普碳板的轧制工艺设计及平面形状控制

1、辽宁科技大学本科生毕业设计 第I页摘 要为了提高分析和解决实际问题的能力，完成从事科学研究工作和专业工程技术工作的基本训练，我综合运用本学科的基本理论、专业知识和基本技能，做了一些学习和研究，并取得了一些成果。本设计主要分为综述、Q235B轧制工艺制度的制定、压下规程设计、设备校核、利用VB编程进行轧制变形规程优化并绘制了车间平面图。本专题主要从平面形状控制的几种技术着手，总结了其原理以及如何实现自动控制。关键词：中厚板；Q235B；车间工艺设计；平面形状控制辽宁科技大学本科生毕业设计 第页AbstractIn order to improve the ability to analyze a

2、nd solve practical problems, to complete the work in the scientific research and professional engineering and technical work of basic training, I integrated use of the basic theories of this discipline, professional knowledge and basic skills, did some study and research, and obtained some achieveme

3、nts. This design is mainly divided into review, constituting the system of Q235B rolling process, the pressure regulation design, equipment checking, using VB programming to optimize rolling deformation rules and draw workshop floor plan. This topic mainly from several planar shape control technolog

4、y, summarized its principle and how to realize automatic control.Keywords: Middle-thick plate ; Q235B ; Workshop process design ; Plane shape control辽宁科技大学本科生毕业设计 第页目 录 摘 要I1 综述11.1 普碳板的特点21.2 普碳板的分类21.3 Q235B的化学成分和力学性能42 Q235B轧制工艺流程的制定52.1 原料的选择52.2 原料的加热62.3 除鳞62.4 轧制62.5 矫直72.6 轧后冷却72.7 精整82.7.1

5、剪切82.7.2 热处理82.8 质量检测83 压下规程设计93.1 坯料的选择93.2 压下制度93.3 速度制度103.4 温度制度123.5 计算各道次平均单位压力、总压力123.6 计算传动力矩133.6.1 轧制力矩的计算133.6.2 附加摩擦力矩的计算143.6.3 空转力矩的计算14辽宁科技大学本科生毕业设计 第页3.7 辊型设计163.7.1 轧辊的不均匀热膨胀163.7.2 轧辊的弹性弯曲变形163.7.3 辊缝凸度183.7.4 轧辊的磨损183.7.5 辊型设计184 设备校核214.1 轧辊强度校核214.1.1 支承辊强度校核214.1.2 工作辊强度计算224.1

6、.3 接触应力的计算244.2 电机发热过载校核255 轧制变形规程的优化275.1 轧制变形规程程序的设计及运用275.2 轧制变形规程的优化305.2.1 咬入条件305.2.2 速度条件32专题35平面形状控制351 平面形状控制概况35(1) 成材率35(2) 平面形状控制技术发展史36(3) 中厚板轧制的一般过程及特点382平面形状控制技术39(1) MAS轧制法39(2) 立辊轧边法42(3) 狗骨轧制法49(4) 薄边展宽轧制法53(5) 咬边返回轧制法55辽宁科技大学本科生毕业设计 第页(6) 留尾轧制法55(7) 无切边轧制法563 厚板平面形状自动控制的实现57(1) MA

7、S轧制法计算机自动控制系统58(2) 立辊轧边法和无切边轧制法计算机自动控制系统62(3) 狗骨轧制法的计算机控制系统63(4) 差厚展宽轧制的过程和控制原理644 厚板平面形状控制在生产实践的应用64(1) MAS法的应用（一）64(2) MAS法的应用（二）65(3) 立辊轧边法在生产实践中的应用68致 谢72参考文献73辽宁科技大学本科生毕业设计 第77页1 综述  钢板是一种宽厚比和表面积都很大的扁平钢材。按厚度分为薄钢板(厚度4毫米)和厚钢板(厚度>4毫米)。在实际工作中，常将厚度20毫米的钢板称为中板，厚度>20-60毫米的钢板称为厚板，厚度>

8、60毫米的钢板称为特厚板，统称为中厚钢板。宽度比较小，长度很长的钢板，称为钢带，列为一个独立的品种。钢板有很大的覆盖和包容能力，可制造容器、储油罐、包装箱、火车车箱、汽车外壳、工业炉的壳体等;可按使用要求进行剪裁与组合，制成各种结构件和机械零件，还可制成焊接型钢，进一步扩大钢板的使用范围；可以进行弯曲和冲压成型，制成锅炉、容器、冲制汽车外壳、民用器皿、器具、还可用作焊接钢管、冷弯型钢的坯料。  中厚板广泛用来制造各种容器、炉壳、炉板、桥梁及汽车静钢钢板、低合金钢钢板、桥梁用钢板、造般钢板、锅炉钢板、压力容器钢板、花纹钢板、汽车大梁钢板。、拖拉机某些零件及焊接构件。 

9、; 桥梁用钢板：用于大型铁路桥梁。要求承受动载荷、冲击、震动、耐蚀等。如：Q235q，Q345q等 。造船钢板：用于制造海洋及内河船舶船体。要求强度高、塑性、韧性、冷弯性能、焊接性能、耐蚀性能都好。 如：A32，D32，A36，D36等 锅炉钢板（锅炉板）：用于制造各种锅炉及重要附件，由于锅炉钢板处于中温（350°C以下）高压状态下工作，除承受较高压力外，还受到冲击，疲劳载荷及水蒸气腐蚀，要求保证一定强度，还要有良好的焊接及冷弯性能。 如：Q245R，等。   压力容器用钢板：主要用于制造石油、化工气体分

10、离和气体储运的压力容器或其它类似设备，一般工作压力在常压到320kg/cm2甚至到630kg/cm2，温度在-20-450°C范围内工作，要求容器钢板除具有一定强度和良好塑性和韧性外，还必须有较好冷弯和焊接性能。 Q245R 、Q345R，14Cr1MoR，15CrMoR等。  汽车大梁钢，用于制造汽车大梁（纵梁、横梁）的厚度为2.5-12.0mm的低合金热轧钢板。由汽车大梁形状复杂，除要求较高强度和冷弯性能外，要求冲压性能好。本文主要对中厚板中的普碳板做重点描述。1.1 普碳板的特点普通碳素结构钢板，是一种以铁、碳、锰、硫、磷为主要含量的钢板

11、，其中碳在0.25以下，锰在1.65以下。普碳板是钢材中应用最广泛，产量最大的产品。它的用途，是直接用于加工各类产品，另是用来加工其他钢材制品，如钢管、涂层钢板等。按轧制方式分为热轧和冷轧两大类。按用途所需要的质量条件分为一般用、拉伸用、深冲用及结构用等四类。1.2 普碳板的分类普通碳素结构钢按照钢材屈服强度分为5个牌号：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275 。每个牌号由于质量不同分为A、B、C、D等级，Q195，Q215，Q235A，Q235B塑性较好，有一定的强度，通常轧制成钢筋、钢板用作桥梁建筑用料，也可作普通螺钉，铆钉；Q235C，Q235D可用作重要的焊接件；Q

12、255、Q275强度较高，可轧制成型钢、钢板作构件用。本文选用了普碳板中的Q235B进行了轧制工艺设计及研究。表1.1 钢的牌号和化学成分钢号化学成分CMnSiSP脱氧方式不大于Q1950.060.120.250.500.300.0500.045F、b、zQ215A0.090.150.250.550.300.0500.045F、b、zB0.045Q235A0.140.220.300.650.300.0500.045F、b、zB0.120.200.300.700.0450.045C0.180.350.800.0400.040ZD0.170.0350.035TzQ255A0.180.250.400

13、.700.300.0500.045ZB0.045Q2750.280.380.500.800.350.0500.045Z表1.2 钢材的力学性能牌号等级拉伸试验屈服点s(N/mm2)抗拉强度伸长率s(%)钢材厚度(直径mm)钢材厚度(直径mm)161640406060100100150150161640406060100100150150不小于Q195-1951853153903332Q215A215205195185175165335410313029282726BQ235A235225215205195185375460262524232221BCDQ255A2552452352252152

14、05410510242322212019BQ275-275265255245235225490610301918171615表1.3 钢材的工艺性能牌号方向冷弯试验B=20*180°钢材厚度（直径）(mm)6060100大于100200Q195纵横00.5Q215纵横0.501.5222.5Q235纵横1.522.52.53Q255233.5Q275344.51.3 Q235B的化学成分和力学性能Q235B有一定的伸长率、强度，良好的韧性和铸造性，易于冲压和焊接，广泛用于一般机械零件的制造。主要用于建筑、桥梁工程上质量要求较高的焊接结构件。16表1.4 Q235B的化学成分化学成分(

15、%)CSiMnPS0.200.351.400.0450.045表1.5 Q235B的力学性能钢种力学性能C屈服强度抗拉强度伸长率MPaKg/mm2MPaKg/mm2不大于Q235B23524375-46038-47260.12-0.202 Q235B轧制工艺流程的制定由锭或坯制成符合技术要求的轧材的一系列加工工序的组合称为轧制生产工艺过程。组织轧制生产工艺过程首先是为了获得合乎质量要求或技术要求的产品，同时也要考虑努力提高产量及降低成本。因此，如何能优质、高产、低成本的生产出合乎技术要求的轧材，乃是制定轧制生产工艺过程的总任务和总依据。7Q235B属于普通碳素钢，与优质碳素钢的主要区别在于对含

16、碳量及性能范围要求，以及对硫磷等残余元素的限制较宽，一般在热轧状态下使用。Q235B的化学成分及力学性能见表1.4和表1.5。图1.1 一般车间Q235B轧制工艺流程根据以上资料综合整理，确定Q235B工艺流程如下：原料选择加热除鳞粗轧精轧矫直冷却表面检查切头切尾精整。2.1 原料的选择中厚板轧机的坯料一般为连铸坯，如果连铸坯的压缩比或单重不能满足要求时，也可用锻坯或铸坯为原料。坯料尺寸主要取决于轧机辊身长度及成品要求，铸坯的厚度一般为150400mm，宽度为12002600mm，长度10005000mm。连铸坯的厚度取决于产品对压缩比的要求，如需展宽轧制，连铸坯的长度比辊身长度约短15020

17、0mm。2.2 原料的加热（1）加热的目的：a.提高钢的塑性，降低变形抗力； b.使坯料内外温度均匀； c.原料的长度应尽可能接近加热炉的最大允许长度。 (2)加热的要求：板坯加热时宜采用步进式连续加热炉，加热温度应控制在1250左右；以保证开轧温度达到1200的要求。另外，为了消除氧化铁皮和麻点以提高加热质量，可采用“快速、高温、小风量、小炉压”的加热方法，该法除能减少氧化铁皮的生成外，还提高了氧化铁皮的易除性。2.3 除鳞(1)目的：除去表面的氧化铁皮以获得优良的表面质量。(2)要求：除鳞是将坯料表面的炉生和次生氧化铁皮消除干净以免轧制时压入钢板表面产生缺陷，它是保证钢板表面质量的关键工序

18、。炉生氧化铁皮采用大立辊侧压并配合高压水的方法清除，没有大立辊时采用高压水除鳞箱除鳞也能满足除鳞要求。次生氧化铁皮则采用轧机前后的高压水喷头喷高压水的方法来消除。2.4 轧制板坯的轧制有粗轧和精轧之分，但粗轧与精轧之间无明显的划分界限。在单机架轧机上一般前期道次为粗轧，后期道次为精轧；对双机架轧机通常将第一架称为粗轧机，第二架称为精轧机。粗轧阶段主要是控制宽度和延伸轧件。精轧阶段主要使轧件继续延伸同时进行板形、厚度、性能、表面质量等控制，精轧时温度低，轧制压力大，因此压下量不宜过大。粗轧任务：将板坯或扁锭展宽到所需要的宽度并进行大压缩延伸。展宽的方法有角轧纵轧法、综合轧制法、全纵轧法、全横轧制

19、法。精轧主要任务：控制钢板厚度、板形控制、表面质量和性能。2.5 矫直(1)热矫：700左右开始热矫直，150200开始表面检查。热矫设备：热矫直机：根据矫直的钢种、规格、性能、及钢板的外形质量要求（辊式）来确定矫直的工艺参数（T.oh矫.n）n=35，max=7。温度过高会重新产生瓢曲，T=600750，设定测温仪。矫直主要是使板型平直，矫直温度依钢板厚度及终轧温度的不同在6501000之间。(2)矫直机:随着对于优质宽厚板矫直的要求，二辊矫直机逐步被回辊矫直机所取代。因为回辊矫直机可提高矫直质量，又减少矫直机数量，若回辊矫直机满足不了要求时，还可采用拉力或压力矫直机。而压力机比辊式矫直机更

20、适合于特厚钢板的矫直。冷矫直机除用作热矫后的补矫外，主要用于矫直合金钢板，因为合金钢板往往轧后须立即进行缓冷等处理，冷矫一般是离线进行。82.6 轧后冷却轧后冷却是指对不同钢号的钢板，根据其不同的厚度和化学成分，选用不同的冷却方式，冷却速度，开冷和终轧温度，以控制其组织结构和综合性能，并满足其质量要求。(1)分类：自然冷却：矫直后钢板的冷却，介质：空气，设备：冷床。 控制冷却：高压喷水冷却、层流冷却、风冷、缓冷或堆冷等。 金属流动过程：在线冷却：边运送、边冷却。 离线冷却：固定在一个地方，冷后150、特厚板。(2)完成轧制工序的钢板，进入控冷装置用水幕直接淬火，快速冷却至600左右，以提高板材

21、的屈服强度。然后50mm以下钢板用辊式热矫直机消除板材弯曲等缺陷，进入宽冷床冷却至150左右，做超声波探伤，然后便可检查，划线，除表面检查外，现在还采用在线超声波探伤以检查钢板的内部缺陷。划线操作逐渐由人工向机械化自动化方向发展，国外采用自行式自动量尺划线机和利用测量辊的固定式量尺划线机，和计算式控制系统相结合，使精整操作更加合理。72.7 精整2.7.1 剪切钢板经检查、划线后进行剪切，由于生产规模的扩大，人们特别重视剪切设备性能与布置方式。圆盘剪的最大剪切厚度已由20mm扩大到26mm，剪切速度由5080m/min提高到100120m/min，横切剪型式由侧刀剪和摇摆剪改进为滚切剪，以及双

22、边剪和横切剪的联合剪切机组。50mm厚度以上的钢板可采用在线的连续气割方法和刨床切断的方法。2.7.2 热处理根据需要对某些中厚板要想得到特殊或较高的组织性能必须进行轧后热处理。热轧钢板的主要热处理方式有常化、常化加回火、调质、退火、缓冷等。常化处理能得到较细而均匀的铁素体晶柱及碳化物分部，保证较高的综合机械性能，调质（淬火加回火）是厚板常用的热处理方式之一，常用于厚度大于1520mm以上的有特殊要求的碳素及合金结构钢板。矫直后的钢板一般在600900进入冷床，钢板在冷床上逐块排放，当温度140时自动下冷床，在冷床出口的辊道上人工检查钢板的上表面质量，在此辊道的下面设置地下检查室，通过反射镜对

23、钢板下表面进行检查，对有缺陷的钢板发出信号或跟踪标志，在剪切线的尾部设有翻板检查修磨台架，下冷床后，钢板自动运送到双边剪进行对中并剪切或设定的宽度，再经定尺剪剪切或设定长度。剪切后，钢板进入自动标志机，进行钢板边部侧喷、喷印、打钢印标志，然后进行钢板的收集、打包、入库处理。主体设备滚切或双边剪和滚切或双边剪和滚切定尺剪，可以剪切最大厚度50mm。82.8 质量检测进厂坯料的质量检验（熔炼检查）主要应检查配料、冶炼、脱氧、出钢及铸坯的情况，以便按熔炼情况及实际化学成分确定钢的用途.3 压下规程设计3.1 坯料的选择所轧成品规格为35mm×3000mm×9000mm，根据连续铸

24、钢机的尺寸规格，可以选择的坯料规格为（130、170、230、300）mm*（1280、1650、1950）mm*（25004000）mm。综合成材率取90%。由于中厚板压缩比可取的范围比较大，为了满足性能要求，尽量取得较大压缩比。取坯料厚度为130mm。而宽展量为1.4倍为最佳，故取坯料宽度为1950mm。原料长度可以按照成材率和体积不变原则来计算： 原料质量=成品质量/计划成材率综上可得：坯料尺寸=210mm×1950mm*2570mm3.2 压下制度轧制方式包括：全横轧全纵轧横-纵轧和纵-横-纵轧。本设计采用综合轧方式。压下量的分配：由经验，热轧中厚板中咬入角取15°

25、22°，低速咬入时取，则最大压下量为。展宽道次中，为了满足控制轧制的要求，同时利用高温塑性实现大压下，其压下量的主要限制条件是设备的负荷和产品的质量要求。再在轧制过程中，前几道次采用大一些压下，最后几道为了保证质量和板形，逐渐减小压下量。本产品采用11道次轧制，平均每个道次压下量： （H-h）/n=(210-35)/14=14.58mm完全可以满足压下量需求，根据道次压下量分配原则，可得下表表3.1 轧制规程表道次轧制方向H(mm)B(mm)L(mm)h(mm)h/H%0毛坯料210195025701轧边2101903.22633.25023.81%2纵轧1821925.973003

26、.52815.38%转钢90°3横轧1403015.52493.84230.00%4横轧1153042.583008.912521.74%5横轧953058.823623.032021.05%6横轧793073.234336.381620.25%7横轧663085.895169.221319.70%8横轧553097.186180.451120.00%9横轧463107.867364.27919.57%10横轧403117.438442.91615.00%11横轧353123.569630.1514.29%3.3 速度制度轧制速度制度是指轧辊转速随时间的变化规律。由于二辊或四辊可逆式

27、中厚板轧机可以随时改变轧辊的转速和转向，所以从尽量缩短轧制周期、提高轧机产量的角度出发，有必要采用调速，可以逆转的速度制度。在轧制中，由于在横轧道次轧件较短可适当采用匀速稳定轧制，而对于纵轧道次视情况采用梯形速度制度。但当其最高转速超过所规定的电机转速时，都应采用梯形速度制度(如图3.3)。平均加速度a=40rpm/s，平均减速度b=60rpm/s，采用稳定高速咬入。对3、4、5道次，咬入速度ny=20rpm；对于6、7、8道次取ny=40rpm；对于9、10、11道次取ny=60rpm。为减少反转时间，一般采用较低的抛出速度，=20rpm。图3.1 梯形速度图由于最开始轧制坯料过短，所以横轧

28、阶段就用稳速轧制，计算如下：， 式中 L这一道次轧制后的长度(mm)D工作辊的直径(mm) 而纵轧阶段由于坯料达到一定长度，可采用梯形速度计算，见图3.4分析得出：和是加速和减速轧制时间，是稳定轧制时间，计算公式如下：是间隙时间，它由经验取值，粗轧机一般间隙时间取36s精轧机取48s。轧件需要转向或推床定心时取上限，否则取下限。本次轧制粗轧机取5s，精轧机取7s。各道次时间计算结果列于表3.2中。表3.2轧制速度制度道次/n12转钢90°34567891011时间/s2.0451.4722.7313.2133.7883.4253.8154.2893.4993.8364.2063.4

29、温度制度温度是影响钢板组织性能的最主要因素，要控制组织和性能，就必须首先在生产过程中控制温度制度。特别是四辊轧机，随着轧制温度的提高，冷却速度达不到要求，需要进行人为降温来达到需求的轧制温度，以保证轧制过程的顺利进行和产品的性能要求。为了防止过热、过烧、原始奥氏体晶粒粗大和不均匀等缺陷，根据铁碳相图及现场实际，坯料的出炉温度为1100，开轧温度为1050，终轧温度为1041。对于轧制厚板中温度的确定，因为实际生产中有高压水除鳞，温度的制定主要按以下方法考虑：当温度大于1000时，主要以辐射和高压水冷却方式降温，对流和传到散热大致与变形热能相抵消，同时，轧件的面积大小也影响着温降。计算各道次辐射

30、温降的公式为： 式中：z辐射时间，即该道次轧制延续时间(s)h轧后的厚度(mm)前一道的绝对温度(K)但该公式并未考虑高压水和冷却水的作用，高压水和冷却水的冷却效果要比辐射温降效果明显。各道次的温度计算结果见表3.3中。表3.3轧制温度变化道次/n1234567891011温度/1049.41048.71047.61046.21044.41042.3898.6896.8894.8892.4889.63.5 计算各道次平均单位压力、总压力根据热轧厚板的生产，计算轧制力使用E.kelund公式。平均单位轧制力的计算公式为： 式中：m表示外摩擦对单位压力影响的系数，计算式为： K温度和成分对轧制力的

31、影响系数，计算公式为： 粘性系数， 平均变形速度，/s，公式为： 总轧制力计算公式为： 式中 BH、Bh轧制前、后轧件的宽度(mm)R轧辊半径(mm) V轧制线速度；摩擦系数，对钢轧辊a=1，对铸铁轧辊a=0.8 。3.6 计算传动力矩在轧制过程中，在主电机轴上传动轧辊所需力矩最多由下面4个部分组成： 轧制力矩；克服轧制时发生在传动机构的附加摩擦力矩；空转力矩；动力矩；i轧辊与主电机间的传动比，取i=1。3.6.1 轧制力矩的计算轧制力矩的计算式为 式中 合力作用点位置系数，一般中厚板轧制中约为0.40.5，粗轧道次取最大值随轧件变薄取小值；R工作辊半径；压下量，。3.6.2 附加摩擦力矩的计

32、算组成附加摩擦力矩的基本数值有两大项：一项为轧辊中轴承中的摩擦力矩；另一项为传动机构中的摩擦力矩。其中轧辊轴承中的附加摩擦力矩： 式中 P轧制压力；轧辊辊颈直径；轧辊轴承摩擦系数，它取决于轴承构造和工作条件，取f=0.08；则总的摩擦力矩为 式中 工作辊的直径，=2000mm；支承辊的直径，=1020mm；传动效率系数，=0.96；i 传动比，参考相关资料，取i=1。3.6.3 空转力矩的计算空转力矩是指空载转动轧机主机列所需的力矩。一般轧机的空转力矩按经验办法来确定，取电机额定力矩的35。即 式中 电机的额定转矩，N.m；电机的额定功率，kw，=6000kw；电机的额定转速，r/min。将计

33、算结果列入表3.4中表3.4 轧制压力和轧制力矩道次fKPMzMfMkM11.049475.3051.3987277.594.1319.440.9454.421.049475.51.3994661.645.120440.929031.049475.0711.39710469.8124.145940.962441.048474.9081.39710213.393.4446.640.9580.951.048474.7121.3961019383.4445.340.9569.661.048474.8361.39710072.873.7439.740.9554.371.048474.7031.3961

34、0009.866436.740.9543.681.048474.5421.39610297.562.544940.9552.491.048474.811.39710257.256.344740.9544.2101.048474.6961.3968226.436.9358.240.9436111.048474.571.3967944.332.5345.840.9419.23.7 辊型设计热轧中厚钢板时轧辊受轧制力的作用将产生弯曲变形，同时辊身长度方向温度分布的不均匀将引起轧辊的不均匀膨胀。为了保证产品质量需要预先将轧辊辊身磨成具有一定凸度的轮廓曲线，以补偿轧制时辊缝形状的变化，获得横断面厚度均匀

35、的产品。在设计新辊时，对轧辊的磨损不必考虑，只考虑不均匀热膨胀和轧辊的弹性变形弯曲。辊型设计内容包括确定轧辊中部的磨削总凸度值、总凸度值在一套轧辊上的分配以及确定适应于辊身中部凸度的辊面磨削曲线。3.7.1 轧辊的不均匀热膨胀在钢板的轧制过程中，沿辊身长度方向上，其边部位受热较小、散热较快，中间部位受热较多、散热较慢。因此轧辊中部比边部的热膨胀大。通常将辊身中部与边部半径上的热膨胀差值称为轧辊的热凸度，用t表示： 式中 、分别为工作辊与支承辊的热凸度；k轧辊中心与表面的温度不均匀系数，k取0.9；轧辊的线彭胀系数，钢轧辊取1.3×，铸铁辊取1.1×；d、D分别为工作辊与支承

36、辊的直径；工作辊中部与边缘的温差，通常为3050；支承辊中部与边缘的温差，通常为1030；带入得：工作辊=0.9×1.1××(3050)×1020=0.300.50 取=0.4mm支承辊=0.9×1.3××(1030)×2000=0.230.70 取=0.25mm3.7.2 轧辊的弹性弯曲变形在轧制力的作用下，轧辊要发生弹性变形，辊型设计中对轧辊弯曲变形的考虑，主要是计算辊身中间部位与辊身边缘不为挠度得差值，此差值即为辊身中间相对于辊身边缘的挠度，用f表示。综合考虑支承辊弹性弯曲及工作辊与支撑辊间相互弹性压扁时的工

37、作挠度为：上工作辊的挠度： 下工作辊的挠度： 其中 式中 q工作辊与支承辊间单位长度上的平均压力，；u钢板宽度与辊身长之比，l两个轴承支反力之间的距离，式中为两个压下螺丝的中心间距，为偏移量，等于00.15倍的轴承宽度；d、D分别为工作辊与支承辊直径；、分别为上、下工作辊的实际凸度；、分别为上、下支承辊的实际凸度。在本次设计中工作辊为铸铁辊，支承辊为钢质的，则所以有 ，3.7.3 辊缝凸度在轧制过程中，为了保证轧件在轧辊间有一个稳定的位置，不发生跑偏现象，希望辊缝的形状能保持有一定的凸度。辊缝凸度及沿板宽方向的最大厚度差，与辊身长L和钢板宽度之间存在一定关系。在保证轧制过程轧件稳定的前提下，通

38、常将板宽方向上的厚差控制在下式范围内： 式中、分别为板厚允许的正偏差和负偏差的绝对值，查表得=1.75mm，=0.25mm，则取0.25mm，取0.50mm。3.7.4 轧辊的磨损工作辊与轧件、工作辊与支撑辊之间的接触摩擦引起了轧辊的磨损。在辊身长度方向上中部的磨损量大于边部的磨损量，造成了轧制时辊缝的形状变化。由于轧件与轧辊的材质、轧制温度、轧制力、轧制速度、前滑与后滑等多种因素都会影响轧辊的磨损，所以很难在量上建立轧辊磨损量与这些影响因素的关系。在辊型使用和调节时通常使用其统计数据。3.7.5 辊型设计辊型设计的内容包括确定轧辊辊身中部的磨削凸度数值、总凸度值在一套轧辊上的分配以及确定适应

39、于辊身中部凸度的辊面磨削曲线。确定轧辊总磨削凸度一套轧辊所需要的总磨削凸度为这套轧辊在第一次使用时的总挠度()、总热凸度()和辊缝凸度()的代数和，即： 式中 、分别为工作辊与支承辊磨削凸度的总和；、分别为工作辊与支承辊热凸度的总和；分别为工作辊与支承辊凸度磨损量的总和。为了确保钢板宽度方向厚度均匀，轧辊的实际凸度必须刚好补偿轧辊的弹性变形。因此辊型的设计原则是：轧制时上下工作辊挠度的总和应等于上下工作辊实际总凸度的一半。同时为了保证钢板轧制稳定，希望辊缝保持一定的凸度，所以辊型设计的条件是： 将式带入式中，得到工作辊实际凸度的计算公式： 式中第二项为支承辊实际凸度的影响，(+)值增大会使(+

40、)值减小，第三项为辊缝凸度的影响。总磨削凸度的分配四辊轧机轧辊磨削凸度的分配原则有两种：一种是两个工作辊平均分配磨削凸度，两个支承辊为圆柱形；另一中为磨削凸度集中在一个工作辊上，其余三个轧辊都为圆柱形，这种方法便于磨削轧辊。再次选第二种分配原则，则，即可得：则根据式(4-11)，得：。4 设备校核4.1 轧辊强度校核对轧辊强度验算以判断工艺规程设计的合理性，轧辊的强度通常只按静载荷验算。同时，在四辊轧机中，一般均为工作辊驱动，校核轧辊时，校核工作辊辊头的扭转应力、支撑辊辊身中央和辊颈的弯曲应力。另外，工作辊和支撑辊之间还存在较大的接触盈利，也需要校核。在校核过程中，考虑到轧辊材质不均，轧制力计

41、算不准确以及轧制时的冲击载荷、应力集中等影响，在轧辊的静强度计算中，选轧辊的安全系数n=5进行计算，许用应力。轧辊材料的许用应力见表4.1。表4.1 各种轧辊材质许用应力值轧辊材质合金锻钢碳素锻钢碳素铸钢球墨铸铁合金铸铁铸铁许用应力MPa140200120140100120100120809070804.1.1 支承辊强度校核 支承辊材质选球墨铸铁 =100120MPa支承辊辊身受单向的均布载荷。图中有压下螺丝的中心间距a=5600mm；L为辊身长度，L=4300mm，其辊身中央有最大弯矩值，计算式如下： 通过前面的计算可得，第三道次的轧制力最大，P=10469.8t，则辊身中央处弯矩计算式如

42、下： 其弯曲应力为 支承辊辊颈危险断面弯矩值为 其弯曲应力为： 由此可见支承辊的强度足够。MPa图4.1支承辊弯矩图L/mm24.3MPa均布力qP/2P/24.1.2 工作辊强度计算工作辊选球墨铸铁，。工作辊只需要校核辊头的扭转应力。在总共11道次中，第三道次的力矩最大M2=624(t.m)，一个工作辊所受的扭矩为Mn=M3/2=312(t.m)。工作辊的辊头形式为平台式，因此： 式中 ，是轧辊重车后的最小辊身直径，取=1020mm所以 ；，取h=260mm；，取所以 68.57MPaL/ mm图4.2工作辊扭矩图轧件所施加均布力支承辊所施加均布力因此工作辊强度足够。4.1.3 接触应力的计

43、算四辊轧机支承辊和工作辊之间承载时有很大的接触应力，在轧辊设计及使用时应进行校核计算。根据H.赫茨(Hertz)理论，最大压应力的计算公式为： 式中 q作用在接触面上的均布载荷、两接触辊得半径，；和轧辊材质有关的系数，、E分别为轧辊的泊松比和弹性模量支承辊选合金锻钢，取；，取；工作辊选球墨铸铁，取；，取带入上面的公式得： 带入接触应力计算式得：对于通常轧辊的许用接触应力值在15002000MPa之间，许用剪切应力，所以轧辊满足接触强度。4.2 电机发热过载校核 在可逆式轧机中，轧制过程是轧辊首先在低速咬入轧件，然后提高轧件的速度进行轧制，之后又降低轧制速度，实现低速抛出。主电机的过载校验： 熊

44、及滋.压力加工设备M.北京：冶金工业出版社，1995，78-94. 式中 电机在轧制过程中承受的最大转矩； 电机的额定转矩； 电机的允许过载系数。一般型与型直流电动机在额定磁通下，值可选为。对于专为轧钢机使用的型和型电机以及同步电机，过载系数为。因此本次设计中。电机的过载校核，则电机的额定力矩为： 当主电机的波动负荷图图确定后，就可以对电机的功率进行计算，这项工作包括两部分：一是由负荷图计算出等效力矩不能超过电动机的额定力矩；二是负荷图的最大力矩不能超过电动机的允许过载负荷和持续时间。等效力矩计算公式： 式中 等效力矩；轧制时间内各段纯轧制时间的总和；轧制周期内各段间隙时间的总和；各段轧制时间

45、所对应的力矩；各段间隙时间所对应的空转力矩。根据数据算得而电机的额定功率为6000KW，则其额定转矩，工作转矩极限转矩。通过前面计算：，每次空转力矩相同=40.9(t.m)得到： 所以电机能力满足生产所需能力，它的工作是安全的。9115 轧制变形规程的优化随着计算机应用技术的不断普及与提高，优化方法已经应用于各个工程技术领域的研究、生产和设计工作。轧制变形规程是轧制工艺的基本内容之一，最优的变形规程是优质、高产、低消耗地生产轧制产品的基本保证，也是我们追求的目标。采用优化方法制定最优的轧制规程，能够充分发挥轧机的生产能力，降低轧制能耗，而且能够保证产品的质量。对于计算机控制的轧机，更便于应用。

46、为了使优化轧制变形规程变得更加便捷准确，我利用VB语言编写了一个控制轧制工艺流程的程序，取得了一些成果，并利用该程序对轧制工艺流程进行了优化。125.1 轧制变形规程程序的设计及运用中厚板的轧制规程主要包括压下制度、速度制度、温度制度和辊型制度。压下制度主要是确定轧制道次及每次轧制道次的压下量；速度制度则是在主电机加、减速度一定的前提下，确定每道次的咬入速度、抛出速度及最大的轧制速度；而温度制度则是确定开轧温度、终轧温度以及各道次轧制过程中的温度变化；辊型制度是根据使用的原料和轧制的品种，考虑到轧辊的弹性弯曲、热膨胀及磨损等确定合理的辊型，是轧制过程辊缝保持平直，以得到横断面厚度均匀的产品。在

47、计算机控制的现代化中厚板轧机上，按生产条件确定的模型在线进行计算，并得到压下制度后进行轧机控制。而且通过实测对原压下制度进行再整定和自适应计算，及时修正。这比人工制定压下制度和控制轧机要优越，并能够轧制出精度更高、质量更好的产品。图5.1 轧制规程程序框图我设计的轧制变形规程程序的基本操作如下：第一步：程序运行之后，屏幕上提示输入坯料尺寸，轧辊尺寸，轧制速度，总轧道次，开始轧制道次，二次轧制道次，开轧温度等，如图5.2示。图5.2 轧制规程程序初始界面 第二步：先、点击刷新按钮后，进行数据输入，及确定开轧为横轧或者纵轧被输入的数据是随着具体情况而变的数据值，是根据生产状况和生产经验确定的有效值

48、。数据的灵活性使它能方便地应用于多种生产情况和多种坯料的生产领域。第三步：输入力臂系数后，点击刷新按钮进行轧制压下量的输入，轧制道次每输入 一道，按一次输入，按一次显示键，如图5.3所示 图5.3 轧制规程程序操作界面第四步：查看各道次钢板尺寸以及轧制时间、压下量、压下率、轧制温度，轧制力轧制力矩等，如图5.4所示。 图5.4 轧制规程程序结束界面5.2 轧制变形规程的优化中厚板的轧制方法很多。例如，全横轧法、横轧-纵轧法等等。为提高成材率，还常采用平面形状控制轧制法。例如，厚边展宽轧制法（MAS法）、狗骨（Dog Bone）轧制法、薄边展宽轧制法、立辊轧边法、咬边返回轧制法、留尾轧制法和无切边轧制法等，这些轧制方法都是为了使成品钢板矩形化，以减少切损。这些轧制方法也可以说是优化的轧制方法，在专题中会进行具体介绍。中厚板的轧制过程与初轧机板坯有相似之处。中厚板轧机一般为单机架或双机架布置的四辊轧机，可逆轧制。对中厚板轧制规程进行优化时，约束条件除咬入条件，轧辊强度条件，主电机能力，主电机加、减速度及轧制速度的限制条件外，还需要考虑到板型条件，尤其是在精轧过程中。5.2.1 咬入条件中厚板在成型轧制及粗轧时，由于坯料的厚度大、温度高、压下量大，所以咬入条件是限制压下量的因素之一。即轧制的各道次压下量应小于最大允许压下量。式中 最大允许压下量； 轧辊直径； 最大