轧制设计-易拉罐罐料或箔材轧制工艺设计及设计

..铝合金板带单机架轧制工艺规程制定及其辊型设计学院：机电工程学院班级：工程试验〔材料成型1301班指导老师：黄长清姓名：李喜年学号：0201130113目录设计题目与要求-----------------------------------------------1注意事项---------------------------------------------------------2材料与轧机选择-----------------------------------------------3热轧工艺制度的确定-----------------------------------------51热轧温度与铸坯的加热---------------------------------------52热轧压下制度----------------------------------------------------53道次分配及轧制力计算---------------------------------------74校核咬入能力----------------------------------------------------95确定速度制度----------------------------------------------------96润滑-----------------------------------------------------------------107辊型设计----------------------------------------------------------11冷轧工艺制度的确定----------------------------------------131道次加工率的分配---------------------------------------------132张力分配----------------------------------------------------------133冷轧速度----------------------------------------------------------134轧制力计算-------------------------------------------------------145润滑-----------------------------------------------------------------15车间平面布局图、辊型图---------------------------------16设计心得总结--------------------------------------------------16参考文献--------------------------------------------------------16..一、设计题目与要求铝合金板带单机架热轧轧制工艺规程制定〔优化、力能计算与辊型设计——易拉罐罐料〔罐盖及拉环、印刷基板等用板带轧制工艺设计——〔按产品用途2-3人一组,每组员按材料牌号或终轧断面规格不同区分给定数据及要求：设计任务在了解产品技术要求,工艺流程、工艺制度〔规程设计<变形制度、温度制度、速度制度>〔包括力能参数计算、、辊型设计的有关专业知识基础上,完成：1编制指定材质和指定用途铝合金板带产品技术质量要求；2设计编制产品生产工艺流程〔包括工艺布置图<CAD>；3工艺制度〔规程设计<包括变形制度、温度制度、速度制度以及力能参数计算；4轧制工作辊、支撑辊辊型设计。板带规格见表1表1合金牌号轧板宽度轧板厚度〔终轧轧板厚度〔建议产品用途50521600mm2mm600mm拉环备注：轧机根据目前常用四辊轧机有关数据〔请查找有关设备手册或设计手册。附后参考资料仅供参考2、进度安排〔可根据需要调整3周课题调研、资料查询与产品技术要求确认,3天工艺流程分析、对比与选择确定,2天工艺规程设计〔如有,含模具设计3天工艺图〔如有,含模具图绘制5天课程设计报告整理2天3、基本要求每个学生要求独立完成工艺流程、规程设计,掌握工艺设计的基本内容、基本步骤和方法,熟练使用AutoCAD进行工程图的绘制,具体要求：独立完成自己所负责的内容；熟练收集查阅文献资料；综合运用所学的专业知识进行设计计算；要求完成装配图及零件图,或工艺平面布置图、辊型图；熟悉计算机绘图、文字及图表处理；完成设计报告〔设计说明书,要求文字流畅、结构明晰；〔5000字严格按照课程设计进度和教师要求,高质量完成课程设计工作。4、考核每位学生交一份完整的工艺设计报告〔打印,含图纸〔70%,平时成绩〔30%二、注意事项1、设计说明书的内容设计计算说明书的内容视设计任务而定,设计内容大致包括：目录〔标题及页次；设计任务书；方案的比较与拟定〔简要说明附方案简图；工艺方案与力能参数计算；设计需要的其他有关计算与说明；参考资料〔资料的编号[x]及书名、作者、出版单位、出版年月说明书还可以包括一些其他技术说明,如工艺过程或设备〔模具、工装等的注意事项,将采取的重要措施：工艺过程的润滑方法和润滑剂的选择,散热和冷却……。2、其他要求计算说明书用A4或16开纸并加上封面装订成册,要求计算正确．论述清楚,文字精炼,插图简明,书写整洁。〔1计算部分的书写,首先列出用文字符号表达的计算公式,再代入各文字符号的数值〔不作任何运算和简化,最后写下计算结果〔标明单位、注意单位的统一,并且写法应一致,即全用汉字或全用符号,不要混用。〔2对所引用的计算公式和数据,应注明来源--参考资料的编号和页次。〔3>对计算结果,应有简短的结论,例如,关于强度计算中应力计算的结论"低于许用应力"、"在〔规定范围内"等,也可用不等式表式。如计算结果与实际所取之值相差较大,应作简短的解释,说明原因。〔4计算部分可用校核形式书写。〔5为了清楚说明计算内容,应附有必要的插图例如,方案简图、结构简图、受力图、弯矩和扭矩图等。在方案简图中对设备、部件或局部系统等应统一编号,以便在计算中称呼或作注脚之用〔注意在全部计算中所使用的符号和注脚,必须前后一致,不要混乱。〔6对每一自成单元的内容：都应有大小标题,使其醒目突出。〔7所选主要参数、尺寸和规格以及主要的计算结果等,可写在每页右侧留出的约25mm宽的长框内,或集中写于相应的计算之中也可采用表格形式；例如工艺参数和力能参数等一类数据可列表写出。3、绘制图纸工作●图纸是设计的最终产品,是后续制造、检验、装配和制订工艺规程所依托的基本技术文件。它反映设计者的设计意图。装配图〔包括设备或机器装配图、模具装配图要反映总体关系和各个关联部分的衔接,要注明装配关系〔配合尺寸、装配公差等,以及设计的设备或模具形位之间的关系,特别是影响设计产品使用或运行精度的位置尺寸关系。●零件工作图是零件制造、检验和制订工艺规程的基本技术文件。它既要反映出设计意图,又要考虑到制造的可能性和合理性。因此零件工作图应包括制造和检验零件所需全部内容,如图形、尺寸及其公差、表面粗糙度、形位公差、对材料及热处理的说明及其他技术要求、标题栏等。●每个零件必须单独绘制在一个标准图幅中,合理安排视图,尽量采用1：1比例尺,用各种视图把零件各部分结构形状及尺寸表达清楚。对于细部结构<如环形槽、圆角等>如有必要可用放大的比例尺另行表示。●零件的基本结构及主要尺寸应与装配图一致,不应随意更改。如必须更改,应对装配图作相应的修改。●标注尺寸时要选好基准面,标出足够的尺寸而不重复,并且要便于零件的加工制造、应避免在加工时作任何计算。大部分尺寸最好集中标注在最能反映零件特征的视图上。●零件的所有表面都应注明表面粗糙度等级,如较多表面具有同样粗糙度等级,可集中在图纸右上角标注、并加"其他"字样,但只允许就一个粗糙度如此标注。粗糙度等级的选择,可参看有关手册,在不影响正常工作的情况下,尽量取低的等级。●零件工作图上要标注必要的形位公差。它是评定零件质量的重要指标之一,其具体数值及标注方法可参考有关手册和图册。此外,还要在零件工作图上提出必要的技术要求、它是在图纸上不便用图形或符号表示,而在制造时又必须保证的条件和要求。在图纸右下角应画出标题栏〔见国家标准。材料与轧机选择材料表25052铝合金的化学成分及其配比SiFeCuMnMg其他元素其他杂质Al0.250.400.100.102.2~2.8Zn0.10Cr0.15~0.350.15余量选用锭坯600mm*1600mm其屈服强度σ=200~230Mpa轧机因为目标板带厚度为2mm,需要冷轧和热轧,先用1+4热连轧机把板带轧至厚度为4mm,再冷轧至2mm,以下是轧机选择。表3热轧机参数轧机型式四辊可逆式热轧机或1+4热连轧机轧机规格粗轧Φ930mm/φ1500mm/2100mm精轧Φ750mm/φ1500mm/2100mm轧制材料〔如上表1xxx~6xxx系列合金来料厚度范围〔如上表来料宽度范围1060mm~2060mm来料卷外径范围Φ610mm~2500mm来料最大卷重22000kg成品厚度〔如上表成品宽度范围1060mm~2060mm成品最大外径Φ2500mm成品最小外径Φ1200mm轧制速度基速/最大速度：0~240/600m/min-1；基速/最大速度：0~600/1500m/min-1轧制力20000KN主传动电机功率4x1500KW工作辊Φ510mmx2350mm支撑辊Φ1350mmx2300mm轧制方向〔站在操作侧看带材前进方向从右至左开卷机张力范围低速：15000~150000高速：6000~60000开卷机电机功率/转速2x665KW/1100r/min卷取机张力〔两台电机低速：24400~19500KN高速：9750~7800KN卷取机电机功率/转速2x1000KW/1100r/min工艺润滑油量8000L•min-1机列外形32mx21mx4.65m表4冷轧机参数轧机型式四辊可逆式冷轧机轧机规格Φ510mm/φ1350mm/2300mm轧制材料〔如上表1xxx~6xxx系列合金来料厚度范围〔如上表来料宽度范围1060mm~2060mm来料卷外径范围Φ610mm~2500mm来料最大卷重22000kg成品厚度〔如上表成品宽度范围1060mm~2060mm成品最大外径Φ2500mm成品最小外径Φ1200mm轧制速度基速/最大速度：0~240/600m/min-1；基速/最大速度：0~600/1500m/min-1轧制力20000KN主传动电机功率4x1500KW工作辊Φ510mmx2350mm支撑辊Φ1350mmx2300mm轧制方向〔站在操作侧看带材前进方向从右至左开卷机张力范围低速：15000~150000高速：6000~60000开卷机电机功率/转速2x665KW/1100r/min卷取机张力〔两台电机低速：24400~19500KN高速：9750~7800KN卷取机电机功率/转速2x1000KW/1100r/min工艺润滑油量8000L•min-1机列外形32mx21mx4.65m热轧工艺制度的确定1热轧温度与铸锭的加热〔1热轧温度热轧温度一般包括开轧温度和终轧温度。合金的平衡相图、塑性图、变形抗力图、第二类再结晶图确定热轧开轧温度范围的依据。热轧的终轧温度是根据合金的第二类再结晶图确定的,铝和铝合金再热轧开坯轧制时的终轧温度一般控制在再结晶温度以上。根据表5,5052系列合金热粗轧的开轧温度为450~510,终轧温度为350~420,热精轧的开轧温度为350~420,终轧温度为250~300.表55052铝合金热轧开轧和终轧温度热粗轧温度热精轧温度开轧温度终轧温度开轧温度终轧温度450~510350~420350~420250~300<2>锭坯加热绝大多数金属热轧前都要加热,加热制度包括加热温度,加热时间及炉内气氛。1加热温度应满足热轧温度的要求。实际生产过程中,为补偿对出炉后的温降,通常金属在炉内温度应高于热轧温度。铝合金高温下易与工具粘合,故加热温度也不能太高,综合考虑这些因素后一般取加热温度380℃-420℃。2加热时间包括升温和均热时间。应综合考虑铝合金的导热特性,锭坯尺寸,加热设备的传热方式及装料方法等因素。按经验公式计算：t=<12－20>①注：t-锭坯加热时间〔minH-铸锭厚度〔㎜铝合金宜取最大值,故t=20×=489.9min2热轧压下制度西姆斯公式普遍适用于热轧,其理论公式：②式中：——轧制力N；B——轧件宽度mm；——考虑接触弧上摩擦力造成应力状态的影响系数；Lc——考虑压扁后的轧辊与轧件接触弧的水平投影长mm；K——决定金属材料化学成分以及变形的物理条件－变形温度、变形速度及变形程度的金属变形阻力K=1.15；KT——前后张力对轧制力的影响系数；由以上公式可知平均单位压力：③1计算时用西姆斯公式的简化公式克林特里公式④其中⑤2K可以按照粗轧时的计算方法计算,数据如前表3KT按下式计算⑥4接触弧投影长度计算：一般以为接触弧长度水平投影长度为⑦为了方便计算,西姆斯把Qp与R/h和ε的关系绘成曲线,如图1所示,根据R/h和ε的值便可查出Qp值,从而就可以求出平均单位压力和总压力。图1Qp与R/h和ε的关系曲线3道次分配及轧制力计算〔1轧制规程制定本设计根据坯料厚度为600mm,成品厚度为4mm,取各道次的平均延伸系数为1.23。⑧根据公式：其中,N---轧制道次N=20.2,所以总轧制道次为20道次。根据前述各项数据制定5052铝合金热轧轧制规程。热粗轧开轧温度：470±10℃热粗轧终轧目标厚度：47热粗轧终轧温度：370±10℃热精轧开轧温度：370±10℃热精轧终轧温度：270±10℃热精轧目标厚度：4表6热粗轧轧制压下规程轧制道次轧前厚/mm轧后厚/mm压下量/mm道次加工率1600587132.22587567203.43567535325.64535499366.75499461387.66461423388.27423385389.083853463910.193463073911.3103072683912.7112682293914.6122291913816.6131911533820.4141531153824.815115793631.31679473240.5热精轧轧制压下规程1747272042.61827151244.419158746.72084450〔2各道次轧制力分配1第一道次道次坯料咬入,根据稳定轧制咬入条件,确定允许的最大压下量,道次的压下量符合稳定咬入条件,变形率ε,根据西姆斯计算公式,K=1.15QUOTE用克林特里公式计算⑨KN⑩以后各道次轧制力计算与第一道次类似,后面的各道次轧制力分别如下表表7道次12345678910轧制力13338133601339713451135181359913686138141396214150道次11121314151617181920轧制力143971473115207159541724219761248113413346352519414校核咬入能力铝合金热轧咬入角范围为51°-22°,由公式：,算得：各道次最大咬入角α≈9.31,故校核通过。5确定速度制度粗轧速度制度粗轧为保证咬入,采用升速轧制。根据经验资料,取平均加速度a=40rpm/s,平均减速度b=60rpm/s。由于咬入能力很富裕故可采用稳定高速咬入,考虑到粗轧生产能力与精轧生产能力得匹配问题,确定粗轧速度如下：咬入速度为n1=40rpm/s,抛出速度为n2=20rpm/s〔2粗轧轧制延续时间：每道次延续时间,其中为间隙时间,为纯轧制时间,设v1为t1时间内的轧制速度,v2为t2时间内的平均速度,则,<D取平均值>减速时间,减速段长,稳定轧制段长,。轧制第一二道次时,以第一架为计算标准,n1=30rpm/s,n2=20rpm/s按照以上公式可求得粗轧各道次轧制时间。表8粗轧各道次轧制时间道次123456789轧制时间7.010.013.812.817.419.926.935.942.5道次10111213141516轧制时间49.958.769.175.381.389.997.9由于单架粗轧机布置,间隙时间可以忽略。<3>精轧速度制度确定确定精轧速度制度包括：确定末架的穿带速度和最大轧制速度；计算各架速度及调速范围；选择加减速度等。精轧末架的轧制速度决定着轧机的产量和技术水平。确定末架轧制速度时,应考虑轧件头尾温差及钢种等,一般薄带钢为保证终轧温度而用高的轧制速度；轧制宽度大及钢质硬的带钢时,应采用低的轧制速度。本设计典型产品4mm,故终轧速度设定为12m/s左右。末架穿带速度在10m/s左右,带板厚度小,其穿带速度可高些。穿带速度的设定可有以下三种方式：=1\*GB3①当选用表格时,按标准表格进行设定；=2\*GB3②采用数字开关方式时,操作者用设定穿带速度的数字开关进行设定,此时按键值即为穿带速度；=3\*GB3③其它各架轧制速度的确定：当精轧机末架轧制速度确定后,根据秒流量相等的原则,各架由出口速度确定轧件入口速度。根据各架轧机出口速度和前滑值求出各架轧辊线速度和转速。各道轧件速度的计算：已预设末架出口速度为12m/s由经验向前依次减小以保持微张力轧制〔依据经验设前一架出口速度是后一架入口速度的95%依据秒流量相等得：根据以上公式可依次计算得：表9各道次精轧速度的确定道次1234入口速度0.861.563.16.23出口速度1.482.945.92126润滑1>冷却润滑剂的作用是：减少摩擦,降低能耗：冷却轧辊,控制辊型,改善版型；防止粘辊,改善产品表面质量；减少辊面磨损及龟裂,增加轧辊使用寿命。2>热轧冷却润滑剂的要求是：润滑油闪点高,高温润滑性好；较高的油膜强度；有较高比热,冷却性好；乳液存放稳定性好；不腐蚀轧件和轧辊；成本低,使用管理方便,对环境污染小。3>该设计润滑采用热轧乳化液润滑,可以选用由4.0-4.5%的司班、15-17%的洗涤剂和机油组成的水包油润滑剂,该润滑剂性能稳定,使用周期长,洗涤性好。7辊型设计冷轧工艺制度的确定道次加工率的分配表10坯料厚度/mm成品厚度/mm轧制道次厚度厚下量总压下量备注h0/mmh1/mm△h/mm∑/%△H总/mm∑总/%42143.20.8200.820中间退火23.22.60.618.81.43532.62.00.623.12.050张力分配根据经验,张力值的计算公式如下：前张力qh1=〔1x10MPa后张力qh0=〔0x10MPa具体情况如下表表11道次123前张力37.541.144.7后张力232730冷轧速度根据经验值,出口速度为20m/s,利用前滑值求轧辊速度：表12冷轧速度表道次123冷轧速度r/min5