《钢管课程设计》word版.doc

辽辽 宁宁 科科 技技 大大 学学 钢钢管管课课程程设设计计说说明明书书 学院系: 材料与冶金学院 专业班级 : 材控 10-1 班 学生姓名 : 聂振中 指导教师 : 李激光 2013 年 12 月 30 号 辽宁科技大学课程设计说明书 - 1 - 目目录录 一一前前言言 . .- - 3 3 - - 二二、钢钢管管设设计计任任务务书书. .- - 5 5 - - 三三、 1 14 40 0 机机组组生生产产工工艺艺概概述述. .- - 6 6 - - （一一）主主要要设设备备. .- - 6 6 - - （二二）工工艺艺流流程程. .- - 6 6 - - （三三）工工艺艺要要求求. .- - 6 6 - - 四四、轧轧制制表表的的制制定定. .- - 1 18 8 - - （一一）轧轧管管机机 - 18 - ( (二二) )穿穿孔孔机机 - 19 - ( (三三) )均均整整机机 - 21 - ( (四四) )定定径径机机 - 21 - ( (五五) )轧轧制制表表绘绘制制 .- 26 - 五五、穿穿孔孔机机设设计计、力力能能参参数数及及强强度度校校核核. .- - 2 28 8 - - 5 5. .1 1 穿穿孔孔机机的的轧轧辊辊设设计计- 28 - 5 5. .2 2 穿穿孔孔机机顶顶头头设设计计 .- 31 - 5 5. .3 3 穿穿孔孔机机能能力力参参数数计计算算 .- 32 - 5 5. .3 3 加加热热炉炉能能力力校校核核 - 40 - 辽宁科技大学课程设计说明书 - 2 - 六六、结结语语 . .- - 4 41 1 - - 七七、重重要要参参考考文文献献. .- - 4 43 3 - - 辽宁科技大学课程设计说明书 - 3 - 一一前前言言 无缝钢管是一种具有中空截面、周边没有接缝的圆形、方形、 矩形钢材。是用钢锭或实心管坯经穿孔制成毛管，然后经热轧、 冷轧或冷拔制成。无缝钢管具有中空截面，大量用作输送流体 的管道，钢管与圆钢等实心钢材相比，在抗弯抗扭强度相同时， 重量较轻。 作为一种经济断面钢材，无缝钢管在国民经济中具有很重 要的地位，被广泛应用于石油、化工、锅炉、电站、船舶、机 械制造、汽车、航空航天、能源、地质、建筑及军工等各个部 门。 鞍钢无缝钢管厂是新中国第一座无缝钢管厂，是新中国第 一根钢管的诞生地。鞍钢无缝钢管厂自1953 年 12 月 26 号 建成投产至今，为新中国无缝钢管厂工业做出了巨大贡献。在 过去的五十多年里，鞍钢无缝厂从只有一条140 自动轧管 机组生产线发展成为具有219 自动轧管机组 133 圆盘 延伸轧管机组 159MPM 连轧机组 177PQF 连轧机组 等多条生产线的钢管厂。我们这次关于钢管的课程设计，将参 照鞍钢的无缝钢管厂的140 自动轧管机组进行设计。 钢管的生产工艺及其设计是我们材料成型及控制工程专业 的学生必须掌握的内容。希望通过这课程设计，我们能充分掌 握工艺及设计，并能与具体实践联系起来，为将来的工作打下 辽宁科技大学课程设计说明书 - 4 - 基础。 通过这次设计也能提高我们的设计能力，同时也有助于我 们深入了解钢管的生产工艺及其原理。但由于时间比较短，尤 其缺乏实际经验，其中错误在所难免请提出指正。 二二、钢钢管管设设计计任任务务书书 辽宁科技大学课程设计说明书 - 5 - 成品尺寸： 10810 坯料尺寸： 110 材质： Q215 指导教师： 李激光 辽宁科技大学课程设计说明书 - 6 - 三三、1 14 40 0 机机组组生生产产工工艺艺概概述述 （一一）主主要要设设备备 1.1000 吨剪断机一台（或1600 吨剪断机） 2.定心机两台 3.炮弹风机热定心机一台 4.中径 17m 的环形加热炉一座 5.850500 曼氏穿孔机一台 6.7301680 自动轧管机一台 7.850600 桶式均整机一台 8.560011800 步进梁式再加热炉一座 9.430255 五架定径机 10.430255 二十架减径机 11.1100016800 1 号冷却台一个； 31500 16800 2 号冷却台一个 12.168mm 七辊矫直机两台 13.115 切管机八台 14.6UTH42.7168mm 切管机二台 辽宁科技大学课程设计说明书 - 7 - （二二）工工艺艺流流程程 原料 剪断 加热 定心 穿孔 轧管 均整 定径 冷却 矫直 吹风 切头 再加热 减径 取样 检查 包装 入库 （三三）工工艺艺要要求求 1.原原料料： 鞍钢无缝钢管厂的原料主要是连铸连轧圆管坯。连 铸连轧圆管坯具有成本低、能耗少、组织性能稳定等特点，是 管坯发展的主流。也是钢管实现连铸连轧的首要条件。钢管生 产对坯料的要求非常严格，加工之前一定要对坯料进行检查和 清理，这样才能提高产品的质量。管坯最常见的缺陷就是氧化 层，生产中常用火焰枪清理或者用砂轮群清理。 本次设计采用的原料材质：Q215 尺寸： 110 Q215 的化学成分及力学性能： 化学成分（ %）钢号 CMnSi()S()P() Q2150.09- 0.15 0.25- 0.55 0.30 0.050（ A 级） 0.045（ B 级） 0.045 辽宁科技大学课程设计说明书 - 8 - Q215 的力学性能 牌号拉力强度MPa屈服点MPa伸长率 % Q215 335450 21528 注： a 为钢材的直径 (当 a60-150) 2.剪断：目的是将坯料剪切成要求的长度。 剪断设备 :1000 吨剪断机 设备性能： a.公称能力 1000 吨 b.上剪刃行程 140mm c.剪切次数 8 次/分 d.电机功率： 95 千瓦 n=750 转/分 e.主减速机轴：人字齿轮轴 M=10 Z=25 DH =250mm 剪刃材质： 6GrW2S 要求：剪断时不允许坯料出现端部裂纹，切斜度前端不允许超 过 8mm，后端不允许超过10mm,压扁度不得超过管坯公称直径 辽宁科技大学课程设计说明书 - 9 - 8%. 3.加加热热:加热的目的是为了提高塑性、韧性，降低变形抗力，减 小机械电器负荷，节省能 源消耗。将坯料加热到一定的温度范围对于保证其穿 孔性能是至关重要的。管坯加热时应保证加热温度在 规定的范围内，特别是对加热范围较窄的合金钢和高 合金钢，同时沿管坯纵向和横向加热要均匀，否则穿 孔时容易造成钢管壁厚不均，穿破或引起轧卡。 设备：中径 17m 的环形加热炉 决定斜轧穿孔时管坯的加热温度的基本依据是：保证 毛管穿出温度在该钢号的塑性最好的温度范围内。 确定合理的加热温度应该考虑如下因素： 1）温度过高产生过热和过烧，当金属过热时晶粒长得 很大，从而降低了金属的塑性，过烧时使晶界融化， 金属变脆。 2）考虑在自动轧管机上的终轧温度。因为终轧温度对 产品的影响很大。 3）温度过高，钢的表面脱碳严重。 4）考虑金属的烧损和钢管表面质量。温度愈高，氧化 铁皮愈厚，过厚的氧化铁皮不但增加了金属消耗，也 会穿孔带来困难，氧化铁皮扎入金属中，将降低钢管 辽宁科技大学课程设计说明书 - 10 - 的表面质量。 5）考虑金属在加热过程中的组织变化。 6）考虑穿孔过程中的升温情况。 7）考虑轧制成品的规格，轧制厚壁管因为温降小一般 加热温度可稍低。 8）管坯加热温度和穿孔顶头材质有关，用钼基顶头穿 孔，加热温度要低8090。考虑到本设计的典 型产品的可穿性，并结合鞍钢的现场的经验，本设计 中取加热温度为： t=1250。 4.热热定定心心：定心指在管坯前段断面的中心部位形成有一定尺寸 的漏斗形状的孔穴，便于穿孔时顶头对准坯料断面中心，减少 穿孔后毛管的壁厚不均；减少的扭过头的阻力，便于二次咬入。 热定心机一般安装在加热炉与穿孔机之间，利用压缩空气或液 压方式带动冲头冲孔，七结构简单，效率高应用呢比较广泛。 热定心设备：炮弹式风动热定心机 设备性能： 1）冲击速度 68m/s 2) 定心深度： 1225mm 3）定心直径： 4050mm 4) 打眼力： 2400 公斤 5 5. .穿穿孔孔：目的是将实心的管坯穿成要求规格的空心毛管。斜轧 穿孔机是目前应用最广泛的穿孔设备，包括曼氏穿孔机、狄舍 尔穿孔机、菌氏穿孔机以及三辊穿孔机。本次设计采用的是曼 辽宁科技大学课程设计说明书 - 11 - 氏穿孔机。曼氏穿孔机的特点是对心性能好，毛管壁厚较 为均匀，延伸系数 =1.254.5。 设备性能：主电机： N=200KW.n=200400 转/分， U=750V， I 额=2850A 主减速机传动比： i=2.58 6 6. .轧轧管管：目的是消除螺旋形壁厚不均，并实现穿孔后的钢管壁 厚减薄起延伸作用获得外径，平均壁厚符合要求的钢 管。 设备性能 :压下装置： 1. 上压下螺丝，从原位算起向上最大行程 210mm,向下最大行程 60mm. 2. 螺丝升降速度： 1.9m/s 3. 减速机传动比： i=154 4. 电机功率： N=11KW 转速： n=715 转/分 回送辊装置： 1.电机功率： N=55KW 2.减速机传动比： i=3 3.辊直径 540600mm 辊身长 1680mm 主电机；功率 P=880KW 转速 n=400500 转/分 额定电流 I=1270A 允许最大电流 Imax=2700A 跳闸电流 I=2000A 主减速机：主动轴最大力矩M=6.64 吨米 辽宁科技大学课程设计说明书 - 12 - 飞轮力矩 GD2=20 吨米 2 传动比 i=5.67 模数 Mn =16 主动齿轮数 Z1= 30 被动齿轮数 Z2=70 齿轮宽度 B=880mm 高速轴及飞轮重G=10.65 吨 人字齿轮机座： 传递扭力 矩 M 齿轮转速 n 齿数 Z1=Z2 模数 Mn宽度 B 50 吨米66.1132. 2 转/分 29201120mm 操作： 1 按调整规程及轧制表进行调整及选择轧制工具 2 管应被顺利平稳咬入前端嘴圆，后端平齐 3 轧出的管子尺寸与轧制表要相等 4 电机负荷未超出规定范围 5 用双槽单轧跟踪轧制的方法轧制，第二道轧制需要将 管子翻转 90 7 7. .均均整整：目的是辗平管壁的局部耳子、直道，使轧管后的荒管 扩径、变圆比并精整内外表面。 主要设备及技术要求： 主电机： 功率 P转速 n电压 U额定电 流 I 额 跳闸电 流 I 跳闸 允许电 流 I 允许 辽宁科技大学课程设计说明书 - 13 - 404.25K W 500750 转/分 750V750A1300A750A 主减速机： 中心距 a主动轮齿数 Z1 被动轮齿数 Z2 传动比 i 800mm311484.58 8 8. .定定（减减）径径机机 钢管定径、减径（或张力减径）过程是空心体不带芯棒的连 轧。定径的任务是在较小的总减径率条件下，将钢管轧成具有 要求尺寸精度和真圆度的成品管，减径除了起定径作用外，还 有较大的减径率。实现大管料生产小口径钢管的目的，主要用 二辊定、减径机。 目的是清除均整后的钢管的外径不圆，满足技术条件的规定。 辽宁科技大学课程设计说明书 - 14 - 定定径径机机孔孔型型图图 1. 主电机 2. 复合减速机 3. 连续轴 4. 定径机 辽宁科技大学课程设计说明书 - 15 - 主要设备技术性能： 电机功率 P 机架数 n机架间距 a 产品范围外 径 D 壁厚 s 55.125KW51200mm89168mm425mm 要求： 1 按轧机规程进行轧辊安装，各架孔型中心线必须调整 一致，且与轧制线一致。 2 机器调整必须按轧制表准确进行，不准两棍倾斜及错 位。 3 电机不超负荷。 9 9. .冷冷却却：目的是将定径后的热轧管均匀冷却在100160C 以下，便于矫直。 设备能力及技术性能： 1）1#、2#冷却台电动机功率N=4.5KW 转速 n=4501800 转/分 2）1#、2#冷却台链轮直径D=650mm 链条间距 a=1200mm 轧道间距 b=600mm 3）减速机传动比 i=18.24 4）链条移动速度 v=0.00850.033m/s 5）二次冷却温度 T=50100C 6）冷却台尺寸：宽度 =16800mm 长度： 1#=11000mm 2#=31500mm 7）冷却时间： 1# 5.521.5 分钟 2# 1621 分钟 辽宁科技大学课程设计说明书 - 16 - 8）斜度： 12% 1 10 0. .矫矫直直：目的是用来矫直冷却后的钢管并能清除部分钢管椭 圆度，采用 “弯曲压扁 ”方式矫直钢管。严禁用矫直机减小钢 管直径。 主要设备技术性能： 1）矫直机型号： 168mm 矫直机 2）矫直速度： 1380m/min 3)最大矫直力： 226 吨 4）矫直精度 1mm/m 5)主电机： N=90KW V 额=440V I额=221A n=01500 转/分 6)减速比 i=1/9.851 7)主动辊尺寸： 380560mm 被动辊尺寸： 320480mm 8)轧辊角度可调范围： 2735 9）主动辊间距 =900mm 主动辊与被动辊间距 =820mm 11.吹吹风风：目的是用高压气将灰尘吹尽，以便切管。 1 12 2. .切切头头：（一） 6uTH 切管机 作用：切断无缝管端头，并对端头倒棱。 可加工管坯范围：钢制10#45#及屈服点不超过 95kg/mm2的合金钢 辽宁科技大学课程设计说明书 - 17 - 规格： D0=57168mm s=3.540mm l 前=16mm l 均后=5.515mm 重量 Qmax1500kg (二)2115 型切管机 用途及产品范围：本品与附属升降台配合，专门用于切除 钢管的两端或 中间切断，并能把钢管截成定尺或倍尺长度。 切管规格范围： D 外=38195mm s20mm l=414mm 设备技术性能：主轴轴套内孔直径：180mm 主轴中心线离地高度： 1100mm 刀架最大行程： 75mm 进退刀速度： rmax=3.6m/min max=3.8m/min i=15150mm/min 主传动电机 :P=10KW n=960 转/分 刀台 倾斜角为 10 重量： 6400kg 1 13 3. .检检查查与与包包装装：它包括横断面尺寸精度的检测，表面质量检 查和无损探伤。取样进行物理机械性能实验、水压试验、 长度测量、打印、表面涂油、打捆、包装和称重。经检查不合 格的钢管，视其缺陷的严重程度或报废或改尺，或重新返回精 整。这是保证质量的重要措施之一。 辽宁科技大学课程设计说明书 - 18 - 四四、轧轧制制表表的的制制定定 本次设计采用中间开花法制定轧制表： 已知条件：成品尺寸：10810 材质： Q215 管坯：110 （一一）轧轧管管机机 轧管机的壁厚： S 成15mm 时 S 轧S成=10mm 外径： D 轧=H轧槽高=108mm 内径： d 轧=D轧-2S轧=108-210=88mm 轧管顶头直径：二道次 轧 =d 轧=88mm 一道次 轧 = 轧 +(13)=88+2=90mm （厚壁管取大值，薄壁管取小值） 顶杆直径： 杆=轧 -（815）=88-10=78mm 总延伸系数： 99 . 2 10)10108( 97. 0)2/110( )( 2/ 22 轧轧轧 坯 总 ）（ SSD KD K 为烧损系数，碳钢K=0.970.98 43 . 1 1010-108 1414-114 )( )( ）（ ）（ 轧轧轧 穿穿穿 轧 SSD SSD 辽宁科技大学课程设计说明书 - 19 - ( (二二) )穿穿孔孔机机 毛管外径：D 穿=(1.031.08)D轧=1.05x108=113.5mm 取 D 穿=114mm 毛管壁厚： S 穿=S轧+（35）=10+4=14mm 毛管内径： d 穿=D穿-2S穿=114-2x14=86mm 顶头直径： 穿=d穿-k穿= 86-(415)=86-6=80mm （k 穿：内扩径值 一般机组： 415mm 大型机组： 1015mm 小型机组： 47mm） 轧辊间距： B=D 坯-（1015%）D坯=110-10%x110=99mm 绝对压下量：h= D 坯-B=110-99=11mm 导板间距： l=H+(02)=108+1=109mm 椭圆度系数：101 . 1 99 109 B l 顶杆位置： =+= c y 2 L 2 (+2-B) S 2tan 穿穿 3 l 2 2 B(- ) 2tan D R m m ax 2 (+2-B) S 2tan 穿穿 3 l 5 . 3tan2 )99118( +20-10=92mm 5 . 3tan2 )9914280( （备注：轧辊出口锥长 反锥长： 固定式 515mm 2 L 3 l 更换式 3050mm） 出口锥角 3.5 2 辽宁科技大学课程设计说明书 - 20 - 顶头位置： =+ 2 lylC c 0 l 1 l 2 l 2 (+2-B) S 2tan 穿穿 其中：顶头鼻部长 穿孔锥长 平整锥长 0l1l2l = (0.81.0) =0.8 17.6=14 mm 0l0d =(0.150.25)=0.16 110=17.6mm 0dD坯 ：顶头鼻部直径 0d =（1.02.5）=1.0 80=80 mm 1lt D =80mm tD穿 =（1.51.75）=（1.51.75）D 坯 2l Z tan X Y S S =1.5110=52.23mm =52mmtan10 0.4 0.7 2l 式中：送进角 10 滑动系数 =(0.40.9) X Y S S XS =(0.50.7) YS =14+80+52-=72mmC 5.3tan2 9914280 顶杆长：=+=14+80+52+10=156 mm l顶 0l1l2l3l 过渡圆弧： mm d r9 2 0 0 顶头压下 率：dq =3.14% 坯 D tan3CH2 110 3tan72211 延伸系数：10. 2 1414-114 97 . 0 55 SS-D KR 22 ）（）（ ）（ 穿穿穿 坯 穿 辽宁科技大学课程设计说明书 - 21 - ( (三三) )均均整整机机 外径： D均=D轧-(310)=108+3=111mm 壁厚： S均=S轧=10mm 内径： d均=D均-2S均=111-2x10=91mm 顶头直径： 均顶头=轧+（14）=88+1=89mm 顶杆直径： 均顶杆=均顶头+(215)=89-11=78mm 轧辊间距： B=均顶头+2S均=89+2x10=109mm 导板间距： l=2D均-B=2x111-109=113mm 椭圆度系数：04. 1 109 113 B l 延伸系数：03 . 1 1010-108 1010-111 )( )( ）（ ）（ 成成成 均均均 均 SSD SSD ( (四四) )定定径径机机 热状态尺寸：=（1.011.015）=108 1.01=109.08mm D定D成 压缩率：=1.7% 定 均 定均 D DD 111 08.109111 =1- =1-=0.58% D 3 D均 定 D 3 111 08.109 =0.29% 2 41 DD 2 %58. 0 0.58% DDD 32 0 5 D 各孔型平均直径： i Dii DD 1 1 mm68.110%29 . 0 -1111-1 1 D1 均 DD 辽宁科技大学课程设计说明书 - 22 - =110.68(1-0.58%)=110.04mm 2 D22 -1DD mm40.109%58 . 0 -104.110-1DD 3 D23 mm08.109%29 . 0 -140.109-1DD 4 D34 mm08.109DD 45 椭圆系数 : Q215 厚壁管 q 取 1 q D i i -1 1 003 . 1 %29 . 0 -1 1 141 006 . 1 %58. 0-1 1 132 1 5 轧槽高： i i D 1 2 ai mm51.110 003. 11 68.1102 1 a 同理可得： mma71.109 2 mma mma mma 91.108 91.108 07.109 5 4 3 轧槽宽： iii ab mm84.11051.110003 . 1 111 ab 同理可得：=110.37mm 2 b 22a =109.72mm 3 b 33a =109.24mm 4 b 44a =108.91mm 5 b 坯 D 辽宁科技大学课程设计说明书 - 23 - 半径： i ii i a ba R 4 22 mm a ba R42.55 51.1104 84.11051.110 4 22 1 2 1 2 1 1 同理可得：mm a ba R19.55 4 2 2 2 2 2 2 mm a ba R86.54 4 3 2 3 2 3 3 mm a ba R62.54 4 4 2 4 2 4 4 mm a ba R46.54 4 5 2 5 2 5 5 偏心距： i ii i a ab e 4 22 mm a ab e17 . 0 51.1104 51.11084.110 4 22 1 2 1 2 1 1 同理可得：mm a ab e33 . 0 4 2 2 2 2 2 2 mm a ab e33 . 0 4 3 2 3 2 3 3 mm a ab e17 . 0 4 4 2 4 2 4 4 =0 5 e 辊缝： g=1.55mm 圆角半径： r=36mm 工作 辊直径：=D+g-0.75 (D：辊环 =430mm ： 1g D i a 辊缝 =15mm) 本次设计五机架的辊缝分别为5，5，4，3，3。 辽宁科技大学课程设计说明书 - 24 - =D+-0.75=430+5-0.75 110.51=352.12mm 1g D 1 a 同理可得：= D+-0.75=352.72mm 2g D 2 a = D+-0.75=352.20mm 3g D 3 a = D+-0.75=351.32mm 4g D 4 a = D+-0.75=351.32mm 5g D 5 a 各机架断面：= =10mm i F iii SSD i S =（-) 10 =1006.8 mm2 1 F 1 D 1 S =（-） 10=1000.4 mm 2 F 2 D 2 S =（-） 10=994 mm2 3 F 3 D 3 S （-） 10=990.8 mm2 4 F 4 D 4 S （-） 10=990.8 mm2 5 F 5 D 5 S 各架时第一架的延伸系数： i i F F1 1 1 1 1 F F 同理可得：006 . 1 2 1 2 F F 013. 1 3 1 3 F F 016 . 1 4 1 4 F F 016 . 1 5 1 5 F F 工作辊转速： =6001500 转/分 i=14.9 1 1 n D D un gi g ii n 取 n=750 转/分 辽宁科技大学课程设计说明书 - 25 - 转/分34.50 9 . 14 750 1 n r/min56.5034.50 72.352 12.352 006. 1 1 2 1 22 n D D n g g 同理可得： r/min98.50 1 3 1 33 n D D n g g r/min26.51 1 4 1 44 n D D n g g r/min26.51 45 nn 工具设计： 轧辊材质是低铬无限冷硬球墨铸铁。 转速： n=40100 转/分 辊身直径 d=350450mm l=255mm 架数 =5 孔型： 13 架为椭圆孔型 45 架为圆孔型 具体尺寸见轧制表 辽宁科技大学课程设计说明书 - 26 - ( (5 5) )轧轧制制表表绘绘制制 穿穿孔孔机机 成品规格10810mm管坯110mm 毛坯外径 穿 D 114mm 椭圆度系数 1.101 壁厚 穿 S 14mm 顶头位置 C 72mm 内径 穿 d 86mm 顶杆位置 c y 92mm 导板间距 l 109mm 顶头直径 80mm 轧辊间距 B 99mm 送进角 10 绝对压下量 H 11mm 入口锥角 1 3 顶头压下率 3.14% 出口锥角 2 3.5 穿孔机延伸系 数 穿 2.10 轧轧管管机机 外径 D轧 mm 壁厚 S轧 mm 内径 d轧 mm 一道 次 轧 mm 二道 次 轧 mm 顶杆 直径 杆 mm 总延 伸系 数 总 轧机 系数 轧 轧槽 高 H轧槽高 mm 10810889088782.99 1.43108 辽宁科技大学课程设计说明书 - 27 - 均均整整机机 外径 D均 mm 壁厚 S均 mm 内径 d均 mm 顶头 直径 均顶头 mm 顶杆 直径 均顶杆 mm 轧辊 间距 B mm 导板 间距 l mm 椭圆 度系 数 延伸 系数 均 111109189781091131.041.03 定定径径机机 （5 5 架架） 热状态 尺寸 D定 mm 机 架 数 轧槽 高 ia mm 轧槽宽 ib mm 各孔型 平均直 径 iD mm 压缩 率 Di 椭圆 度系 数 i 偏心 距 ie mm 工作 直径 giD mm 工作辊 转速 转/ in 分 半径 iR mm 1110.5 1 110.8 4 110.6 8 0.29 % 1.0030.17352. 12 50.3455.42 2109.7 1 110.3 7 110.0 4 0.58 % 1.0060.33352. 72 50.5655.19 3109.0 7 109.7 2 109.4 0 0.58 % 1.0060.33352. 20 50.9854.86 4108.9 1 109.2 4 109.0 8 0.29 % 1.0030.17351. 32 51.2654.62 109.0 8 5 5108.9 1 108.9 1 109.0 8 010351. 32 51.2654.46 辽宁科技大学课程设计说明书 - 28 - 五五、穿穿孔孔机机设设计计、力力能能参参数数及及强强度度校校核核 5 5. .1 1 穿穿孔孔机机的的轧轧辊辊设设计计 工具设计和轧机调整是影响工艺过程的决定性因素之一。 对各种穿孔机和轧管机的工具设计和调整要求是： 1.咬入条件良好，穿孔过程进行顺利； 2.毛管或者钢管笔直，内外表面质量好，几何尺寸 符合要求； 3.单位能耗小，轧机符合负荷在允许的条件下； 4.工具寿命高，磨损均匀； 5.机组生产率高。 工具设计的主要内容是确定工具形状和主要尺寸，并选择 工具材质及技术要求。 （1）辊径 D 辊径：轧辊辊轴直径D 首先从咬入条件和提高穿孔率的要求 为出发点来选择，然后再复核其强度。根据对现有穿孔机分析： p D i D 1 其中 Dp穿孔机的管坯最大直径。 本设计中采用 140 自动式轧管机组， Dpmax=160mm ； 5 . 76 1 i mmD i D p )1200960(160)5 . 76( 1 辽宁科技大学课程设计说明书 - 29 - 故取 D=1000mm （2）辊身长度 L： 以满足工艺对管坯直径压下量和毛管外径量的要求为依据来 确定。 L=L1+L2+L3 ； 1 1 max 1 tan2 R D L p ； 2 2 max 2 tan2 )( R DD L pk 式中： Dpmax 该穿孔机的管坯直径压下量最大值。 mmBDD ckpp 6199160maxmax （Dk+Dp）max该穿孔机的出口处毛管外扩量最大值 mmBDDD ckmpk 1599114)()( maxmax R1,R2端面圆角半径，取1525mm，由于 0 时的变 形区长将比 =0 时的短些，因此不考虑R1、R2。 对于140 自动轧管机组，入口锥角=3o3.5o，出口 1 锥角=3o3.5o 。 2 本设计中取：=3o ，=3.5o 。 1 2 DPmax=61mm，(Dk+DP)max=15mm 代入数据有： mmR D L p 60220 3tan2 61 tan2 1 1 . 1 max mmR DD L pk 14320 5 . 3tan2 15 tan2 )( 2 2 max 2 辽宁科技大学课程设计说明书 - 30 - 轧制带长度 L3与角 1和 2的大小有关， L3一般为 020mm，当 1和 2值很小时，可 取 L3=0，两锥间用大圆 弧过渡。本设计L1取 600mm，L2取 140mm，L3=0,1=3,2=3.5。 L=L1+L2+l3=600+140+0=740mm 辊径直径 d=（0.50.55）D=（500550）mm 取 d=500mm 辊径长 l=（0.81.0）d=（400500）mm 取 450mm 综上可得，穿孔机轧辊主要参数和形状如表5.2 及图 5.1 。 表 5.2 穿孔机轧辊主要参数 名称参数 辊径 D 1000mm 辊身长度 L 740mm 辊径直径 d 500mm 辊径长 l 450mm 入口锥角 1 3o 出口锥角 2 3.5o 辽宁科技大学课程设计说明书 - 31 - 图 5.1 穿孔机轧辊参数如表5.3 所示： 表 5.3 轧辊主要参数 项目参数项目参数 轧辊材质 65Mn 重量1.83（吨 /个） 轧辊硬度 HB141-184 生产中倾角 512 5 5. .2 2 穿穿孔孔机机顶顶头头设设计计 名称参数 顶头直径 t D80mm 鼻部直径 0 d17.6mm 过度圆弧直径 0 r9mm 鼻部长度 0 l14mm 辽宁科技大学课程设计说明书 - 32 - 穿孔锥长度 l180mm 辗轧长度 l252mm 反锥长度 l310mm 总长度 l156mm 材质25CrNi4VA 具体计算部分见轧制表设定的穿孔机部分 5 5. .3 3 穿穿孔孔机机能能力力参参数数计计算算 已知条件如下： 穿孔机 成品规格 10810 管坯 110 毛坯外径 穿 D114mm椭圆度系数1.101 壁厚 穿 S14mm顶头位置 C72mm 内径 穿 d86mm顶杆位置 yc92mm 导板间距 l109mm顶头直径80mm 轧辊间距 B99mm送进角 10 绝对压下量 H11mm入口锥角 13 顶头压下率3.14%出口锥角 23.5 穿孔机延伸系数2.10 辊身长 L=740mm 轧辊间距 B=99mm 导板间距 l=109mm 轧辊直径： D=1000mm 滑动系数 辽宁科技大学课程设计说明书 - 33 - 摩擦系数 ：6 . 0 7 . 0 4 . 0 y x S S 005 . 0 z f 顶头工作锥角：=12.25 =3.5 1 r 2 r 辊颈直径：=500mm 辊径长： l=450mm 径 d （1）变形区长： mmmm BD BD l m p 22857.227 5 . 3tan2 99114 3tan2 99110 tan2tan2 21 变 mm BD l p 105 3tan2 99110 tan2 0 1 1 mm BD l m 123 5 . 3tan2 99114 tan2 0 2 2 mm228 变 l （2）单位压下量： )tan(tantan 2 1 11 r S S Dr y x mx （3）接触宽度： mm86 . 4 )25.12tan3(tan6 . 010tan114 2 1 mm rBD rBrD b x xx 83.21 86 . 4 2991000 )86 . 4 29986 . 4 (1000 2 )2( 2 2 （4）接触面积： 2 11 74.153510583.2167. 067 . 0 mmblF （通常情况下考虑压扁，故增加一 )8 . 15 . 1 (8 . 0 22 blF 个压扁数（ 1.51.8），一般取 1.5 ) 2 22 11.322212383.212 . 12 . 1mmblF 辽宁科技大学课程设计说明书 - 34 - （5）单位轧制压力计算： 已知： Q215 钢在 1200 C 时 =2.2(鞍钢无缝厂手册 ) 0 s 2 /kg mm )15. 1 ( s nknP 入口锥角的平均单位压力： )15 . 1 )(7 . 21)(8 . 1 ( 2 1 s B b P 2 2 /89 . 3 2 . 215 . 1 110 99110 7 . 21) 99 83.21 8 . 1 ( mmkg 出口锥的平均单位压力： 2 12/92 . 2 89 . 3 75 . 0 75 . 0 mmkgPP 入口锥轧制压力：kgPFp03.597489 . 3 74.15351 11 出口锥轧制压力：kgPFp56.940892 . 2 11.32222 22 （6）总轧制力： tkgppP38.1559.1538256.940803.5974 21 （1）轧制力矩 Mzh: Pb=(0.130.27)P=0.215.38=3.08t tfPE bbx 16. 010sin3 . 008. 3sin 0 ) 2 (cos ck bbb L fPMPQ)4 . 03 . 0( sinsincos)5 . 0( px PEQX sin)5 . 0(cossin xp EQPY p PZcos (6.9) 21 aYaZMM bzh 辽宁科技大学课程设计说明书 - 35 - 故： 21 aYaZMM bzh ) 2 (cos)27 . 0 13 . 0 (sin) 2 ()cossincos( sin)5 . 0(cossincos) 2 (cos)27. 013 . 0 ( 221 221 ck bxpp xpp ck b L PfE Q aaaP EQaPaPa L Pf 式中： 分力 Z 的力臂，=0.521.83=10.92mm 1 a 1 a p 力与 Z 力臂的夹角， p 0111 44.12 99 92.102 tan 2 tan ck p B a 分力 Y，的力臂，=mm 2 a 2 1 2 2 aRa88.49992.10) 2 1000 ( 22 R轧辊半径， R=500mm 2 1000 金属与导板间的摩擦系数，计算时取=f=0.2 0.3 取 b f b f 0.3 f金属与轧辊间的摩擦系数 Q顶头轴向力， Q=（0.3 0.4）P=0.3515.38=5.38t Pb轧件对导板作用力， Pb=(0.130.27)p=0.2 15.38=3.08t Ex轴向摩擦阻力， Ex= 0.16t 送进角 , 0 10 导板距离， ck LmmHLck109110820 代入上式； Mzh=15382.59(10.92cos12.44+499.88sin12.44cos10 辽宁科技大学课程设计说明书 - 36 - ）+499.88(+160.27) 2 91.5383 sin10+0.1515382.590.3cos100=2079999.73kgmm 2 109 故：=2.08tm zh M (2)功率计算 N： N= 0.975 MM2 Tzh g n 式中 M 克服轴承摩擦力矩， M =PD TT颈z f 轴颈直径， D=300mm 颈 D 颈 滚动摩擦系数；=0.005 z f z f 机械效率；=0.9 轧辊转数；=100r/min. g n g n M =PD=15382.593000.005=23073.89kgmm T颈z f 故： MT=0.02tm N= 975 . 0 MMzh2 T g nwNkwk200035.476100 9 . 0975 . 0 02. 008. 22 额 电机安全 （3）穿孔机咬入条件计算 已知： 3 . 0 b f 0 10 0 1 32n 11 . 0 500 55 R 辊 坯 r i 11 2 tantan1tan i n f 辽宁科技大学课程设计说明书 - 37 - 14 . 0 3tan10tan11 . 0 1 2 3tan 0002 ffb3 . 0 能够咬入 （4）穿孔时的强度校核： 由前面计算可得轧制力P=15.38t，认为此力作用在轧辊 过渡处。由轧辊辊身和辊颈长，可得a=740mm,b=400mm.则， 根据力和力矩平衡可算出在两侧辊颈中点处的受力分别为 F =4.72t,F =10.66t.受力分析如 下图。 ab 进一步可算出在C，D 两点出的力矩： =4.7210825=38940Nm c M =4.7210225=10620Nm d M 辊颈处扭矩 : mt M MT t zhd 09 . 2 2 02. 0 08 . 2 2 辊身处扭矩 ：mt M TT t dD 08 . 2 2 02 . 0 09. 2 2 D 点为辊颈和辊身的接触点;C 点为轧辊的过渡处点。 辽宁科技大学课程设计说明书 - 38 - F/t 15.25t a d c b M/Nm 4.72t 10.66t 38940 10620 c M T/KNm 20900 20800 辽宁科技大学课程设计说明书 - 39 - 1）弯曲应力： 式中： W抗弯截面系数