35 1180 4109 2600
2 315 31,5 1,11 10,00 332,50 0,43 142,26 1177,12 4109 2889 289,00 278,32 8,93
3 283,5 17,7 1,11 6,24 299,25 0,36 106,64 1173,92 4109 3209,8 320,80 253,11 9,36
4 266 24 1,07 9,02 274,65 0,45 124,18 1170,36 4109 3424 214,20 286,15 8,79
5 242 22 1,10 9,09 254,00 0,47 118,89 1166,57 3424 4512,62 291,10 8,69
6 220 20 1,10 9,09 231,00 0,49 113,36 1162,41 3424 4963,88 451,26 297,85 8,56
7 200 18 1,10 9,00 210,00 0,51 107,54 1157,83 3424 5460,27 496,39 303,93 8,43
8 182 16 1,10 8,79 191,00 0,53 101,39 1152,79 3424 6000,29 540,03 309,03 8,31
9 166 14 1,10 8,43 174,00 0,55 94,84 1147,25 3424 6578,63 578,34 312,75 8,23
10 152 12 1,09 7,89 159,00 0,55 87,81 1141,18 3424 7184,56 605,93 314,58 8,19
11 140 10 1,09 7,14 146,00 0,55 80,16 1134,55 3424 7800,38 615,82 313,76 8,21
12 130 10 1,08 7,69 135,00 0,59 80,16 1127,35 3424 8400,41 600,03 324,54 7,94
13 120 10 1,08 8,33 125,00 0,64 80,16 1119,59 3424 9100,44 700,03 334,62 7,65
14 110 9 1,09 8,18 115,00 0,66 76,04 1111,19 3424 9927,76 827,31 338,45 7,53
15 101 8 1,09 7,92 105,50 0,68 71,69 1102,03 3424 10812,41 884,65 341,73 7,42
16 93 5 1,09 5,38 97,00 0,58 56,68 1092,05 3424 11742,51 930,10 322,37 7,99
17 88 5 1,06 5,68 90,50 0,63 56,68 1081,21 3424 12409,69 667,19 331,60 7,74
18 83 5 1,06 6,02 85,50 0,66 56,68 1069,75 3424 13157,27 747,57 338,75 7,52
19 78 4 1,06 5,13 80,50 0,63 50,70 1057,61 3424 14000,68 843,41 332,31 7,72
20 74 4 1,05 5,41 76,00 0,67 50,70 1044,69 3424 14757,48 756,79 339,51 7,50
21 70 3 1,06 4,29 72,00 0,61 43,90 1031,07 3424 15600,76 843,28 328,10 7,84
22 67 3 1,04 4,48 68,50 0,64 43,90 1016,67 3424 16299,30 698,54 334,56 7,65
23 64 2 1,05 3,13 65,50 0,55 35,85 1001,62 3424 17063,33 764,03 313,32 8,22
24 62 2 1,03 3,23 63,00 0,57 35,85 985,87 3424 17613,76 550,43 318,73 8,09
25 60 2 1,03 3,33 61,00 0,59 35,85 969,61 3424 18200,89 587,13 323,15 7,97
26 58 2 1,03 3,45 59,00 0,61 35,85 952,81 3424 18828,50 627,62 327,62 7,85
27 56 2 1,04 3,57 57,00 0,63 35,85 935,43 3424 19500,95 672,45 332,14 7,73
28 54 2 1,04 3,70 55,00 0,65 35,85 917,43 3424 20223,21 722,26 336,66 7,59
29 52 2 1,04 3,85 53,00 0,68 35,85 898,77 3424 21001,02 777,82 341,17 7,44
30 50 0 1,04 0,00 51,00 0,00 0,00 879,38 3424 21841,06 840,04 80,00 11,50
31 50 0 1,00 0,00 50,00 0,00 0,00 859,22 3424 21841,06 0,00 80,00 11,50.

Zdroje:

[1.] Kollerová M. a kol. : Valcovanie, Alfa Bratislava, 1991 -
[2.] Hajduk M.,Konvičný J.: Silové podmienky pri valcovaní ocelí, STNL Praha, 1983 -