中厚板生产压下规程课程设计--轧制规程设计.doc

塑性成型工艺（轧制）课程设计说明书课题名称1521009000mm轧制规程设计 指导教师 专业小组 小组成员 2013年06月15日度009 . - 23 -塑性成型工艺（轧制）课程设计任务书10级材料成型与控制工程专业设计小组：第12小组 成员： 设计课题：中厚板轧制规程设计 指导教师：张金标一、设计产品 设计小组学生学号产品牌号产品规格/mm1Q235102000900024510190010000312CrNi3A1218001000044Cr1313170090005Q235122100120006458180013000712CrNi3A142000900084Cr1312200080009Q23592050120001045102300120001112CrNi3A13190012000124Cr131521009000二、设计条件机组：双机架串列式可逆机组(二辊可逆轧机粗轧，四辊可逆轧机精轧)。 主电机：二辊轧机主电机型号ZD250/120，额定功率25002kw，转速04080rpm，过载系数2.25，最大允许传递扭矩1.22MN.m；四辊轧机主电机型号ZD250/83，额定功率20502kw，转速060120rpm，过载系数2.5，最大允许传递扭矩0.832MN.m。三、设计内容制定生产工艺及工艺制度；确定轧制方法；确定轧制道次，分配道次压下量；设计变形工具；计算力能参数；校核轧辊强度及主电机负荷；绘制轧辊零件图、轧制表。四、设计时间设计时间从2013年06月03日至2013年06月14日，为期两周。五、设计要求 每个设计小组提供6个以上设计方案，1成员完成1个设计方案的全部设计工作；组内分析、评价各个方案的设计结果，以最佳方案作为本组设计方案；小组提交最佳方案的设计说明书1份，组员提交个人的设计小结（简述方案、设计思路、计算过程和结果评价）。材料成型教研室2013.05.30目 录第一章 制定生产工艺及工艺制度1.1制定生产工艺及工艺制度1.2坯料选择1.3中厚板压下量1.4分配各道次压下量，计算各道次变形程度，轧件尺寸及轧制道次第二章 设计变形工具52.1设计二辊52.2设计四辊52.3校核咬入能力6第三章 计算力能参数73.1选择速度图73.2设计轧制速度（n1、 n2、 n3 、a 、b）73.3速度图（梯形图）73.4计算各道次时间73.5计算各道次轧制温度83.6计算各道次变形抗力93.7选用Sims公式计算各道次轧制力9第四章 校核114.1二辊轧机强度校核114.2四辊轧机强度校核 114.3计算各道次轧制力矩134.5空转力矩的确定134.6力矩图表134.7轧辊力矩图134.8求两机架的等效力矩144.9校核各机架主电机容量 14设计心得体会16附表一 中厚板压下规程轧制表17附图一 轧制力矩图18参考文献19 第一章 制定生产工艺及工艺制度1.1 制定生产工艺及工艺制度1.1.1制定生产工艺： 选择坯料原料清理加热除鳞纵轧二道（使宽度接近成品宽度）转90横轧到底矫直冷却表面检查切边定尺表面尺寸形状检查力学性能试验标记入库发货。1.1.2制定工艺制度： 在保证压缩比的条件下，坯料尺寸尽量小，加热时出炉温度应在1120-1300，温度不要过高，以免发生过热或过烧现象；用高压水去除表面的氧化铁皮；矫直时选用辊式矫直机矫直，开始冷却温度一般要尽量接近纵轧温度，轧后快冷到相变温度以下，冷却速度大多选用5-10或稍高一些。切边用圆盘式剪切机进行纵剪，然后用飞剪定尺。1.2坯料选择1.2.1选择坯料 根据生产经验和实践，因为连铸坯更加节能，组织和性能好，成材率高；主要用于生产厚度小于80mm中厚板，且目前生产中厚板选择连铸坯已成为主流，所以选择连铸坯。1.2.2坯料尺寸的确定1.2.2.1坯料厚度的确定：产品的厚度h=15mm，首先选取压缩比，压缩比由经验值选取，我国压缩比一般在8以上，考虑到成材率，因此本设计压缩比选取9，则坯料厚度H=135。1.2.2.2坯料长度的确定： 由成品（b+b）坯长L，切头尾L=90mm，切边b=25mm，展宽为500700,取展宽为500mm，则L=（2100+50）-500=1650mm。1.2.2.3坯料宽度的确定： 金属烧损系数一般为1%，由体积不变定律可得：99%HBL=（l+290）（b+225）15带入数据解得： B=1340mm校核成材率：94%图1 道次压下量分配原则道次n道次h1.3变形量分配1.3.1轧制方法的确定 先经过二辊轧机纵轧二道,然后转90度，横轧到底。1.3.2道次压下量的确定坯料尺寸：HBLm，则总的压下量为135-15=120。根据经验值选取轧制道次n=12，制定压下规程。由于开始轧制时受咬入能力限制，所以在轧制前设计一个除鳞箱，保证咬入能力较好，并选取咬入条件较好的经验方法。道次压下量与道次关系如图1所示。由图1所示，各道次的压下量逐渐减小，同时幅度也在逐渐减小，所以粗轧的压下量较大，而精轧的压下量较小。设定总轧制道次为十二道次，粗轧为七道次（选取二辊可逆轧机），精轧为后五道次（选取四辊可逆轧机）。制定压下规程如表表1-1 表1-1 道次压下量的分配 道次 轧制 方式机架 轧件厚度h/mm 轧件度宽b/mm 轧件长度l/mm 压下量h/mm 变形程度e/%0除鳞高压水1纵轧二辊2横轧二辊3横轧二辊4横轧二辊5横轧二辊6横轧二辊7横轧二辊8横轧四辊9横轧四辊10横轧四辊11横轧四辊12横轧四辊第二章 设计变形工具2.1二辊轧机尺寸设计2.1.1辊身长度由L=bmax+a，又因为bmax=2150mm，当bmax=1000-2500mm时，a=150-200mm（轧钢机械P80),取a=200mm，则L=2200+200=2400mm2.1.2辊径尺寸中厚板轧机L/D=2.2-2.8，则D=857-1090mm，取D=880mm2.1.3辊颈尺寸 查表3-5取d/D=0.75（轧钢机械P81）得d=660mm； 辊颈长度l： 取d/l=1.0得l=660mm2.1.4辊头设计 因为对于中厚板轧机来说轧辊调整行程比较大，倾角在8-12之间所以应 选择万向辊头，其各部分的尺寸关系如下：Dmin=Dmax-Dmax重车率，中厚板轧机最大重车率5%-8%，取重车率为5%则 Dmin=880-8805%=836mmD1=Dmin-(5-15)mm 取D1=Dmin-6=830mmS=（0.25-0.28）D1 取 S=0.25D1=207.5mma=（0.5-0.6）D1 取a=0.5D1=415mmb=（0.15-0.20）D1 取b=0.2D1=166mmc=b=166mm2.1.5辊颈与辊身的过度圆角r由r/D=0.1-0.12 取r/D=0.1 得r=0.1880mm=88mm2.2设计四辊2.2.1支承辊设计2.2.1.1辊身长度同前L=2400mm2.2.1.2辊径尺寸D2 查表（轧钢机械）L/D2=2.0 得D2=1200mm2.2.1.3辊颈尺寸 取d2/D2=0.75 则d2=12000.75=900mm辊颈长度 l2/ d2=1.0 则l2=900mm2.2.1.4辊头设计选择万向辊头，因为对于中厚板轧机来说轧辊调整行程比较大，倾角在8-12之间所以选择万向辊头。各部分的尺寸关系如下： Dmin=Dmax-Dmax重车率 取重车率为5% 则Dmin=1200-12005%=1140mmD1=Dmin-（5-15）mm 取D1=Dmin-10=1130mmS=（0.25-0.28）D1 取S=0.27D1=300mma=（0.5-0.6）D1 取a=0.5D1=565mmb=（0.15-0.2）D1 取b=0.2D1=226mm 取b=230mmc=b=230mm2.2.1.5辊颈与辊身的过度圆角r2=0.1D2=120mm2.2.2工作辊设计2.2.2.1辊身设计同前L=2400mm2.2.2.2辊径尺寸根据（轧钢机械P80），当轧件较厚时，由于要求较大工作辊直径，取D2/D1=1.5,得D1=800mm。2.2.2.3辊颈尺寸取d1/D1=0.75 则d1=600mm辊颈长度： 取l1/d1=1.0，得l1=600mm2.2.2.4辊颈与辊身的过度圆角r1 取r1=0.1D1=80mm2.2.2.5辊头设计选择万向辊头，选择原因同上。各部分的尺寸关系如下所示： Dmin=Dmax-Dmax重车率 重车率取5%，则Dmin=800-8005%=760mm D1=Dmin-（5-15)mm 取D1=Dmin-10=750mm S=（0.25-0.28）D1 取S=0.28D1=210mm a=（0.5-0.6）D1 取a=0.5D1=375mm b=（0.15-0.2）D1 取b=0.2D1=150mm c=b=150mm2.3校核咬入能力热轧钢板时咬入角一般为15-22，低速咬入可取为20，故hmax=D1(1-cosa)=43mm,故咬入不成问题。第1章 计算力能参数3.1选择速度图由于整个轧制过程中,轧件较长，所以选择梯形图较理想。3.2设计轧制速度（n1、 n2、 n3 、a 、b）目前，可逆式中厚板轧机粗轧机的轧辊咬入和抛出转速一般在10-20rpm和15-25rpm范围内选择 ，精轧机的轧辊咬入和抛出转速一般在20-60rpm和20-30rpm范围内选择。根据经验资料取平均加速度a=40rpm/s，平均减速度b=60rpm/s。 所以在二辊轧机上轧制时，取咬入转速n1=10rpm， n2nH(nH-电机的最大转速)取n2=30 rpm，取n3=20rpm 在四辊轧机上轧制时，取咬入转速n1=20rpm， n2nH(nH-电机的最大转速)取n2=40rpm ，取n3=20rpm3.3速度图（梯形图）图 5-1 梯形速度图3.4计算各道次时间第一道：空载加速时间为t1，加速轧制时间为t2，设等速轧制时间为t3，减速轧制时间为t4，空载减速时间为t5对于二辊轧机空载加速时间： t1= n1/a=0.25s加速轧制时间： t2= （n2 n1）/a=(30-10)/40=0.5s等速轧制时间： t3=1/n2n12/2a+60L/D+n32/2b-n22（a+b）/ab=0.17s减速轧制时间： t4= （n2 n3）/b=（30-20）/60=0.17s空载减速时间： t5=n3/b=20/60=0.33s所以纯轧时间： tz=t2t3t4=0.5+0.17+0.17=0.84s如果轧件长度l3.5m 取间隙时间tj=2.5s;如果轧件长度3.5m l8m取间隙时间tj=4s所以tj1=2.5s其他道次的各组成时间如下表所示:表 3-1道次t1（s）t2（s）t3（s）t4（s）t5（s）tj（s）tz（s）t总10.250.50.170.170.332.50.8443.6720.250.50.500.170.332.51.1730.250.50.360.170.332.51.0340.250.50.760.170.332.51.4350.250.51.150.170.3361.8260.250.51.550.170.3362.2270.250.52.430.170.3363.1080.50.52.610.330.3363.4450.5690.50.53.250.330.3364.08100.50.53.640.330.3344.47110.50.54.100.330.3344.93120.50.54.660.330.3345.493.5计算各道次轧制温度为了确定各道次轧制温度，必须求出逐道的温度降。高温时轧件温度降可以按辐射热计算，而认为对流和传导所损失的热量大致可与变形功所转化的热量相抵消。由于辐射热所引起的温度降在热轧板、带材时，可用以下公式近似计算：t=12.9Z/h(T1/1000)4Z该道次的轧制时间与上道次间隙时间之和T1前一道的绝对温度，Kh轧出厚度根据经验，双机架中厚板轧机轧制材料为Q235的钢板时，其粗轧开轧温度为1200，精轧的开轧温度为1080。所以第一道温降为： t1=12.9Z/h(T1/1000)4 =12.90.84/80（1200+273）/10004=1精轧开轧温度为1080 则 t8=12.9Z/h(T1/1000)4 =12.99.44/15（1080+273）/10004=27所以第8道轧后轧件温度为：1080-27=1053所有道次轧制温度如下表所示：表 3-2道次123456789101112Z（s）0.843.673.533.934.328.229.109.4410.0810.478.939.49温度（）12001199116611601152113611141080104910149859543.6计算各道次变形抗力轧件在二辊轧机上轧制时平均轧制速度为： V1=Dn2/60=3.1488030/60=1382mm/s（n为稳定轧制速度）轧件在四辊轧机上轧制时平均轧制速度为： V2=Dn2/60=3.1480040/60=1675mm/s（n为稳定轧制速度）故平均变形程度： =2V/(Hh)所以1=21.382/（100+80）=3.3由1和t1查图17-3（金属塑性加工学）得：s1=60Mpa，再由1=20%得修正系数K=0.98 所以变形抗力sT1=Ks1=0.9860=58.8MPa其他道次变形抗力如下表所示：表3-3道次1234567891011123.33.74.14.84.84.87.111.48.56.77.38.0202020.3121.5717.515.152528.5713.337.698.339.09T1200119911661160115211361114108010491014985954sT58.860.861.762.765.171.0104.0113.992.779.897.2103.83.7选用Sims公式计算各道次轧制力求第一道轧制力 因为变形抗力K=1.155sT 所以K1=1.15558.8=67.91Mpa接触弧长l=94mmR/h=440/80=5.5 查曲线5-24求外摩擦影响系数n1由1与R/h,查得n1=0.8又因为为无张力轧制 所以张力影响系数n1=1.0求外端影响n1，由l/h=1.175,因为在轧制薄板时计算平均单位压力可取n1=1.0，即不考虑外端的影响。由轧制力计算公式P= nnnKbl则P1=n1n1n1K1b1l1=0.81.01.067.9141.6000.094=8.17MN同理其它道次轧制力如下表所示：表3-4道次123456789101112轧制力P（MN）8.179.4413.111510.910.220.319.98.65.36.46.9第四周 校核4.1二辊轧机强度校核由上面计算知二辊轧机最大轧制力Pmax=P7=7.14MN4.1.1求辊身的弯曲力矩MshMsh=Pmax(L+l/4b/8)L辊身长度，l辊颈长度，b轧件长度 则Msh=Pmax(L+l/4b/8)=7.14(2.3+0.45）/42.15/8=2.99MNm4.1.2求辊颈的弯曲力矩MjMj=Pmaxl/4=7.140.45/4=0.8MNm4.1.3求辊身的弯曲应力shsh= Msh/(0.1D3 )=2.99/（0.10.863）=47Mpa4.1.4求辊颈的弯曲应力jj=Mj/（0.1d3）=0.8/（0.10.53）=64.3Mpa4.1.5求辊颈的扭转力矩MnMn=P=0.27MNm h最大轧制力时的压下量4.1.6求辊颈的扭转应力jj=Mn/（0.2d3）=0.27/（0.20.53）=10.6Mpa4.1.7求合成应力h对于钢轧辊h=66.9Mpa4.1.8辊头的弯曲应力K由图7-21查得K=1.215b0=2=867.8mm;b=1.5s=1.5240=360mm;x=0.5(b0-2b/3)sin+x1=303.4mm;j=60MKx/(b0-2b/3)bs2=600.271.215303.4/627.83602402=45.07Mpa4.1.9轧辊材料选择已知sh=47Mpa ；j=64.3Mpa；h=66.8Mpa所以由表6-1（轧钢车间设备 潘慧勤主编）表6-1材料合金锻钢碳素锻钢铸钢铸铁球墨铸铁强度极限b686735588637490588343392392588许用应力137.2149117.6127.498117.668.678.478.4117.6材料的抗拉强度b=686735Mpa 取b=700 Mpa 因为b/sh=700/66.3=10.563 所以辊身安全符合要求；b/j=700/64.3=10.893所以辊颈安全符合要求b/h=700/66.8=10.483所以安全4.2四辊轧机强度校核 选工作辊材质为铸铁；支撑辊材料选合金锻钢；由上面计算知四辊轧机最大轧制力Pmax=5.43MN4.2.1支撑辊强度校核4.2.1.1辊身Msh2=P(L+l/4L/8)=5.43；(2300+600)/4-2300/8=2.38MNm则sh2= Msh2/(0.1D23)=2.38/(0.19403)=28.11Mpa 因为b/sh2=686/28.11=24.43 所以辊身安全；4.2.1.2辊颈Mj2=P/4l2=5.43/40.6=0.81MNm则j2= Mj2/（0.1d23）=0.81/(0.10.73)=23.75Mpa 因为b/j2=686/23.75=28.893 所以辊身安全；4.2.1.3辊头无校核内容4.2.2工作辊强度校核4.2.2.1辊身 由于有支承辊承受弯曲力矩，故工作辊只考虑扭转力矩。在轧制过程中前后张力差不大，工作辊辊身不需要校核。4.2.2.2辊颈 Mn=P=0.14MNm h最大轧制力时的压下量 j1=Mn/（0.2d13）=16.15Mpa; =7080Mpa;4.2.2.3辊头 K由图7-21查得K=1.19 b0=2=493.2mm =8 X1=a/2=150mm S=130mm b=1.5S=195mm x=0.5(b0-2b/3)sin+x1=175.4 j=60MKx/(b0-2b/3)bs2=14.5Mpa=7080;满足要求4.2.2.4接触应力计算 max= max= 884.19MPa 因为支承辊表面硬度Hs=4050 =2100Mpa =640Mpa 所以验算通过。4.3计算各道次轧制力矩MZ=2P=2Pl式中：力臂系数，一般取0.40.6，这里取0.5, l接触弧长 所以MZ1=20.588.42.13=0.19MNm其他各道次计算值见表4.4附加摩擦力矩确定4.4.1 轧辊轴承中的附加摩擦力矩Mm1=pfd d轧辊辊颈直径； f轧辊轴承摩擦系数； 滚动轴承f=0.003; 摩擦轴承f=0.010.02;对于二辊：Mm1=2.130.0030.5=0.0032MNm;其他各道次计算公式相同，其结果见表；对于四辊：Mm1=pfd（Dg/Ds)Dg四辊轧机工作辊直径520mm;Ds四辊轧机支承辊直径1000mm;Mm1=5.4390.010.7520/1000=0.019MNm;其他各道次计算值见表传动机构中的摩擦力矩Mm2 =(1/-1)(Mz +Mm1)/i传动机构的效率 为0.85i传动比 取0.1第一道次 Mm2 =（1/0.85-1）（188.3+3.19）/1=0.338MNm其他各道次计算值见表4.4.2 附加摩擦力矩的计算二辊：Mm=Mm1/i+Mm2Mm1轧辊轴承中的附加摩擦力矩Mm2传动机构中的摩擦力矩第一道次 Mm=3.19/1+33.79=36.98KNm四辊：Mm=Mm1 D工/i D支 +（1/-1）Mz /i第八道次Mm =0.604MNm其他各道次计算值见表4.5 电动机额定力矩的计算二辊轧机主电机额定力矩计算M H 1=9550NH1 /nH1 =955025002/80=596.9KNm四辊轧机主电机额定力矩计算M H 2=9550NH2/nH2 =955020502/100=391.6KNmNH1NH2 分别为二辊轧机和四辊轧机主电机的额定功率nH1nH2 二辊轧机和四辊轧机主电机所选用的转速4.6空转力矩的确定 因为Mk=(0.030.06)MH; MH电动机额定扭矩，Mk=0.05MH所以二辊Mk=0.05MH= 29.85KNm 四辊Mk=0.05MH=19.58KNm4.7动力矩的计算 动力矩的计算公式Md =aGD2/375 (加速轧制) Md =bGD2/375 (减速轧制）a b为加速度; G为转动部分的重量; D转动部分的惯性直径 查得GD2 为15105 Nm2加速轧制期的动力矩Md a=160KNm减速轧制期的动力矩Md b=240KNm4.8各道次各阶段的传动力矩计算 根据轧制图表速度图计算各道次的输出力矩；绘制力矩图； 4.8.1稳定轧制时期动力矩的计算Mn=Mz/i+Mm+MK 第一道次稳定轧制时的动力矩为Mn=255.13KNm 其他各道次计算值见表 4.8.2加速轧制时的传动力矩计算 Mn=Mz/i+Mm+MK+Md a 第一道次加速轧制时的传动力矩为Mn=188.3/1+36.98+29.85+160=415.13KNm 其他各道次计算值见表 4.8.3减速轧制时的传动力矩计算 Mn=Mz/i+Mm+MK-Md b 第一道次减速轧制时的传动力矩为Mn=188.3/1+36.98+29.85-240=-18.66KNm 其他各道次计算值见表 4.8.4空转加速期 Mn=Mda+MK=29.85+160=189.85KNm 其他各道次计算值见表 4.8.5空转等速期Mm=MK 4.8.6空转减速期Mn=Mk-Mdb=29.85-240=-210.15KNm 4.9力矩图表所以其他道次的轧制力矩，附加摩擦力矩，空转力矩列表如下：表 6-2道次123456789101112MZ（MNm）0.770.791.001.050.600.481.120.980.240.110.130.14Mm1（MNm）0.4310.4980.6920.7920.5760.5391.0720.9550.4130.2540.3070.331Mm2（MNm）0.0240.0260.0340.0370.0240.0200.0440.0390.0130.0070.0070.009Mm（MNm）0.4550.5240.7260.8290.6000.5591.1160.9940.4260.2610.3140.340Mk（MNm）0.0720.0720.0720.0720.0720.0720.0720.050.050.050.050.05轧制力矩图见附图一。4.轧辊力矩图在各个期间内转动的总力矩为：加速轧制期 M2=MjMd，不考虑动力矩，则M2=Mj=MZ/iMmMk=0.770.4550.072=1.297MNm等速轧制期 M3=Mj=1.297 MNm减速轧制期 M4= MjMd=Mj=1.297 MNm空载加速期 M1= MkMd=Mk=0.072 MNm空载减速期 M5=MkMd=Mk=0.072 MNm其它道次的各期间总力矩如下表所示表 6-3道次123456789101112M1（MNm）0.0720.0720.0720.0720.0720.0720.0720.050.050.050.050.05M2（MNm）1.2971.3861.7981.9511.2721.1112.3082.2040.7160.4210.4940.530M3（MNm）1.2971.3861.7981.9511.2721.1112.3082.2040.7160.4210.4940.530M4（MNm）1.2971.3861.7981.9511.2721.1112.3082.2040.7160.4210.4940.530M5（MNm）0.0720.0720.0720.0720.0720.0720.0720.050.050.050.050.054.10校核各个机架主电机容量4.10.1求两机架的等效力矩 等效力矩的计算Mjum=式中：Mjum等效力矩 tn轧制时间内各段纯轧时间的总和 tn轧制周期内各段间隙时间的总和 Mn各段轧制时间所对应的力矩 Mn各段间隙时间所对应的空转力矩 二辊轧制主电机前等效力矩最大的为第8道次Mjummax=Mjum7=0.5826.372+0.33426.372+666.3721.44+0.5189.952+210.1520.33+29.85211.17/(2.26+12)1/2=275.64KNm 四辊轧制主电机前7道次中等效力矩最大的为第7 道次Mjummax=Mjum8=219.08KNm 校核电动机温升条件Mjum MH Mjum7MH1; Mjum8MH2 所以主电机不会过热，满足生产要求 4.10.2.校核电动机的过载条件 MmaxKGMH Mmax 轧制周期内最大力矩 KG 过载系数 MH电动机额定力矩 二辊轧制电动机KG =2.25 ; Mmax=530.55KNm KGMH1=2.25591.9=1331.8KNm 530.55KNm1331.8KNm 四辊轧制电动机 KG =2.5 ; Mmax=276.91KNm KGMH2=2.5391.6=979KNm 276.91KNm979KNm 4.10.3.电动机功率的计算 公式为 N=(0.105Mjumn)/ N电动机转速 电动的到轧机的传动效率 为0.85 二辊轧机电动机功率 n=80r/min =0.85 Mjum=275.64KNm N=0.105275.6480/0.85=2315kw25002kw(额定功率) 四辊轧机电动机功率 n=100r/min =0.85 Mjum=219.08KNm N=0.105219.08100/0.85=2706.3kw20502kw(额定功率)设计心得体会经过这次中厚板压下规程课程设计，我进一步了解了中厚板压下规程的设计过程，使得在书本和课堂上学到的知识能与实践相结合，加强了我的中厚板压下规程设计知识，我对中厚板压下规程设计工艺产生更浓厚的兴趣，使个人的中厚板压下规程设计工艺的能力得到综合运用