Министерство  образования и науки РФ

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Магнитогорский государственный технический университет  им. Г.И. Носова» 

Кафедра обработки металлов давлением 
 
 
 

Курсовая  работа

по дисциплине

«Обработка  металлов давлением и характеристики качества продукции»

на тему:

«Технология производства и характеристики качества стального гнутого швеллера 100x80x3,0мм из стали марки Ст3пс» 
 
 
 
 

Выполнил:

студент  группы  ТС-08                                                          Ахмадуллина  Э. Р. 

Проверил:

доцент, к. т. н.                                                                       Локотунина Н. М. 
 
 
 
 
 
 
 

Магнитогорск, 2010

Оглавление

Введение 3

Глава 1. Характеристика гнутого  швеллера 4

1.1 Назначение профиля 4

1.2 Требования нормативных документов к качеству 4

1.3 Дерево свойств 9

Глава 2. Оборудование и  технология производства гнутого швеллера 11

2.1 Оборудование 11

2.2 Технологический процесс производства гнутого швеллера 13

2.3 Калибровка валков 16

Глава 3. Дефекты гнутого  швеллера 19

Заключение 25

Библиографический список 26 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

      В настоящее время увеличивается потребность в экономичных конструкциях, отвечающих современным требованиям. В наибольшей степени этим требованиям соответствуют стальные конструкции, выполненные из холодногнутых профилей (ХГП), так как данный вид профилей обладает широкими конструктивными достоинствами: высокая точность размеров, хорошее качество поверхности, повышенное сопротивление различного рода нагрузкам обеспечивают преимущества холодногнутых профилей перед горячекатаными.

     Гнутые  профили − это профили, получаемые из листового горячее -  и холоднокатаного металла методом последовательного формоизменения в волках профилегибочных станов. 

     Гнутые  профили можно изготавливать  самой разнообразной конфигурацией  поперечного сечения,  в том  числе замкнутой и полузамкнутой  форм, из цветных металлов и сплавов, углеродистой, низколегированной и  легированной сталей.

     Гнутые  профили всех типов можно разделить  на две группы: гофрированные и сортовые.

     Одной из разновидностью сортовых гнутых профилей является швеллер. Швеллер — изделие из металла с профилем в виде букву «П». Швеллер используют, начиная с тяжелой промышленности и заканчивая строительством, как элемент мостов, колонн и связей. Стальной гнутый швеллер отличается оригинальностью конструкции и имеет только одно внешнее отличие от горячекатаного швеллера – плавный внешний угол сгиба. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Глава 1. Характеристика гнутого швеллера

1.   Назначение профиля

     Швеллер обладает особой прочностью на изгиб, поэтому так себя зарекомендовал.  Швеллер находит применение:  
- в архитектурном строительстве - для устройства межэтажных перекрытий, в укреплении кровельных прогонов, для сборки цельных каркасов небольших зданий и малых архитектурных форм, для армирования наружных и внутренних стен, для монтажа перегородок, для строительства мансард, для монтажа отдельных элементов реконструируемых или вновь строящихся объектов, для усиления колонн, в строительстве мостов и т.п.;  
- в тяжелом машиностроении - в качестве отдельных элементов металлоконструкций, воспринимающих значительные изгибающие нагрузки или осевые усилия (подкрановые балки, строительные конструкции и т.д.);  
- в станкостроении;  
- в автомобилестроении;  
- в вагоностроении.

     Швеллер гнутый обладает небольшим удельным весом, поэтому гнутый швеллер легок  и выдерживает большие нагрузки. Швеллер гнутый сочетается с другими  конструкциями из металла, что делает его универсальным.

2. Требования  нормативных документов к качеству

     Основные  требования, касающиеся формы поперечного сечения, размеров и предельных отклонений размеров и формы гнутого швеллера, приведены в ГОСТ 8278 [1].

     Настоящий стандарт распространяется на стальные гнутые равнополочные швеллеры, изготовляемые  на профилегибочных станах из холоднокатаной и горячекатаной  рулонной стали обыкновенного качества, углеродистой качественной конструкционной и низколегированной.

     Показатели  технического уровня, установленные  настоящим стандартом, предусмотрены  для высшей и первой категории  качества

     По  точности профилирования швеллеры изготавливают:

     высокой точности – А;

     повышенной  точности – Б;

     обычной точности – В.

     Требования  высокой и повышенной точности профилирования соответствуют высшей категории качества.

     Поперечное  сечение швеллеров должна соответствовать указанному на чертеже (рис. 1.1).

     Рис.1.1

h – высота стенки; b – ширина полки; s – толщина швеллера; R – радиус кривизны; W – момент сопротивления;I – момент инерции; i – радиус инерции; S_x – статический момент полусечения; x₀ – расстояние от оси y до наружной поверхности стенки; отношение расчетного свеса полки к толщине швеллера; - отношение расчетной высоты к толщине швеллера

     Размеры швеллера, площадь поперечного сечения, справочные величины, для осей и  масса 1 м швеллера должны соответствовать указанным в таблице 1.1. 

     Таблица 1.1

     Предельные  отклонения высоты швеллера не должны превышать: при высокой точности профилирования -1,25, повышенной - 1,3 и обычной - 1,5.

     Предельные  отклонения ширины полки не должны превышать: при высокой точности профилирования - 1,25, повышенной - 1,5 и обычной 2,0.

     Предельные  отклонения от угла не должны превышать .

     Швеллеры  изготавливают длиной от 3 до 11,8 м:

     мерной  длины;

     мерной  длины с немерными отрезками  в количестве не более 7% массы партии;

     кратной мерной длины;

     кратной мерной длины с немерными отрезками  в количестве не более 7% массы партии;

     немерной  длины.

     По  требованию потребителя, швеллеры изготавливают  длиной 12 м.

     Предельные  отклонения по длине швеллеров мерной и кратной длины не должны превышать  указанных в таблице 1.2.                    

                                          Таблица 1.2

     Скручивание швеллера вокруг продольной оси не должно превышать произведения 1 на длину швеллера в метрах, но не более 10 .

     Кривизна  швеллера не должна превышать 0,1% длины.

     Волнистость полок швеллера не должна превышать 2 мм на 1 м.

     Контроль  размеров поперечного сечения швеллера, а так же скручивания и кривизны проводят на расстоянии: при высокой  точности профилирования – не менее 80 мм от торцов, повышенной – 100 мм и  обычной – 200мм.

     Высота  швеллера определяется в плоскости  на расстоянии равном значению внешнего радиуса кривизны R+s.

     В ГОСТ 11474 [2] приведены технические условия на стальные гнутые профили.

     Настоящий стандарт распространяется на стальные гнутые профили различной формы, размеров и назначений, изготовленные на профилегибочных станах из горячекатаной и холоднокатаной углеродистой обыкновенного качества, углеродистой качественной конструкционной и низколегированной стали.

     Гнутые  профили изготавливают из стали  марок по ГОСТ 16523 [10].

     Механические  свойства гнутых профилей определяют на заготовке в соответствии с ГОСТ 16523[10].

     Настоящий стандарт распространяется на тонколистовой  горячекатаный и холоднокатаный прокат из углеродистой стали качественной и обыкновенного качества общего назначения, изготовляемый шириной 500 мм и более, толщиной до3,9 мм включительно.

     Механические  свойства проката и диаметр оправки  при испытании на изгиб на 180 в холодном состоянии должны соответствовать требованиям таблицы 1.3.

     В месте изгиба не должно быть надрывов, трещин и расслоений.

                                                                                             Таблица 1.3

     Горячекатаный прокат изготавливают термически обработанным.

     Горячекатаный прокат изготавливают  как с травленной, так и с нетравленой поверхностью.

     На  кромках проката не допускаются  дефекты, глубина которых превышает  половину предельного отклонения по ширине проката и выводящие его  за номинальный размер по ширине.

     Прокат  не должен иметь загнутых уголков, заворотов  торцов и кромок под углом более 90, а также складок. Длина концов рулонов неполной ширины не должна превышать ширину рулона.

     Поверхность горячекатаного проката должна быть без плен, порезов, пузырей, закатов, трещин, вкатанных инородных и металлических частиц, сквозных разрывов, вкатанной окалины, перетравов, недотравов. Расслоения не допускаются.

     Химический  состав по плавочному анализу ковшевой пробы должен соответствовать ГОСТ 380 [3].

     В данной работе будем рассматривать  гнутый швеллер из стали марки  Ст3пс.

     Настоящий стандарт распространяется на углеродистую сталь обыкновенного качества, предназначенную для изготовления проката горячекатаного: сортового, фасонного, толстолистового, тонколистового, широкополосного и холоднокатаного тонколистового, а также слитков, блюмов, слябов, сутунки, заготовок катаной и непрерывнолитой, труб, поковок и штамповок, ленты, проволоки, метизов и др.

     Химический  состав стали по плавочному анализу ковшевой пробы должен соответствовать нормам, приведенным в таблице 1.4.

                                                                                                         Таблица 1.4

     При раскислении полуспокойной стали  алюминием, титаном или другими  раскислителями, не содержащими кремний, а также несколькими раскислителями (ферросилицием и алюминием, ферросилицием и титаном и др.) массовая доля кремния в стали допускается менее 0,05%. Раскисление титаном, алюминием и другими раскислителями, не содержащими кремния, указывается в документе о качестве.

     Массовая  доля хрома, никеля и меди в стали  должно быть не более 0,30% каждого.

     Массовая  доля азота в стали должна быть не более 0,010%. Допускается массовая доля азота в стали до 0,013%, если при повышении массовой доли азота  на 0,001% нормативное значение массовой доли фосфора снижается на 0,005%.

     Массовая  доля серы должна быть не более 0,050%, фосфора  – не более 0,040%.

     Массовая  доля мышьяка в стали должна быть не более 0,080%.

     Предельные  отклонения по химическому составу  проката, заготовок, поковок и изделий дальнейшего передела должны соответствовать приведенным в таблице 1.5.    

          Таблица 1.5

     Величина  предела текучести  должна соответствовать  не менее 235 Н/мм² (22 кгс/мм²) и может уточнятся при необходимости между изготовителем и потребителем.

     На  поверхности гнутых профилей не должно быть трещин напряжения, раскатанных трещин, прокатных и слиточных плен, гармошки, раковин от окалины, вкатанной окалины, пузырей-вздутий и раскатанных загрязнений.

     Допускаются отдельные раскатанные пузыри, отпечатки, забоины, царапины, риски, слой окалины, не препятствующих выявлению поверхностных дефектов, незначительная общая рябизна от опавшей окалины, не выводящие толщину профиля за предельные отклонения.

     На  кромках и торцах гнутых профилей не должно быть зазубрин, расслоений, рваной и затянутой кромки.

     На  кромках и торцах гнутых профилей допускаются вмятины и забоины, не выводящие размеры профиля  за номинальные размеры.

     Трещины на торцах и по длине профиля в  местах изгиба для первой группы качества поверхности не допускаются. Для  второй группы качества допускаются  трещины на торцах профилей и в  местах изгиба протяженностью не более 15 мм.

     Профиль изготавливают из заготовки, полученной из листовой рулонной стали нормальной точности прокатки Б и повышенной точности прокатки А.

     Профили из горячекатаной нетравленой заготовки  изготавливают без промасливания со следами технологической эмульсии.

     Профили из горячекатаной травленой и  холоднокатаной заготовки изготавливают промасленными. По требованию потребителя профили из горячекатаной травленой и холоднокатаной заготовки изготавливают без промасливания со следами технологической эмульсии.

     Допускаются профили с поперечным сварным  швом. Прочность сварного соединения обеспечивается технологическим процессом  сварки и должна быть не ниже прочности  основного металла.

     Профили принимают партиями. Партией считают  профили одной плавки и одного размера.

     Химический  состав и механические свойства гнутых профилей принимают по документу  о качестве предприятия-изготовителя заготовок.

     Размеры проверяются предприятием-изготовителем на одном профиле не реже 0,25-часовой производительности профилегибочного агрегата.

     У потребителя для проверки размеров профилей отбирают 2% от массы партии, но не менее двух профилей.

     Проверке  внешнего вида подвергают каждый профиль.

     По  согласованию изготовителя с потребителем испытание на прочность сварного соединения изготовителем допускается  не производить.

     Испытание механических свойств гнутых профилей проводят по заготовке по ГОСТ 16523[10].

     Качество  поверхности профилей проверяют  без применения увеличительных приборов.

     Гнутые  профили транспортируются транспортом  любого вида.

     Транспортирование профилей по железным дорогам проводится на открытом подвижном составе, размещение и крепление в соответствии с правилами перевозок, действующими на железнодорожном транспорте.

1.3 Дерево свойств

     Свойства, составляющие качество всякого оцениваемого объекта, представляют собой упорядоченную многоуровневую иерархическую структуру. Для отображения подобных структур широко используется графы типа «дерево» [4]. 
 
 

Глава 2. Оборудование и  технология производства гнутого швеллера

2.1 Оборудование

     Гнутые  профили  получают методом пластической деформации листового металла в  волках профилегибочного агрегата путем  последовательного его формоизменения [5].

     Характерными  отличиями профилегибочных агрегатов (ПГА) от прокатных станов являются относительно невысокие скорости профилирования (до 2,5…3,0 м/с), небольшое давление металла  на валки и огромный парк валков, обусловленный большим количеством клетей и широким сортаментом выпускаемых профилей [6].

     Состав  и конструкция оборудования профилегибочного агрегата в основном зависят от: размеров и прочностных характеристик  материала исходной заготовки; максимальной высоты, ширины и сложности формы готового профиля; способа профилирования; комплекса технологических процессов; назначения и технических требований к профилям [5].

     Тип профилегибочного стана обозначают четырьмя цифрами: например, стан 1-4х50-300, где первые две цифры характеризуют  толщину заготовок, прокатываемых на стане (1-4 мм), а две вторые – ширину заготовок (50-300 мм) [6].

     Для производства гнутого швеллера 100х80х3,0 мм выбирается стан 1-4x50-300 с непрерывным процессом профилирования. Расположение оборудования агрегата показано на рис. 2.1.

     В агрегатах с непрерывным процессом  профилирования используется заготовка в виде «бесконечной полосы», которая образуется путем сварки концов рулонов. Поэтому полоса в процессе профилирования находится одновременно во всех клетях стана, а на мерные длины разрезают готовый профиль.

     Достоинством  этих агрегатов являются: высокое  качество выпускаемой продукции; уменьшение числа рабочих клетей и валков для формовки, и за счет этого  цеховых площадей для их сборки и  хранения; сокращение простоев оборудования.

     Производительность  таких агрегатов ограничивается возможностями режущих устройств и длиной полосы в рулоне [5].

     Непрерывный профилегибочный стан 1-4х50-300 состоит  из двух групп профилегибочных клетей. Первая группа содержит 14 рабочих клетей с групповым приводом, 13 пар неприводных вертикальных роликов и правильно-калибровочную клеть. Вторая группа клетей установлена за летучими ножницами и состоит из трех клетей с групповым приводом, двух пар вертикальных роликов и правильно-калибровочной клети. Привод рабочих клетей первой группы осуществляется от двух электродвигателей, а второй – от одного двигателя постоянного тока. Все рабочие клети стана имеют станины открытого типа [6]. 

     Краткая техническая характеристика основного оборудования агрегата [6,7]

1. Общая характеристика агрегата

количество  клетей – 17;

толщина профилируемых полос, мм – 1-4;

     Рис. 2.1. Схема расположения оборудования агрегата 1-4х50-300 

1 –  загрузочная устройство; 2 – разматыватель; 4 – правильная машина; 5 – ножницы; 6 – стыкосварочная машина; 7 –  накопитель полосы; 8 – рольганг холостой; 9 – следящие ролики; 10 – промасливающая машина; 11 – формовочный стан; 12 – летучие ножницы; 13 – дополнительные формовочные клети; 14 – летучая пила; 15 – устройство для удаления эмульсии; 16 – инспекторский участок; 17 – промасливающая машина; 18 – участок набора профилей; 19 – рольганг; 20 – скребковый толкатель; 21 - укладчик

ширина  профилируемых полос, мм – 50-300;

     максимальная  масса рулона, т – 2;

     максимальный  предел прочности профилируемого металла, кгс/мм² – 50;

     длина готовых профилей, м – 3-12;

     максимальная  масса пакета готовых профилей, т  – 5;

     скорость  профилирования, м/сек – 0,2-2,5.

2. Формовочный стан

наибольшая  высота формовки, мм – 120;

диаметр вала рабочих валков, мм – 115;

диаметр нижнего рабочего валка, мм – 190-165;

диаметр верхнего рабочего валка, мм – 477-415;

расстояние  между осями клетей, мм – 1000;

максимальное  давление металла на валки, т – 15;

число двигателей – 2;

мощность  привода, кВт - 140.

2.2 Технологический процесс производства гнутого швеллера

     Пакеты  рулонов общей ширины не более 1500 мм с обрезанными кромками подаются со склада заготовок мостовым электрическим краном на каждый из двух накопителей. Рулоны краном с помощью скобы надеваются на штырь накопителя в положении удобном для развязывания узла обвязочной ленты.