φ5mm高速线材孔型设计

1、学号：0125%加取冶*纟HEBEI UNITED UNIVERSITY课程设计设计题目：5.5mm高速线材孔型设计学生姓名：王震宇专业班级：成型1班学 院：冶金与能源指导教师：万德成2015年1月7日目录1 设计说明11.1. 孔型设计概述11.1.1. 孔型设计的内容11.1.2.孔型设计的基本原则12. 孔型系统的选择及依据22.1.孔型系统的选取22.1.1. 粗轧机孔型系统的选取22.1.2. 中轧、预精轧及精轧轧机孔型系统的选取23.确定轧制道次23.1. 车L机的选择34. 确定各道次延伸系数55. 确定各道次出口的断面面积55.1. 确定各道次轧件的断面面积56. 各道次孔型尺

2、寸66.1. 孔型在轧棍上的配置原则76.2. 孔型在轧幅上的配置86.3.轧轮的平均工作直径及轧険转速的确定86.3.1. 工作輕径的确定86.3.2. 轧翟转速的确定97. 力能等效计算127.1. 力能参数计算127.1.1. 轧制温度127.1.2. 轧制力计算147.1.3. 轧辗辗缝计算15&校核轧辐强度168.1. 轧翟强度的校核168.1.1.强度校核168.1.2.第一架轧机轧醍强度校核举例209. 电机的选择及校核229.1. 电机功率的校核229.1.1. 传动力矩的组成229.1.2. 各种力矩的计算229.1.3电机校核229.1.4.第一道次电机功率校核举例2510

3、. 各孔型图及轧制图表261孔型设计孔型设计概述钢坯要在所设计的孔型中轧制若干道次才能获得所要求的断面形状和尺寸， 同时孔型设计还与所轧产品的性能、质量及轧机的生产能力、金属消耗、能耗、 产品成本、劳动条件都直接相联，所以孔型设计是车间设计重要一环。1.1.1 孔型设计的内容孔型设计是型钢生产的工具设讣。孔型设计的全部设计和计算包括三个方 面：1. 断面孔型设计根据原料和成品的断面形状和尺寸及对产品性能的要求，确定孔型系统、轧 制道次和各道次的变形量，以及各道次的孔型形状和尺寸。2. 配辗确定孔型在各机架上的分配及其在轧輕上的配置方式，以保证轧件能正常轧 制、操作方便、成品质量好和轧机产量高。

4、3. 轧轨辅件设计一导卫或诱导装置的设计导卫装置应保证轧件能按照所要求的状态进、出孔型.或者使轧件在孔型以 外发生一定的变形，或者对轧件起矫正或翻转作用等。1.1.2孔型设计的基本原则孔型设计是型钢生产中的一项极其重要的工作，它直接影响着成品质量、轧 机生产能力、产品成本、劳动条件及劳动强度。因此，合理的孔型设计应满足以 下儿点基本要求。1. 保证获得优质产品所轧产品除断面形状正确和断面尺寸在允许偏羌范围之内外。应使表面光 洁.金属内部的残余内力小，金相组织和力学性能良好。2. 保证轧机生产率高轧机的生产率决定于轧机的小时产量和作业率。影响轧机小时产量的主要因素是 轧制速度。作业率取决于工艺的

5、科学、孔型设计的合理、设备的优良、操作的熟 练。3. 保证产品成本最低为了降低生产成本，必须降低各种消耗，山于金属消耗在成本中起主要作用，故 提高成材率是降低成本的关键。因此，孔型设讣应保证轧制过程进行顺利，便于 调整，减少切损和降低废品率；在用户无特殊要求的情况下，尽可能按负偏差进 行轧制。同时，合理的孔型设计也应保证减少轧翟和电能的消耗。4. 保证劳动条件好孔型设讣时除考虑安全生产外，还应考虑轧制过程易于实现机械化和自动化，轧 制稳定，便于调整；轧輕辅件坚固耐用，装卸容易【9】。2孔型系统的选择及依据孔型系统的选取1. 1#轧机的孔型为平箱，2#轧机的孔型为立箱。箱形孔型系统的轧件变形较为

6、均匀，角部没有改变，容易温度偏低。1) 箱形孔型系统的主要优点是：(1) 沿轧件断面宽度变形均匀，孔型磨损较小；(2) 通过这种孔型轧出的轧件比起相同面积的其他孔型来，孔型轧槽切入 轧辗深度较小大，故可以允许给以较大的变形量；(3) 可以适应来料断面尺寸的波动，并且在同一孔型中通过调整压下量， 可以得到不同断面尺寸的轧件；(4) 在这种孔型中轧制，轧件上的的氧化铁皮易于脱落。2) 箱形孔型系统的主要缺点是：(1) 在这种孔型中轧出的方形或矩形断面不够规整；(2) 在这种孔型系统中金属只能受到两个方向的轧制加工；(3) 当进入孔型的轧件高度比较大而孔型槽底乂较宽时，轧件在孔型中的 稳定性不好，易

7、发生倒钢或歪扭现象，这在轧制小断面轧件时尤为严重。由于箱形孔型系统具有上述特点，在线材生产上它多用于轧制的头儿道次，并用 于轧制断面尺寸在60x 60毫米以上的轧件。在400毫米轧机上这种孔型最小轧 出断面尺寸为56x 56毫米；在300毫米轧机上这种孔型最小轧出断面为45x 45 毫米。箱形孔型道次延伸系数一般为1.20。2.3#6#轧机的孔型依次为：椭圆一圆一椭圆一圆这种孔型系统的优点在于：1) 孔型形状能使轧件从一种断面平滑地转换成另一种断面，从而避免金 属由于剧烈的不均匀变形面产生局部应力。2) 在此孔型系统中轧出的轧件没有尖锐的棱角，轧件冷却均匀。3) 孔型形状及变形特点有利于去除轧

8、件上的氧化铁皮，使轧件具有良好 的表面。4) 必要时可在延伸孔型中获得圆断面成品，从而减少换轨。3确定轧制道次轧机的选择综合比较各种孔型系统，本设汁的中轧、预精轧、精轧及减定径轧机孔型选取椭圆一圆孔型系统。ill坯料尺寸(150mmx：150mm)和所轧制的最小断面的轧件尺寸(D6.5mm)确定轧制道次。考虑到坯料尺寸偏差和热膨胀因素，所以总延伸系数为： = (15O + 4)x1.O151-=io2839 -人 启(1)4一般全线平均延伸系数为：A = 1-27轧制道 N= 14 = 29.01 (2)In “取整得N = 29,精轧最后两架为减径机。轧机最后为两架定径机(不考虑在内)。参考

9、现场实际生产情况及相关资料将26+4架轧机分为粗轧、中轧、预精轧、精轧及减立径五组机组。其中粗轧6架，中轧6架，预精轧6架，精轧8架，减左径机4架。务机组主要参数如表1表1轧机主要技术参数轧轨主电机速比机组机架号机架布径(mm)辗身长转速r/min最大規径最小總径度(mm)功率kw1H6105208005002V610520800500粗3H610520800650轧4V495420700500700机5H4954207006501400组6V49542070065078HV420420360360650650650700中轧9H42036065065010V42036065070011H42

10、036065065012V420360650700机组700140013H42036065070014V42036065070015H2482227570016V2482227560017H2482227570018V24822275600预 精 轧 机7001400194522820572204522820572精轧机214522820572224522820572234522820572组2445228205722545228205725000501570264522820572减274522820572定284522820572径294522820572机3045228205723200

11、85017004确定各道次延伸系数典型产品（05.5mm）总延伸系数为III延伸系数的分配原则确定各道次延伸系数见表2表2各道次的延伸系数轧 1234567891011121214制道次伸厂 1516171819202122232425262728系数轧制道次延伸系数5确定各道次轧件的断面面积按逆轧顺序进行计算：由公式：巧一=代“仟=巧“2 所以，各道次轧件断面面积如表3表3各道次轧件断面面积轧制道次1234567断面面积轧件尺寸 轧制道次 断面面积 轧件尺寸8910981112(D1314轧制道次 断面面积 轧件尺寸 轧制道次01516(D1718(D19168.720021断面面积020(

12、D(D222324252627280(D(D06各道次孔型尺寸由程序计算得各个孔型尺寸如下表：表4孔型参数规机轧件尺寸(mm)孔型尺寸(mm)格架高度宽度髙度宽度椭圆圆弧半圆扩张探缝111512016021251253150/94989898305575763079110830974621030111232323230131430151630172318182519202521222523242525262527102825129130251在孔型系统及各孔型的尺寸确定后，还要合理地将孔型分配和布置到各机架 的轧轮上去。配幅应做到使轧制操作方便，保证产品质量和产量，并使轧辗得到 有效的利用。孔

13、型在轧辐上的配置原则为了合理配置孔型，一般应遵守如下原则：1. 孔型在各机架的分配原则是力求轧机各架的轧制时间均衡。2. 根据各孔型的磨损程度及其对质量的影响，每一道备用孔型的数量在轧 轨上应有所不同。如成品孔和成品前孔对成品的表面质量与尺寸精确度有很大影 响，所以成品孔和成品前孔在轧较长度允许的范围内应多配儿个，这样当孔型磨损到影响成品质量时，可以只换孔型，而不需换轨。3. 确定孔型间随即幅环宽度时，应同时考虑探环强度以及安装和调整轧轨 辅件的操作条件：1）棍环强度取决于轧楹材质、轧槽深度和輕环根部的圆角半径大小。2）钢轧轨的轨环宽度应大于成等于槽深高度之半。3）铸铁探的棍环宽度应大于或等于

14、槽深高度。4）确定幅环宽度时除考虑其强度外，还应考虑导板的厚度或导板箱的尺才 以及调整螺丝的长度和操作所需的位置大小，边槻环宽度中小型轧机取80 120mm。孔型在轧辗上的配置孔型在轧轨上的配置包括：垂直方向上的配置和辗身长度方向上的配置。垂 直方向上的配置和轧辗的名义直径、原是直径、工作直径有关；而孔型在轨身长 度方向上的配置要考虑的因素有：1. 成品孔和成品前孔应尽量争取单独配置，即不配置在同一架轧机的同一 轧线上，以便实观单独调整，保证成品质量。2. 分配到各架轧机上的轧制道次应力争使各架轧机轧制时间负荷均衡，以 便获得较短的轧制节奏，有利于提高轧机产量。3. 根据各个孔型磨损对成品质量

15、影响程度不同，在轧幅上孔型配置数口也 不相同。成品孔应尽可能多配，成品前孔和再前孔根据条件和可能也应多配一些。 这样做的另一好处是可以减少换轨次数、减少轧轨储备数量，并能降低轧轨消耗。4. 轧馄相邻孔型间的凸台叫辗环，在轧轮长度方向上要留有足够的宽度， 以保证轨环强度和满足安装导卫和调整的要求。在满足了上述要求的条件下翟环 宽度可适当减小。以便能多安排孔型数LI。铸铁轨环的宽度一般可考虑等于轧槽 深度，而钢幅馄环可以小些轧馄两端的幅环宽度对于大中型轧机可取100mm以 上，而对小型轧机般在50100mm的范围内选取。至于在孔型倾斜配置的情 况下，还应考虑设置止推斜面辘环的要求。轧辐的平均工作直

16、径及轧辐转速的确定6.3.1工作辐径的确定1. 粗中轧机（114#轧机）工作辗径的确定箱形孔：|( =-0.85/2 (4)椭圆孔：=(-1.33/2)x1.01 圆孔：Dk.=D-1.56/(6)式中:为轧輕工作直径D为轨环直径h为孔型高度根据以上公式讣算粗中轧机工作轨径如下表。2. 预精轧、精轧、减定径机(1530#轧机)工作馄径的确定椭圆孔：=(D-1.33/;)xl.01(7)圆孔：M. =(D-1.35/1)x1.01式中：Q为轧轨工作直径D为輕环直径h为孔型高度根据以上公式计算预精轧、精轧、减定径机工作槻径如下表。表5短应力线轧机工作辗平均辐径机架12345678910111213

17、14P2510485502342423385368335381356390370223216表6碳化餌悬臂轧机工作辐平均辐径机架号151617181920212223242526272829302229223212208214212218215219217221220223221222220表中27#、28#为减径机孔型，29#、30#为定径机，其孔型与28#相同。6.3.2轧辐转速的确定轧辗转速是主要的生产操作参数之一。它由各道轧件出口速度和前滑值 来决定。各道轧件出口速度可以山各道的连轧常数或确定的就后轧机轧件出 入口速度差决定。按无张力设讣轧件速度容易因轧件速度计算误差和轧棍转 速调整误

18、差带来堆钢。过大速度差带来较大张力，它能减少电机动态速降的 幅度，即便孔型磨损，也能保持一段稳定轧制，但带来孔型磨损严重。故连 轧生产中，一般采用微张力轧制。因此，为防止堆钢事故，轧件出口速度在设计时就有一定偏差，如大于1的连轧常数，或每道出口速度低于下道入口速度的3%由连轧常数公式：C = F“xZ”xx(l + +) (9)式中：代一一各道次轧件出口面积；nn各道次轧辗转速；5；,自由宽展前滑；$”限制宽展下前滑影响系数，取+” = 0.031 + 0.006 = 0.037对于第 28 架成品孔得：C28 = F28 x D(v28 x h28 x (1 + 5/, +s”)其中由轧翟线

19、速度V = 和D8=W1 + S+S“)(其中轧件出口速度 60v2g = 100wi/5 ,)来决定。所以S = Q（l + ；+）Sx221xl.O37 皿父8和11 七时连车L常数C28 =33.2x221 X833.8x1.037 = 6.344 xlO7按逆轧顺序分配各架之间的拉钢系数设X= 1.001 1.003可取匕=27 =#5 =1001k4 = k3 =1.000 k】o =k）=kt=k1 = .002k、= k、=k& = 1.003计算连轧常数c :.C.7 = = 6.328 xio7同理讣算得各机架的连轧常数(xlO7)如下表。表7各机架的连轧常数(xlO7)机架

20、号12345678连轧常数机架号9101112131415连轧常数机架号连轧常数1617181920212223机架号24252627282930连轧常数公式：严(10)(11)丑 60讣算得各机架的轧制速度如下表：表8各机架的轧制速度机架号 1轧制速度m/s电机转速869机架号 8 轧制速 度m/s10 11121314电机859转速机架号 15161718192021轧制速21度m/s电机转速机架号 22232425262728轧制速75100度m/s电机1027转速7力能参数计算与强度校核力能参数计算7.1.1轧制温度线材在轧制过程中的温度变化，是山辐射、传导、对流引起的温降和金属变 形

21、热所产生的温度升高综合作用的结果。轧制过程中每一道次上轧件的温度变化为/，它可以分解为儿部分，如下 公式：f = % + 旳-(斗 + /“ + 、.+ )(12)式中：AZ-道次轧件温度变化A。一山塑性变形功转变的温升轧件与轧幅间相互摩擦产生的温升0轧件向周围辐射产生的温降山”一轧件在机架间运行是空气对流引起的温降一冷却水引起的轧件温降轧辗热传导引起的轧件温降为便于计算，对以下模型进行一下简化：轧件和轧轨之间的磨擦产生的温升很小，故可以忽略。对简化式为:=+/$ (13)式中：岭一轧机形式系数,取爲= 1.15则经简化，变形温度模型为:f = ATp(14)1.各种温度变化的公式1) 变形功

22、引起的温升A/ =1.81x/?(l-)xln (15)h式中：戸一平均单位压力2) 轧楹热传导引起的温降AFa.1.8c0G hc(16)式中:兄一钢材的热传导系数，热轧温度下A = 300k/mJi耳一轧件与导热体的接触面积，对于轧翟心=2也xlOlc 轧鉴于轧辘的接触弧长,lc = Ra bc 轧件通过该道次的平均宽度4热传导时间儿一轧件通过该道次的平均高度C。一比热容，c=OWk/kg代入式中，整理得:= 0.284Ra(H + h)2v(17)式中:H、h轧件轧前、轧后高度“一轧件出口速度 a 咬入角3）山辐射引起的温降1001100 丿GC(18)式中:辐射体黑度， = 0.8；

23、u完全黑体的辐射系数，u = 5.S5w/m2-k；人一轧件绝对温度k；珀一空气绝对温度，石=27 + 273 = 300伙）；厂一相邻两机架件轧件运行时间 ,山轧机间距和每道次出口速度计算；巴一单位长度的轧件质量鏡；C。一比热容kJ/kg-ko代入式中，整理得:T100-818叭仏(19)式中：F轧件断面积7.1.2轧制力计算1.平均单位压力采用Ekeland公式，用于热轧高件自由宽展时计算平均单位压力的半经验公 式为：(20)p = ( + m)(k + J)式中:加一外摩擦对单位压力的影响系数一粘性系数平均变形速度R = 10x(1400)x(l4 + C + Mn) =0.1 x(14

24、-0.01r)十卜1.6 x p7? A/? 一 1 2M具|卩:ni =H+hH + h式中：/?轧辗工作半径A/?平均压下量HJ1-轧件轧前、轧后高度摩擦系数对于钢轧總：/ = 1.05 -0.0005T -O.OOO56v对于铸铁楹：f = 0.94- 0.0005/ - 0.00056v式中：y 轧轨线速度轧制温度2.轧制压力p = pxF (21)式中：一平均单位压力F轧醍与轧件的接触面积/= b 一 ” + 仇F = I(. Q . /( = 7/?/? . i 2也孔型轧制中的平均压下量B b椭圆断面轧件：F = 0.785BH圆断面轧件：F-x/24.-.A/? = 0.785

25、(/7-/?)对于圆断面轧件进入椭圆孔，公式同样适用。3. 轧制力矩按轧件作用在轧辗上的压力来计算轧制力矩，公式为:M = 2PX = 2pX/R (22)式中：一轧制力力一力臂系数由文献19,推出回归式设回归直线方程为：X = as + b在曲线上任取两点，(，)和(，)代入方程解得：67 = -0.575,/? = 0.605二回归直线方程为：上=0.605-0.575$4. 力能参数计算的程序表9轧件的断面周长巴轧制道次1234567断面周长526288(mm)轧制道次891011121314断面周长171122(mm)轧制道次15161718192021断面周长(mm)轧制道次2223

26、2425262728断面周长(mm)表10轧制前、后轧件的髙度轧制 道次1234567H/mm15098h/mm1159857轧制891011121214道次H/mm9132h/mm32轧制15161718192021道次H/mm23h/mm轧制22232425262728道次H/mmh/mm1)第一道次力能参数计算举例(1)辐射温降=0.981xrxFv xlOOOxF= 0.981xl9x526x1000x17307.7=16.2k传导温度=0.2842 xRa(H+h)2v=0.2842 x255 a(150+115心022其中:2R352x255= 0.9314a = ac tanq=

27、ac tana/1-0.931420.9314= 0372s/=1.8x10 和 中间温度T = 1323-A/0-A/ =1323-16.2-1.8xl0-3 =1306.8粘性系数 =0x (14 - 0.01 xr) = 0x 14 - 0.01 x (1306.8 - 273 ) = 0.35变形抗力K-= 10 x (14-0.01r)x(l .4 +C + M/?)= 10x(14-0.01x(1306.8-273 )x(1.4+ 0.5+ 0.4)= 80.5 摩擦系数/=0.94 - 0.00051 - 0.00056 v = 0.94 - 0.0005 x (1306 .8

28、- 273)-0.00056 x 0.22 = 0.42(7)外摩擦影响系数1.6/V/?A/?-1.2A/z1.6x0.42x255x35 -1.2x35m =0.08H+h150 + 115(8)平均变形速度H+h2x0.22 x150 + 115xlOOO =0.62平均单位压力戸=(1 + m)x (k + ) = (1 + 0.08)x(80.5 + 0.35 x 0.62)= 86.SMPa(10) 变形温升Atn =0.04 lx pxln = 0.041 x 86.8 x In = 0.945k h115(11) 轧制温度tz=T + 斗=1306.8 + 0.945 = 13

29、23 .9k(12) 压下率A/7IT35150=0.233(13)力臂系数/ = 0.605 一 0575w = 0.605 一 0.575 x 0.233 = 0.47(14) 轧制压力p = jjxF = px x/ 9800 = 86.8 x J255x35 x 150.25/9800 = 123.872(15) 轧制力矩A/=2/?X = 2 x 123.8 x 0.47 x 255 x 35 /1000 = 10.96T - m第一道次轧制力能参数为：p = 1238T, M = 1096Tm其它道次的力能参数山计算机讣算的结果如下表：7.1.3轧辗辗缝计算轨缝是生产操作的另一参数

30、。轨缝设定好坏直接影响生产进行。 平板轧制的轨缝按照弹跳方程来计算：s = h Av = h P/k式中：s一一棍缝;k一一轧机刚度；P轧制力。孔型轧制的理论辗缝前面已经确定，故只计算弹跳即可，生产时将理论棍缝减去弹跳即可。各架弹跳计算见表12和13。表12短应力线轧机刚度机架1234567891011121314号t / nun1501501501501501501201001001001001008080轧制123109112881037875635044353117力出口115117985732厚弹跳值表13碳化鸽悬臂轧机刚度机架11111 2 2 2 2 2222223号5678901

31、234567890t/mm6666444444444444轧制 力出口厚弹跳值00600 0 0 0 0 00000008校核轧辐强度轧辐强度的校核对于轧机来说，轧棍是其主要部件，它山槻身、辗径、幅头三部分组成。在 轧制过程中，轧辗收各种应力的影响，当超过轧轨安全系数时轧轨有可能产生破 坏，所以，必须对轧辗进行强度校核。对于有槽轧辗，车昆身只校核弯矩，这种情况适合非悬臂式轧机；而对于悬臂 式轧机，其轧幅既不承受弯矩，也不承受扭矩，无需校核，只校核悬臂轴：轨径 既承受弯矩，乂成受扭矩，故进行弯扭组合校核；轴头只承受扭矩，故进行扭转 校核。8.1.1强度校核1. 線身强度校核1）求支反力对于非悬臂

32、式轧机（1#14#）求支反力，：JahP1图7非悬臂式轧机轧轨受力分析简图 以B为支点列转矩方程診_门3 + /?) = 0b Pi = - Poa + b以B为支点列转矩方程”2+方)_恥=0aPi =-几a + b对于悬臂式轧机(15#26#)：图8悬臂式轧机轧轮受力分析简图Pi = - Po以B为支点ab必=1 + 內以A为支点abP -7 Poa + ba，Pi _丄/ %a + b非悬臂式轧机bP = _ Po 9i bPi = 1 + P() a悬臂式轧机a2)弯曲应力(1)弯曲正应力弯矩M = p-afb = M/W(22)(23)(2)弯曲切应力3 F(24)式中:几一轧制力矩

33、F轧幅横断面积弯曲应力 对于钢轧棍，合成应力按第四强度理论计算：bp =+3r2（25）对于铸铁轧棍，合成应力按莫尔理论计算b = - x b + - x yia: +4r2（26）7 2 23）强度校核若bp 仇或（勺 他）则辗身强度足够心一许用应力对于合金锻钢轧轨：Rh = 150 MPa对于铸铁轧轨：Rh = 70 SOMPa2. 輕径（或轴径）强度校核1）弯矩计算楹径处弯矩：M=152.4戸轴径处弯矩:M = pb2）扭矩计算T = M i（27）3）合成应力由笫三强度理论：y/M2+T24）強度校核(28)若Tr3M，则棍颈强度足够3. 轴头强度校核1）扭矩计算(29)2）扭转应力抗

34、扭截面模量:3）强度校核叫=d3 = 2VV16丁 T Tn =2W(30)若Tn r则轴头强度足够8.1.2第一架轧机轧線强度校核举例1.支反力687123.8Pi =x 几= 61.913742Pi = 61 92.计算弯矩1）馄子最大弯矩:M = p、 a = 61.9x 687 = 42533 T nvn2）棍颈处弯矩A/】=px I = 61.9x1374-8002=17765T mm3计算各点应力1）棍身处应力弯曲应力:M _ 4253332x 9800 = 32.026MP。弯曲切应力:心磐号莎黑矿98。宀。4呐合成应力：=cr2+3xr2 =3487MR/2）棍颈处应力扭矩：T = M ：77 =0.152 x 0.88 x 98.38 x 9800 =12896