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辽 宁 科 技 大 学 钢管课程设计说明书 学院 系 材冶学院 专业班级 材控 10 2 班 学生姓名 王文言 指导教师 李激光 2013 年 01 月 6 号 辽宁科技大学课程设计说明书 1 目录 一 前言 2 二 钢管设计任务书 4 三 140 机组生产工艺概述 5 一 主要设备 5 二 工艺流程 6 三 工艺要求 6 四 轧制表的制定 17 一 轧管机 17 二 穿孔机 18 三 均整机 18 四 定径机 19 五 轧制表绘制 20 五 穿孔机设计 力能参数及强度校核 21 5 1 穿孔机的轧辊设计 21 5 2 穿孔机顶头设计 24 5 3 穿孔机能力参数计算 27 5 3 加热炉能力校核 34 六 结语 35 七 重要参考文献 37 辽宁科技大学课程设计说明书 2 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 辽宁科技大学课程设计说明书 3 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 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 辽宁科技大学课程设计说明书 4 二二 钢钢管管设设计计任任务务书书 成品尺寸 114 10 坯料尺寸 110 材质 Q195 指导教师 辽宁科技大学课程设计说明书 5 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 5 850 500 曼氏穿孔机一台 6 730 1680 自动轧管机一台 7 850 600 桶式均整机一台 8 5600 11800 步进梁式再加热炉一座 9 430 255 五架定径机 10 430 255 二十架减径机 11 11000 16800 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 6UTH 42 7 168mm 切管机二台 辽宁科技大学课程设计说明书 6 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 Q195 尺寸 110 Q195 的化学成分及力学性能 Q195 的化学成分 化学成分 质量分数 SiSP 牌号等级 CMn Q195 0 06 0 12 0 25 0 50 0 3 0 0 050 04 5 辽宁科技大学课程设计说明书 7 Q195 的力学性能 牌号拉力强度 Mpa屈服点 Mpa伸长率 Q195 315 430 19533 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 8 辽宁科技大学课程设计说明书 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 的表面质量 辽宁科技大学课程设计说明书 9 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80 90 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 12 25mm 3 定心直径 40 50mm 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 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 辽宁科技大学课程设计说明书 10 匀 延伸系数 1 25 4 5 设备性能 主电机 N 200KW n 200 400 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 540 600mm 辊身长 1680mm 主电机 功率 P 880KW 转速 n 400 500 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 飞轮力矩 GD2 20 吨 米 2 传动比 i 5 67 辽宁科技大学课程设计说明书 11 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 1 132 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 12 404 25K W 500 750 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 13 定定径径机机孔孔型型图图 主要设备技术性能 辽宁科技大学课程设计说明书 14 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 125KW51200mm89 168mm4 25mm 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100 160 C 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 450 1800 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 0085 0 033m s 5 二次冷却温度 T 50 100 C 6 冷却台尺寸 宽度 16800mm 长度 1 11000mm 2 31500mm 7 冷却时间 1 5 5 21 5 分钟 2 16 21 分钟 8 斜度 12 辽宁科技大学课程设计说明书 15 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 13 80m 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 0 1500 转 分 6 减速比 i 1 9 851 7 主动辊尺寸 380 560mm 被动辊尺寸 320 480mm 8 轧辊角度可调范围 27 35 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 规格 D0 57 168mm s 3 5 40mm l 前 16mm 辽宁科技大学课程设计说明书 16 l 均后 5 5 15mm 重量 Qmax 1500kg 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 38 195mm s 20mm l 4 14mm 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 15 150mm 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 17 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 114 10 材质 Q195 管坯 110 一一 轧轧管管机机 轧管机的壁厚 S 轧 S成 10mm 外径 D 轧 H轧槽高 114mm 内径 d 轧 D轧 2S轧 114 2 10 94mm 轧管顶头直径 二道次 轧 d 轧 94mm 一道次 轧 轧 1 3 94 2 96mm 厚壁管取大值 薄壁管取小值 顶杆直径 杆 轧 8 15 94 12 82mm 总延伸系数 85 2 10 10114 98 0 2 110 2 22 轧轧轧 坯 总 SSD KD K 为烧损系数 碳钢K 0 97 0 98 43 1 1010 114 1414 120 轧轧轧 轧 SSD SSD mmm 辽宁科技大学课程设计说明书 18 二二 穿穿孔孔机机 5 毛管外径 Dm 1 03 1 08 D 轧 1 05x114 119 7mm 取 Dm 120mm 毛管壁厚 Sm S 轧 3 5 10 4 14mm 毛管内径 dm Dm 2Sm 120 2x14 92mm 顶头直径 穿 dm 4 15 92 6 86mm k 穿 内扩径值 一般机组 4 15mm 大型机组 10 15mm 小型机组 4 7mm 轧辊间距 B D 坯 10 15 D坯 110 12 x110 97mm 绝对压下量 h D 坯 B 110 97 13mm 导板间距 l H 0 2 114 1 115mm 延伸系数 0 2 1414 120 98 0 55 SS D KR 22 穿穿穿 坯 穿 椭圆度系数 19 1 97 115 B l 三三 均均整整机机 外径 D均 D轧 3 5 114 4 118mm 壁厚 S均 S轧 10mm 内径 d均 D均 2S均 118 2x10 98mm 顶头直径 均顶头 轧 1 4 94 2 96mm 辽宁科技大学课程设计说明书 19 顶杆直径 均顶杆 均顶头 2 3 82 3 85mm 轧辊间距 B 均顶头 2S均 96 2x10 116mm 导板间距 l 2D均 B 2x118 116 120mm 椭圆度系数 03 1 116 120 B l 延伸系数 04 1 1010 114 1010 118 成成成 均均均 均 SSD SSD 四四 定定径径机机 1 定径机外径 D 定 D 定 1 01 1 015 D 成 1 013x114 112 54mm 2 定径管壁厚 S定 S定 S成 10mm 3 定径管内径 d定 d 定 D定 2S定 112 54 2 10 92 54mm 4 4 各机架钢管外径 详见定径机设计 第 5 架 D5 D定 112 54mm 第 4 架 D4 D5 0 2 112 54mm 第 3 架 D3 D4 0 01 0 05 D定 115 9mm 第 2 架 D2 D3 0 01 0 05 D定 119 3mm 第 1 架 D1 D2 0 01 0 05 D定 122 7mm 5 延伸系数 定 1 04 1010均 均114 1010均 均118 SS D SS均D 均均均 均均均 均 辽宁科技大学课程设计说明书 20 五五 轧轧制制表表绘绘制制 设备名 称 参数数值设备名 称 参数数值 外径 D毛120mm孔型高度 H114mm 壁厚 S毛14mm外径 D轧114mm 内径 d毛92mm壁厚 S轧10mm 顶头直径 毛 86mm内径 d轧94mm 轧辊距离 Bck 97mm 116mm 导板距离 Lck 115mm 顶头直径 轧 114mm 顶杆位置 y113 08mm顶杆直径D 顶 82mm 穿孔机 延伸系数 穿 2 0 轧管机 延伸系数 轧 1 43 外径 D均118mm外径 D1122 7mm 壁厚 S均10mm外径 D2119 3mm 内径 d均98mm外径 D3115 9mm 顶头直径 均 96mm外径 D4112 54mm 轧辊距离b 均 116mm外径 D5112 54mm 均整机 导板距离L 均 120mm 定径机 内径 d定92 5mm 辽宁科技大学课程设计说明书 21 顶杆直径D 顶 85mm壁厚 S定10mm 延伸系数 均 1 04延伸系数 定 1 04 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 辽宁科技大学课程设计说明书 22 本设计中采用 140 自动式轧管机组 Dpmax 160mm 5 7 6 1 i mmD i D p 1200 960 160 5 7 6 1 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 6397160maxmax Dk Dp max该穿孔机的出口处毛管外扩量最大值 mmBDDD ckmpk 2397120 maxmax R1 R2 端面圆角半径 取15 25mm 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 1 3o 3 5o 出口 锥角 2 3o 3 5o 本设计中取 1 3o 2 3 5o DPmax 63mm Dk DP max 23mm 代入数据有 mmR D L p 62120 3tan2 63 tan2 1 1 1 max 辽宁科技大学课程设计说明书 23 mmR DD L pk 21325 5 3tan2 23 tan2 2 2 max 2 轧制带长度 L3与角 1和 2的大小有关 L3一般为 0 20mm 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 210mm L3 0 1 3 2 3 5 L L1 L2 l3 600 210 0 810mm 辊径直径 d 0 5 0 55 D 500 550 mm 取 d 500mm 辊径长 l 0 8 1 0 d 400 500 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 810mm 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 24 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 5 12 5 5 2 2 穿穿孔孔机机顶顶头头设设计计 1 各部分尺寸确定 1 顶头直径由轧制确定 穿孔机顶头直径D 顶头 Dt dm dk 92 5 15 77 87mm dk 扩径值 故取 Dt 80mm 2 鼻部直径 d0 过渡圆弧 ro 鼻部长度 lo 辽宁科技大学课程设计说明书 25 D0 0 15 0 25 D 坯 0 2 110 22mm r0 d0 2 11mm 5 37 l0 0 8 1 0 d0 0 9 22 19 8mm 5 38 3 穿孔锥长度 l1 由 l1 Dt 1 2 5 5 39 所以 l1 1 5Dt 1 5 80 120mm 直径 D1和穿孔轮廓母线的圆弧半径R 为 D1 Dt 2l2tan 2 5 40 sin2cos 4 4 21201 2 1 2 01 ldD ldD R 故 D1 80 2 45 tan3 50 74 5mm mmR400 5 3sin12025 3cos 22 5 74 4 1204 22 5 74 22 4 均整锥长度 l2 l2 1 5 1 75 Zch y x mch S S D n Z tan 5 41 式中 Zch 毛管出口的 1 n 转螺距 26 59mm Sx 轴向滑动系数 Sy 切向滑动系数 S x S y 0 8 轧辊送进角 100 n 轧机的轧辊数目 n 2 因此 Zch 2 120 tan100 0 8 26 59mm l2 1 5 1 75 26 59 40 46 5 mm 取 l2 45mm 5 反锥长度 l3 反锥长度 l3随顶头类型而定 l3值一般为 5 15mm 故 本设计取 10mm 辽宁科技大学课程设计说明书 26 6 顶头长度 l l l0 l1 l2 l3 19 8 120 45 10 195mm 7 材质 由于顶头在工作时要承受很大的压力和高的热负荷 因此需采用有良好的高温强度 导热性并耐急冷的材料制造 本设计中采用 25CrNi4VA 8 顶杆位置 y 5 43 2 3 tan2 1 2 ckmt BSDlLy 出 式中 Dt 顶头直径 Sm 毛管壁厚 Bck 轧辊距 离 L 出 轧辊出口锥长度 2 出口锥角度 取 2 3 50 l3 顶头反锥长度 本设计中 取 l3 10mm 所以 mm113 5 3tan2 1 9714280 10213 y 9 顶头位置 C C y l L 出 113 195 213 95mm 5 44 式中 l 为顶头全长 10 顶头前压下量 Ddq和顶头前压下率 dq Ddq D 坯 Bdq 100 坯 D Ddq dq Bdq Bck 2 C 0 5L3 tan 1 其中 1 30 L3 0 所以 Bdq 97 2 95 0 5 0 tan30 107mm Ddq 110 107 3mm 辽宁科技大学课程设计说明书 27 73 2 100 110 3 dq 综上可得 穿孔机顶头主要参数和形状见表5 4 表 5 4 穿孔机顶头主要参数 名称参数 顶头直径 Dt80mm 鼻部直径 d022mm 过度圆弧直径 r011mm 鼻部长度 l019 8mm 穿孔锥长度 l1120mm 辗轧长度 l245mm 反锥长度 l310mm 总长度 l195mm 材质25CrNi4VA 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 114 10 管坯 110 毛管外径 Dm120mm椭圆度系数1 19 壁厚 Sm14mm顶头位置 C95mm 内径 dm92mm顶杆位置 yc113mm 导板间距 l115mm顶头直径80mm 辽宁科技大学课程设计说明书 28 轧辊间距 B97mm送进角 10 绝对压下量 h13mm入口锥角 13 顶前压下率6 5 出口锥角 23 5 穿孔机延伸系数2 73 辊身长 L 810mm 轧辊间距 B 97mm 导板间距 l 115mm 轧辊直径 D 1000mm 滑动系数 8 0 y x S S 摩擦系数 fz 31 03tan 16 01 2 3tantan1tan 2 11 2 i n fz 式中 16 0 100 160 轧辊直径 坯最大直径 D D i p 顶头工作锥角 r1 12 r2 3 棍颈直径 d 颈 500mm 辊径长 l 500mm 变形区长 mm BD BD l m p 05 312 5 3tan2 97120 3tan2 97110 tan2tan2 21 变 单位压下量 tan tantan 2 1 11 r S S Dr y x mx mm05 7 12tan3 tan8 010tan120 2 1 接触宽度 辽宁科技大学课程设计说明书 29 mm rBD rBrD b x xx 55 26 05 7 297100 05 7 29705 7 1000 2 2 2 2 接触面积 1 1 tan2 ckp BD l 2 2 tan2 ckm BD l 2 2206 5 3tan2 97110 55 2667 0 167 01mmblF 2 22 3994 5 3tan2 97120 55 268 08 0mmblF 单位轧制压力计算 已知 Q195 在 1200 C 时 s 2 1 mm2 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 49 2 1 215 1 110 97110 7 21 97 55 26 8 1 mmkg 出口锥的平均单位压力 2 12 87 1 49 2 75 0 75 0 mmkgPP 入口锥轧制压力 kgPFp94 549249 222061 11 出口锥轧制压力 kgPFp78 726887 1 39942 22 总轧制力 tkgppP1372 1296178 746894 5492 21 1 轧制力矩 Mzh Pb 0 13 0 27 P Ex Pbfbsin 0 13 0 27 Pfbsin 辽宁科技大学课程设计说明书 30 2 cos ck bbb L fPM PQ 4 0 3 0 sinsincos 5 0 px PEQX sin 5 0 cossin xp EQPY p PZ cos 6 9 21 aYaZMM bzh 故 21 aYaZMM bzh 2 cos 27 0 13 0 sin 2 cossincos sin 5 0 cossincos 2 cos 27 0 13 0 221 221 ck bxpp xpp ck b L PfE Q aaaP EQaPaPa L Pf 式中 a1 分力 Z 的力臂 a1 0 5 26 55 13 3mm p p 力与 Z 力臂的夹角 3 15 97 3 132 tan 2 tan 1 1 1 ck p B a a2 分力 Y 的力臂 a2 500mm 1 22 aR 22 3 13 2 1000 R 轧辊半径 R 500mm 3 1000 fb 金属与导板间的摩擦系数 计算时取fb f 0 2 0 3 取 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 3 12961 72 3888 516kg Pb 轧件对导板作用力 Pb 0 13 0 27 p 0 16 12961 72 2073 88kg Ex 轴向摩擦阻力 辽宁科技大学课程设计说明书 31 Ex Pbfbsin 2073 88 0 3 sin10 108 04kg 送进角 100 Lck 导板距离 Lck K 导Bck 1 1 97 106 7mm 代入上式 Mzh 12961 72 153 53 cos15 3 500 sin15 3 cos10 500 108 04 sin10 0 16 12961 72 0 3cos100 2 516 3888 2061301 572kg mm 2 7 106 故 Mzh 4 4t m 6 功率计算 N N ng 0 975 MTMzh2 式中 M 克服轴承摩擦力矩 M P D fz TT颈 D 轴颈直径 D 500mm 颈颈 fz 滚动摩擦系数 fz 0 003 机械效率 0 9 ng 轧辊转数 ng 110r min M P D fz 12961 72 500 0 003 19442 58kg mm T颈 故 MT 0 02t m N ng 975 0 MMzh2 T wNkwk250093 503110 9 0975 0 02 022 额 电机安全 7 穿孔时的强度校核 辽宁科技大学课程设计说明书 32 由前面计算可得轧制力P 13t 认为此力作用在轧辊过 渡处 由轧辊辊身和辊颈长 可得a 825mm b 435mm 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 5t F 8 5t 受力分析如图 6 1 ab 进一步可算出在C D 两点出的力矩 Mc 4 5 10 825 37125N m Md 4 5 10 225 10125N m 辊颈处扭矩 T Mzh Mt 2 2 0 02 2 2 01t m 20100N m d 辊身处扭矩 TD Td MT 2 2 01 0 02 2 2t m 20000N m D 点为辊颈和辊身的接触点 C 点为轧辊的过渡处点 F t 13t a b 辽宁科技大学课程设计说明书 33 M N m 4 5t 8 5t 37125 10125 T KN m 20100 20000 1 弯曲应力 式中 W 抗弯截面 W M max max 系数 对于圆柱体 3 32 dW 辊颈危险断面弯曲应力 d Pa 0 83MPa 23 825059 5 0 32 10125 3 d d d W M 辊身断面弯曲应力 D 辽宁科技大学课程设计说明书 34 Pa 0 38MPa1 378152 1 32 37125 3 D c D W M 2 扭转应力 式中 Wt 抗扭截面系数 t W T max 对于圆柱体 16 3 D Wt 辊颈的扭转应力 d 辊颈的扭转应力MPa82 0 7 818947 5 0 16