Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Липецкий государственный технический университет»

Утверждаю

Директор МИ

_ В.Б.Чупров

«»2011 г.

(Номер внутривузовской регистрации)

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ)

_ Теория прокатки наименование дисциплины (модуля) Направление подготовки _150400 «Металлургия» Профиль подготовки_«Обработка металлов давлением»

Квалификация (степень) выпускника бакалавр_ (бакалавр, магистр, дипломированный специалист) Форма обучения _очная_ (очная, очно-заочная и др.) г. Липецк – 2011 г.

1. Цели освоения дисциплины (модуля) Цель преподавания дисциплины «Теория прокатки» заключается в систематическом изложении современной теории прокатки, как одного из видов обработки металлов давлением, и формировании у будущих специалистов системных знаний в области теории и технологии производства проката, получении четкого представления о различных моделях процесса деформации металла при прокатке, а также умении решать практические задачи, связанные с расчетом технологических параметров в прокатном производстве.

Для достижения поставленной цели в рамках дисциплины решаются следующие задачи:

углубленный анализ основных закономерностей деформации металла при горячей и холодной прокатке;

формирование современных представлений о физической сущности и содержании процессов прокатки;

изучение научно-технических и методологических основ современной прокатки;

анализ существующих моделей процессов прокатки;

обучение методам расчета энергосиловых и технологических параметров прокатки;

изучение основных приемов управления физико-механическими свойствами обрабатываемого металла и в целом на качество получаемых изделий;

анализ современных проблем и путей их решения в теории и технологии прокатного производства.

2. Место дисциплины в структуре ООП ВПО Дисциплина «Теория прокатки» входит в перечень дисциплин профильной части профессионального цикла ООП подготовки бакалавров по профилю «Обработка металлов давлением» направления «Металлургия».

Названная дисциплина базируется на знаниях, полученных при изучении дисциплин математического и естественнонаучного цикла:

математика, физика, информатика, механика деформируемого твердого тела, теория пластичности, экспериментальная механика, а также дисциплин профессионального цикла: сопротивление материалов, детали машин, металлургическая теплотехника, материаловедение, теория обработки металлов давлением.

Освоение теоретических основ прокатки необходимо для изучения оборудования, технологии и проектирования прокатного производства.

3. Компетенции студента, формируемые в результате освоения дисциплины «Теория прокатки»

По результатам изучения дисциплины у студента должен быть сформирован комплекс компетенций профессиональной подготовки в части теоретических основ процесса прокатки как одного из видов обработки металлов давлением.

По результатам изучения дисциплины студент должен знать:

параметры и кинематику очага деформации;

роль и виды трения при прокатке;

схемы напряженного и деформированного состояния металла;

теории контактных напряжений;

закономерности двумерной и объемной деформации при прокатке;

соотношение между продольной и поперечной деформациями.

По результатам изучения дисциплины студент должен уметь:

делать расчеты геометрических, кинематических и скоростных параметров очага деформации при прокатке;

делать расчеты контактных напряжений и энергосиловых параметров процесса прокатки.

По результатам изучения дисциплины студент должен владеть:

методами анализа влияния условий прокатки на силовые и деформационные параметры процесса;

методами экспериментального определения реологических характеристик прокатываемого материала и условий прокатки.

4. Структура и содержание дисциплины «Теория прокатки»

Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единиц, часов(в том числе промежуточный контроль – 22 часа) Модуль 1. Введение (6 час.) 1. Элементарный анализ 3. Кинематика очага Модуль 2. Продольная прокатки в цилиндрических валках ( 6. Усилие прокатки и методы определения сопротивления металла при прокатке Модуль 3. Энергосиловые условия продольной прокатки 7. Сложные случаи прокатки.

8. Силовое взаимодействие в многовалковых клетях и нагрузки на привод валков Модуль 4. Теоретические основы сортовой прокатки ( 9. Основы сортовой прокатки.

Краткая характеристика систем калибров и их назначение.

Прокатка в ромбических и квадратных калибрах. Момент и Прокатка в ящичных калибрах.

Прокатка в валках с круглыми и овальными калибрами.

Энергосиловые условия.

10. Особенности сортовой Модуль 1. Введение 1. Элементарный анализ процесса прокатки.

Краткая историческая справка развития теории и практики прокатного производства. Место прокатки в металлургии и народном хозяйстве. Связь процессов прокатки с другими видами обработки металлов давлением.

2. Очаг деформации при прокатке Простой процесс прокатки. Очаг деформации и его параметры.

Фактический очаг деформации и его параметры. Ассиметричный процесс прокатки.

3. Кинематика очага деформации.

Распределение сил трения по дуге контакта металла с валками.

Опережение и отставание. Условия захвата полосы валками.

Принудительный и динамический захват. Определение средней скорости деформации. Коэффициент трения при прокатке.

Модуль 2. Продольная прокатки в цилиндрических валках 4. Распределение напряжений на контактной поверхности.

Контактные напряжения. Вывод дифференциального уравнения контактных напряжений для условий двумерной деформации.

Контактные напряжения при скольжении металла с постоянным коэффициентом трения. Теория контактных сил трения. Распределение нормальных и касательных напряжений по дуге захвата.

5. Оценка факторов прокатки на контактные напряжения и уширение Влияние внешних зон на контактные напряжения. Положение максимума контактных напряжений относительно нейтрального сечения.

Распределение напряжений и деформаций по высоте сечения полосы.

Влияние натяжения на деформацию полосы при двумерной прокатке.

Уширение. Методы определения уширения. Анализ кинематических и статистических условий при прокатке с уширением. Факторы, влияющие на уширение.

6. Усилие прокатки и методы определения сопротивления металла при прокатке Факторы, определяющие усилие прокатки. Определение контактной площади металла в валками. Алгоритм расчета длины дуги захвата с учетом сплющивания валков.

Влияние внешнего трения на усилие прокатки. Влияние натяжения на усилие прокатки. Влияние ширины полосы на контактное давление.

Дрессировка. Определение давления при дрессировке.

Сопротивление деформации при линейном напряженном состоянии.

Влияние скорости деформации на сопротивление деформации.

Модуль 3. Энергосиловые условия продольной прокатки 7. Сложные случаи прокатки.

Направление сил при простом процессе прокатки. Направление сил при приложении внешних продольных сил. Направление сил при неравномерном движении прокатываемого металла. Направление сил с одним приводным валком.

Направление сил при разных окружных скоростях валков, при прокатке с разными коэффициентами трения на обоих валках, на валках разных диаметров, при прокатке неравномерно нагретого металла и биметалла.

8. Силовое взаимодействие в многовалковых клетях и нагрузки на привод валков Направление сил, действующих на валки четырехвалковых станов.

Усилие на валки многовалковых станов.

Основные составляющие нагрузки привода валков. Момент и мощность прокатки. Определение момента прокатки по величине усилий, действующих на валки и по величине расхода энергии. Нагрузочные диаграммы привода стана.

Модуль 4. Теоретические основы сортовой прокатки 9. Основы сортовой прокатки.

Краткая характеристика систем калибров и их назначение. Прокатка в ромбических и квадратных калибрах. Момент и мощность.

Прокатка в ящичных калибрах. Момент и мощность.

Прокатка в валках с круглыми и овальными калибрами. Энергосиловые условия.

10. Особенности сортовой прокатки.

Кинематические особенности сортовой прокатки. Опережение при прокатке в калибрах. Уширение при прокатке в ящичных калибрах и при прокатке простых сортовых профилей.

Некоторые особенности деформации в калибрах. Определение контактного давления при прокатке в калибрах. Расчет усилия, момента и мощности при сортовой прокатке.

Практические занятия На практические занятия по курсу «Теория прокатки» выносятся вопросы, требующие получения расчетных значений параметров, необходимых для теоретического анализа различных условий прокатки.

Содержание и объем практических занятий приведен ниже.

1. Геометрические параметры очага деформации при прокатке.

Изменение механических свойств полосы в процессе холодной прокатки ( часа) 2. Зависимость предела текучести полос от условий горячей прокатки.

Блок-схема алгоритма (2 часа) 3. Расчет температурных условий при горячей прокатке. Блок-схема алгоритма (2 часа) 4. Методика расчета среднего давления при горячей листовой прокатке.

Разработка алгоритма и программы для ЭВМ (4 часа) 5. Разработка алгоритма расчета среднего давления при холодной прокатке листов. Расчет режима прокатки для непрерывного стана на ЭВМ ( часа) 6. Методика расчета энергосиловых характеристик процесса прокатки:

усилия, момента и мощности (2 часа) 7. Упругие деформации валков (1 час) Лабораторные занятия Лабораторные работы по курсу «Теория прокатки» направлены на углубленное изучение физических закономерностей наиболее важных процессов деформации металла при прокатке и включают следующие темы:

1. Экспериментальное определение коэффициентов деформации (3 часа) 2. Захват металла валками (2 часа) 3. Опережение при прокатке (4 часа) 4. Уширение при прокатке (4 часа) 5. Усилие при прокатке (4 часа) Курсовая работа Курсовая работа, выполняемая в рамках изучения дисциплины «Теория прокатки», направлена на изучение методик и построения алгоритма расчета энергосиловых параметров процесса листовой прокатки.

Курсовая работа выполняется в течение 10-14 недели семестра. Тема курсовой работы формулируется как название расчетной методики и указывается литературный источник.

На основе предложенной и методики студентом разрабатывается расчетный алгоритм, составляется программа на одном из языков программирования и выполняется пример расчета.

5. Образовательные технологии Самостоятельная работа студентов является необходимым условием успешного освоения теоретических вопросов теории и практики прокатного производства и приобретения практических навыков расчета и анализа деформационных условий при прокатке.

На самостоятельную работу выносятся вопросы углубленного изучения физических явлений, имеющих место при прокатке, их математического описания и практического применения расчетных методик для анализа технологических процессов прокатки.

В ходе подготовки, выполнения и защиты лабораторных работ студенты самостоятельно изучают (наблюдают) физические процессы деформации металла при прокатке.

На практических занятиях изучаются математические модели различных сторон физических явлений в очаге деформации и выполняются соответствующие расчеты.

Основная доля самостоятельной работы студентов в ходе изучения дисциплины выпадает на время выполнения курсовой работы.

Курсовая работа посвящена самостоятельному изучению расчетной методики среднего давления, разработке на ее основе алгоритма и программы расчета, выполнению расчета и анализу энергосиловых параметров режима листовой прокатки.

6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебнометодическое обеспечение самостоятельной работы студентов Текущий контроль усвоения материала осуществляется согласно календарному графику изучения дисциплины при защите лабораторных работ, при опросах на практических занятиях, в ходе тестовых испытаний, а также при выполнении и защите курсовой работы.

Итоговым контролем является экзамен, проводимый в форме собеседования или письменной форме.

Вопросы текущего контроля успеваемости 1. Очаг деформации и его параметры 2. Меры деформации применяемые в прокатке 3. Условия захвата полосы валками 4. Принудительный захват 5. Динамический захват 6. Кинематика очага деформации 7. Опережение, отставание при прокатке 8. Определение средней скорости деформации по толщине полосы 9. Коэффициент трения при прокатке 10. Коэффициент трения при захвате 11. Коэффициент трения при буксовании и установившемся движении 12. Дифференциальные уравнения контактных напряжений при двумерной деформации 13. Контактные напряжения при скольжении металла с постоянным коэффициент трения.

14. Теории контактных сил трения 15.Распределение нормальных и касательных напряжений по дуге захвата.

16. Влияние внешних зон на контактные напряжения 17. Положение максимума контактных нормальных напряжений относительно нейтрального сечения 18. Распределение напряжений и деформаций по высоте сечения полосы 19. Влияние натяжений на деформацию полосы при двумерной прокатке 20. Уширение 21. Факторы, определяющие усилие прокатки 22. Определение контактной площади металла с валками 23. Определение дуги захвата с учетом сплющивания металла и валков 24. Влияние внешнего трения на усилие прокатки 25. Влияние натяжения на усилие прокатки 26. Влияние ширины полосы на контактное давление 27. Определение контактного давления при прокатке в калибрах 28. Расчет усилия при дрессировке 29. Сопротивление деформации при линейном напряженном состоянии 30. Исследование влияния скорости деформации на сопротивление деформации 31. Определение сопротивления деформации 32. Экспериментальные методы определения сопротивления деформации при горячей прокатке 33. Направление сил при простом процессе прокатки 34. Направление сил при приложении внешних продольных сил 35.Направление сил при неравномерном движении прокатываемого металла 36. Направление сил при прокатке с одним приводным валком 37. Направление сил при разных окружных скоростях валков 38. Направление сил при прокатке с разными коэффициентами трения на обоих валках 39. Направление сил при прокатке в валках разных диаметров 40. Направление сил при прокатке неравномерно нагретого металла и биметалла 41. Направление сил, действующих на валки четырехвалковых станов 42. Усилие на валки многовалковых станов 43. Основные составляющие нагрузки привода валков 44. Определение момента прокатки по величине усилий, действующих на валки 45. Определение момента прокатки по величине расхода энергии 46. Диаграммы статической нагрузки 47. Нагрузочная диаграмма привода реверсивного стана Вопросы для экзамена по курсу «Теория прокатки»

1. Процесс пластической деформации металла между двумя или несколькими вращающимися рабочими валками называется….

2. Пространство, ограниченное сверху и снизу дугами контакта, боковыми гранями полосы и плоскостями входа и выхода металла из валков, называется ….

3. Что включает фактический очаг деформации при прокатке?

4. Чем определяется абсолютное обжатие полосы?

5. Что принимается за длину очага деформации при прокатке?

6. Каково соотношение между коэффициентами деформации при прокатке?

7. Каким свойством обладают истинные деформации?

8. Чем отличается начальный период захвата металла валками от установившегося процесса прокатки?

9. На какие зоны по длине контакта металла с валками делится очаг деформации?

10.Что означает понятие «нейтральное сечение»?

11.В какой точке очага деформации происходят изменения направления сил контактного трения?

12. Почему величину опережения связывают с величиной нейтрального 13.Что связывает уравнение постоянства секундных объемов?

14.Почему в уравнении Т.Кармана в правой части одновременно записываются знаки «+» и «–»?

15.С чем связано убывание уширения полос с ростом их ширины?

16.Что определяет величину контактного трения в очаге деформации?

17.Что определяет величину предела текучести прокатываемой полосы при холодной прокатке?

18.От чего зависит сопротивление деформации прокатываемого металла при горячей прокатке?

19.Как связно давление металла на валки и сила прокатки?

20.Составляющие крутящего момента двигателя главного привода.

Фонд контрольных вопросов по проверке остаточных знаний 1. Понятие очага деформации при прокатке 2. Геометрические параметры очага деформации 3. Влияние сплющивания валков на длину дуги контакта валков с прокатываемой полосой 4. Меры деформации при прокатке 5. Связь между деформациями при прокатке 6. Честные и суммарные коэффициенты деформации 7. Показатели высотной деформации полос 8. Показатели деформации по ширине полос 9. Показатели деформации по длине прокатываемых полос 10. Вычисление величины угла контакта металла с валком 11. Площадь контакта металла с валком 12. Графический способ определения контактной площади 13. Графоаналитический способ определения площади контакта валка с металлом 14. Аналитический метод определения площади контакта металла с валком 15. Определение длины очага деформации при прокатке 16. Понятие свободного, принудительного и динамического захвата 17. Условие свободного захвата 18. Условие принудительного захвата 19. Влияние инерционных сил на процесс захвата 20. Соотношение сил трения при буксовании 21. Направление сил трения при установившемся процессе прокатки 22. Условие постоянства секундных объемов 23. Условия одновременной прокатки в нескольких клетях 24. Соотношение скоростей металла и валков в очаге деформации 25. Нейтральный угол и его роль при прокатке 26. Деление очага деформации при прокатке на зоны 27. Определение положения нейтрального сечения 28. Влияние коэффициента трения на положение нейтрального сечения 29. Влияние натяжения полосы на положение нейтрального сечения 30. Опережение при прокатке 31. Связи опережения с координатой нейтрального сечения 32. Отставание при прокатке 33. Экспериментальное определение опережения 34. Формула Дрездена для определения величины опережения при прокатке 35. Зависимость опережения от диаметра валков 36. Влияние толщины прокатываемой полосы на величину опережения 37. Влияние обжатия и угла контакта на величину опережения 38. Зависимость опережения от коэффициента трения 39. Влияние натяжения полосы на величину опережения 40. Принципы определения опережения при прокатке в калибрах 41. Скорость деформации при прокатке 42. Основная схема напряженного состояния при прокатке 43. Схемы деформации при прокатке 44. Распределение деформаций по высоте сечения прокатываемой полосы 45. Фактор формы очага деформации l/hср и классификация видов прокатки 46. Уширение при прокатке. Виды уширения 47. Влияние обжатия и диаметра валков на величину уширения 48. Зависимость уширения от ширины прокатываемых полос 49. Механизм влияния коэффициента трения на величину уширения 50. Влияние натяжения и формы калибра на величину уширения 51. Условия трения при захвате и установившемся процессе прокатки 52. Влияние материала и поверхности валков на величину коэффициента трения 53. Зависимость коэффициента трения от температуры прокатки 54. Влияние скорости прокатки на величину коэффициента трения 55. Технологические смазки и коэффициент трения при холодной прокатке 56. Понятие среднего давления и силы при прокатке 57. Влияния параметров прокатки на величину среднего давления 58. Сопротивление металла деформации при прокатке 59. Основные факторы, определяющие величину сопротивления деформации 60. Сопротивление деформации и предел текучести при холодной прокатке 61. Условие равновесия элементарного объема металла в очаге деформации 62. Крутящий момент как момент сил трения 63. Равнодействующая сил очага деформации 64. Момент прокатки и коэффициент плеча усилия прокатки 65. Влияние натяжения на величину крутящего момента 66. Мощность при прокатке 67. Составляющие нагрузки двигателя прокатного стана 68. Направление сил с одним приводным валком 69. Распределение момента прокатки между валками разного диаметра 70. Направление сил при прокатке с разными коэффициентами трения на рабочих валках 71. Крутящий момент в четырехвалковых клетях с приводом на рабочие валки 72. Слагаемые крутящего момента в четырехвалковой клети с приводом на опорные валки 73. Особенности вычисления крутящего момента для многовалковых станов 74. Направление сил в очаге деформации при приложении внешних продольных сил 75. Нагрузочная диаграмма привода реверсивного стана дисциплины «Теория прокатки»

а) основная литература:

1. Зайков М.А. Процесс прокатки [Текст]/М.А. Зайков, В.П. Полухин, А.М.Зайков, Л.Н. Смирнов. М.: МИСиС, 2004.-640с.

2. Рудской А.И. Теория и технология прокатного производства: Учебное пособие [Текст]/А.И.Рудской, В.А. Лунев. Спб.: Науке, 2005.-540с.

3. Шевакин Ю.Ф. Обработка металлов давлением [Текст]/Ю.Ф. Шевакин, В.И. Чернышев, Р.Л. Шаталов, Н.А. Мочсалов; Под науч. Ред.

Ю.Ф.Шевакина.- М.: Интернет Инжиниринг, 2005.- 496 с.

4. Целиков А.И. Теория прокатки. [Текст]/А.И.Целиков, А.И. Гришков.– М.:Металлургия, 1970. – 358 с.

5. Целиков А.И. Теория продольной прокатки. [Текст]/А.И.Целиков, Г.С.Никитин, С.Е. Рокотян.– М.:Металлургия, 1980. – 320 с.

6. Грудев А.П. Теория прокатки. [Текст]/ А.П.Грудев. – М.:Металлургия, 1988. – 240 с.

б) дополнительная литература:

7. Бельский С.М. Деформация полосы при симметричной и ассиметричной прокатке: Учебное пособие [Текст]/ С.М.Бельский.- Липецк: ЛГТУ, 2008.- 8. Беняковский М.А. Автомобильная сталь и тонкий лист [Текст]/ М.А.

Беняковский, В.А. Масленников.- Череповец: Издательский дом «Череповец», 2007.- 636 с.

9. Коцарь С.Л. Динамика процессов прокатки6 учебное пособие [Текст]/ С.Л.

Коцарь, В.А. Третьяков, А.Н. Цупров, Б.А. Поляков.- М.: Металлургия, 1997.-255 с.

10. Целиков А.И. Теория прокатки: Справочник [Текст]/А.И.Целиков, А.Д.

Томленое, В.И.Зюзин и др.– М.:Металлургия, 1982. – 335 с.

11. Коновалов Ю.В. Расчет параметров листовой прокатки [Текст]/ Ю.В.

Коновалов, А.Л. Остапенко, В.И. Пономарев.: Справочник.- М.:

Металлургия, 1986.-430 с.

12. Николаев В.А. Теория прокатки: Монография [Текст]/ В.А.Николаев.Запорожье: Изд. ЗГИА,2007.-228 с.

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины «Теория прокатки»

Изучение дисциплины «Теория прокатки» сопряжено с выполнением ряда лабораторных работ, основным оборудованием для реализации которых является полупромышленный прокатный стан 240.

Кроме того, в ходе лабораторного практикума используется мерительный инструмент: линейки, микрометры, штангенциркули;

силоизмерительные показывающие и регистрирующие приборы; приборы для измерения температуры.

Расчеты, выполняемые на практических занятиях и в курсовой работе предусматривают обязательное использование компьютеров.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению «Металлургия» и по профилю подготовки «Обработка металлов давлением»

Программа одобрена на заседании кафедры « 26» октября 2011 г., протокол