冷轧板带1450设计.doc

学学 号 号 课课程程设设计计说说明明书书 设计题目 设计题目 0 41450mm1450mm 冷轧板带钢设计冷轧板带钢设计 学生姓名 学生姓名 专业班级 专业班级 学学 部 材料化工部部 材料化工部 指导教师 指导教师 助教助教 2015 年年 12 月月 3 日日 摘 要 I 摘摘 要要 冷轧产品尺寸精度高 表面光滑 内部各项性能良好 其主要因素是排除 了热轧中温度这一工艺因素的影响 利用钢在高温时变形抗力低和塑性良好的 特点 在高温状态下进行加工变形 有利于节约能源 容易获得各种形状 但 高温加工变形过程中的温度不是固定不变的 如果加工过程中钢的温度不均匀 则影响加工精确度 而高温状态的氧化 使得热轧钢板表面质量较差 冷轧能 使金属内部颗粒破碎并均匀化 附加一定的热处理工艺 便能得到良好的性能 因此在产品尺寸的精确度 表面质量 性能各方面 冷轧板带钢都比热轧板带 钢强 在特定的冷轧机上还可以轧制厚度为 0 001mm 的极薄钢板 这对于热轧 来说是不可能的 本次设计使用 2 0 x1450mmQ240 坯料经五道次轧制总压下 1 6mm 轧出 0 4x1450 的薄板材 并且对轧机 轧辊 电机受力等进行了校核 工艺制度均 符合生产要求 关键词 冷轧 热轧 酸洗 脱脂 Abstract II AbstractAbstract The cold rolled products with size high precision smooth surface internal performance is good Its main factors are ruled out in the hot rolling temperature of the process factors When using steel in high temperature deformation resistance is low and the characteristics of the plastic good deformation under the state of high temperature processing beneficial to save energy easy accessing to a variety of shapes But in the process of high temperature deformation temperature is not fixed if in the process the temperature of steel uneven influence machining precision And the state of high temperature oxidation make hot rolled steel plate surface quality is bad Cold rolling can make the metal internal grain breakage and homogenization additional heat treatment process can get good performance So in product size precision surface quality performance and manufacture steel strip are better than hot rolled strip steel In particular cold rolling machine can rolling thin steel plate thickness of 0 001 mm it is impossible for hot rolling This design uses 2 0 x1450mmQ240 billet by five times rolling down 1 6 mm rolling out 0 4 x1450 thin plate and the rolling mill roll such as motor bearing for checking All conform to the requirements of the production process system Keywords cold rolling hot rolling acid pickling degrease 目 录 III 目 录 课课程程设设计计说说明明书书 I 设计题目 设计题目 0 41450MM1450MM 冷轧板带钢设计冷轧板带钢设计 I 学生姓名 李铁岭学生姓名 李铁岭 I 摘摘 要要 I ABSTRACTABSTRACT II 第 1 章 综述 1 1 1 冷轧 1 1 1 1 冷轧薄板综述 1 1 1 2 冷轧的概念 1 1 2 冷轧薄板的生产过程 1 1 3 冷轧工艺特点 2 第 2 章 轧制工艺制度的确定 4 2 1 原料的选择 4 2 2 轧制规程 5 2 3 工艺制度的确定 6 2 3 1 压下制度确定 6 2 3 2 张力制度确定 8 2 3 3 速度制度 8 2 3 4 轧制力计算 12 第 3 章 设备强度及能力校核 23 3 1 咬入能力校核 23 3 2 轧辊强度校核 24 3 3 支承辊校核 28 目 录 IV 3 4 接触应力校核 29 3 5 电动机功率校核 第二架为例 30 3 5 1 轧制力矩 30 3 5 2 摩擦力矩 30 3 5 3 空转力矩 30 第 4 章 小结 32 参考文献 33 华北理工大学轻工学院 1 第 1 章 综述 1 1 冷轧 1 1 1 冷轧薄板综述 在钢材加工过程中 除了少部分采用锻造或铸造等方法直接成材外 其余 约 80 以上都是经过轧制成材 而冷轧板带钢的生产工艺 避免了热轧中存在 的温降和温度分部不均的弊病 可以生产出厚度更薄 尺寸更精确 表面更光 洁 板形更平直的板卷 本冷轧带钢轧制规程课程设计参考鞍钢冷轧厂 1 线而进行 预设计生产规 格为 0 4 1450mm 的 Q240 冷轧薄板 本设计对冷轧的生产特点以及主要工序 作了简单的介绍 并制定了轧制制度 计算了轧制力 对轧辊强度 电机功率 进行了校核 1 1 2 冷轧的概念 冷轧是金属在再结晶温度以下的轧制过程 冷轧时金属不会发生再结晶 但会发生加工硬化现象 加工硬化是金属在轧制过程中强度 硬度增加 而韧性 塑性下降的现象 冷轧板带钢的优势 1 可生产厚度更小的薄板 2 带材沿宽度和长度方向能获得均匀的厚度 板形更好 3 冷轧时采用的轧辊表面光洁硬度大 可得到表面质量好 表面光洁的产 品 4 带材经冷轧后 进行不同的热处理 可以得到不同机械性能的产品 1 2 冷轧薄板的生产过程 冷轧生产各工序简介 热轧板卷料 酸洗 冷轧 退火 平整 精整 包装 入库 华北理工大学轻工学院 2 1 酸洗 盐酸或硫酸为溶剂去除热轧来料的氧化铁皮 使之表面光洁 便于冷轧 2 轧制 四辊式轧机 5 6 机架连轧 3 脱脂与退火 1 脱脂 冷轧后的清洗工序 去除钢板表面的油脂和污物 防止退火后带 钢表面上生成黑斑和灰层 2 脱脂方法 电解清洗 机上洗净与燃烧脱脂 3 退火 使轧制时受到加工硬化的金属重新软化 消除内应力和得到细小 均匀的晶粒 4 平整 退火后带钢以小压下率进行轧制的过程叫做平整 1 5 目的 1 消除材料的屈服平台 防止加工时的拉伸应变 2 提高材料的强度极限 扩大塑性加工范围 平整量不同钢种的机械性能 产生一定幅度的变化 3 矫正板材的形状 4 根据用户的要求生产表面粗糙度不同的带钢 对镀层板加工成光滑表面 而对涂层板加工层表面打毛均匀的表面 5 成品剪切 平整后的钢带经过成品剪切后成为钢带的最终交货状态 1 3 冷轧工艺特点 1 加工温度低 钢在轧制过程中产生加工硬化 加工硬化的影响 1 变形抗力增大 使轧制力加大 华北理工大学轻工学院 3 2 塑性降低 易发生脆裂 2 冷轧中采用工艺冷却与润滑 工艺冷润 1 工艺冷却 冷轧过程中的变形热和摩擦热使轧件和轧辊温度升高 须采 用有效的人工冷却 2 工艺润滑 工艺润滑的作用 减少金属的变形抗力 实现大压下和轧制更薄板材 冷却轧辊 防止粘辊 天然油脂 动 植物油脂 润滑效果优于矿物油 常用冷润液 乳化液 通过 乳化剂的作用把少量的油剂和大量的水混合起来 制成乳状的冷润液 乳化液 的冷却能力介于水和油之间 一般为水的 40 80 随着乳化液浓度的增加 其 冷却能力下降 3 冷轧中采用张力轧制 张力轧制 轧件在轧辊中的辗轧变形是在有 一定的前张力和后张力作用下实现的 张力 作用在轧件轧制方向上的力 前张力 作用方向与轧制方向相同的张力 后张力 作用方向与轧制方向相反的张力 张力的作用 防止带钢在轧制过程中跑偏 保证正确对中轧制 使所轧带钢保持平直 包括在轧制过程中保持板形平直以及轧后板形良 好 降低轧件的变形抗力 便于轧制更薄的产品 起适当调整冷轧机主电机负荷的作用 华北理工大学轻工学院 4 第 2 章 轧制工艺制度的确定 2 1 原料的选择 本设计产品规格要求 0 4 1450mm 钢种为 Q240 普通冷轧钢 根据冷轧 过程中总压下率在 60 80 左右 轧制过程中忽略宽展 原料规格为 2 00 1450mm 则总压下率为 80 本设计中采用五机架冷连轧机 其主要设 备如下表 表 2 1 1 工作机架参数表 部位总高 mm 断面尺寸 mm 窗口尺寸 mm 形式重量 t 材质 操作侧7145 630 7604800 1360 闭口78 3ZG35 传动侧7145 630 7604800 1360 闭口78 3ZG35 表 2 1 2 轧辊参数表 项目辊身长 mm 直径 mm 硬度 HS 润滑方式 工作辊1700540 60085 92油气润滑 支承辊17001450 152560 67动压润滑 华北理工大学轻工学院 5 2 2 轧制规程 制定轧制规程表 表 2 2 1 轧制规程表 轧机H mm h mm mm h mm h 12 001 150 851 57542 50 21 150 750 400 9535 80 30 750 500 250 62526 70 40 500 450 050 47510 00 50 450 400 050 42511 00 轧机轧速 V m s 后张力 MPa 前张力 MPa MPp a P t 17 745090664 71818 23 212 390100851 91976173 315 9100105933 01586 43 418 8105115966 81432 31 520 011545817 2941 15 华北理工大学轻工学院 6 2 3 工艺制度的确定 2 3 1 压下制度确定 根据等轧制力原则采用分配压下系数如表 2 3 1 令轧制中的总压下量为 h 则各道次的压下量 hi 为 式中 bi 压下分配系数 冷轧压下分配规则 1 第一道次考虑后张力较小 带钢容易跑偏 坯料厚度不均匀等 应小于 设备所允若的最大能力 留有适当余量 2 第二 三道次采用大压下率轧制 3 精轧道次不采用大的压下率 保证板形及厚度精度 表 2 3 1 冷连轧机压下分配系数 机架数压下分配系数 bi 道次号 12345 50 530 250 160 030 03 第一道次 b1 0 5 h 2 0 0 4 1 6mm h1 b1 h 0 53 1 6 0 85mm h1 H1 h1 2 0 0 85 1 15mm 1 h1 H1 2 2 0 1 15 2 1 575mm h 华北理工大学轻工学院 7 1 h1 H1 100 0 85 2 0 100 42 5 第二道次 b2 0 25 h 2 0 0 4 1 6mm h2 b2 h 0 25 1 6 0 40mm H2 H2 h2 1 15 0 40 0 75mm 2 h2 H2 2 1 15 0 75 2 0 95mm h 2 h2 H2 100 0 40 1 15 100 35 8 第三道次 b3 0 16 h 2 0 0 4 1 6mm h3 b3 h 0 16 1 6 0 25mm h3 H3 h3 0 75 0 25 0 50mm 3 h3 H3 2 0 75 0 50 2 0 625mm h 3 h3 H3 100 0 25 0 75 100 26 7 第四道次 b4 0 03 h 2 0 0 4 1 6mm h4 b4 h 0 03 1 6 0 05mm 华北理工大学轻工学院 8 h4 H4 h4 0 5 0 05 0 45mm 4 h4 H4 2 0 5 0 45 2 0 475mm h 4 h4 H4 100 0 05 0 5 100 10 第五道次 b5 0 03 h 2 0 0 4 1 6mm h5 b5 h 0 03 1 6 0 05mm h5 H5 h5 0 45 0 05 0 40mm 5 h5 H5 2 0 40 0 45 2 0 425mm h 5 h5 H5 100 0 05 0 45 100 11 2 3 2 张力制度确定 机组的张力根据经验 第一道次后张力 第五道次前张力在 30 50 之间 第二道次至第五道次的前张力大于后张力 5 10 即可 所以各机架张应力分配如 下 表 2 3 2 各机架张力分配 机架号12345 前张力 MPa 9010010511545 后张力 MPa 5090100105115 华北理工大学轻工学院 9 2 3 3 速度制度 连轧时 保证正常轧制的条件是轧件在轧制线上每一架的秒流量相等 B1h1V1 B2h2V2 B3h3V3 B4h4V4 B5h5V5 式中 B 轧件的宽度 h 轧件的厚度 V 轧件的水平速度 轧制过程中忽略宽展 则 h1V1 h2V2 h3V3 h4V4 h5V5 根据经验值选取最后一架轧机出口速度为 20 00m s 则 h1V1 h2V2 h3V3 h4V4 h5V5 V4 V5h5 h4 20 00 0 40 0 45 17 78m s V3 V5h5 h3 20 00 0 40 0 50 16m s V2 V5h5 h2 20 00 0 40 0 75 10 67m s V1 V5h5 h1 20 00 0 40 1 15 6 96m s 表 2 3 3 轧件水平速度表 机架号12345 速度 V m s 6 9610 6716 0017 7820 00 利用前滑值计算轧辊的转速 第一道次 咬入角 cos 1 cos 1 0 85 540 3 2 中性角 2 1 2f 3 2 3 14 2 180 1 3 2 3 14 2 0 07 180 0 017 前滑值 2 0 0172 1 15 270 0 068 华北理工大学轻工学院 10 则 1 1 1 6 96 1 0 068 6 52 60 1 60 6 52 3 14 0 54 230 71 第二道次 咬入角 cos 1 1 cos 1 1 0 40 540 2 21 中性角 2 1 2 2 21 3 14 2 180 1 2 21 3 14 2 0 06 180 0 013 前滑值 2 0 0132 0 75 270 0 061 则 2 2 1 10 67 1 0 061 10 06 60 2 60 10 06 3 14 0 54 355 98 第三道次 咬入角 cos 1 1 h cos 1 1 0 25 540 1 74 中性角 2 1 2 1 74 3 14 2 180 1 1 74 3 14 2 0 06 180 0 011 前滑值 2 0 0112 0 5 270 0 065 则 3 3 1 16 1 0 065 15 02 60 3 60 15 02 3 14 0 54 531 49 第四道次 华北理工大学轻工学院 11 咬入角 cos 1 1 h cos 1 1 0 05 540 0 769 中性角 2 1 2 0 769 3 14 2 180 1 0 769 3 14 2 0 06 180 0 006 前滑值 2 0 0062 0 5 270 0 019 则 4 4 1 17 78 1 0 019 17 45 60 4 60 17 45 3 14 0 54 617 43 第五道次 咬入角 cos 1 1 h cos 1 1 0 05 540 0 769 中性角 2 1 2 0 769 3 14 2 180 1 0 769 3 14 2 0 05 180 0 0058 前滑值 2 0 00582 0 5 270 0 018 则 5 5 1 20 1 0 018 19 65 60 5 60 19 65 3 14 0 54 695 32 华北理工大学轻工学院 12 表 2 3 4 各机架速度表 机架号 ShV m s v m s n r min 13 200 0170 0686 966 52230 71 22 210 0130 06110 6710 06355 95 31 740 0110 06516 0015 02531 49 40 7690 0060 01917 7817 45617 43 50 7690 0050 01820 0019 65695 32 各机架摩擦系数的选取 第一道次考虑咬入 不喷油 故取 0 07 以后喷 乳化液取 0 06 考虑最后一道次压下量较小 轧速快 取摩擦系数 0 05 2 3 4 轧制力计算 本设计采用 M D Stone 公式计算平均单位压力 1 式中 2 考虑轧辊弹性压扁的变性区长度 平面变形抗力 K K 1 15 s 前后张应力平均值 Q1 前张力 Q2 后张力 Q Q Q1 Q2 2 第一道次 华北理工大学轻工学院 13 由热轧原料开始轧制 压下量 h 0 95mm 冷轧入口总压下率为 0 出口 总压下率为 42 5 求平均总压下率 0 4 0 0 6 1 0 6 42 5 25 5 由 Q240 普通冷轧钢加工硬化曲线得 MPa 480 所以 480 求平均单位张力 Q 50 90 2 70 1 15 1 15 480 552 mm 0 85 270 15 16 0 07 15 16 1 575 0 674 2 0 454 8 1 2 8 1 0 3052 3 14 190 109 1 2 10 11 式中 泊松比 取 0 305 华北理工大学轻工学院 14 E 弹性模量 取 190GPa 2 2 1 2 10 11 270 0 07 1 575 552 70 106 0 130 查斯通图得 0 780 0 780 1 575 0 07 17 55 应力状态系数 0 78 1 1 51 552 70 1 51 727 82 727 82 15 16 1450 1599 9 第二道次 入口压下率为 42 5 出口总压下率为 62 5 求平均总压下率 0 4 0 0 6 1 0 4 42 5 0 6 62 5 54 5 由 Q240 普通冷轧钢加工硬化曲线 MPa 590 华北理工大学轻工学院 15 所以 590 求平均单位张力 Q 100 90 2 95 1 15 1 15 590 678 5 mm 0 40 270 10 39 0 06 10 39 0 95 0 660 2 0 436 8 1 2 8 1 0 3052 3 14 190 109 1 2 10 11 2 2 1 2 10 11 270 0 06 0 95 678 5 95 106 0 239 查斯通图得 0 82 mm 0 82 0 95 0 06 12 98 应力状态系数 0 82 1 1 55 678 5 95 1 55 904 425 904 425 12 98 1450 1704 9 第三道次 入口压下率为 54 5 出口总压 下率为 75 求平均总压下率 华北理工大学轻工学院 16 0 4 0 0 6 1 0 4 54 5 0 6 75 66 8 由 Q240 普通冷轧钢加工硬化曲线 MPa 630 所以 630 求平均单位张力 Q 100 105 2 102 5 1 15 1 15 630 724 5 mm 0 25 270 8 22 0 06 8 22 0 625 0 789 2 0 615 8 1 2 8 1 0 3052 3 14 190 109 1 2 10 11 2 2 1 2 10 11 270 0 06 0 625 724 5 102 5 106 0 4 查斯通图得 1 20 1 2 0 625 0 07 10 71 应力状态系数 1 2 1 1 93 724 5 102 5 1 93 1244 华北理工大学轻工学院 17 1244 10 71 1450 1931 87 第四道次 入口压下率为 66 8 出口总压下率为 77 5 求平均总压下率 0 4 0 0 6 1 0 4 66 8 0 6 77 5 73 22 由 Q240 普通冷轧钢加工硬化曲线 MPa 660 所以 660 求平均单位张力 Q 110 105 2 107 5 1 15 1 15 759 872 85 mm 0 05 270 3 67 0 06 3 67 0 475 0 463 2 0 213 8 1 2 8 1 0 3052 3 14 190 109 1 2 10 11 2 2 1 2 10 11 270 0 06 0 475 872 107 106 0 532 查斯通图得 0 85 0 85 0 475 0 07 5 77 应力状态系数 华北理工大学轻工学院 18 0 85 1 1 58 872 85 107 5 1 58 1209 25 1209 25 5 77 1450 1004 9 第五道次 入口压下率为 73 22 出口总压下率为 80 求平均总压下率 0 4 0 0 6 1 0 4 73 22 0 6 80 77 3 由 Q240 普通冷轧钢加工硬化曲线 MPa 680 所以 680 求平均单位张力 Q 110 45 2 77 5 1 15 1 15 680 782 mm 0 05 270 3 67 0 05 3 67 0 425 0 430 2 0 18 8 1 2 8 1 0 3052 3 14 190 109 1 2 10 11 2 2 1 2 10 11 270 0 05 0 425 782 77 5 106 0 533 查斯通图得 华北理工大学轻工学院 19 0 82 0 82 0 425 0 07 4 979 应力状态系数 0 82 1 1 43 782 77 5 1 43 1007 1007 4 979 1450 725 华北理工大学轻工学院 20 表 2 3 5 各道次计算结果 道次 1 2 M s Pa Q MPa K MPa l mm h mm 10 0042 5025 50480 0070552 015 161 575 242 50625054 50590 0095678 510 390 95 362 5075 5066 80630 00102 5724 58 220 625 475 5077 5073 22660 00107 5872 83 670 475 577 5080 0077 30680 0077 57823 670 425 道次zz2yXn l mm p MPa P t 10 6740 4540 100 781 5117 557271599 20 6600 4360 240 821 5512 989041704 30 7890 6150 41 21 9310 7112441931 40 4630 2130 530 851 585 7712091004 50 4300 180 5320 821 434 981007725 华北理工大学轻工学院 21 第 3 章 设备强度及能力校核 3 1 咬入能力校核 轧机要能够顺利进行轧制必须保证咬入符合轧制规律 所以对咬入条件进 行校核 h 1 cos 式中 工作辊直径 轧件的压下量 咬入角 摩擦Dh 角 原料在第一架轧机咬入比较困难 所以对第一架进行咬入能力的校核 校 核如下 cos 1 1 0 85 540 3 2 而 得到 tan tan 10 07 4 00 由于 因此 第一架轧机可以实现带钢顺利咬入 其余各 3 2 4 道次压下量均小于第一道 所以都能顺利咬入 华北理工大学轻工学院 22 3 2 轧辊强度校核 表 3 2 1 轧辊许用应力值 许用应力 MPa 许用接触应力 1 MPa 许用剪切应力 MPa 许用接触剪应力 1 MPa 240240073730 表 3 2 2 轧辊各部分尺寸 辊身长度 L mm 辊身直径 D mm 压下螺丝中 心距 a mm 辊径长度 l mm 辊颈直径 d mm 工作辊17005401980180280 支承辊1700145024301700750 表 3 2 3 校核相关参数 机架号轧制压力 t 轧辊转速 r min 电机功率 KW 前张力 MPa 后张力 MPa 前后张力 差 MPa 115992305500905040 2170435555001009010 3193153155001051005 4100461755001101055 572569555004511065 华北理工大学轻工学院 23 根据五机架冷连轧机轧制力考虑 现在对第二架轧机的轧辊进行校核 2 P B 2 P 图 3 2 1 四辊轧机轧辊受力图 四辊轧机支撑辊与工作辊承受弯矩之比等于直径比的四次方 其弯曲应 分配也和弯矩一样 即和 gz PP P P 4 1450 540 4 52 而 17049KN 得到 PPP gz KN P 53 17049 53 321 6 KN P 52 53 52 17049 53 16727 3 辊身 1 假定工作辊放在两支点上 画出其弯矩图如下 华北理工大学轻工学院 24 如上弯矩图 工作辊在其中间部位产生最大弯矩 如上面计算 1 4 8 321600 1 98 4 1 45 8 96480 由于水平张力差导致的弯矩为 90 1 15 1450 100 0 75 1450 41325 2 2 4 8 41325 2 1 98 4 1 45 8 6198 75 辊身中部的合成力矩为 12 22 964802 6198 75 6198 75 96678 9 工作辊在最大重车后的直径 D 540mm 因此辊身中部的最大弯曲应力为 96 6789 0 1 0 543 6 2 华北理工大学轻工学院 25 所以 工作辊辊身符合要求 辊头 由于工作辊传动 校核辊头扭转强度 取 1 5 10 1 10 540 10 530 9549 5500 513 80 102217 8 0 208 3 102217 8 0 208 0 3183 15 3 0 5 0 6 1 所以 辊头符合轧制要求 1 D 图 3 2 3 工作辊辊头图 华北理工大学轻工学院 26 3 3 支承辊校核 1 辊身 由上图可知 在辊身中部产生最大弯曲力矩 其大小如上面所求 4 8 16727 3 2 43 4 1 7 8 6690 9 支撑辊在最大重车后的直径为 D 1450mm 则辊身中部的最大弯曲应力为 0 1 3 6379 5 0 1 1 453 20 9 所以 支撑辊符合要求 2 辊颈 2 16150 61 2 2430 1700 2 10 3 2 9 106 2 z P 2 z P x 图 3 2 4 支撑辊弯矩图 6690 9 mKN 华北理工大学轻工学院 27 0 1 3 2 9 106 0 1 0 753 68 7 所以 辊颈轧制符合要求 3 4 接触应力校核 工作辊与支撑辊表面接触产生接触应力 它将影响轧辊的轧制寿命 应加 以校核 计算接触应力使用赫兹公式 1 2 2 1 2 1 2 式中 接触表面单位长度上的负荷 相互接触两个轧辊的半径 1 2 与轧辊材料有关的系数 1 2 1 1 12 1 2 1 22 2 轧辊材料相同 0 305 E 190GPa r