冷轧板带1450设计

学号:课程设计说明书设计题目：0・4工1450mm冷轧板带钢设计学生姓名：_专业班级：学部：材料化工部指导教师：助教2015年12月3日摘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2.0x1450mmQ240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AbstractThecoldrolledproductswithsizehighprecision,smoothsurface,internalperformanceisgood.Itsmainfactorsareruledoutinthehotrollingtemperatureoftheprocessfactors.Whenusingsteelinhightemperaturedeformationresistanceislow,andthecharacteristicsoftheplasticgood,deformationunderthestateofhightemperatureprocessing,beneficialtosaveenergy,easyaccessingtoavarietyofshapes,Butintheprocessofhightemperaturedeformationtemperatureisnotfixed,ifintheprocessthetemperatureofsteeluneven,influencemachiningprecision;Andthestateofhightemperatureoxidation,makehotrolledsteelplatesurfacequalityisbad,Coldrollingcanmakethemetalinternalgrainbreakageandhomogenization,additionalheattreatmentprocess,cangetgoodperformance,Soinproductsizeprecision,surfacequality,performanceandmanufacturesteelstriparebetterthanhot-rolledstripsteel.Inparticularcoldrollingmachinecanrollingthinsteelplatethicknessof0.001mm,itisimpossibleforhotrolling.Thisdesignuses2.0x1450mmQ240billetbyfivetimesrollingdown1.6mmrollingout0.4x1450thinplate,andtherollingmill,roll,suchasmotorbearingforchecking.Allconformtotherequirementsoftheproductionprocesssystem.Keywordscoldrolling；hotrolling；acidpickling；degreaseTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"课程设计说明书 I设计题目：0.41450MM冷轧板带钢设计 I学生姓名：李铁岭 I\o"CurrentDocument"摘要 IABSTRACT II\o"CurrentDocument"第1章综述 1\o"CurrentDocument"1.1冷轧 1\o"CurrentDocument"1.1.1冷轧薄板综述 1\o"CurrentDocument"1.1.2冷轧的概念 1\o"CurrentDocument"1.2冷轧薄板的生产过程 1\o"CurrentDocument"1.3冷轧工艺特点 2\o"CurrentDocument"第2章轧制工艺制度的确定 4\o"CurrentDocument"2.1原料的选择 4\o"CurrentDocument"2.2轧制规程 5\o"CurrentDocument"2.3工艺制度的确定 6\o"CurrentDocument"2.3.1压下制度确定 6\o"CurrentDocument"2.3.2张力制度确定 8\o"CurrentDocument"2.3.3速度制度 8\o"CurrentDocument"2.3.4轧制力计算 12\o"CurrentDocument"第3章设备强度及能力校核 23\o"CurrentDocument"3.1咬入能力校核 23\o"CurrentDocument"3.2轧辊强度校核 243.3支承辊校核 283.4接触应力校核 293.5电动机功率校核（第二架为例） 303.5.1轧制力矩 303.5.2摩擦力矩 303.5.3空转力矩 30\o"CurrentDocument"第4章小结 32\o"CurrentDocument"参考文献 33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0.4X1450mm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：热轧板卷料一酸洗一冷轧一退火…平整一精整一包装…入库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。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：张力轧制一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。张力一作用在轧件轧制方向上的力。前张力一作用方向与轧制方向相同的张力。后张力一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。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：0.4X1450mm，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：2.00X1450mm，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）断面尺寸窗口尺寸（mm）形式重量（t） 材质（mm）操作侧7145630X760 4800X1360闭口78.3ZG35传动侧7145630X760 4800X1360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

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)h(mm)h(mm)<%)12.001.150.851.57542.5021.150.750.400.9535.8030.750.500.250.62526.7040.500.450.050.47510.0050.450.400.050.42511.00轧机轧速V(m/s)后张力；(MPa)前张力-(MPa)P(MPa)P(t)17.745090664.71818.23212.390100851.91976173315.9100105933.01586.43418.8105115966.81432.31520.011545817.2941.152.3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L△h，则各道次的压下量△hi为：Ahi=b〉幽式中：bi一压下分配系数冷轧压下分配规则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；第二、三道次采用大压下率轧制；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1 2 3 4 55 0.53 0.25 0.16 0.03 0.03第一道次：b1=0.5二功h=2.0-0.4=1.6mm△h1=b1LAh=0.53*1.6=0.85mmh1=H1-Ah1=2.0-0.85=1.15mmh「(h1+H1)/2=(2.0+1.15)/2=1.575mm£1=Ah1/H1*100%=0.85/2.0*100%=42.5%第二道次：b=0.252E△h=2.0-0.4=1.6mmh2=b2LAh=0.25*1.6=0.40mmH2=H2-Ah2=1.15-0.40=0.75mmh2=(h2+H2)/2=(1.15+0.75)/2=0.95mm£=△h2/H2*100%=0.40/1.15*100%=35.8%第三道次：b3=0.16E△h=2.0-0.4=1.6mmh3=b3LAh=0.16*1.6=0.25mmh3=H3-Ah3=0.75-0.25=0.50mmh3=(h3+H3)/2=(0.75+0.50)/2=0.625mm£3=Ah3/H3*100%=0.25/0.75*100%=26.7%第四道次：b4=0.03E△h=2.0-0.4=1.6mmh4=b4功h=0.03*1.6=0.05mmh4=H4-Ah4=0.5-0.05=0.45mmh4=(h4+H4)/2=(0.5+0.45)/2=0.475mm£「△h4/H4*100%=0.05/0.5*100%=10%第五道次：b5=0.03E△h=2.0-0.4=1.6mm△h5=b5泌h=0.03*1.6=0.05mmh5=H5-Ah5=0.45-0.05=0.40mmh5=(h5+H5)/2=(0.40+0.45)/2=0.425mm£5=Ah5/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 1 2 34 5前张力(MPa)90 100 105115 45后张力（MPa）50 90 100105 1152.3.3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:BhV=BhV=BhV=BhV=BhV.TOC\o"1-5"\h\z111 222 333 444 555式中：B一轧件的宽度 h一轧件的厚度V一轧件的水平速度TOC\o"1-5"\h\z轧制过程中忽略宽展，则：hV=hV=hV=hV=hV11 22 33 44 55根据经验值选取最后一架轧机出口速度为20.00m/s，则:hV=hV=hV=hV=hV11 22 33 44 55

V4=V5h5/h4=20.00*0.40/0.45=17.78m/sV3=V5h5/h3=20.00*0.40/0.50=16m/sV2=V5h5/h2=20.00*0.40/0.75=10.67m/sV1=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oc=arccos—亏）=arccos—尝）=3・2中性角v=：（1习=*U-=0017前滑值0.0171.15-X270=0.0681+0.C6S=6.S2m/s&如1&如1n= nD3.14X0.54=230'71r/min第二道次:咬入角：：•:=二厂"】一于：=:二一"】一三：=二■一中性角： 一三=亍或二一三土：=。。二前滑值：三：..=了目=壬-二：=，二FL Lrard则:1一％ 1-0.061=则:1一％ 1-0.061=10.0660v? 60X10.06n= = =355.98r/rnmttD3.14X0.54第三道次：咬入角： "：=：¥-"：—当=二厂-二一三：=】中性角：'二二二-二、—"二-、"=。。二:前滑值：三"疽=壬二=二艾则：则：60fq60X15.02n=——-= =531.49r/minttD3.14X0.54第四道次：咬入角： -=-：■■：!-¥=二厂"】一三：=：,raZz. B/d5 Oi769X3.14 , 0769X3.14\rt中性角： 一亍==- -^―?7=前滑值： 三•‘..I亦壬二。二，二则:17781一%1-OlOIS17.4560% 60X17.45n= 1= =617.43r/mmttD3.14X0.54第五道次：咬入角:：：=-：■-：--¥=二厂"--三、，w中性角：'=二‘‘二' =二丈二 L 二一二 ：："一二前滑值：三=.目=三二二二=二上则：60fc60X19.65n= = =695.32r/minuD3.14X0.54

表2-3-4各机架速度表机架号a(°)YSh V(m/s)v(m/s)n(r/min)13.200.0170.0686.966.52230.7122.210.0130.06110.6710.06355.9531.740.0110.06516.0015.02531.4940.7690.0060.01917.7817.45617.4350.7690.0050.01820.0019.65695.32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:式中:；T=—.•一考虑轧辊弹性压扁的变性区长度;K一平面变形抗力，三二=

Q—前后张应力平均值，（Q1—前张力，Q2一后张力）第一道次:由热轧原料开始轧制，压下量Ah=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£c.—0.6£t=0.6X42.5%=25.5%由Q240普通冷轧钢加工硬化曲线得:二==MPa所以：石产0=48GMPa求平均单位张力:K=1.15a；=1.15X480=552AfPa:二•.F_:二••.，5 27：=15=mmfl0.07X15.16z=—= =0.674h1.575z-=0.454.=1.2X10-113.14.=1.2X10-113.14X190XIO5C=8X =8X-rE

式中：0.600.550.500.600.550.500.45040—泊松比，取0.30550505332210/。此 ~°10状初 -0,05一一_. 。 E一弹性模量，取190GPay=2CR^®=2X1.2X10-11X270XX（552-70）X106=0.130查斯通图得:x=t=0-7S0Xh0.780X1.575=——= =17.55f0.07应力状态系数:应力状态系数:p=（K-Q）n=（552-70）X1.51=727.82P=pl(B=727.82X15.16X1450=1599.*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£；:＞巨=O.4eo-0.6^=0.4X42.5%-0.6X62.5%=54.5%由Q240普通冷轧钢加工硬化曲线：二二三二MPa所以：压彪b=59QMPq求平均单位张力：_ 100-90Q=——-——=K=l.lSo；=1.1SX590=678.5MPdfl0.06X10.39z=—= =0.660h0.95二-=0.4361-a2 1-0.3052 「C=8X———=8X =1.2X10-11hE 3.14X190X109查斯通图得:：二「J=3m应力状态系数:p=(K-Q)n=(678.5-95)X1.55=904.425P=BpV=904.425X12.98X1450=1704.9t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£：:0.4s(j-0.6s!=0.4X54.5%-0.6X75%=66.8%由Q240普通冷轧钢加工硬化曲线：二=二3：MPa所以：压旧b=630MPq

求平均单位张力:100-105K=1.155；=1.15X630=：=展 _:=•.，5 272=求平均单位张力:100-105K=1.155；=1.15X630=：=展 _:=•.，5 272=E二mmfl0.06X8.22=0.789二-=0.6151-0.305=0.40.06 「 、(724.5-102.5)X10查斯通图得:X=£=l加Xh1.2X0.625 =10.710.07应力状态系数:e1--1n=—-—=1.93p=(K-Q}n=(724.5-102.5)X1.93=1244P=BpV=1244X10.71X1450=1931.87t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£；:$巨=0.4句-。俱=0.4X66.8%-0.6X77.5%=73.22%由Q240普通冷轧钢加工硬化曲线：二=壬：MPa所以：弓腿=660"@求平均单位张力：：二二二芝二二f、K=1.155；=1.15X759=872.85AfPa：=•.E_ 5H二0=3厂mmfl0.06X3.67z= =0.463h0.475二-=0.2131—/ 1-0.3052 「C=8X———=8X =1.2X10-11hE 3.14X190X109y= ®=2X1.2X10-11X270XX(872-107)X106=0.532查斯通图得:=彩介。,475=5刀f0.07应力状态系数:p=(K-Q~)n=(872.8S-107.5)X1.58=1209.25P=BpV=1209.25X5.77X1450=1004..9t第五道次:入口压下率为73.22，出口总压下率为80%。求平均总压下率我:£=o.4£o-0.6S!=0.4X73.22%-0.6X80%=77.3%由Q240普通冷轧钢加工硬化曲线:二=-MPa

所以:弓腿=680AfPa求平均单位张力:_ 110-45Q=——： =77.5MPaK=1.15a；=1.15X680=782MPa：=•.E 二0=3二mmfl0.05X3.67z=—= =0.4300.4251-0.30521-0.3052C=8X-―—=8X一-MIT_=1.2x10-11

ttE 3.14X190X诃y=2CR^(X-®=2X1.2X10-11X270XX(782-77.5)X106=0.533查斯通图得:Xh0.82X0.4250.07F=r= =4.9790.07应力状态系数:即_1n=——-一=1.4-3p=(K-Q)n=(782-77.5)X1.43=1007P=BpV=1007X4.979X1450=725t

表2-3-5各道次计算结果道次£1(%)£2（%）E£(%)bs(MPa)Q(MPa)K(MPa)l(mm)h(mm)10.0042.5025.50480.0070552.015.161.575242.50625054.50590.0095678.510.390.95362.5075.5066.80630.00102.5724.58.220.625475.5077.5073.22660.00107.5872.83.670.475577.5080.0077.30680.0077.57823.670.425道次zz2yXnl'(mm)P(MPa)P(t)10.6740.4540.100.781.5117.55727159920.6600.4360.240.821.5512.98904170430.7890.6150.41.21.9310.711244193140.4630.2130.530.851.585.771209100450.4300.180.5320.821.434.981007725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：Ah=D(1—cosa)a<P式中：D一工作辊直径；骚一轧件的压下量；a一咬入角；P一摩擦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：oc=cos-1 =3.2而［=-京二，得到：B=tan-10.07=4.00由于兰=32"：=、，因此，第一架轧机可以实现带钢顺利咬入；其余各道次压下量均小于第一道，所以都能顺利咬入。

3.2轧辊强度校核表3-2-1轧辊许用应力值许用应力许用接触应力许用剪切应力许用接触剪应力[a](MPa)[a1](MPa)[t](MPa)[t1](MPa)240240073730表3-2-2轧辊各部分尺寸辊身长度辊身直径 压下螺丝中辊径长度辊颈直径心距a（mm）L(mm）D（mm）l（mm）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轧辊转速电机功率前张力后张力前后张力（t）(r/min)（KW）（MPa）（MPa）差（MPa）115992305500905040217043555500100901031931531550010510054100461755001101055572569555004511065

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: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，其弯曲应尸和4分配也和弯矩一样，即：=二=三=三"二而P+P=P=17049KN，得到:Zg辊身:1）假定工作辊放在两支点上，画出其弯矩图如下: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:哈=与倍-号=321600X =96480W-m由于水平张力差导致的弯矩为：T=90X1.15X1450-100X0.75X1450=41325归辊身中部的合成力矩为:J2~Mg22=V964802-6198.75X6198.75=96678.9W-m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:图3-2-3工作辊辊头图96.67890.1X0.5496.67890.1X0.543=6„2AfPa<[a]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。n= 5••二取二=二—二=5=一二=S3W::二5500=9549X =102217.8A/-mn 513.80102217.8 「「t=—-= = =15.3<[t]Wn0.208a3 0.208X0.3183a=(0.5.6)£\所以，辊头符合轧制要求。

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:支撑辊在最大重车后的直径为D=1450mm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: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:2）辊颈2）辊颈TOC\o"1-5"\h\z6379.5 r「%= = T=20.9Af^a<[a]0.1X0.1X1.453 lj所以，支撑辊符合要求。16150.612430-1700 . X X10-3=2.9X106W-m2 2Mz图3-2-4支撑辊弯矩图X=68.7AfPa<[u]_Md_=68.7AfPa<[u]-O.ld/-o.lX0.7S3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：='"吃一咤）眼—、Nig式中：■■——接触表面单位长度上的负荷;七七一一相互接触两个轧辊的半径;二二一一与轧辊材料有关的系数，轧辊材料相同，=0.305，E=190GPa，r1=270mm，r2=725mmp19767.3q=「=—————=11627/f