100mm带钢精轧机结构设计.doc

100mm带钢精轧机结构设计绪论1.1薄板带钢生产的发展概况钢铁工业作为国民经济的基础工业，一直是衡量一个国家经济发展水平的重要指标。现代钢铁联合企业是由炼铁、炼钢和轧钢三个主要生产系统组成的。轧钢车间担负着生产钢材的任务。近年来，随着现代科学技术的迅速发展和国民经济的需要，各工业部门对各种薄带钢的需求量日益增大，对产品规格，钢种等的要求也越来越高。例如铺设一条2000公里的双轨铁路，需要40万吨重型钢轧；制造一艘万吨轮船，约需6000吨钢板；铺设一条5000公里的石油输送管道，需要90万吨无缝钢管；造一台大型拖拉机需5吨钢材。因此，努力增加钢材产量，提高产品质量，扩大品种、规格，才能适应四个现代化的需要。板带钢是用途最广的钢材，它不仅用于国防建设、国民经济各部门以及日常生活中，而且它也是制造冷弯型钢、焊接钢管和焊接型钢的原料。按厚度可把板带钢分为厚板(包括中板)、薄板和箔材三类。厚板的厚度大于20mm以上；一般的中板厚度在420mm之间，一般成张供应，其厚板宽至5000mm，长25m以上；薄板厚度在0.24mm，宽至2800mm，可定尺供应，也可成卷供应。箔材厚度为0.20.001mm或以下，宽20660mm，一般成卷供应。各种钢板厚度和宽度的组合己超过5000种以上，宽度对厚度的比值达10000以上。异型断而钢板，变断而钢板等新型产品正不断出现。特别是随着近代汽车、仪器、仪表、电子、国防、航空及航天工业等尖端技术对带钢的品种、规格、性能和质量不断提出更高的要求，热轧带钢生产远远不能满足各行各业发展的需要。因此，在轧制机械设备和工艺过程的不断完善中，冷轧带钢的生产已经得到了足够的重视和发展，使其在轧钢生产中占有特殊的地位。由于冷轧带钢产品本身具有光洁的表面，精确的厚度、宽度允差，高的强度极限、疲劳极限和冲击韧性，良好的焊接、冷弯性能，低廉的价格等特点，应用极为广泛。冷轧带钢产品的品种繁多，其性能、特点、用途及生产方法各不相同。如制造磁放大器、小型变压器铁芯、电子计算机铁芯等，就需用极薄的带钢，人造卫星头部需用032045mm厚的不锈带钢。冷轧带钢有宽度窄得像“阳春细面”的高强度带钢，到宽度达2m以上的用于“壳罩盖罐”的深冲压带钢；有厚度比白报纸还薄的极薄带钢(达0001mm)，到厚度达3mm以上的合金带钢等等。虽然，其用途各有所异，但它们对薄带钢及极薄带钢方面总的要求是一致的，即在纵横方向上，对规定带钢厚度的偏差要求小，对其表面质量要求高。 本次设计的闭环薄板带精轧机的轧制产品闭环薄板带，不用再加工就可以直接用于汽车无级变速器中，做中间挠带，取代以往的胶带挠带，该种钢带具有比胶带更高的强度，更高的韧性和变速灵敏度，而且生产成本相对低，经济性好。本次设计的这种轧机的成功生产对汽车性能的提高将有一定的贡献。从这方面讲，该闭环薄板带轧机的设计是很具实际意义的。目前看该轧机产品，使用性强，将来很有市场。发展前景很可观。 1.2冷轧带钢生产一般称在结晶温度以下的压力加工为“冷加工”，冷轧则是指钢材在常温的轧制过程，在高速轧制的条件下，冷轧板的温度可能要上升到150200摄氏度，但仍然处于再结晶温度以下1。冷轧的出现是为了克服热轧的不足。当板带钢的厚度小到一定程度时，由于保温困难，很难实现热轧，而冷轧极薄带钢可以达到0.001mm，宽板在无张力的热轧条件下，也难以保证板型良好，而冷轧可以采用大张力轧制，而得到尺寸公差严格的板卷。薄钢、带钢的生产技术是钢铁工业发展水平的一个重要标志4。薄钢板除了汽车、农机、化工、食品罐头、建筑、电器等工业使用外，还与日常生活有直接关系，如家用的电冰箱、洗衣机、电视机等都需要薄钢板，因而在一些发达国家薄钢板占钢材的比重逐年增加，在薄板、带钢中冷轧产品占很大部分。冷轧生产最初是在二辊、四辊轧机上进行的。随着科学技术和工业的发展，需要更薄质量更好的带钢，尤其是仪器仪表、电子通讯设备上需要的极薄带钢。四辊轧机往往不能满足这一需要，这样便出现了新型的轧机，如六辊、十二辊、二十八辊、三十六辊轧机、偏八棍轧机和其他复合式多辊轧机5。冷轧带钢可以用单机和多机架连轧机来生产目前主要采用三机架到六机架四辊冷连轧机，这种轧机的特点是生产率高、机械化、自动化程度高，产品质量好。当需要生产厚度减小到一定尺寸的薄带钢时，大多数都采用冷轧的生产方式。因为冷轧的采用为提高带钢的表面质量、改善力学性能和获得精确的尺寸偏差提供了保证2。冷轧按其特征来说与热连轧有着严格的区别。冷轧可以获得远较热轧所能生产厚度小得多的产品。尽管热轧时带钢的塑性变形较好、变形抗力低及生产效率高等优点，但从一定的厚度（通常为1.82.5范围内）继续减缩带钢的厚度。以达到所要求的成品厚度，热轧方式是难以完成的。因为热轧过程中，随着带钢厚度的边薄，带钢的温度迅速下降。特别是对于截面小的带钢，头尾温度将差别很大。带钢在热轧过程中的这种温降，以及由于冷却的差异而引起的温度不均匀分布，使热轧的温度不容易控制，带钢的塑性变形不易均匀，尤其在轧制厚度小而长度大的带钢时，这个问题更显得格外突出。冷轧生产方式解决了上述缺陷。就是说它不存在热轧带钢生产中所特有的温度不均匀的问题，因而可以保证产品获得厚度甚小（可达0.001mm）长度很大的带钢。冷轧配以正确的热处理，就能够制造出依带钢用途而决定的具有最好性能的产品。诸如生产深冲压用的带钢以及其他软态钢。这种状态的带钢，往往具有高的延伸性、低的强度或硬度，以保证深冲的要求。冷轧时，由于产生“加工硬化”效应，显著的改变了带钢的力学性能。因此借助冷轧时带钢“加工硬化”的作用，用选择冷轧时的压下量和选择热处理制度的方法，可以比较容易的在很大范围内调整带钢的力学性能及工艺性能。诸如冷硬状态、特硬状态、软状态、半软状态、半硬状态等各种状态的产品。这是热轧所不能达到的。虽说热轧后带钢的力学性能，在某种条件下能近似冷轧退火后的力学性能，但这种力学性能既不同于完全冷轧后的3。也不同于完全退火的力学性能。其抗拉强度往往低于完全冷轧而高于完全退火的，其延伸性也低于完全退火而高于完全冷轧的。问题最大的是，热轧后的带钢的力学性能波动很大，一般是难以控制的。此外冷轧完全可以保证带钢的精确尺寸和相当均匀的性能。此外，目前的热轧工艺水平不能保证带钢表面免于氧化，以及由于氧化铁皮而带来的表面质量不良，因此他不适于生产表面光洁度要求较高的带钢。由于带钢 的冷轧往往是在温室下进行，其表面不产生氧化铁皮，因此能保证产品获得较高的表面光洁度（ 通常Rz3.20.8m）由于冷轧后的带钢表面良好，不存在热轧带钢出现的麻点、氧化铁皮压入、粘结等缺陷，在多数情况下，不须在加工就能直接使用。可见，采用冷轧方法生产带钢优点是很多的，归结起来有以下几点：1、得到热轧方法很难得到的极薄带钢。2、使产品具有很高且范围很广的力学性能及工艺性能。3、能保证获得高精度尺寸、厚度偏差小、延带钢的宽度及长度方面的厚度均匀板型良好、表面光洁的各种带钢。4、成本低，收得率高。5、轧制速度高，具有根高得生产率。1.3冷轧工艺特点冷轧产品之所以较热轧方式生产得产品有许多优点，使于冷轧工艺特点分不开得，冷轧具有如下工艺特点：冷轧是在金属再结晶温度以下进行的轧制。在冷轧中，金属的晶粒被破碎且不能产生再结晶回复，导致金属产生加工硬化。由于加工硬化，使金属变形抗力增大，轧制压力升高，金属的塑性降低，容易产生脆断。当钢种一定时，加工硬化程度与冷轧的变形程度有关，变形程度愈大，加工硬化愈严重。加工硬化超过一定程度后，因金属过于硬脆而不能继续轧制。因此板带经一定的冷轧总变形量之后，须经热处理（再结晶退火或固溶处理），恢复塑性，降低变形抗力，以利于继续轧制。生产过程中每次软化热处理之前完成的冷轧工作，称之为一个“轧程”。由此可见，在一定的轧制条件下，钢的变形抗力愈高，成品的尺寸愈宽愈薄，所需的轧程就愈多。1.4带钢冷轧机型式在冷状态下轧制带钢的轧机，通常称为带钢冷轧机。带钢冷轧机的形式是多种多样的，按照轧辊的数目及排列方式，可分为：二辊、四辊、六辊、十二辊、二十辊、三十六辊及复合式等。尽管冷轧机的轧辊数目各不相同，但有一点是相同的，既所有冷轧机都只有两个工作辊，而其余的轧辊是为了防止工作辊弯曲、变形和损坏的支撑辊。一般工作辊的直径越小，其支撑辊数目越多；工作辊的直径越小，冷轧是压力减小越小。然而，工作辊冷却越困难。反而，工作辊的直径越大，刚性也就越好。因此对于各种不同的轧制条件，一般的说也很有不同的单一的最佳的轧辊直径。总之，工作辊直径的减小，对轧制过程是有利的。首先，可以降低轧制力和轧制能量，有利于轧制变形，从而使介于二次中间退火之间的北轧制带钢获得的总压下率可以增大。其次，在小直径的轧辊上进行轧制，由于弹性压扁值不大，因此，可以适于轧制高变形抗力性质的带钢（如不锈钢、硅钢及其它高合金钢），并可使轧出的带钢沿带钢宽度上和长度上的厚度波动值小于其它较大工作辊直径的轧机所轧制出带钢厚度的波动值。小直径工作辊的采用，还可以使带钢宽度较小的情况下轧制时减少甚至消除在带钢侧边边缘上所形成裂纹的可能，特别是轧制薄带钢时这一点是十分重要的。另外，由于工作辊直径的减少，使轧机的尺寸的重量降低，使其结构紧凑，因而缩减占地面积。鉴于采用小直径辊有以上特点，目前为得到高精度、优质量的冷轧带钢，已日趋采用小直径工作辊而多支撑辊的带钢冷轧机。本设计采用五辊轧机可减小工作辊的直径，有利于减小接触弧长度，有利于使轧制厚度更薄，强度更高和难轧的品种。也能提高轧机对板型尤其是高次浪形的控制能力。精轧机压下装置总体方案设计2.1辊调整装置的分类及作用轧辊调整装置的作用主要是调整轧辊在机架中的相对位置，以保证要求的压下量，精确的轧件尺寸和正常的轧制条件。轧辊的调整装置主要有轴向调整装置和径向调整装置两种7。轧辊的轴向调整主要用来对正轧槽，以保证正确的孔型形状。一般只用简单的手动机构来完成。轧辊的径向调整装置其作用是需要进行下述操作时径向调整两工作辊之间的相对位置：1、整两工作辊轴线之间的距离，以保持正确的辊缝开度，给定压下量。2、调整两工作辊的平行度。3、当更换直径不同的新轧辊时，调整轧制线的高度。4、更换轧辊或处理事故（如卡钢）时需要的其它操作。轧辊径向调整装置的结构与轧机的形式和轧辊的位置有密切关系，大致可以分为：上辊调整机构；下辊调整机构；中辊调整机构及轧辊侧向调整机构等类型。在本次设计中主要对上辊调整机构加以设计。2.2上辊调整机构上辊调整机构应有最广，通常称为压下装置，用于具有水平轧辊的二辊、三辊、四辊以及多辊轧机上，其结构在很大程度上与轧辊的移动速度、移动距离和没小时移动次数有关。如表2.1、2.2所示。表2.1 各种轧机的上辊移动（调整）速度轧机类型上辊移动速度（毫米/秒）750850初轧机中板轧机：粗轧机座精轧机座型钢轧机钢管穿孔机、二辊叠板轧机薄板热轧机薄板及带钢冷轧机901803060204025120.10.20.050.1表2.2 上辊调整装置的分类类型驱动方式用途快速调整装置(移动速度大于1毫米秒)电动主要用于轧辊移动行程较大并需要逐道调整的轧机，如初轧机、中板轧机等。旧式的叠板轧机虽然上辊移动行程不大，但需要逐道调整辊缝，所以亦采取较快的移动速慢速调整装置(移动速度小于1毫米秒)手动主要用于孔型相互位置不变的型钢轧机与线材轧机上，只在调整及换辊时才使用，也用在某些钢坯及带钢小型连轧机电动用于各种带钢轧机上，也用在板带材的平整机上2.3压下装置的分类及简介2.3.1手动压下装置主要用于不经常调整辊缝的型钢轧机与线材轧机上，调整工作主要是在正式轧钢之前完成的，对速度没有特殊的要求，属于手动慢速调整装置。常用的手动压下装置有：1.斜楔调整方式如图2.1；2.直接传动压下螺丝的调整装置如图2.2；3.圆柱齿轮传动压下螺丝的调整方式如图2.3；4.涡轮蜗杆传动压下螺丝的调整方式。其中目前主要采用的是2.3.4.三种。2.3.2电动压下装置冷、热轧板带轧机的电动压下速度一般在0.021.0mm/s范围内，有时压下速度也可达到3m/s，所以电动压下装置分为快速调整压下装置和慢速调整压下装置，习惯上把带钢的压下装置（一般其速度大于1mm/s）称为快速压下装置，把带钢的压下装置（一般其速度小于1mm/s）称为慢速压下装置。快速压下装置多用于可逆式热轧机上，如初轧机、板坯轧机、中厚板轧机连轧机组的可逆式粗轧机等2。这种压下对装置要求：采用惯性小的传动系统，以便频繁的启动、制动；有效的传动效率和工作的可靠性必需有克服压下螺丝阻塞事故的措施。而本设计中采用冷轧带钢方式，所以采用慢速压下装置，初步选取压下速度为0.45mm/s。图2.1 斜楔式调整装置图2.2 直接传动压下螺丝的调整装置图2.3 圆柱齿轮传动压下螺丝的调整装置2.3.3板带轧机电动压下装置冷、热轧板带轧机的电动压下速度约在0.021.0mm/s范围内（有时也可以达到3mm/s）。由于压下速度的绝对值小，过去曾称为“慢速压下机构”。现代化的高速轧机上，为了实现钢的厚度控制，需要压下机构以很高的速度对轧辊位置作微量调整。1、轧机压下装置的特点板带轧机的轧件既薄又宽又长，并且轧制速度快，轧件精度要求高，这些工艺特征使它的压下装置又以下特点：（1） 轧辊调整量较小。上辊提升高度一般为100200mm，在还棍操作时，最大行程也只有200300mm。在轧制过程中，轧辊的调整行程更小，最大1025mm，最小只有几个。（2） 调整精度高。目前，热轧宽带钢的纵向厚度差以提高到0.0250.05mm，甚至达到0.015mm（冷轧带钢的公差范围就更小）。压下装置的调整精度应在厚度公差范围以内。（3） 经常的工作制度是“频繁的带钢压下”。在轧制过程中，为了消除带钢的厚度不均匀和保证轧制精度，压下装置必需随时在轧制负荷下调整辊缝，也就是“带钢压下”。此外，为了消除机座弹性变形的影响，在轧制前，对轧辊进行零位调整时也要需要进行工作辊颈预压靠紧操作3。这些都说明，板带轧机的压下装置应按照带钢工作负荷调整轧辊条件来设计。（4） 必需动作快，灵敏度高。为在高速度下调整轧件的局部厚度差，压下装置必需动作迅速、反应灵敏。这是板带轧机压下装置最主要的技术特征。从压下机构本身讲，要达到这一点，关键在于很小的惯性，以便使整个系统又很大的加速度。（5） 轧辊平行度的调整要求严格。由于带材的宽度比很大（热轧带钢的b/h可达1000以上，冷轧带材和薄铁板，其不b/h可达600013000），因此上下轧辊应严格保持平行。压下机构除了应保持两个压下螺丝同步运行外，还应便于每个压下螺丝单独调整。近几年来，由于带材轧制速度的提高，上述压下装置的公艺性要求更趋严格。在热轧连轧精轧机组的后机架，电动压下装置由于惯性大，所以很难满足快速、高精度的调整轧棍缝的要求，因而开始采用电动于液压相结合的方式。在现代的冷连轧机组中，几乎已全部采用了液压压下装置。2、板带轧机电动压下的结构形式板带轧机的电动压下大多采用圆柱齿轮蜗轮副传动或两级蜗轮副传动。如图2.4；2.5图2.4 两级蜗轮副传动图2.5 圆柱齿轮蜗轮副传动在轧机设计中，辊系调整系统的设计是至关重要的，其精度直接影响到加工产品的精度。图2.6 压下系统2.3.4压下方案的确定结合以上有关压下知识，分析各种压下装置的特点，在本次设计中采用电动压下，蜗轮圆柱齿轮副传动形式。本设计采用电动压下，需要电机控制，而且由于电机转速过快，直接连接压下螺丝，则压下螺丝旋转速度过快会使压下速度增加，这样单位的压下量过大难于准确急停压下电机，所以很难控制厚度。即使能够控制，由于电机旋转惯性停机后带动压下螺丝旋转一定的角度，则会影响轧件的厚度，使厚度偏差很大。所以在电机与压下螺丝中间加上一个蜗轮圆柱齿轮副。其中蜗轮蜗杆部分选取蜗轮蜗杆减速机，圆柱齿轮部分自行设计。如图2.6为了保证轧机的结构紧凑，决定将电机与减速器支撑与轧机上方，双压下螺丝压下螺母分别作用在两个上轴承上，电机通过电磁离合器与减速器相连，一个电机带动两个压下装置，可以实现同时压下也可以实现单独压下。这样当下轧辊定位以后，安装上轧辊时如果上轧辊由于轴承座的原因而导致上轧辊轴线与中心线不平行，达不到要求的平行度时，则可以以其中一个轴承的基础，固定不动，单独上抬或压下另一个轴承座，直到调节到两工作辊平行度达到所要求的平行度为止，这种调节方式很方便。 轧制力的确定3.1压下量计算与分析3.1.1确定压下量的依据和原则合理地制定压下规程是保证冷轧窄带钢生产优质、高产的最主要条件，是冷轧带钢生产中的一个基本的、综合性的技术课题。压下规程也称为压下制度，其实质是确定各道次的出口厚度，压下制度是所有轧制工艺制度中最重要的一个工艺制度。生产实践证明，对于同一号的钢带，采用各种不同的压下规程，会得到各种不同的结果。因此，压下规程制定得正确与否，将直接关系到轧机的产量和产品质量。制定压下规程的主要依据是：带钢交货标准的各项要求，用户提出的特殊要求，被轧带钢的力学性能，轧机设备的能力和生产条件等因素。制定压下规程的任务是：根据轧机的性能及轧制带钢的特点正确地掌握用一定尺寸的坯料(钢种一定)轧成所要求规程的成品带钢，确定轧制过程中的每道次的压下量4。压下规程的内容：包括坯料的选择，拟订轧制方案道次压下量选择和分配，轧制压力、轧制力矩的计算，咬入条件，设备强度及电机能力的校核等。因此，制定压下规程时，必须根据综合性能，设备能力及轧制要求，充分利用带钢塑性，并考虑加工硬化，用最少的道次，最大的压下量分配道次加工量，以近可能减少中间轧制次数，达到优质、高产、低消耗、低成本，并且在操作上方便可靠。冷轧的第一道次很重要，该道次应尽量消除热轧或热处理半成品在厚度上的不均匀性，并把它轧平，为后面冷轧道次才用较大的压下创造条件，一般将最大压下率放在第一道次，以充分利用轧制原材料带钢良好的塑性第一道次的最大压下率有时可达45。除第一道次外，往往第二道次的带钢仍较厚，因此采用小压下率能保证顺利咬入辊缝，保证不出现打滑。在实际生产中，最大压下量的确定，还受到轧机强度及弹性变形的限制。有时带钢虽未能达到破断的程度，但由于带钢硬度和强度的增加使轧机的部件强度及弹性变形不能再胜任带钢的变形抗力时，压下量就不能再增加。一般实际生产中，最大压下量的选择，在开始几道时受限于电机负荷，往后几道又受限于轧机许用应力。因此，最大压下量的给定，还必须考虑轧机设备能力。最后道次压下量的确定，从控制带钢尺寸精度、平直度、板型等质量出发，应采用较小的压下率。这一道次的压下量虽然不大，但由于带钢经过前些道次的轧制后已产生强烈的加工硬化，带钢的变形阻力也相应地增加，因此，轧制压力还是相当大的。轧制过程中其余道次的压下率，一般是依次递减。这是因为抗力增大，导致越轧越困难。高碳钢和合金钢的压下量比普通碳钢低，就是考虑到这两种带钢塑性低和变形抗力较高的缘故。综上可知，分配各道次压下率的基本要求是：保证带钢质量，确保轧机设备安全，充分发挥带钢塑性，尽可能减少道次，提高生产率。在通常情况下，轧制带钢的塑性越好冷轧前热处理充分而均匀，带钢抗力越低，采用的道次压下率相应越大：如带钢的塑性越差及变形抗力越高，则道次压下率相应减少。冷轧前坯料的表面质量较差时，如有氧化铁皮残迹，带钢边部有小裂口等，则应适当减少压下率，并降低张力及轧制速度。对于高硬度、高光洁度的轧辊和大的张力，采用的道次压下率，并降低张力及轧制速度。对于高硬度，高光洁度的轧辊和大的张力，采用小的道次压下率也可相关增大。由于冷轧薄带钢时，润滑条件影响很大，特别是冷轧难变形带钢的最后道次非常显著，因此润滑不良时应适当减小压下率。带钢的宽度，在制定道次压下率时也应考虑，一般宽带较窄带钢应采用较小的压下率。研究证明，随着轧制道次的增加，带钢的表面质量将会得到提高，同时，可以减少带钢厚度沿宽度的不均匀性，带钢的强度和硬度也有所提高，塑性有所降低，但影响并不是很大的。在所有其他条件相同的情况下，每道小压下量时晶粒歪曲，大于采用大压下量时的歪曲，也就是在总压下不变而道次压下量小的情况下，采用多道次轧制，会出现比较大的纤维组织。因此在冷轧过程中在能保证冷轧带钢表面要求的情况下，应力求每道采用大压下量进行轧制，这种既提高了生产率，又改善了带钢组织。3.1.2压下道次选定和压下量的计算与分析带钢的表面质量好坏，与冷轧时所给定的总压下率多少有着密切的关系。冷轧时采用较大的压下率，可以保证带钢有较好的表面质量。这是因为一些表面缺陷(在热轧钢坯或半成品带钢上所允许的范围内)经轧制可被消除。轧制总的压下率确定后，即可确定各道次的压下率，通常，道次压下率的分配和道次数的确定，主要是由轧制带钢的力学性能和该带钢在轧制过程中的加工硬化的变化，以及设备条件和产品质量要求而定的。其基本要求是：能顺利咬入，不出现轧裂，变形均匀以提供合乎要求的成品，并保证设备安全、不出现断辊、跳闸等事故。一般在考虑道次压下率的分配和道次数时，力求各道次对轧辊的压力大致相同或是恒力矩的轧制，道次数的确定，可根据已确定的总压下率既轧前坯料厚度与轧后厚度以及各道次的平均压下率求出：(制定压下制度的方法有很多种，如能耗法、压力分配法，和变形量分配法。目前，不管采用哪种分配方法，基本上都是依据经验或统计规律进行分配的。)式中n轧制道次， 本设计中由于轧件由原始的0.35mm最后要求轧制到0.2mm，轧制量相对很大，考虑到轧制后加工硬化，变形阻力会增加，轧制力也随之增加，所以设定2道次进行轧制，可以减少轧制力，以免对轧辊或轧件造成损伤。则由已定的2个轧制道次，总压下率可以求出平均道次压下率，确定各道次的压下量。总压下率将n=2，=0.429 代入上面公式求得 =0.244可以=0.244 求出第一次轧制后得厚度，设第一次轧制后厚度为x第一次压下率为，第二次压下率为所以 平均道次压下率则有 整理得： 100x2-53x+7=0.244解方程 x1=0.25 x2=0.28 由于上面对轧制规程制定的介绍可知，冷轧的第一次到很重要，该道次应尽量消除轧件的厚度上的不均匀性，一般在第一道次规定最大的压下率，以后随着变形量的增加，加工硬化现象使带钢塑性降低，变形抗力增大，使轧制越来越困难，从而道次压下率也应逐道次减少。所以此处为了使两道次轧制力基本相同，取能够获得第一次压下率大的x1=0.25，即第一道次由0.35mm轧到0.25mm，第二道次由0.25轧到0.2mm。3.2 张力装置设计及张力的确定 冷轧板材的一个必要条件是采用较大的前后张力，轧件越薄张力的作用越大，张力可减少轧制力，有利于冷轧的进行，当板行不好时，通过摸断面上张力分配的作用，可在一定程度上改善板形。 张力制度作为冷轧特性之一，在此对张力必要性进行一下简单的分析。在轧制薄带钢时，由于弹性变形的原因，轧辊不能在对带钢产生压缩作用，因此只有采用张力轧制才能使薄带钢变形，可以说，没有张力也就不存在薄带，特别是最薄带。张力轧制已经成为现代轧制带钢生产中的一个基本轧制方法。冷轧生产过程中，带钢轧制要在张力装置下进行，是因为张力可以保证：轧制过程的稳定。带钢厚度相同和表面均匀，无折曲和折纹，在一定程度上改善板形。轧制力小，可以获得较大的压下量。使带钢能准确的进入轧辊和卷曲，并使卷曲均匀，保证带钢的平直度。调节带钢的厚度（当厚度偏差不太大时），提高轧制速度。张力确定公式为：Tqbh式中T带张力q单位张应力，对带钢厚度在0.31mm时q0.50.8s（s带钢的屈服极限）b带钢宽度h带钢厚度该设计中轧制08F钢s175N/mm所以 在本设计中 q=0.8 175； b=100； h=0.35带张力为需用49009.8=500kg3.3轧制力的计算在轧制过程中，轧件在轧辊间承受轧制压力的作用而发生塑性变形。由于轧件塑性变形时体积不变，因此变形区的轧件在垂直方向产生压缩，在轧制方向产生延伸，在横向产生宽展。而延伸和宽展受到接触面上的摩擦力的限制，所以，在轧辊的轧件处于三向压应力状态。3.3.1轧制平均单位压力由于单位压力在轧辊接触弧上的分布是不均匀的，为了便于计算，一般均以单位压力的平均值-平均单位压力来计算轧制总压力。平均单位压力是在确定了单位压力大小及分布规律之后，取轧件与轧辊的整个接触面积上单位压力和单位摩擦力在垂直方向上的投影的总和，得到轧制力，再除以面积，既可得到平均单位压力。计算单位压力的方法有好几种：采利科夫方法、西姆斯方法、斯通方法、艾克隆德方法。冷轧时，由于带钢较薄较硬，接触弧中轧制单位压力较大，使轧辊在接触弧处产生压扁现象，因而加长了接触弧的实际长度。而接触弧长的加大势必增加轧辊和轧件接触面上摩擦力的影响，从而又使轧制单位压力增大。所以，冷轧带钢时，轧辊的压扁现象不能忽略，在计算轧制压力时必需加以考虑。冷轧带钢时一般需采用润滑济，这是由于冷轧时轧辊和轧件接触面上摩擦力的影响较大，采用不同润滑济及轧制条件不同时（如轧制速度、轧件和轧辊的材料及变面状态等），计算结果都不相同。在计算轧制压力时必需结合具体情况。冷轧带钢的另一个特点是采用较大的前后张力。带钢越薄，张力的作用越大。带张力的轧制可以减小轧制压力，并可在一定程度上改善板型。所以，在计算冷轧带钢轧机的轧制力时，还必须考虑前后张力的影响。冷轧带钢轧机的轧制力计算常用M.D.斯通公式，其特点是采用了诺模图来考虑轧辊压扁的影响。 ： 其中： C= 轧辊的泊桑系数对于钢轧辊来讲=0.3 E=2.2104 则C= 则a= 对于钢轧辊：的值3.3.2轧制总压力轧制时，轧件与轧辊接触弧上轧制单位压力的总和既为轧制总压力。轧制总压力P可用下式计算：PpA式中 p轧件与轧辊接触弧上的平均单位压力， A轧件与轧辊间的接触面积在轧制总压力垂直平面上的投影。轧制板材时的接触面积：在工作辊辊颈b不相同时， 图3.1 冷轧时考虑轧辊弹性压扁计算接触弧长的诺模图表3.1 压力倍增系数 数值表3.3.3轧制力的确定应用斯通公式计算平均单位压力：轧件与轧辊之间的摩擦系数=0.09第一道次中轧件由0.35mm轧制0.25mm，压下量初始带钢变形程度 0=0 查冷态下变形阻力曲线图6.2得 s0=25.51 kg/mm2第一次压下后变形程度 查冷态下变形阻力曲线图6.2得 s1=51.02 kg/mm2由设计已知条件：R1=30mm（上轧辊半径） R2=42.5mm（中轧辊半径）由于两工作辊半径不相等，取其当量半径进行计算= =L为不考虑弹性压扁的接触弧长度水平张应力：T被轧钢带所受张力S带钢的横截面面积 根据y1、y2查诺漠图3.1得：m=0.59根据m值查表3.1得：=1.362所以 =（4417.145） = 36.6考虑轧制变形时的接触弧长所以总轧制力为：第二道次中轧件由0.25mm轧制0.2mm，压下量初始带钢变形程度与第一道次轧制完相同 查冷态下变形阻力曲线3.2得 s0=51.02 kg/mm2第二次压下后变形程度 查冷态下变形阻力曲线3.2得 s1=57.14kg/mm2由设计已知条件得：R1=30mm（上轧辊半径） R2=42.5mm（中轧辊半径） =L为不考虑弹性压扁的接触弧长度水平张应力：T被轧钢带所受张力S带钢的横截面面积 根据y1、y2查诺漠图3.1得：m=0.6根据m值查表3.1得：=1.37所以 考虑轧制变形时的接触弧长所以总轧制力为： 两道次轧制力的差值为P=P2-P1 =8137.8-7137.6=1000.2误差比为：满足各道次轧制力基本相同。图3.2 冷态下变形阻力曲线4压下装置零部件设计计算4.1压下螺丝的设计与计算4.1.1压下螺丝的结构设计压下螺丝的结构一般分为头部、尾部和本体三部分。头与上辊轴承相连，承受来自辊颈的压力和上辊平衡装置的过平衡力。为了防止端部在旋转中的磨损并使上辊轴承有制动调位性能，压下螺丝的端部一般都做成球面形状，并与球面铜垫或安全臼形成止推轴承。图4.1 压下螺丝结构为了防止压下螺丝在轧制过程中自动旋松，螺丝的头部装有较大的球面止推颈，以增加磨擦阻力矩；采用装配式轴颈的另一个原因是由于压下螺丝是从机架上面进行拆装的，为了便于压下螺丝的装入和抽出故其轴部轴颈必需做成装配式。实验经验证明，压下螺丝的止推端的球面如设计成凸形的，这将使与其接触的球面铜垫易于碎裂，因为具有凹形的球面铜垫这时受拉应力。为了减少青铜的消耗，压下螺丝头端的球面设计成凹球面比较合适，这时凸球面铜垫将完全处于压缩应力状态下，因而提高了强度。如图4.2图4.2 压下螺丝止推段部4.1.2压下螺丝的尺寸设计压下螺丝的直径根据最大轧制力决定。压下螺丝的纵弯曲可以或略不计，因为其悬臂长度与直径之比很小。由前面计算得，最大轧制力为p8137.8公斤，则每个压下螺丝所受的轴向力为p/2=4068.9公斤。 根据锯齿形螺纹（GB/T13576.392）选用螺纹小径为22.793mm，中径为25.750mm，大径为28mm，螺距为3mm。4.2压下螺母的设计与计算4.2.1压下螺母的结构设计压下螺母时轧钢机最大的易损件之一，一般采用高强度青铜（ZQAL94）或黄铜（ZHAL166-6-3-2）铸成。采用合理的结构对节约青铜等有色金属时有效的。压下螺母的形式由整体式和分体式之分。在本设计中采用加箍圈的分体式螺母，加箍圈的分体式螺母比较经济，经使用证明，工作性能不亚于整体式的青铜螺母，箍圈采用ZG35铸钢制成。从理论上讲，箍圈应采用弹性模数与青铜相近的材料制作，易保证在受压时箍圈与整体有着相同的变形，但铸钢ZG35的塑性较青铜高，装配时不易碎裂。箍圈不许采用热装，因为在冷却过程中，箍圈与螺母台阶端面之间会产生间隙，如果工艺要求热装，则冷却后应再一次进行压实。螺母与机架镗孔的配合采用动配合以方便装卸。压下螺母通过挡板由螺栓固定在机架上。如图4.2图4.3 压下螺母结构4.2.2压下螺母的尺寸设计压下螺母的高度H=（1.22）压下螺母的外径D=（1.51.8）4.2.3 压下螺母的固定方式螺母与机架镗孔的配合常采用H8/h9或H8/f9级的动配合，主要为了便于拆装。为将螺母固定在机架的镗孔内，常采用压板装置。压板嵌在螺母和机架的凹槽内，用双头螺栓图或T型螺栓图固定。本设计中采用双头螺栓和压板固定。图4.4 压下螺母的固定方式4.3安全装置的设计为了预防轧制事的错误操作，使轧辊和机架遭到破坏，在压下螺丝与轴承座之间装有专门的安全装置。目前主要用于钢板轧机上，因为钢板轧机的轧件比较宽，而中板与轧机的最后几个道次辊缝又较小，轧辊调整工作难免发生误差，所以这种轧机的过载的可能性较大。安全臼通常用铸铁制成，安全臼还有一个优点，既当处理卡钢或压靠等阻塞事故时，可以用氧气切割安全臼以接触阻塞载荷。安全臼的尺寸如图4.3通常为： 图4.5 安全臼的尺寸4.4压下电机的选择4.4.1转动压下螺丝所需的静力矩当上辊用普通弹簧平衡时，取压下螺丝为平衡对象，其受力情况如下如图4.4：设P为压下螺丝端部所受的轴向载荷；当轧钢前调整压下螺丝，则P等于上棍平衡装置的过平衡力P（0.20.4）QQ为平衡零件的重量。当带钢压下时，P等于轧制力p为作用在止推轴颈端面投影面积上的单位压力（设为均匀分布）dp为压下螺丝平均直径d3为压下螺丝端与安全臼的接触圆直径 为压下螺丝端部与安全臼间的滑动摩擦系数，对于段钢与青铜在润滑条件较差的情况下，=0.15 为螺纹的摩擦角，若润滑与加工较好，对于钢与青铜的摩擦系数可取为0.1，此时M1（或M2）为压下螺丝当压下（或提升）时的驱动力矩；Mm1、Mm2为压下螺丝当压下（或提升）时螺纹间和止推端面上的摩擦阻力矩；有力矩的平衡条件可知如图4.4M1（或M2）=Mm1+Mm2螺纹间的摩擦力矩（Mm1）为：可根据滑块沿斜面滑行的力学条件来确定。可视压下螺丝为滑块，螺母为斜面，斜面的倾角为。滑块（螺丝）移动时受有水平力F（相当于旋转螺丝的切向力）、垂直力P（相当于压下螺丝的轴向载荷）、螺母给螺丝的正压力N及摩擦力T，R为N及T的合力。当压下螺丝下降时相当于重物沿滑块上升如图4.5代入上式，得： F=Ptg当压下螺丝提升时相当于重物沿滑块下降如图4.5F=Ptg因螺纹间的摩擦阻矩为Mm1=F所以 式中 （+）号为压下螺丝下降时， （）号为压下螺丝提升时。图4.4 压下螺丝受力简图 图4.5 压下螺丝计算简图止推面上的摩擦力矩（Mm2）为：积分得： 在本设计中：其中 P=8137.8kg =25.750mm t螺距 所以 在本设计中：其中 =0.15 =25.2 P=4068.9kg所以 所以 M=Mm1+Mm2=28816.3+15380.4=44196.74.4.2电动机功率按最大静力矩选取电动机功率式中 M静力矩（kg/m） n电动机的额定转速（r/min） i传动系统的总速比 传动系统的总效率所以M=44.19 n=1500r/min, i=40 42=320 =0.7520.9930.970.995=0.50;(圆柱齿轮=0.97，蜗轮蜗杆=0.75，联轴器=0.99，一对球轴承=0.99)4.4.3电机的选择 经多次调研由以上计算结果选用电机，最终选用奉化市溪口双良电机厂生产的小功率电机。电机型号为YC8034 额定功率为550w 转速为1400n/min 电机参数如表4.1，电机外形如图4.6表4.1 YC8034型电机参数图4.6 电机外形4.5蜗轮蜗杆减速器的选择在本设计中蜗轮蜗杆减速器不再自行设计，采用外购的方法。经过多次通过互联网查找资料并到五金商店调研。最终选用上海万亦有限公司的产品RVF4系列中心距为30mm，减速比为i=40。因为该公司产品结构紧凑小巧符合本设计要求。该减速器的实体外形如图4.7该减速器的外形安装尺寸如图4.8该减速器的选型参数如表4.2图4.7 蜗轮蜗杆减速器实体外形图4.8 蜗轮蜗杆减速器选型参数表4.2 蜗轮蜗杆减速器外形安装尺寸4.6齿轮的设计计算设齿轮齿数比u=4；工作寿命为15年（每年300天）；两班制；工作平稳；转向不变。4.6.1选用齿轮类型、精度等级、材料及齿数1、选用直齿圆柱齿轮传动。2、为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB1009588）。3、材料选择。选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。4、选小齿轮齿数z1=24,大齿轮齿数z2=uz1=4.6.2按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算，即 1、确定公式内的各计算数值（1） 试选载荷系数Kt=1.3（2） 计算小齿轮传递的转矩Tl=4.723（3） 由表选取齿宽系数=1（4） 由表查得材料的弹性影响系数ZE=189.8MPa1/2（5） 由图按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限；（6） 由式计算应力循环次数（7）由图查得接触疲劳寿命系数HN11.03；HN21.15（8）计算接触疲劳许用应力取失效概率为，安全系数，由式得2、计算（1）试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值（2）计算圆周速度（3）计算齿宽（4）计算齿宽与齿高之比模数齿高（5）计算载荷系数 根据=9.47m/s,7级精度，由图查得动载系数KV=1.0 直齿轮，假设KAFt/b100N/mm。由表查得KHa=KFa=1.2 由表查得使用系数KA=1； 由表查得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时， 将数据代人后得 由10.68, =1.432查图得=1.35；故载荷系数 （6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式得（7）计算模数3、按齿根弯曲强度设计由式得弯曲强度的设计公式为确定公式内的各计算数值（1） 由图查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限；（2） 由图查得弯曲疲劳寿命系数；（3） 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数1.4，由式得（4） 计算载荷系数 （5） 查取齿形系数由表查得；。（6） 查取应力校正系数由表可查得；（7）计算大、小齿轮的 并加以比较大齿轮的数值大。设计计算：对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿