材料成型机械设备授课内容总结总复习.pptx

材料成型机械设备-授课内容总结,目的和要求1熟悉各种设备的结构和工作原理2设备选型,确定结构参数和功能参数3设备部件的强度刚度校核(计算)4对改造设备进行分析、计算、改造,教学内容,1绪论2轧辊3轧辊轴承4轧辊调整装置5机架6轧机主传动装置7轧钢机座的刚性8管成形设备,第1章绪论,第一节轧(钢)机的定义和组成一.定义狭义定义：轧制钢材的机械设备。它使轧件在旋转的轧辊间产生塑性变形，轧出所需断面形状和尺寸的钢材。广义定义：用于轧制钢材生产工艺全部所需的主要设备和辅助设备的成套机组。包括轧制，运输、翻钢、冷却、剪切、矫直等设备。二.组成：主要设备和辅助设备1主要设备：主机列。包括工作机座（机架、轴承、调整装置、导卫）、传动装置（齿轮、减速机、连轴节）和主电机。2辅助设备：主机列之外的其它设备。车间的自动化程度越高，重量所占的比例越大。,按用途分类,1.开坯机:初轧机、板坯机、钢坯轧机2.型钢轧机：轨梁、大型、中型、小型、线材3.钢板轧机：中厚板、薄板、热带钢4.冷轧钢板轧机：冷轧钢板、冷轧带钢、箔材轧机,二辊：开坯机，中厚板粗轧机，平整机、型材轧机三辊：板带轧机、开坯机、四辊：主力机型，热轧、冷轧机组中，厚板轧机双机架六辊：板带HC、CVC轧机（辊凸度可调轧机）十二辊：冷轧钢带、铜板带二十辊：冷轧机万能轧机：热轧板带粗轧机组的前三机架万能型钢轧机：工字钢、槽钢、钢轨、H型钢等其它：,按构造分类,按排列方式分类,单机架：横列式：在大型型钢和中型钢轧机上应用,单列,双列,顺列（串列）：在热连轧机组的粗轧机组中,连续式：热轧带钢、冷轧带钢、钢管的轧制、高速线材,半连续式：型钢机组的半连续：一半是顺列、一半是横列式连轧热带钢机组半连续：粗轧机组中有可逆道次，而精轧机组全连轧,第三节轧钢机主机列的组成,电机：动力源。传动机构：将运动和动力传递给轧辊，包括飞轮、减速机、齿轮机座、连接轴、联轴节等。工作机座：使轧件产生变形的部分。包括：轧辊、轴承、调整装置、轴承座、机架、导卫、地脚板等。,第五节轧钢设备的发展方向,1、研发节能降耗新设备、新工艺（1）提高连铸坯的比重，研究发展csp技术。直接将薄板连铸坯送入热连轧机轧制成材，节省粗轧道次。（2）减少中间坯的热损失，发展热卷箱和保温罩2、缩短工艺流程，简化生产工序，加速发展连续化冷轧实现酸洗-冷轧连续，冷轧-退火-精整连续，（日本新日铁）酸洗-冷轧-电解清洗-退火-精整-检查全连续；型钢方面也追求全连续。选用短应力线轧机和预应力轧机。3、积极开发和应用高效新型轧机开发板形控制轧机，如HC、CVC、VC、UC、UCM、PC在粗轧机组中开发了侧压下量极大的侧压装置，一次侧压量达300mm，提高连铸坯的调宽能力。,第2章轧辊,轧辊的工作特点：（1）承受很大的轧制压力和力矩，还有动载荷。（2）在高温和温度变化大的条件下工作，轧辊在交变应力的作用下，易使轧辊产生龟裂和裂纹。（3）在轧制过程中被磨损，影响轧件的质量和轧辊的使用寿命。,轧辊的分类：（1）平辊：轧板带（有辊型）（2）型辊：轧型钢（有孔型）（3）特殊轧辊：轧钢管、车轮等（桶形，菌形）,第一节工作特点和分类,第二节轧辊的结构和参数,结构：辊身、辊颈、辊头辊身：与轧件直接接触并产生塑性变形的部分，D、L辊颈：轧辊的支撑部分，固定位置，将轧制力经压下装置传递到机架上，d,l辊头:传递轧辊扭矩的部分，d3，l3形状：,轧辊的辊头基本类型（a）梅花轴头(b)万向轴头(c)双键槽轴头(d)平台式轴头,第二节轧辊的结构和参数,确定原则（方法）：辊身直径D：咬入条件（热轧）轧辊的热平衡:轧辊直径使轧辊的工作温度100.轧辊的最小可轧厚度(冷轧)轧辊的强度和刚度,辊身长度L：L/D比例。L/D小，刚度大，不易弯曲。（查表，经验数值）辊颈直径d：d/D有比例，0.5-0.8(滚动轴承取下限)辊颈长度l:d/l1,各种轧机L/D的比值,L,D,l,d,l3,d3,辊身长度L的确定:,对于型钢轧机:考虑轧辊强度和孔型个数对于板带轧机:L=B+a当b=4001200,a=100b1200,a=200400例如:首秦4300轧机:b=4100，a=200。,第三节轧辊材料及辊面硬度,二、轧辊材料的选择,1、初轧机和型钢：以强度为主，用合金铸钢和锻钢；在型钢轧机第二架，可用球墨铸铁，后几个机架和成品机架，可以用冷硬铸铁。2、热轧板带轧机：工作辊；粗轧机座采用钢，精轧可用铸铁。支撑辊：合金锻钢。3、冷轧板带轧机：工作辊、支撑辊全部考虑辊面硬度和强度，都用合金工具钢，或用WC辊套。不可用铸铁，因为E仅为钢的1/2，最小可轧厚度与E成反比。,第四节轧辊的强度计算,步骤:1）对受力及几何形状进行简化2）进行辊系的受力分析3）找出可能的危险断面，画出力矩图4）对危险断面的弯曲力矩进行计算5）计算弯曲应力6）求出许用应力7）作出安全或是否符合强度要求的判断,原则：辊身:计算（校核）弯曲强度辊颈:计算（校核）弯扭组合辊头:计算（校核）扭转应力,一.二辊型钢轧机强度的计算,强度校核合格,强度不够,辊身强度校核,辊颈强度校核,强度校核合格,强度不够,钢轧辊,第四强度理论:,铸铁轧辊,第二强度理论:,辊头强度校核,辊头强度合格,辊身弯矩表达式,二.二辊板带轧机强度的计算,二辊板带轧机,辊颈如何校核？辊头如何校核？,四辊板带轧机强度的计算(一)支承辊(1)工作辊传动情况,L,c,P/2,P/2,D2,d,q=P/L,支撑辊强度校核,(2)支承辊传动情况,Mn,与二辊轧机轧辊校核相同辊身:校核弯曲强度辊颈:校核弯+扭组合强度辊头:校核扭转强度,工作辊强度计算(1)工作辊传动时，工作辊强度(2)支承辊传动时，工作辊强度,四辊轧机工作辊受力及力矩图,工作辊传动,辊身中部垂直弯矩,辊身中部水平弯矩,辊身中部合成弯矩,作用在一个工作辊上的扭矩,“_”前张力大于后张力“+”后张力大于前张力,辊颈处的弯曲应力和扭转应力,支承辊传动时,工作辊受力情况,接触强度地计算接触应力过大时,会使辊面金属产生剥落.,q-接触表面单位长度上的负荷r1,r2轧辊半径,习题:1.如生产1750mm的热轧板,已知在2500mm二辊热轧机上进行轧制,最大轧制力为1000t,轧辊直径为960mm,辊颈直径为580mm,辊颈长度为580mm,梅花辊头外径d1为520mm,辊头长360mm,作用在一个辊头上的扭转力矩为64t.m,采用轧辊材质为球墨铸铁,其抗拉强度为400-600MPa,请校核轧辊各部分强度.2.二辊轧机上轧制型钢，如若在第三个孔型中轧制时轧制力为150t,轧辊材质为钢轧辊，轧辊的抗拉强度为700MPa。作用在辊头上的最大扭矩为25t.m，轧辊的尺寸如图所示。试对辊身和辊颈强度进行校核（要求对轧辊受力进行分析，并画出弯矩图）。,某冷轧厂连轧机组中四辊轧机轧辊的参数如下：,工作辊传动，轧件宽度为1400mm，入口厚度为2.8mm，出口厚为2.3mm，前后机架的张力差为120kN，一个工作辊的传动扭矩为100kNm，轧辊材质为合金锻钢，极限强度为900MPa，试对工作辊的辊身强度进行校核。（要求画出工作辊受力图及弯矩图）,计算作业题,第五节轧辊的挠度,1.确定挠度的目的和意义：确定辊型凸度并磨床上加工出辊型，可以实现在线辊形控制,从而保证轧出厚度均匀的钢板。2.三个重要的挠度值（1）辊身中央的总弯曲挠度f(AA1)（2）辊身中央和钢板边缘的挠度差f(CC1)（3）辊身中央和辊身边缘的挠度差f(BB1)。3.产生挠度的原因（1）弯矩M（2）剪切力P4.求解挠度的方法,只有将挠度差转换成挠度,才可以应用卡氏定理求解.转换的方法:将简支梁转换成悬臂梁.(支点发生变化),辊身中央的总弯曲挠度f(AA1),三个挠度差的计算公式：,钢板边缘的挠度差f(CC1),轧辊边缘的挠度差f(BB1),挠度的影响因素：轧制力；轧辊的材质E、G；轧辊的尺寸D、L；轧件的尺寸b,第六节轧辊的辊形调节,影响辊形的因素:原始凸度弹性弯曲温度分布不均匀不均匀磨损辊形的调节方法:1预磨工作辊凸度,以抵消轧辊弹性变形等对辊缝的影响.2改变轧辊的热凸度,采用分段冷却的方式改变各部位的热凸度.3改变道次的压下量,从而改变轧制力,来改变轧辊的弹性变形.4采用液压弯辊,使轧辊产生附加的弯曲变形.达到调整辊形的目的.5采用辊形可调的新型轧机.如HC,CVC,UCM,VC,PC等.,辊形调整装置-弯辊装置,作用：使工作辊或支撑辊产生附加的弯曲，以改变辊缝的形状，保证轧出的钢板的平直度和厚度公差的要求。类型：正弯工作辊，负弯工作辊（弯曲中间辊），正弯支撑辊,正弯辊：轧制力方向与弯辊力同向（平辊或小凸度）负弯辊：轧制力方向与弯辊力反向（预磨辊形凸形较大）,第三章轧辊轴承,作用（1）支撑轧辊（2）保持轧辊在机架中的正确位置特性：（1）具有小的摩擦系数（2）具有足够的强度和刚度（3）寿命长（4）换辊方便轧辊轴承的工作特点（1）p高（2046MPa)。比一般的轴承高14倍；（2）pv高(41230MPa.m/s)，是一般轴承的3-23倍。高速重载。需强制冷却和多列配置。,第一节轧辊轴承的工作特点,第二节轧辊轴承类型,滚动轴承的结构和应用,特点:同时承受径向和轴向负荷,但是锥体端面与内圈导向边缘间存在滑动摩擦,高速时发热,所以不适合在高速下工作,轴承不能自动调正.,摩擦系数:0.001-0.005应用:四辊轧机的工作辊,特点:只能承受径向载荷,轴向载荷需单独加止推轴承;内圈与辊径可以同时拆下,换辊方便.润滑方式多样.适合高速重载：高线中轧机组冷轧支承辊,图4.21700四辊冷连轧机支承辊的多列圆柱滚动轴承1圆柱滚子轴承；2圆珠滚子止动轴承；3辊颈；4轧辊。,特点:可以自动调心,同时承受径向和轴向两个方向的力.,图4.31700球面滚柱轴承1球面滚柱；2球面套圈；3隔离环；4锥形辊颈。,应用：常用于轧制力为中等载荷的中、小型轧机及中小型冷轧机上。,液体摩擦轴承,应用:四辊轧机的支撑辊特点:摩擦系数小(0.001-0.005),寿命长(十几年)高速重载.承载能力：,第四章轧辊调整装置,轴向调整装置：用来对正轧槽，以保证正确的孔型形状;串动轧辊,板形调整.,径向调整装置：,第一节压下装置的类型,手动压下,快速压下装置：,应用：初轧、板坯轧机、中厚板轧机、连轧机组可逆粗轧机,工艺特点：工作时要求大行程、频繁和快速地升降轧辊；不“带钢”压下。,慢速压下装置：,应用：热轧、冷轧薄板及带钢,工艺特点：较小的轧辊调整量和较高的调整精度；“带钢”压下；调整的速度小，0.02-1mm/s。（快速的达80-100mm/s);动作快，灵敏度高；轧辊的平行度要求严格。压下螺丝采用双电机。采用双电机的优点？实现单独压下，在功率相同的条件下，减少了电动机的飞轮惯性矩。有利于加速启动和制动过程。,液压压下：（1）响应速度快，压下速度快10-20倍，加速度是电动压下的40-60倍；（2）调整位置准确，精度高；位置分辨率达1mm(电动的是10mm）；（3）传动效率高；（4）过载保护简单；（5）操作维护要求严格。,在四辊轧机上采用电-液组合压下,第二节电动压下装置的结构和参数,一、压下螺丝,材质：40Cr安全系数：6,P-作用在辊颈上的最大压力(作用在压下螺丝上的力),压下螺丝的许用应力,d1-螺丝内径,内径的确定：,外径的确定：d0=(0.550.62)dd-辊颈直径,螺距t的确定：t=(0.120.16)d0(开坯机）t=0.017d0（四辊轧机）,H=(1.22)d0D=(1.51.8)d0,螺母材料：青铜箍：铸铁,M=Mj+Md,Mj=M1+M2,-压下螺丝端部与球面垫的摩擦系数,（动力矩等于转动惯量与角加速度的乘积）,压下传动系统换算到电机轴上的飞轮力矩，KN.m,电动压下回松装置：液压，电动,第三节轧辊的平衡装置,作用：1.消除间隙，避免冲击2.帮助抬起上轧辊3.防止主动辊与被动辊间打滑,平衡力的确定：被平衡部件重量的1.21.4,工作辊和支撑辊间不打滑。,4.2.2二辊轧机平衡力的计算,平衡力的确定：被平衡部件重量的1.21.4Q=(1.21.4)GQ-平衡力；G-被平衡物体的重量,4.2.3四辊轧机平衡力的计算,在确定工作辊的平衡力时，除考虑被平衡件重量外，还应考虑工作辊和支撑辊辊面不许打滑的条件，即轧机在空载加、减速、反转时主动辊作用给被动辊的摩擦力矩应大于被动辊的动力矩。,平衡力的确定：被平衡部件重量的1.2-1.4,工作辊和支撑辊间不打滑。,单位:N,-kg/mm2,-mm,课后思考题,1液压压下和电动压下装置的比较2电动快速压下和慢速压下的主要区别是什么?3轧辊平衡装置的作用是什么?四辊轧机工作辊平衡力是怎样确定的?4板坯粗轧机和带材精轧机压下螺旋结构有何不同?5电动压下装置一般采用双电机,为什么?6电动压下装置不能正常工作(转不动或稳不住)可以采取什么措施?,第五章机架,第一节机架的形式及主要参数,二、机架的结构,三、机架的主要参数：窗口高度H，窗口宽度B，立柱的断面形状和尺寸1.窗口高度：H=A+h+d+2s+A-轧辊中心距(如四辊，上下支承辊中心距）h上辊的调整距离d-辊颈的直径s-轴承和轴承座的径向厚度余量，150250mm对于四辊轧机,可取H=(2.63.5)(DZ+Dg),2.窗口宽度：（1）开式机架：根据轴承座的尺寸确定（2）闭式机架：考虑换辊时在工作侧宽度略大于辊径。两侧的窗口宽度可以不同，换辊侧可大10mm.,3.立柱的断面尺寸（1）形状：正方、矩形、工字型（2）面积：F2=Kd2K=0.61.2例：四辊轧机支撑辊辊颈K=1.21.65500轧机F2=99402,立柱的各种断面形状,第二节机架的材料及许用应力,一、机架的材料ZG25、ZG35b500MPa,s280MPa,15%,二、机架的许用应力n=10-12.5,机架受力,在轧制过程中，机架的受力也是相当复杂的，通常有下面一些力作用在机架上：（1）轧制压力通过轧辊轴承，压下螺丝和底垫分别作用在机架的上、下横梁上；（2）坯料咬入或加、减速轧制所产生的惯性力作用在机架的立柱上；（3）带张力轧制时，由前、后张力差所引起的水平力作用在机架的立柱上；（4）异径轧制、异步轧制和单辊传动的轧制方式，由于轧制力的倾斜而产生的水平分力作用于机架的立柱上；（5）各种水平力所形成的倾翻力矩在机架下支撑面上所引起的反力。,对称力系,非对称力系,在上述各作用力中，以轧制力为最大，其它各力相对较小，在强度计算时，有时可以忽略它们的影响。一般来说，求平面钢架的内力属于三次静不定问题。这是因为当我们把平面刚架任一处截开时，三对未知内力不可能由平衡方程确定出来。,1轧机机架有几种类型？简述各自特点。2机架窗口的高度和宽度是怎样确定的？3结合四辊可逆轧机说明有哪些力作用在机架上？4机架上横梁最危险断面及立柱最危险断面在哪里？上横梁最容易断裂在内表面还是外表面？立柱是在内表面还是外表面？,复习题,第六章机架的刚性,概念2轧机的弹性变形3.轧制的P-H图4.轧机刚性不同时参数变化对板厚差的影响5.轧机刚性与钢板的纵向厚差的定量关系6.各种条件变化时扰动系数m的表达式7.提高轧机刚性的措施,1.概念,概念:表示轧机抵抗弹性变形的能力.轧制时的弹跳现象:轧制时的实际辊缝大于空载时摆的辊缝.(S)弹跳值:轧制时轧机的辊缝弹性增大量.轧机的刚性系数:辊缝值产生单位距离变化时所需的轧制力的增量值.(K表示),2轧机的弹性变形,轧机的弹性变形曲线,3.轧制的P-H图,轧机的工作特性a.弹性线b.轧件的塑性线c.轧制工作点,或,轧机的弹性变形曲线方程:,轧件的塑性变形方程,4.轧机刚性不同时参数变化对板厚差的影响,b,a抗力变化b来料厚度变化,a,C辊缝变化,调压下控制,调张力或速度控制,5.轧机刚性与钢板的纵向厚差的定量关系,6.各种条件变化时扰动系数m的表达式,1)外部工艺参数变化时，,说明刚度越大，扰动系数越小。,此时扰动系数,2)内部工艺参数变化时，由轧件厚度公式：,扰动系数,结论:为了尽量减小轧辊偏心和轴承油膜厚度波动等外扰量对板厚的影响,应采用刚性系数小的轧机.,刚性可控系数,系统的刚性系数,等厚度控制,无厚度控制,系统刚性系数与轧机刚性系数的本质区别？,板带轧机厚度控制方法为了部分或全部抵消厚度偏差,现代板带轧机设置了厚度控制装置.常用的方法有:（1）调整压下，改变辊缝值（2）调整轧制速度（3）调整张力,轧机的控制能力：调整参数时，轧机对钢板的纠偏能力,调压下时，灵敏度的表达式为：,调张力时，灵敏度的表达式为：,调速度时，灵敏度的表达式为：,例题:在一台刚性系数K=6MN/mm的四辊轧机上生产0.5mm厚的带钢，来料厚度波动在0.75-0.8mm范围内。由于轧机采用了恒辊缝控制系统，可以保证轧出厚度均为0.5mm.轧制过程中仪表指标最大轧制力2.4MN，最小轧制力2.0MN。若轧机厚控系统出故障停止运行，所轧带钢厚度波动范围多大？,例题:在一台刚性系数K=6MN/mm的四辊轧机上生产0.5mm厚的带钢，来料厚度波动在0.75-0.8mm范围内。由于轧机采用了恒辊缝控制系统，可以保证轧出厚度均为0.5mm.轧制过程中仪表指标最大轧制力2.4MN，最小轧制力2.0MN。若轧机厚控系统出故障停止运行，所轧带钢厚度波动范围多大？,时，轧机的原始辊缝值分别为：,解：依轧机的弹跳方程：,当来料厚度,为消除来料厚差H=0.8-0.75，辊缝调节量为：,所以,轧制的塑性系数M可求：,依公式，辊缝调节可纠正厚度偏差