Исследование и разработка конструкции бандажированного опорного валка стана 2500 горячей прокатки

В качестве материала бандажа предлагается использовать стали 150ХНМ или 35Х5НМФ, износостойкость которых в 2-3 раза выше, чем стали 9ХФ, из которой изготавливаются цельнокованные валки. Бандажи предлагается изготавливать литыми с тройной нормализацией. Для изготовления осей использовать отработанные валки.

Произведены расчеты напряженно-деформированного состояния и несущей способности для различных величин посадочных диаметров (1150 мм и 1300 мм), минимального, среднего и максимального значений натягов (=0,8;1,15;1,3) и коэффициента трения (f=0,14;0,3;0,4). Установлено, что в случае для 1150 мм картина распределения напряжений в валке более блаоприятна, чем для 1300 мм, а несущая способность выше в 1,5-2 раза. Но с увеличением натягов возрастают и напряжения растяжения в соединении, превышая допускаемые для стали 150ХНМ. Поэтому становиться целесообразным использовать минимальный натяг =0,8мм, который обеспечивает передачу крутящего момента с достаточным запасом даже при минимальном коэффициенте трения f=0,14.

Для увеличения несущей способности такого соединения, не увеличивая при этом значения напряжений, предлагается повысить коэффициент трения на сопрягаемых поверхностях путем нанесения металлического покрытия. В качестве материала покрытия был выбран алюминий, исходя из его стоимости и теплофизических свойств. Как показывает опыт применения такого покрытия на сопрягаемых поверхностях оси и бандажа в условиях работы составных валков на стане 2000 (ЛПЦ-10) ОАО «ММК», алюминий увеличивает коэффициент трения до значений f=0,3-0,4. Крме того, покрытие увеличивает площадь фактического контакта ось-бандаж и его теплопроводность.

Максимально возможный прогиб, определенный расчетным путем, составляет 0,62 мм, зона проскальзывания 45 мм.

Соединение бандажа с осью осуществляется тепловым способом, путем нагрева бандажа до 350-400С.

На основании проведенных расчетов выбраная конструкция составного валка с цилиндрическими посадочными поверхностями оси и бандажа, без применения каких-либо дополнительных фиксирующих устройств (бурты, конуса, шпонки), была признана оптимальной.

Для предотвращения фреттинг-коррозии и снятия концентрации остаточных напряжений на торцах бандажа, на краях оси выполнены скосы, таким образом, что в зонах, прилегающих к торцам бандажа, натяг равен нулю.

Стоимость составного валка составляет 60% от стоимости нового цельнокованного валка (1,8 млн.руб.). С переходо на составные валки их расход сократится с 10 до 6 шт в год. Ожидаемый экономический эффект составит около 20 млн.руб.

Список использованных источников

1. Полезн. мод. 35606 РФ, МПК В21В 27/02. Составной прокатный валок /Морозов А.А., Тахаутдинов Р.С., Белевский Л.С. и др. (РФ) - №2003128756/20; заявл. 30.09.2003; опубл. 27.01.2004. Бюл. №3.

2. Валок с бандажом из спеченого карбида вольфрама металла. Kimura Hiroyuki. Японск. патент. 7В 21В 2700. JP 3291143 В2 8155507А, 29.11.94.

3. Полезн. мод. 25857 РФ, МПК В21В 27/02. Прокатный валок /Ветер В.В., Белкин Г.А., Самойлов В.И. (РФ) - №2002112624/20; заявл. 13.05.2002; опубл. 27.10.2002. Бюл. №30.

4. Пат. 2173228 РФ, МПК В21В 27/03. Прокатный валок /Ветер В.В., Белкин Г.А. (РФ) - №99126744/02; заявл. 22.12.99; опубл. 10.09.01//

5. Пат. 2991648 РФ, МПК В21В 27/03. Составной прокатный валок /Полецков П.П., Фиркович А.Ю., Тишин С.В. и др. (РФ) - №2001114313/02; заявл. 24.05.2001; опубл. 27.10.2002. Бюл. №30.

6. Полезн. мод. 12991 РФ, МПК В21В 27/02. Составной валок /Полецков П.П., Фиркович А.Ю., Антипенко А.И. и др. (РФ) - №99118942/20; заявл. 01.09.99; опубл. 20.03.2000. Бюл. №8.

7. Пат. 2210445 РФ, МПК В21В 27/03. Составной валок /Полецков П.П., Фиркович А.Ю., Антипенко А.И. и др. (РФ) - №2000132306/02; заявл. 21.12.2000; опубл. 20.08.2003. Бюл. №23.

8. Гречищев Е.С., Ильященко А.А. Соединения с натягом: Расчеты, проектирование, изготовление – М.: Машиностроение, 1981 – 247 с., ил.

9. Орлов П.И. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие. В 2-х кн. Кн. 2. Под ред. П.Н. Учаева. – 3-е изд., исправл. – М.: Машиностроение, 1988. – 544 с., ил.

10. Народецкий М.З. К выбору посадок колец подшипников качения. «Инженерный сборник» Институт механики АН СССР, т. 3, вып. 2, 1947, с. 15-26

11. Колбасин Г.Ф. Исследование работоспособности составных прокатных валков со сменным бандажом: Дис.: ..к.т.н. – Магнитогорск, 1974. – 176 с.

12. Тимошенко С.П. Сопротивление материалов, ч. П.М. – Л., Гостехтеориздат, 1933.

13. Балацкий Л.Т. Усталость валов в соединениях. – Киев: Техника, 1972, - 180 с.

14. Полухин П.И., Николаев В.А., Полухин В.П. и др. Прочность прокатных валков. – Алма-Ата: Наука, 1984. – 295 с.

15. Горячая прокатка полос на стане «2500». Технологическая инструкция ТИ – 101-П-Гл.4 – 71-97

16. Расчет кратности использования оси составного валка /Фиркович А.Ю., Полецков П.П., Солганин В.М. – Сб. центр. лаб. ОАО «ММК»: вып. 4. Магнитогорск 2000. – 242 с.

17. Соколов Л.Д., Гребеник В.М., Тылкин М.А. Исследование прокатного оборудования, Металлургия, 1964.

18. Сорокин В.Г. Марочник сталей и сплавов, Машиностроение, 1989.

19. Фирсов В.Т., Морозов Б.А., Софронов В.И. и др. Исследование работоспособности прессовых соединений типа вал-втулка в условиях статического и циклического знакопеременного нагружения //Вестник машиностроения, - 1982. №11. – с. 29-33.

20. Сафьян М.М. Прокатка широкополосной стали. Изд-во «Металлургия», 1969, с. 460.

21. Целиков А.И., Смирнов В.В. Прокатные станы, Металлургиздат, 1958.

22. Фирсов В.Т., Софронов В.И., Морозов Б.А. Экспериментальное исследование жесткости и остаточного прогиба бандажированных опорных валков //Прочность и надежность металлургических машин: Труды ВНИМЕТМАШ. Сб. №61. – М., 1979. – с. 37-43

23. Бобровников Г.А. Прочность посадок, осуществляемых с применением холода. – М.: Машиностроение, 1971. – 95 с.

24. Белевский Л.С. Пластическое деформирование поверхностного слоя и формирование покрытия при нанесении гибким инструментом. – Магнитогорск: Лицей РАН, 1996. – 231 с.

25. Чертавских А.К. Трение и смазка при обработке металлов давлением. – М.: Маталлургиздат, 1949

26. Воронцов Н.М., Жадан В.Т., Шнееров Б.Я. и др. Эксплуатация валков обжимных и сортопрокатных станов. – М.: Металлургия, 1973. – 288 с.

27. Покровский А.М., Пешковцев В.Г., Земсков А.А. Оценка трещиностойкости бандажированных прокатных валков //Вестник машиностроения, 2003. № 9 – с. 44-48.

28. Ковалев В.В. Финансовый анализ: Методы и процедуры. – М.: Финансы и статистика, 2002. – 560 с.: ил.

72

Реферат

Дипломная работа на тему: «Исследование и разработка конструкции бандажированного опорного валка стана 2500 горячей прокатки ОАО ММК».

Страниц 72, рисунков 14, таблиц 16, использованных источников 28, листов графического материала 7.

Ключевые слова: опорный валок, бандаж, ось, кратность использования оси, напряжения в составном валке, прогиб, зона проскальзывания, натяг, покрытие.

Объект исследования и разработки: бандажированный опорный валок.

Цель работы: разработка конструкции составных опорных валков, обеспечивающей их надежность в процессе эксплуатации, повышение из стойкости и снижение стоимости.

Метод исследования: расчетно-графический.

Основные конструктивные, технологические и технико-эксплуатационные характеристики: посадочные поверхности бандажа и оси цилиндрические, осуществляемые посадки с гарантированным натягом, без применения дополнительных фиксирующих устройств, с нанесением металлического покрытия на сопрягаемые поверхности.

Полученные результаты: выбраны оптимальные конструктивные размеры валка, натяг, материал бандажа.

Степень внедрения: рекомендуется к внедрению.

Область применения: прокатное производство.

Экономическая эффективность: ожидаемый годовой эффект около 20 млн. рублей.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МАГНИТОГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Г.И. НОСОВА

Факультет___Механико-машиностроительный _______

Кафедра____ОД и ПМ ____________________________

Специальность____1204 Машиностроение и технология __обработки металлов давлением_____

Допустить к защите

Заведующий кафедрой

_______________/Денисов П.И/

«____»________________2004г.

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

_______Д.ММ.1204.001.00.00.ПЗ______

Студента Мухомедовой Екатерины Анясовны________________

На тему:____Исследование и разработка конструкции_________ ___ бандажированного опорного валка стана 2500 горячей______ ________________прокатки ОАО ММК________________________

__________________________________________________________________

Состав дипломной работы:

1. Расчетно-пояснительная записка на _72 страницах

2. Графическая часть на _7_листах

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К ДИПЛОМНОЙ РАБОТЕ

Руководитель дипломной работы________________________________/Белевский Л.С./

________________________________________________________________________________

Консультанты__ст. преподаватель_____________________ ________/Куликов С.В./

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

(уч. степень, уч. звание, фамилия, и.о.)

Дипломник______________________

(подпись)

«____»______________2004г.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МАГНИТОГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Г.И. НОСОВА

Кафедра____ОД и ПМ_______________________________

_______________________________________________

УТВЕРЖДАЮ:

Заведующий кафедрой

_______________/Денисов П.И./

____________________ 2004 г.

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

ЗАДАНИЕ

Тема:_____Исследование и разработка конструкции________ _ ___ бандажированного опорного валка стана 2500 горячей______ ________________прокатки ОАО ММК________________________

__________________________________________________________________

Студенту ______ Мухомедовой Екатерине Анясовне_____________________

(фамилия, имя, отчество )

Тема утверждена приказом по вузу №___________от_________________200___г.

Срок выполнения «_____»______________________200___г.

Исходные данные к работе:__- Технологическая инструкция по стану 2500.__________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Перечень вопросов, подлежащих разработке в дипломной работе:_______________________

1. Анализ конструкций составных прокатных валков;___________________________

2._Разработка конструкции бандажированного опорного валка стана «2500» горячей прокатки (выбор конструктивных размеров валка, натяга, материала бандажа);_____

3. Определение максимального прогиба составного валка;______________________

4. Исследование влияния покрытий на несущую способность соединения ось-______ бандаж, выбор материла и технологии нанесения покрытия;_____________________

5. Разработка мероприятий для предотвращения фреттинг-коррозии;_____________ 6. Разработка мероприятий по замене использованных бандажей;________________ 7. Оценка экономического эффекта от внедрения проекта;______________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Графическая часть: 1. Составной опорный валок 5,6 клетей стана 2500 ОАО ММК____

2. Характеристика прокатных валков 5,6 клетей стана 2500______________________

3. Расчетная схема для определения напряженного состояния валка_____________

4.Расчетные формулы для определения напряженного состояния валка___________

5. Эпюры напряжений, зависящие от контактного давления______________________

6. Эпюры тангенциальных напряжений на контактных поверхностях оси и бандажа__

7. Технико-экономические показатели________________________________________

________________________________________________________________________

Консультанты по работе (с указанием относящихся к ним разделов):

Куликов С.В. – Экономика и планирование___________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Руководитель:_________________________________________/_Белевский Л.С. ____/

(подпись, дата)

Задание получил:______________________________________/__Мухомедова Е.А.___/

(подпись, дата)