毕业设计（论文）-椭圆—圆孔型系统设计.doc

攀枝花学院学生课程设计（论文）题 目： 椭圆圆孔型系统设计 学生姓名： 学 号： 201111102042 所在院(系)： 材料工程学院 专 业： 材料成型及控制工程 班 级： 2011级压力加工班 指 导 教 师： 肖玄 职称： 助教 2014年 10 月 13 日攀枝花学院教务处制攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目椭圆圆孔型系统设计1、课程设计的目的通过本课程设计教学所要达到的目的是：1、训练学生综合运用机械原理、金属塑性成型原理、金属凝固原理、成型工艺设备及设计等课程的理论知识独立思考、分析、初步解决材料成型工艺问题的技能，提高运算、设计绘图能力及查阅资料的技能；2、使学生熟练掌握工艺设计的步骤和方法；3、培养学生以理论为基础并结合生产实际进行工艺设计的设计思想。4、为毕业设计（论文）及毕业后从事工程工作打下良好的基础。2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）内容：1、根据所选的题目查阅相关的资料，认真理解题目的意图。2、按要求设计计算出相应的轧制规程（孔型图）。3、对照生产实际，对自己的设计进行综合评定、总结。要求：1、设计过程中要做到严谨、科学、切合实际。2、要有一定的突破及创新。3、设计说明书要严格按要求书写。3、主要参考文献1轧钢车间设计基础，袁康，北京钢铁学院压力加工系2板带钢轧制工艺指导书，李登超3挤压工艺及模具，贾俐俐等，机械工业出版社4冲模设计应用实例，模具实用技术丛书编委会，机械工业出版社5塑性成形工艺与模具设计，高锦张等，机械工业出版社4、课程设计工作进度计划第一周：1、认真领会指导书中所给题目的内容，查阅相关的资料。2、根据自己的理解形成初步的设计方案。第二周：1、对自己的设计方案进行修改。2、书写设计说明书。指导教师（签字）肖玄日期2014年 10月9 日教研室意见：同意。 孙青竹 2014年 10 月11日学生（签字）： 接受任务时间： 年 月 日课程设计（论文）指导教师成绩评定表题目名称椭圆圆孔型系统设计评分项目分值得分评价内涵工作表现20%01学习态度6遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。02科学实践、调研7通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。03课题工作量7按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。能力水平35%04综合运用知识的能力10能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。06设计（实验）能力，方案的设计能力5能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。07计算及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。08对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）10具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。成果质量45%09插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度5符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。10设计说明书（论文）质量30综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。11创新10对前人工作有改进或突破，或有独特见解。成绩指导教师评语指导教师签名： 年月日摘 要椭圆圆孔型因其延伸较小,轧制稳定性差等原因, 过去在生产中较少使用。近年来,由于对钢材表面质量要求越来越高,具有变形较均匀和表面皱折少等特点的椭圆圆孔型在国外被广泛使用,尤其在轧制合金钢中使用更为普遍。但由于过去使用少,因此其设计方法研究也较少。椭圆-圆孔型系统中变形较为均匀，轧制前后的断面形状过渡缓和，能防止产生局部应力；轧件断面各处冷却均匀；氧化铁皮易于脱落；还可由延伸孔型轧出成品圆钢，减少了轧辊数量和换辊次数。椭圆圆孔型系统多用轧制低塑性的合金钢，也用于轧制普通的后几个延伸孔型，特别是现代化连续式线材轧机上45无扭精轧机组的延伸孔型。关键词 椭圆-圆孔型，表面质量，轧件断面，延伸孔型目 录摘 要- 1 -1 绪论- 3 -1.1椭圆-圆孔型设计简介- 3 -1.1.1椭圆-圆孔型系统的优点- 3 -1.1.2椭圆-圆孔型系统的缺点- 3 -1.2椭圆-圆孔型系统的应用范围- 3 -1.3变形系数- 4 -1.3.1宽展系数- 4 -1.3.2延伸系数- 4 -1.4椭圆-圆孔型系统的孔型尺寸及其构成- 4 -2 了解生产条件- 6 -2.1了解产品的技术条件- 6 -2.2了解原料条件- 6 -2.3了解轧机的性能及其它设备条件- 6 -3 选择合理的孔型系统- 6 -4 总轧制道次数的确定- 7 -4.1 当钢锭或钢坯的断面尺寸- 7 -4.2如有几种钢坯尺寸可以任意选择时- 7 -5 各道次变形量的分配- 8 -5.1 金属的塑性- 8 -5.2咬入条件- 8 -5.3轧辊强度和电机能力- 8 -5.4孔型的磨损- 8 -6 确定轧制断面形状和尺寸- 9 -6.1 椭圆-圆孔型的设计尺寸- 9 -6.2轧机辊缝调整- 10 -6.2.1孔型设计误差- 10 -6.2.2辊缝调整量计算- 10 -7 结论- 13 - 15 -1 绪论1.1椭圆-圆孔型设计简介图1 椭圆圆孔型系统1.1.1椭圆-圆孔型系统的优点轧件变形较为均匀，轧制前后轧件的断面形状过渡均匀，从而避免了金属由于剧烈的不均匀变形而产生局部应力。轧件断面各处冷却均匀，因而不易产生冷却裂纹。孔型形状有利于去除轧件表面上的氧化皮，使轧件表面 质量良好。在某些情况下，可由椭圆-圆延伸孔型系统轧出成品圆钢，因而可减小轧辊数量和换辊次数。1.1.2椭圆-圆孔型系统的缺点延伸系数较小，通常不超过1.31.4，因为所需轧制道次较多。椭圆轧件在圆孔型中不易稳定，要求圆孔型入口夹板班调整准确。在圆孔型，轧件对放宽展敏感，易产生耳子，因此轧机调整要求严格。1.2椭圆-圆孔型系统的应用范围椭圆-圆孔型系统主要用于轧制塑性极低的钢材。近年来，由于连轧机的广泛使用，特别是在水平轧辊机架与立辊机架的交替布置的连轧机和45轧机上，为了使轧件在机架上不进行翻钢，以保证轧制过程中的稳定和消除卡钢事故，因而椭圆-圆孔型系统代替了椭圆-方孔型系统被广泛地用于小型和线材和连轧机。1.3 变形系数1.3.1宽展系数轧件在椭圆孔型中宽展系数为0.50.95。轧件在圆孔型中的宽展系数为0.30.41.3.2延伸系数椭圆-圆孔型延伸率一般不超过1.31.4。轧件在椭圆孔型系统中延伸系数为1.21.6轧件在圆孔型中的延伸系数为1.21.41.4椭圆-圆孔型系统的孔型尺寸及其构成(1)求基圆半径（mm）：R=（Fy/）1/2 式中的Fy为圆轧件断面积 (2)设计孔型高度（mm）：hk=2R(3)设计孔型宽度（mm）：bk=2R+ 式中为宽展余量，可取为=24mm(4)选取扩张角：一般在1530范围内选择，通常取=30椭圆圆孔型系统如图所示。仍以轧件高度H1和宽度B1作为非线性方程组的未知量，以辊缝S1和充满度1作为设定量，则根据图示的几何关系，孔型和轧件的其他各参数表达式为：下面采用筱仓宽展公式建立椭圆圆系统的非线性方程组，公式的统一表达式为：式中为孔型常数，圆进椭圆和椭圆进圆都为0.83；H0、B0、F0分别为来料的高、宽、断面积；FH为被孔型压下的轧件面积，即轧件与孔型的交点宽度Bn以内，孔型以外的轧件面积。图2 孔型作图法2 了解生产条件2.1了解产品的技术条件产品的技术条件包括产品的断面形状、尺寸及其允许的偏差，包括对产品表面质量、金相组织和性能的要求；对某些产品还应了解用户的使用情况及其特殊要求。2.2了解原料条件原料条件包括已有的钢锭或钢坯的形状和尺寸，或者是按照孔型设计要求重新选定原料的规格。2.3了解轧机的性能及其它设备条件括轧机的布置、机架数量、辊径、辊身长度、轧制速度、电机能力、加热炉、移钢和翻钢设备、工作辊道和延伸辊道、延伸台、剪机或者锯机的性能，以及车间平面布置情况等。3 选择合理的孔型系统选择合理的孔型系统是孔型设计的关键步骤之一，对于新产品，设计孔型之前应该了解类似产品的轧制情况及其存在的问题，作为考虑新产品孔型设计的依据之一，对于老产品，应了解在其他轧机上轧制该产品的情况及其存在的问题。在品种多，但产量要求不高的轧机上，应该采用共性大的孔型系统，这样可以减少换辊次数及轧辊的储备量。但在品种单一，及专业化较高的轧机上，应该尽量采取专用的孔型系统，这样可以排除其他产品的干扰，使产量提高。这是采用的椭圆-圆孔型系统。4 总轧制道次数的确定4.1 当钢锭或钢坯的断面尺寸为已知条件的情况下孔型系统选择之后，必须首先确定轧制该产品时所采用的总轧制道次数及按道次分配变形量。(1)当钢锭或钢坯的断面尺寸为已知时如用矩形断面的钢锭轧成矩形断面的钢坯，则总压下量为：h=(1+)(H-h)+(B-b)总轧制道次为：n=h/he式中=b/h宽展系数，=0.150.25;hc道次平均压下量，hc=(0.81.0)hmax轧制型钢时，由于断面形状比较复杂，而且压下量是不均匀的，所以变形量通常用延伸系数来表示。当坯料和成品的横断面积为已知时，总延伸系数为：=123n=F0/F1F1/F2F2F3Fn-1/FN=F0/Fn式中F1、F2、F3、Fn各道轧后的轧件横断面面积；F0、Fn坯料和成品的横断面面积。如果用平均延伸系数c代替各道的延伸系数，则：=c由此可确定出总轧制道次数为：n=/c=(F0-Fn)/c轧制道次数应取整数，具体应取奇数还是偶数则取决于轧机的布置。平均延伸系数是根据经验或同类轧机用类比法选取。在实际设计时也可根据轧机的具体条件，首先选择最合理的轧制道次，然后求出生产该产品的平均延伸系数c，然后将这一平均延伸系数与同类轧机生产该产品所使用的平均延伸系数相比较，若接近或小于上述数字，则说明生产是可能的，若大于这些数字很多时，则需要增加道次。若增加道次也不能解决，则说明原料断面过大，需要首先轧成较小的断面，然后经过再加热才能轧出成品。4.2如有几种钢坯尺寸可以任意选择时应根据轧机的具体情况选择最合理的轧制道次，然后求出钢坯的横断面积；钢坯得边长计算出的钢坯边长选择与其接近的钢坯尺寸。5 各道次变形量的分配5.1 金属的塑性根据对金属的大量研究表明，金属的塑性一般不成为限制变形的因素。对于某些合金钢锭，在未被加工前，其塑性较差，因此要求前几道次的变形量要小些。5.2咬入条件在许多情况下咬入条件是限制道次变形量的主要原因，例如在初轧机，钢坯机和型钢机的开坯道次，此时轧件温度高，轧件表面长有氧化皮，故摩察系数较低，所以，选择这些道次的变形量时要进行咬入验算。5.3轧辊强度和电机能力在轧件很宽而且轧 槽切入轧辊 很深时，轧辊强度对道次变形量也起限制作用。在一般情况下轧辊工作直径应该不小于辊直径。在新建轧机上，一般电机能力是足够的，仅在老轧机上，电机能力往往限制着道次的变形量。5.4孔型的磨损在轧制过程中，由于摩擦力的存在，孔型不断磨损。变形量越大，孔型磨损越快，孔型的磨损直接影响到成品尺寸的精度和表面粗糙度。同时，孔型的磨损增加了换孔换辊的时间，影响轧机参量。成品尺寸的精确度和表面粗糙度主要取决定于最后几道次，所以成品道次额成品前道次的变形量应取小些。不难看出，影响道次变形量的因素是很复杂的，经常是各种原因综合起作用。下图是变形系数按照道次分配的典型曲线，它的主要依据是：在轧制初期，因为轧件温度高，金属的塑性和轧辊强度以及电机能力不同成为限制因素。而炉生氧化铁皮是摩擦系数降低，咬入条件成为限制的变形量的主要因素：随着卢生氧化铁皮的剥落，咬入条件得到改善，而此时轧件温度降低不多，故变形系数可不断增加，并达到最大值。随着轧制过程的继续进行，轧件断面积逐渐减小，轧件温度降低，变形抗力增加，轧辊强度和电机成为主要限制变形量的主要因素，因此变形系数降低。在最后几道中，为了减少孔型磨损，保证成品断面的形状和尺寸的精确度，应采用较小的变形系数。曲线 的变化范围很大，是考虑其他意外因素的影响。实际生产过程中，为了合理的分配变形系数，必须对具体的生产条件做具体的分析。如果在连轧机上轧制时，由于 轧件速度高，轧件温度变化小，所以各道次的延伸系统可以取成相等或者近似相等。图3 轧制道次的分配各道次的延伸系数被确定之后，要用其连乘稳进行校核，若其连乘积中有 积等于总的延伸系数，则说明确定的各道次的延伸系数是对的；否则需要调整各道次的延伸系数使其连乘积等于总的延伸系数。6 确定轧制断面形状和尺寸6.1 椭圆-圆孔型的设计尺寸椭圆一圆孔型系统，从椭圆，到圆，均匀分配延伸系数，即从圆到圆的平均延伸系数为1.16-1.28，佳值区为1.27-1.28。一般都把轧制系统的主支置于佳值上。在求得每个圆的宽度后，再按孔型的构成算挂其他尺寸。当确定了每个圆孔后，再分别设计每个立椭圆孔上一道椭圆孔的尺寸。如图图4 孔型尺寸高度为:H4（0.60.8）B3;H6=(0.710.85)B5;宽度为:B4=1.65B3+；（05）;B6=1.65B5+（05）;辊缝为:S4（1/51/4）H4;S6=（1/51/4）H6;6.2轧机辊缝调整6.2.1孔型设计误差按照上述方法进行孔型尺寸计算，其迭代模型是根据宽展公式建立的非线性方程组，所以选取的宽展公式不同，得到的结果也不尽相同。设已知条件为：D1D2400mm，R020mm，R215mm，S15mm，10.9，采用不同公式得到的椭圆圆孔型系统计算结果列于表表1 椭圆圆轧制方式的计算结果公式12H1B1BK筱仓恒树1.2561.31522.81950.22455.804斯米尔诺夫1.1951.16925.66647.78953.099 对表1中某一结果用另一公式进行仿真计算，则在圆孔中轧出的轧件其水平与垂直方向约有3mm的径差，这说明由于宽展公式的误差将导致设计出的孔型无法轧出断面形状正确的轧件。因轧制过程中影响宽展的因素复杂，难以精确预报，宽展公式的误差总是存在的，例如筱仓公式给出的预报精度为：4%5所以问题在于，如何通过正确的轧机调整，使得在已设计出的孔型系统中能够轧制出合乎要求的轧件。6.2.2辊缝调整量计算当孔型尺寸的计算存在一定误差时，使用已设计好的孔型系统能否轧出断面形状规则的方、圆轧件，将取决于辊缝的调整量和孔型充满度的变化是否在允许的范围之内。根据前述的孔型设计方法，如果只考虑对中间扁孔进行压下调整，则辊缝调整量S1和调整后的孔型充满度1的计算问题可看作孔型尺寸计算的逆命题，即将孔型尺寸作为已知量，根据修正后的宽展公式建立非线性方程组，求解未知量S1和1。根据筱仓公式计算时:式中Bs1、Hs1、F1的计算式不变。另外，式中各参数的计算式也不变。考虑宽展修正量后的非线性方程组为式中1和2为椭圆孔和圆孔中的宽展修正量。设孔型尺寸计算时选用的宽展公式预报精度为5%，根据表1的条件并考虑两个道次宽展误差四种可能的组合，其计算结果如表2。由表可知，第一种情况下辊缝和充满度的变化最大，但此时轧辊上抬调整，且充满度变小，不会破坏正常轧制过程；第二种情况轧辊需压下调整，实际辊缝变小，充满度增大，有可能造成轧辊压靠或孔型过充满。这就要求在孔型计算中设定S1和1值时，除应考虑轧机弹跳、来料温度、尺寸变化等因素之外，还需增加一些余量，以满足修正孔型设计误差的调整需要。表2 宽展误差四种可能组合的计算结果12H1B1S111(1-0.05)2(1-0.05)24.94645.5292.1270.8161(1+0.05)2(1+0.05)21.46654.443-1.3470.9761(1+0.05)2(1-0.05)23.69251.7110.8