材料成型与控制工程专业课程设计-中厚板生产压下规程设计.doc

学 号_0910121037 _ 课程设计 课 题 中厚板压下规程设计 学生姓名 系 别 机械工程系 专业班级 09材控1班 指导教师 二 零 一 二 年 五 月 1课 程 设 计 任 务 书09 材料成型与控制工程专业姓名： 学号：指导教师： 设计课题：中厚板生产压下规程设计一、设计产品序号学生学号产品牌号产品规格/mm108三位同学，改专业两位同学q235102000900021，2，3，4，6，7451019001000039，10，11，12，13，1412crni3a121800010000415，16，17，18，19，204cr131317009000521，23，26，27，29，30q23512210012000632，33，34，35，36，37458180013000738，39，40，41，42，4312crni3a1420009000844，45，46，47，484cr131220008000949，50，51，52，53q23592050120001054，55，56，57，130451023001200011131，132，133，134，13512crni3a1319001200012136，137，138，139，1404cr131521009000二、设计条件机组：双机架串列式可逆机组(二辊可逆轧机粗轧，四辊可逆轧机精轧)。主电机：二辊轧机主电机型号zd250/120，额定功率25002kw，转速04080rpm，过载系数2.25，最大允许传递扭矩1.22mn.m；四辊轧机主电机型号zd250/83，额定功率20502kw，转速060120rpm，过载系数2.5，最大允许传递扭矩0.832mn.m。三、设计内容制定生产工艺及工艺制度；确定轧制方法；确定轧制道次，分配道次压下量；设计变形工具；计算力能参数；校核轧辊强度及主电机负荷；绘制轧辊零件图、速度图；绘制轧制图表，轧制表。四、设计时间设计时间从2012年05月21日至2012年06月01日，为期两周。材料成型教研室2012.05.20 第一章 制定生产工艺及工艺制度1.1生产工艺 选择坯料原料清理加热除鳞纵轧一道（使宽度接近成品宽度）转90横轧到底矫直冷却表面检查切边定尺表面尺寸形状检查力学性能试验标记入库发货。1.2工艺制度 在保证压缩比的条件下，坯料尺寸尽量小。加热时出炉温度应在11201150，温度不要过高，以免发生过热或过烧现象；用高压水去除表面的氧化铁皮，矫直时选用辊式矫直机矫直，开始冷却温度一般要尽量接近终轧温度，轧后快冷到相变温度以下，冷却速度大多选用510c或稍高一些。切边用圆盘式剪切机进行纵剪，然后用飞剪定尺。第二章 选择坯料设计中厚板产品牌号：45,产品规格：hbl=8180013000。按厚度分：我国分类方法如下:0.0010.2mm箔材，0.24mm薄板，420mm中板，2060mm厚板,60500mm特厚板,则所设计的产品为中厚板。因为连铸坯更加节能，组织和性能好，成材率高；主要用于生产厚度小于80mm中厚板，则产品所选的坯料用连铸坯。根据所设计的产品的尺寸hbl=8180013000，设计坯料的尺寸。2.1坯料厚度的确定产品的厚度h为8mm，首先选取压缩比，压缩比由经验值选取，选取的最低标准为6-8，考虑到成材率，因此压缩比选取8，则坯料厚度h为64mm；2.2坯料长度的确定 由成品（b+b）坯长l，展宽为500700,取展宽为600mm，则l=（1800+200）-600=1400mm。2.3坯料宽度的确定 根据体积不变原理，坯料在轧制过程中会产生废料，选取成材率k=99%，我们选取切头尾l=100mm,切边b=100mm,根据体积不变定可得：99%hbl=(l+2100)(b+2100)8;带入数据解得：b=2381mm，取b=2380mm，再次校核k=99.04%。所以最终得到坯料尺寸为：hbl=6414002380mm。第三章 变形量分配3.1轧制方法的确定 先经过二辊轧机纵轧一道,然后转90度，横轧到底。3.2道次压下量的确定图1 道次压下量分配原则道次n道次h 坯料尺寸：hbl=6414002380mm，则总的压下量为648=56mm。根据经验值选取轧制道次n=12，制定压下规程。由于开始轧制时受咬入能力限制，所以在轧制前设计一个除鳞箱，保证咬入能力较好，并选取咬入条件较好的经验方法。道次压下量与道次关系如图1所示。由图1所示，各道次的压下量逐渐减小，同时幅度也在逐渐减小，所以粗轧的压下量较大，而精轧的压下量较小。设定总轧制道次为十二道次，粗轧为七道次（选取二辊可逆轧机），精轧为后五道次（选取四辊可逆轧机）。制定压下规程如表1。表1 道次压下量的分配 道次 轧制方式机架 轧件厚度h/mm 轧件度宽b/mm 轧件长度l/mm 压下量h/mm 变形程度e/%0除鳞高压水64238014001纵轧二辊44.82380200019.2302横轧二辊3120003439.48 13.830.80 3横轧二辊2520004264.96 619.35 4横轧二辊2120005077.33 4165横轧二辊1820005923.56 314.29 6横轧二辊1520007108.27 316.67 7横轧二辊1320008201.85 213.33 8横轧四辊1220008885.33 17.69 9横轧四辊1120009693.09 18.33 10横轧四辊10200010662.40 19.09 11横轧四辊9200011847.11 110.00 12横轧四辊8200013328.00 111.11 第四章 变形工具的设计4.1二辊可逆轧机轧辊的确定 初轧机轧辊受力较大且有冲击负荷，应有足够的强度，而辊面硬度可放在第二位，含cr、ni、mo等合金的的铸钢轧辊使用于轧制合金钢，所以粗轧选用铸钢轧辊轧制合金钢。4.1.1 辊身长度l由l=bmaxa bmax=2000mm 当b=1000-2500mm a=150-200mm 取a=200mm，所以l=2000200=2200mm。4.1.2 辊径尺寸 中厚板轧机l/d=2.2-2.8 取l/d=2.5 得d=802mm 取800mm。4.1.3 辊颈尺寸 查表3-5 取d/d=0.75(轧钢机械 邹家祥主编) 得d=608mm取d=600mm，辊颈长度l 取d/l=1 得l=600mm。4.1.4 辊头设计 因为对于中厚板轧机来说轧辊调整行程比较大，倾角在8-12间所以应选择万向辊头。各部分的尺寸关系如下dmin=dmaxdmax重车率 中厚板轧机最大重车率5%-8% 取5% dmin=8008005%=760mmd1=dmin(5-15mm) 取d= dmin5=755 mm；s=（0.25-0.28）d 取s=0.25d=188.75 mm；a=(0.5-0.6) d 取a=0.5 d=377.5 mm；b=(0.15-0.2) d取 b=0.2 d=151mm；c=b=151mm。4.1.5 辊颈与辊身的过度圆角r由r/d=0.10.12 取0.1 得r=0.1800=80mm，图2 轧辊示意图4.1.7校核咬入条件 咬入角一般=1525度，取=，hmax =（1-cos）d=（1-cos）800=48.2mm，粗轧各道次压下量h最大为19.2mm，满足咬入。4.2四辊可逆轧机轧辊的确定 精轧选用四辊可逆轧机，热轧机工作辊选择轧辊材料时以辊面强度为主多采用铸铁轧辊，而支承辊在工作中主要承受轧制力，且直径较大，要着重考虑强度和轧辊淬透性，多选用含cr合金锻钢，因此四辊可逆轧机的工作辊选用铸铁轧辊，支承辊选用cr合金锻钢。 四辊的尺寸设计与二辊相同，其中支承辊不传递扭矩，辊头不需设计。4.2.1支承辊设计4.2. 1.1辊身长度设计 和二辊一样 l=2200 mm。4.2.1.2 辊径d 查表3-3 (轧钢机械 邹家祥主编)取l/d=2.0 得d=1100mm。4.2.1.3 辊颈尺寸取d=d0.75 d=11000.75=825mm 取d=850mm。4.2.1.4辊颈长度 l l /d=1.0 得l=850mm。4.2.2 工作辊设计4.2.2.1 辊身设计同前 l=2200 mm。4.2.2.2 辊径尺寸 据经验当轧件较厚时 由于要求较大工作辊直径，取d/d较小值 由表3-3得(轧钢机械 邹家祥主编) 取d/d=1.6得d=687.5mm取d=700mm。4.2.2.3 辊颈尺寸 取d/d=0.65 d=450mm 取l/d=1 得l=450mm。4.2.2.4 辊颈与辊身的过度圆角r 取r=0.1d=70mm。4.2.2.5 辊头设计 选择万向辊头 选择原因同二辊。各部分的尺寸关系如下所示：dmin=dmaxdmax重车率 中厚板轧机最大重车率5%-8% 取5% dmin=7007005%=665d1=dmin(5-15mm) 取d= dmin5=660mm；s=（0.25-0.28）d 取s=0.25d=165 mm；a=(0.5-0.6) d 取a=0.5 d=330mm；b=(0.15-0.2) d取 b=0.2 d=132mm；c=b=132mm。4.2.2.6 辊颈与辊身的过度圆角r取r=0.1d=66mm。4.2.3校核咬入咬入角一般=15-25，取=20，hmax=（1-cos）=（1-cos）700=42.2mm，精轧各道次压下量h最大为1mm，满足咬入。表2 轧机尺寸表辊身辊颈辊头长度l(mm)直径d(mm)长度l (mm)直径d(mm)直径di(mm)厚度s(mm)(mm)(mm)(mm)二轧辊机2200800600600755188.75377.5151151四辊轧机工作辊2200700450450660165330132132支承辊22001100850850_第五章 轧制力的计算5.1 确定速度和时间制度 因为轧件较长，各道次均选用梯形图，梯形图如图3所示。根据经验资料取加速度a=40rpm/s，减速度b=60rpm/s。 前两道次为二辊轧制，受咬入能力限制，取咬入速度n1=10rpm，稳定轧制速度n2=30rpm，抛出速度n3=20rpm。由公式：加速轧制平均速度v11 =d（n1+ n2）/120，v11 =800(10+30)/120=837.33mm/s；加速轧制时间t11 =( n2- n1）/a，t11 =(30-10)/40=0.5s；轧辊速度v12=dn/60，v12=80030/60=1256mm/s；稳定轧制时间t12=1.12s；减速轧制平均速度v13 =d（n2+ n3）/120，v13 =800(30+20)/120=1046.67mm/s；减速轧制时间t13 =（n- n）/b，t13 =(30-20)/60=0.17s。其中l该道次轧后轧件长度，其他各道次轧制速度与轧制时间见表2。 中间五道次，随着轧制进行到一定程度，设咬入速度n1=20rpm，稳定轧制速度n2=40rpm，抛出速度n=20rpm，算法同上见表3 由于第八道次开始为精轧，改为四辊轧制，以工作辊的直径计算d=700mm，设咬入速度n=60rpm，稳定轧制速度n2=60rpm，抛出速度n3=30rpm。稳速轧制速度v=dn/60；减速轧制平均速度v=d（n2+ n3）/120；减速轧制时间t=（n2- n3）/b；稳速轧制时间t=v81=70060/60=2198mm/s；v82=700（60+30）/120=1648.5mm/s；t82=（60-30）/60=0.5s；t81=3.67s； 各道次间的间隙时间t,根据经验，轧机往返轧制，一般：l3.5m，不用推床定心，t=2.5s；l8m，用推床定心，t=6s；l8m，用推床定心，t=4s。其他各道次轧制速度和时间见表3。 表3 轧制速度时间表道次速度制度轧制速度/rpm轧制时间/s纯轧时间tz/s间隙时间tj/s合计/s加速轧制时间/s轧件长度/l减速轧制时间/s总时间/s咬入/n1稳轧/n2抛出/n3 稳速负减11030201.12 01.79 15+2.519.29 0.520000.1774.00 21030202.27 02.93 2.55.43 0.53439.50.1732040201.92 02.76 68.76 0.542650.3442040202.41 03.24 69.24 0.55077.30.3452040202.91 0.334.08 610.08 0.55923.60.3462040203.62 0.334.78 610.78 0.57108.30.3472040204.27 0.335.44 49.44 0.58201.80.3486060303.67 0.334.50 48.50 08885.30.546.04 96060304.03 0.55.03 49.03 09693.10.5106060304.48 0.55.48 49.48 010662.40.5116060305.01 0.56.01 410.01 011847.10.5126060305.69 0.56.69 06.69 0133280.5 由表3知粗轧时间比精轧时间长，可以防止出现堆钢现象，符合生产要求。5.2 各道次轧制温度的确定 第一道次轧制之前坯料被加热，为保证产品质量，应将坯料温度控制在9501270，各道次轧制结束后轧件温度也应控制在这个范围之内，故选取开轧温度为1200，则t=1200+273=1473k 热轧板材时，由辐射散热引起的温降公式为：t=12.9（t1/1000）tj/h1；t=12.9（t2/1000）tz/h1； 其中t为前一道次轧件尾部的绝对温度，t为前一道次轧件头部的绝对温度，t为该道次轧件头部的绝对温度为辐射时间，tz即轧制延续时间，t为前一道次轧制的间隙时间，h为前一道次轧后厚度。一道次t1=12.9（1473/1000）1.79/64=1.7oc；一道次轧前头部温度t=1200oc；一道次轧后头部温度t=1198.3 oc；一道次轧后尾部温度t= t=1198.3 oc；因为第一道次为纵轧，而第二道次为横轧，中间轧机要转90度，认为轧件温度均匀，取上道次尾温。二道次轧前头部温度t=1194.9 oc；二道次轧后头部温度t=t-t= t21-12.9（t10+273/1000）tz/h1=1191.0oc；二道次轧后尾部温度t= t=1191.0 oc。其余各道次轧制温度见表4。 表4 轧制温度和变形速率道次轧前头部温 度（oc）轧后头部 温 度(oc)轧后尾部温 度（oc）轧后平均温度(oc)变形速率 （m/s） 变形程度 变形抗力 11200.0 1198.3 1198.3 1198.3 5.1 0.300 30.70 21194.9 1191.0 1191.0 1191.0 6.2 0.308 32.37 31186.2 1174.9 1174.9 1174.9 7.3 0.194 30.73 41161.3 1148.2 1148.2 1148.2 7.3 0.160 31.29 51133.2 1118.8 1118.8 1118.8 7.4 0.143 32.83 61107.8 1092.2 1092.2 1092.2 8.8 0.167 37.36 71077.9 1066.4 1066.4 1066.4 8.5 0.133 37.45 81049.1 1036.9 1036.9 1036.9 9.4 0.077 35.63 91022.7 1010.6 1010.6 1010.6 10.2 0.083 39.30 10994.6 982.4 982.4 982.4 11.2 0.091 43.66 11964.9 952.8 952.8 952.8 12.4 0.100 48.86 12933.3 933.3 933.3 933.3 13.8 0.111 53.52 5.3 各道次变形程度由公式变形程度：=h/h， 其中h为各道次压下量，h为各道次轧制前的厚度，则=19.2/64=0.3，其他各道次变形程度见表4。5.4 各道次变形速率由公式 其中v表示各道次轧辊最大速率，h为各道次轧制前的厚度，h为各道次轧制后的厚度，h表示各道次压下量，r表示工作辊的辊身的半径。因为咬入速度，稳轧速度，抛出速度取值不同，则v在各道次不全相同。一道次 ， 其他各道次变形速率见表4。5.5 屈服应力ss的确定 由公式； ； 其他各道次金属变形抗力见表4。5.6屈服应力k的确定 由公式得变形抗力得k1=1.15530.79=35.56mpa，其余各道次变形抗力见下表5。5.7轧制力的确定 由于所生产的产品是热轧板带材,所以计算轧制力所用公式选用sims公式,p=nnnkbl由及r/h得到ns。由于外端的影响，l/1时，ns =1.0；其中l为轧件与轧辊的接触弧长，各道次平均厚度；因轧制时无张力，所以取第一道次轧制力 p1=nnnkbl=1.11135.56238087.648.16mn；其它各道次见表5。表5 各道次的轧制力 道次l(mm)b(mm)ns 屈服应力 (mpa) p(mn)187.64 23801.11135.56 8.16 274.30 23801.21137.74 8.01 348.99 20001.21135.47 4.17 44020001.21135.81 3.44 534.64 20001.21137.48 3.12 634.64 20001.31143.39 3.91 728.28 20001.31144.87 3.30 82020001.21142.41 2.04 92020001.21147.04 2.26 102020001.21152.53 2.52 112020001.31159.14 3.08 122020001.31167.28 3.50 第六章 轧辊强度校核6.1二辊强度校核6.1.1辊身强度 轧制力对辊身产生的弯矩；弯曲应力；对于第一道次：；其它六道次中因为第二道次轧制力最大，而轧件宽度相同，并使用同一轧辊，所以只需校核第二道次轧辊的强度；。6.1.2辊颈强度 辊颈所受到的弯矩；弯曲应力；前七道次中因为第一、二道次轧制力最大，并使用同一轧辊，所以只需校核第一、二道次辊的强度；辊颈所受到的扭矩；扭转应力；因为第一、二道次的轧制力最大，扭矩最大，扭转应力最大，故只需计算第一、二道次第一道次： ；第三道次：；对于钢辊，根据第四强度理论：；。6.1.3辊头强度 因辊头是万向辊头，其断面不规则形状，近似为矩形， 辊头所受扭转切应力因前七道次中第一道次所受扭转力矩最大，所以只需校核第一道次辊头强度；=100120mpa、，所以二辊满足生产要求。6.2四辊强度校核6.2.1支承辊强度 因后五道次中第十二道次轧制力最大，所以仅校核第十二道次即可。6.2.1.1辊身强度 轧制力主要由支承辊承受，它对辊身产生的弯矩;弯曲应力;。6.2.1.2辊颈强度 辊颈所受到的弯矩； 弯曲应力；。6.2.1.3 辊头强度无计算内容因支承辊采用合金锻钢，知=140150mpa，、，所以支承辊满足生产要求。6.2.2 工作辊强度6.2.2.1 辊身强度因工作辊不承受轧制力，所以辊身无计算内容。6.2.2.2辊颈强度辊颈所受到的扭矩；扭转应力； 后七道次中第十二道次轧制力p较大，后五道次压下量相等，所以仅计算第十二道次：；。6.2.2.3辊头强度 因辊头是万向辊头，其断面不规则形状，近似为矩形，；辊头所受扭转切应力； 因后五道次中第十二道次所受扭转力矩最大，所以只需校核第十二道次辊头强度：；知=7080mpa，、，所以工作辊满足生产要求。6.3接触应力；合金锻钢=4550 ，=2100mpa，=640mpa因、，所以工作辊和支承辊都满足生产要求。第七章 主电机容量校核7.1计算轧制力矩 根据计算公式，l表示接触弧长度，根据大量实验数据统计，热轧板带材=0.420.5,取=0.5。第一道次： ；其它道次计算方法如上，计算结果见表6。7.2 附加摩擦力矩的确定7.2.1轧辊轴承中的附加摩擦力矩 根据计算公式轧辊轴承中的附加摩擦力矩；d-轧辊辊颈直径，f -轧辊轴承摩擦系数，对于滚动轴承取f=0.003。第一道次： ；其它道次计算方法如上，计算结果见表6。7.2.2传动机构中的摩擦力矩 根据计算公式；i轧辊与主电机的传动比;轧制力矩； 轧辊轴承中的附加摩擦力矩；传动机构的效率，即从主电机到轧机的效率，取=0.95。第一道次： ；7.2.3附加摩擦力矩的计算；轧辊轴承中的附加摩擦力矩传动机构中的摩擦力矩。第一道次：；其它道次计算方法如上，计算结果见表6.7.3 电动机额定力矩的计算二辊轧机主电机型号zd250/120,额定功率25002kw,转速04080rpm,过载系数2.25，最大允许传递扭矩1.22mnm;四辊轧机主电机型号zd250/83，额定功率20502kw，转速060120rpm，过载系数2.5, 最大允许传递扭矩0.832mnm。二辊轧机主电机额定力矩的计算：；四辊轧机主电机额定力矩的计算：；分别为二辊轧机主电机和四辊轧机主电机的额定功率；分别为二辊轧机主电机和四辊轧机主电机的所选用的转速（）。7.4 空转力矩的计算空转力矩的计算公式为：；二辊轧机主电机空转力矩为：；四辊轧机主电机空转力矩为：。7.5 动力矩的计算动力矩的计算公式为： ；角加速度； g转动部分的重量; d转动转动部分的惯性直径加速时的动力矩为：；减速时的动力矩为：；7.6各道次各阶段的传动力矩的计算 根据轧制图表、速度图计算各道次的输出力矩，绘制力矩图，力矩图如附图3所示。7.6.1稳定轧制时的传动力矩的计算稳定轧制时的传动力矩计算公式为：；第一道次稳定轧制时的传动力矩为：；其它道次计算方法如上，计算结果见表6。7.6.2减速轧制时的传动力矩的计算减速轧制时的传动力矩的计算公式为：；第一道次减速轧制时的传动力矩为：；其它道次计算方法如上，计算结果见表6。7.6.3空载减速时的传动力矩的计算空载减速时的传动力矩的计算公式为：；因前六道次采用相同的主电机，所以空载减速时的传动力矩相同，其值为：；后六道次计算方法如上，计算结果见表6。7.6.4空载加速时的传动力矩的计算 空载加速时的传动力矩的计算公式为：； 因前六道次采用相同的主电机，所以空载加速时的传动力矩相同，其值为：； 后六道次计算方法如上，计算结果见表6。7.6.5空转时的传动力矩的计算 空转时的传动力矩的计算公式为：； 因前六道次、后六道次分别采用相同的主电机，所以空转时的传动力矩相同，其值见表5。7.7各机架电机输出力矩等效力矩的计算 等效力矩的计算公式为：；mjum等效力矩；轧制时间内各段纯轧时间的总和；轧制时间内各段间隙时间的总和；各段轧制时间对应的力矩；各段间隙时间对应的空转力矩； 第一道次的等效力矩为： 其它各道次的计算方法如上，计算结果见表6。道次轧制力矩（mn.m）附加摩擦力矩(mn.mm)传动机构中的摩擦力矩(mn. m)附加摩擦力矩(mn.m)稳定轧制时的传动力矩(mnm)减速轧制时的传动力矩（mn.m）空载减速时的传动力(mnm)空载加速时的传动力矩（mn.m）空转力矩(mn. m)空转时间（s）输出力矩的等效力矩10.714914.68410.03830.05300.79790.5619-0.2060.1870.0317.50.263120.591914.34170.03180.04620.66820.4322-0.2060.1870.032.50.489530.20267.44380.01100.01850.25110.0151-0.2060.1870.0360.154040.13596.11550.00740.01350.1795-0.0565-0.2060.1870.0360.122450.10635.52130.00590.01140.1476-0.0882-0.2060.1870.0360.110460.13246.88480.00730.01420.1767-0.0592-0.2060.1870.0360.130370.09095.78680.00510.01090.1318-0.1042-0.2060.1870.0240.113980.03963.12120.00220.00530.0650-0.170974-0.2160.1770.0240.080590.04393.45820.00250.00590.0698-0.1661-0.2160.1770.0240.0813100.04893.85540.00280.00660.0756-0.1604-