毕业1780四辊热带钢精轧机组压下规程设计及F7机座辊系设计.doc

燕山大学课 程 设 计 说 明 书题目：1780四辊热带钢精轧机组压下规程设计及F7机座辊系设计燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）： 基层教学单位： 学 号学生姓名专业（班级）设计题目设计技术参数设计要求工作量工作计划参考资料指导教师签字基层教学单位主任签字说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。年 月 日 燕山大学课程设计评审意见表指导教师评语：成绩： 指导教师： 年 月 日答辩小组评语：成绩： 评阅人： 年 月 日课程设计总成绩：答辩小组成员签字：年 月 日3 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书目录1、 原料、设计技术参数2、 压下规程的制定 2.1、压下规程制定的原则及其要求 2.2、轧制道次的确定 2.3、压下量初始分配压下率计算 2.4、前滑系数的计算 2.5、精轧机组各机座的速度分配 2.6、平均变形速度计算 2.7、各道次轧制温度降的计算 2.8、变形抗力计算 2.9、轧制力的计算 2.10、轧制力矩计算三、确定四辊轧机辊系尺寸3.1、轧辊的类型与结构简介3.2、轧辊的材料的选择3.3、轧辊的尺寸的确定 3.3.1、轧辊名义直径D和辊身长度L的确定 3.3.2、轧辊辊颈尺寸d和l的确定 3.3.3、工作辊轴头的选择3.4、轧辊的校核四、绘制辊系装配图和轧辊零件图五、心得体会六、相关的参考资料42 共 页 第 页6 原料、设计技术参数 1、原料：20-50mm1600mm；产品：1.2-4.51600； 材质：Q235、Q195、08F、35 2、工作辊采用四列圆锥滚子轴承，支承辊采用油膜轴承3、精轧机组为7机架连轧；成品架出口速度v=22m/s；精轧机组开轧温度为920-980，终轧温度为840。连轧机组长度为（F1-F7中心距离）66=36m。一、 压下规程的制定（以Q235 的50mm-4.5mm为例） 1、压下规程制定的原则及其要求： 压下规程设计的主要任务是确定由一定来料厚度的板坯经过几个道次后轧制成为用户所需要的、满足用户要求的板、带产品。在此过程中确定所需采用的轧制方法、轧制道次及每个道次压下量的大小，在操作上就是要确定各道次辊缝的位置（即辊缝的开度）和转速。因此，还要涉及到个道次的轧制速度、轧制温度、前后张力及道次压下量的合理分配。在此过程中，主要考虑设备能力和产品质量；设备能力主要包括咬入条件、轧辊强度和电机功率三个要素；而产品质量主要包括几何尺寸精度和力学性能。 压下规程制定的原则：在保证产品质量的前提下，充分发挥轧机的设备生产能力，达到优质高产。 压下规程制定的方法及步骤如下： 1）、为提高热轧带钢的几何尺寸精度和表面质量，最后一架机座的相对压下量要取得比较小，一般取10%-15%； 2）、为保证金相组织和力学性能，要保证终轧温度； 3）、负荷的合理分配是制定精轧机组压下规程的关键，它直接影响到生产的稳定性和产品的产量和质量。分配方法有：对数伸长率法、能耗曲线法、按最大生产率或最佳质量的目标函数优化法、动态规划法、专家系统分配法。 制定精轧机组压下规程除合理的分配各工作机座的压下量外，还需要给出各机座的速度分配和计算各机座的温度降。2、轧制道次的确定，由设计参数及其要求可以确定出轧制道次为7个道次，即：n=7。 3、压下量初始分配压下率计算： （1-1）式中h0 ：轧前厚度，mm；h1 ：轧后厚度，mm； h：绝对压下量，mm。： F1F2F3F4F5F6F7入口厚度mm50281711865.1出口厚度mm281711865.14.5压下率%4439.33527.3251511.8轧辊直径mm8007507507506806806804、前滑系数的计算 任意一架机座的前滑系数计算如下： （1-2）式中 h :轧件厚度，mm； R1 : 工作辊半径，mm； h：绝对压下量，mm； ：轧辊与轧件间的摩察系数； T1 T0:前张力和后张力，KN； P：轧制力，KN; 对于精轧机组，T1 T0 , 2R1 h ，=0.3故: （1-3）由（1-3）得， 72.9mm82.6mm84.9mm67.9mm63.4mm36.9mm28.8mm5、精轧机组各机座的速度分配确定精轧机组各机座的速度，必须满足连轧机组稳定轧制条件，即各架机座每秒钟内通过的金属体积相等，这称为连轧常数。即有： (1-4) 或 式中 ：精轧机组第n架机座带材出口厚度； ：精轧机组第n架机座带材出口速度； ：精轧机组第n架机座轧辊圆周速度； ：精轧机组第n架机座带材前滑系数；在确定各架机座的厚度基础上首先确定最后一架机座的轧制速度，然后用上式确定其它的各架的速度v （m/s）: (1-5)由式（1-5）得，速度m/s3.35.388.311.5915.5218.7221.386、平均变形速度计算：为了计算变形阻力，一般采用变形速度的平均值，称为轧制时平均变形速度, （1-6）其中， ：轧辊圆周速度；：轧件入口厚度 ；：轧件出口厚度；：变形区长度；由式（1-6）得，20.3741.7976.13110.03171.18173.93187.397、各道次轧制温度降的计算 轧件的温度不仅与热辐射、对流和热传导有关，还与轧制时的变形功和摩擦功转化的热量有关。 对于高温轧件热辐射散热降温T（单位为K）可计算如下： （1-7） 式中 T1 :前一道次的绝对温度，K； t：计算温降的热辐射时间（该道次纯轧时间和间隙时间），h； h：轧件厚度，mm； K1：考虑散热条件系数，粗轧和中间辊道选用 K1=1.5，精轧时选用 K1=2.0。对于精轧机组，轧件通过各机座的延伸时间t与轧件厚度h比t/h为一常数，即： （1-8）式中C为常数故式（1-7）可以简化为 （1-9） 式中 S0：精轧机组机座间距离，m； V0：第n架机座轧制速度，m/s； :第n架机座出口厚度，mm； n：精轧机组号。上式只涉及了辐射散热，还有对流和热传导和轧制时的变形功和摩擦功转化的热量有关。所以要对计算结果进行修正，计算出的乘以一个修正系数，得T1T2T3T4T5T6T7温度/9509439389208988748508、 变形抗力计算：根据带钢热轧的模型与控制变形抗力计算公式： （1-10）其中，:真正变形程度；：回归系数；：变形速度；式中：；查表24可知Q235的回归系数：-2.8783.6650.1861-0.12160.37951.402从而，根据式（1-10）得，189.92212.87227.53244.85267.49282.43301.079、 轧制力的计算： 在热轧的情况下，摩擦系数较大，可近似认为轧件与轧辊间处于粘着状态，即认为沿整个接触弧的单位摩擦力等于常值k。此外，对于前滑区接触弧的水平倾角很小，可以近似的将轧制过程看作为平面墩粗。由设计的参数及其要求可以看出，轧制过程是热轧宽轧件。所以根据轧制原理上的奥洛万-帕斯科克公式： （1-11）式中n=0.40.6，取n=0.5，则上式变为 （1-12）其中 : 总的轧制压力，KN ：变形区长度 ， :工作辊半径 ：绝对压下量，mm； ： 轧件的平均宽度，mm； ：轧件的屈服极限，随着温度的变化而变化。 由式（1-12）得，53916.6244076.437456.7428048.4524317.8715133.1912662.9110、 轧制力矩计算: 对于轧制矩断面轧件按作用在轧辊上的总压力确定轧制力矩，可以给出比较精确的结果。由于金属作用在轧辊上的合力P，在一般情况下相对垂直方向偏斜不大，在数值上可以近似地认为等于垂直分量，因此可以按照按金属作用在轧辊上的总压力P计算轧制力矩。由此在简单轧制情况下，转动两个轧辊所需的力矩 对于力臂系数的值的确定，E.C洛克强在初轧制和板轧机上进行了实验研究，结果表明，力臂系数决定于比值。随着比值的增大力臂系数减小，在轧制初轧坯时由0.55 0.5 减小到0.35 0.3；在热轧铝板时由0.55减小到0.45 。 在简单计算时常取=0.5，因此 （1-13） 则由式（1-13）得， 505782728308581776729940773.7634132.4264722.7180862.6 分析轧制力和轧制力矩的计算结果可知初始分配轧制力不合理，第一架轧机轧制力过大，且七架轧机轧制力相差太大，不能充分利用每一架轧机。然后通过Excel表进行轧制力调整，得到以下优化结果： 参数F1F2F3F4F5F6F7ho/mm50.00 34.00 22.30 14.70 9.80 6.70 5.20 h1/mm34.00 22.30 14.70 9.80 6.70 5.20 4.50 lc/mm80.00 66.24 53.39 42.87 32.47 22.58 15.43 0.32 0.34 0.34 0.33 0.32 0.22 0.13 e（累计变形）0.32 0.55 0.71 0.80 0.87 0.90 0.91 T/950.00 943.25 938.00 920.00 898.25 874.25 848.75 um/(1/s)13.34 26.54 48.90 88.32 159.99 202.14 199.55 轧辊v/(m/s)2.77 4.17 6.26 9.34 13.66 18.01 21.29 s(前滑)0.05 0.07 0.08 0.08 0.08 0.06 0.03 出口v/(m/s)2.91 4.44 6.73 10.10 14.78 19.04 22.00 K/Mpa173.53 202.50 218.86 240.81 266.44 286.48 302.72 p/KN35615.33 38236.75 36877.62 361215.40 32152.44 22545.16 14301.38 M/N.m2849226.39 2532733.63 1968726.11 1548388.46 1043840.69 509141.36 220630.98 轧辊直径/mm800.00 750.00 750.00 750.00 680.00 680.00 680.00 由于35号钢变形抗力最大，所以我们利用相同的方法对35号钢不同来料厚度和不同的出口厚度时的通过以上公式计算出的压下规程。 35号钢，来料为50mm1600mm，产品为4.5mm1600mm的压下规程 参数F1F2F3F4F5F6F7ho/mm50.00 34.00 22.30 14.70 9.80 6.70 5.20 h1/mm34.00 22.30 14.70 9.80 6.70 5.20 4.50 lc/mm80.00 66.24 53.39 42.87 32.47 22.58 15.43 0.32 0.34 0.34 0.33 0.32 0.22 0.13 e（累计变形）0.32 0.55 0.71 0.80 0.87 0.90 0.91 T/950.00 943.00 938.00 920.00 898.00 874.00 850.00 um/(1/s)13.34 26.54 48.90 88.32 159.99 202.14 199.55 轧辊v/(m/s)2.77 4.17 6.26 9.34 13.66 18.01 21.29 s(前滑)0.05 0.07 0.08 0.08 0.08 0.06 0.03 出口v/(m/s)2.91 4.44 6.73 10.10 14.78 19.04 22.00 K/Mpa175.42 204.00 225.42 249.90 273.36 300.90 327.42 p/KN36002.62 38520.21 37982.46 374845.50 32987.88 23680.38 15468.08 M/N.m2880209.84 2551509.46 2027708.30 1606815.36 1070963.70 534778.32 238629.88 轧辊直径/mm800.00 750.00 750.00 750.00 680.00 680.00 680.00 35号钢，来料为30mm1600mm，产品为2.5mm1600mm的压下规程参数F1F2F3F4F5F6F7ho/mm30.00 19.20 12.40 8.20 5.50 3.80 2.90 h1/mm19.20 12.40 8.20 5.50 3.80 2.90 2.50 lc/mm65.73 50.50 39.69 31.82 24.04 17.49 11.66 0.36 0.35 0.34 0.33 0.31 0.24 0.14 e（累计变形）0.36 0.59 0.73 0.82 0.87 0.90 0.92 T/950.00 943.00 938.00 920.00 898.00 874.00 850.00 um/(1/s)18.11 35.48 64.31 115.10 204.77 275.20 270.38 轧辊v/(m/s)2.67 4.10 6.17 9.17 13.31 17.81 21.24 s(前滑)0.07 0.08 0.09 0.09 0.09 0.06 0.04 出口v/(m/s)2.86 4.44 6.71 10.00 14.47 18.97 22.00 K/Mpa186.20 217.26 234.60 258.06 282.54 308.04 323.34 p/KN37448.61 36861.11 34582.38 340877.65 29897.19 22982.99 13701.13 M/N.m2461373.92 1861395.06 1372445.77 1084666.03 718777.20 402038.10 159781.27 轧辊直径/mm800.00 750.00 750.00 750.00 680.00 680.00 680.00 35号钢，来料为20mm1600mm，产品为1.2mm1600mm的压下规程参数F1F2F3F4F5F6F7ho/mm20.00 12.50 7.50 4.60 2.90 1.90 1.40 h1/mm12.50 7.50 4.60 2.90 1.90 1.40 1.20 lc/mm54.77 43.30 32.98 25.25 18.44 13.04 8.25 0.38 0.40 0.39 0.37 0.34 0.26 0.14 e（累计变形）0.38 0.63 0.77 0.86 0.91 0.93 0.94 T/950.00 943.00 938.00 920.00 898.00 874.00 850.00 um/(1/s)16.64 37.45 76.31 149.11 287.36 409.62 396.06 轧辊v/(m/s)1.94 3.17 5.15 8.16 12.53 17.49 21.19 s(前滑)0.09 0.11 0.11 0.12 0.11 0.08 0.04 出口v/(m/s)2.11 3.52 5.74 9.10 13.89 18.86 22.00 K/Mpa182.16 219.30 236.64 260.10 290.70 314.16 336.60 p/KN34948.36 39367.99 37383.54 361247.99 31957.82 23680.12 12915.75 M/N.m1914200.62 1704683.97 1232806.86 912106.46 589273.15 308750.95 106505.97 轧辊直径/mm800.00 750.00 750.00 750.00 680.00 680.00 680.00 二、 四辊轧机的辊系确定（F7）1、轧辊的类型与结构简介： 轧辊是轧钢机的主要部件。按照轧机类型可以分为板轧机轧辊和型钢轧机轧辊两大类。 板轧机轧辊的辊身呈圆柱形，有时，热轧板轧机的辊身微凹，当受热膨胀时可以保持良好的板型；冷轧板轧机的辊身微凸，当受力弯曲时，可以保持良好的板型。型钢轧机的辊身上有轧槽，根据型钢轧制工艺的要求，安排孔型和尺寸。 轧辊由辊身、辊颈和轴头三部分组成。辊颈安装在轴承中，并通过轴承座和压下装置把轧制力传给机架。轴头和连接轴相连，传递轧制扭矩。轴头有三种主要的形式，分别是梅花轴头、万向轴头（在轧辊端是扁头）和带键槽的或圆柱形轴头（与装配式万向轴头或齿形接手连接）实践证明带双键槽的轴头在使用过程中，键槽壁容易崩裂。目前常使用带平台的轴头代替带双键槽的轴头 2、轧辊的材料的选择： 常用的轧辊材料有合金锻钢、合金铸钢和铸铁等。带钢热轧机的工作辊选择轧辊材料时以轧辊辊面硬度为主要要求，多采用铸铁轧辊或在精轧机组前几架采用半钢轧辊以减缓辊面粗糙化过程。而支承辊在工作过程中主要受弯曲，且直径较大，要着重考虑强度和轧辊淬透性，因此多选含Cr的合金锻钢。 根据综上的介绍，我们第七架轧机工作辊的材料选择为无限冷硬铸铁，支承辊的材料选择为合金铸钢。 3、轧辊的尺寸的确定： 轧辊的基本尺寸参数是：轧辊的名义直径D，辊身长度L，辊颈直径d和辊颈长度l。 1）轧辊名义直径D和辊身长度L的确定： 板带轧机轧辊的主要尺寸是辊身长度L(标志着板带轧机的规格)和直径D。决定板带轧机轧辊尺寸时，应先确定轧辊辊身长度L，然后再根据强度、刚度和有关的工艺条件确定其直径。 对于四辊轧机，为了减小轧制力，应尽量使工作辊直径小些。但是工作辊最小直径受到辊颈和轴头的扭转强度和轧件咬入条件的限制。支承辊的直径主要取决于刚度和强度的要求。 根据项目所给的参数我们已经可以确定轧辊的辊身长度L=1600mm 根据轧轧钢机械书上的表（3-3）各种四辊轧机的L/D1 、L/D2和D2/D1 的关系查得宽带钢轧机精轧机座L/D1 = 2.1 4.0常用比值为2.4 2.8；L/D2 = 1.0 1.8 常用的比值1.3 1.5；D2/D1 = 1.8 2.2 常用比值为1.9 2.1 。将L=1600mm代入各上式可以得到D1 的取值范围D1 = 400 762mm，取=680mm,=1360mm。为了减小边部减薄危害，我们使支承辊的辊身长度小于支承辊辊身长度，从而增加有载辊缝刚度。考虑各种轧辊的重车率：在轧制过程中，轧辊辊面因工作磨损，需要不止一次的重车或重磨。轧辊工作表面的每次重车量为0.5 5mm；重磨量为0.01 0.5mm。依据表3-4选取,工作辊重车率为3%，支承辊重车率为6%。 2）轧辊辊颈尺寸d和l的确定： 辊颈直径d和长度l与轧辊轴承型式及工作载荷有关。由于受到轧辊轴承径向尺寸的限制，辊颈直径比辊身直径要小得多。因此在辊颈与辊身过度处，往往是轧辊强度最差的地方，只要条件允许，辊颈直径和辊身的过度圆角r均应选大些。 使用滑动轴承的轧机，其d/D、l/d和r/D的比值可以从轧钢机械的表（3-5）（表中D是新辊直径）。 使用滚动轴承时，由于轴承外径较大，辊颈尺寸不能过大，一般近似地选d = （0.5 0.55）D，l/d = 0.83 1.0 。从而，工作辊辊颈直径d=340mm，选取四列圆锥滚子轴承。轴承宽度T=325mm，则辊颈长度为325mm。 支承辊辊采用油膜轴承，根据王海文编写的轧钢机械设计中表113某重机厂的动压轴承选取轴承直径d=900mm，轴承长度l=675mm，劲套锥度1:5。 3)工作辊轴头的选择： 我们将轧机设计为工作辊传动的轧机，将工作辊的轴头设计为带平台的轴头。总结以上计算结果得辊系结构参数表：轧辊直径辊身长度辊颈辊颈长度轧辊最小直径工作辊6801780340325640支承辊136017009006751280工作辊的材料选择为无限冷硬铸铁，支承辊的材料选择为合金铸钢。4、轧辊校核：四辊轧机的支承辊经D2与工作辊辊径D1之比一般在1.52.9范围内，显然，支承辊的抗弯截面系数较工作辊大得多，即支撑辊有很大的刚性。因此，轧制时的弯曲力矩绝大部分由支承棍承担。在计算支承辊时，通常按承受全部轧制力的情况考虑。由于四辊轧机一般是工作辊传动，因此，对支承辊只需要计算辊身中部和辊颈断面的弯曲应力。 1）支承辊校核：支承辊的弯曲力矩和弯曲应力分布见图1。在辊颈的1-1断面和2-2断面上的弯曲应力均应满足强度条件，即 (1-14) (1-15) 式中 P:总轧制压力；、:1-1和2-2断面的直径；、:1-1和2-2断面支反力P/2处的距离；:许用弯曲应力。 支承辊辊身中部3-3断面处弯矩是最大的。若认为轴承反力距离等于两个压下螺丝的中心距，而且把工作辊对支撑辊的压力简化为均布载荷（这是计算误差不超过），可得3-3断面的弯矩表达式 (1-16) 图1四辊轧机计算简图 辊身中部3-3断面的弯曲应力为 (1-17) 式中应以重车后的最小直径带入。式(1-14)到式（1-17）中的参数值是：15468.083105451700275075410501280未标注单位为mm。数据代入得：55.9336.4135.04支承辊材料为9Cr2Mo合金锻钢许用应力。可见支承辊设计均满足强度要求。 2）工作辊校核;由于有支撑辊承受弯曲力矩，故工作辊可只考虑扭转力矩，即只计算传动端的扭转应力。扭转应力为 （1-18） 式中 工作在一个工作辊上的最大传动力矩； 工作辊传动端的扭转断面系数。其中第七架轧机最大扭矩为 2