材料成型课程设计——热轧中厚板工艺设计

1、材料成型课程设计li i x i xffl.1ssikb .* i，= 二刘辉0890240842012年1月课程设计简介课程名称：材料成型课程设计课程类型：必修课教学对象：材料成型专业本科生设计目的：材料成型课程设计是材料成型专业必修课之一，是课程教学的一个重要 环节。其轧钢方向的课程设计要求达到以下目的：1）把塑性工程学、塑性加工原理、塑性加工车间设计、 孔型设计等专业课程中所学的知识在实际设计工作中综合加以运用， 巩固所 学的专业知识，提高对专业知识和相关技能的综合运用能力。2）本次设计是毕业设计前的最后一个教学环节，为进一步培养学生工程设 计的独立工作能力，团队协作意识，树立正确的设计

2、思想，掌握工艺设计的基本 方法和步骤，为毕业设计工作打下良好的基础。课时安排：2周设计题目：根据学生人数进行分组，每组一个大题目，题目给出必要的设备参数和工艺 条件，要求每个学生完成不同的任务。题目举例：热轧板带工艺设计热轧中厚板工艺设计热轧棒材工艺设计设计内容：板带工艺：产品技术要求工艺流程规程设计（包括力能参数计算）工艺布置图（autocad ）型钢工艺：产品技术要求工艺流程孔型设计（包括力能参数计算）孔型图（autocad）基本要求：每生要求独立完成工艺流程、规程设计（孔型设计），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：1） 独立完成自己

3、所负责的内容；2） 熟练搜集查阅文献资料；3） 综合运用所学的专业知识进行设计计算；4） 熟悉计算机绘图、文字及图表处理；5） 完成设计报告，要求文字通畅，结构明晰；6） 严格按照课程设计进度和教师要求，高质量地完成课程设计工作。考核：每生交一份完整工艺设计报告（打印）（40%）,平时成绩（30%）,课程结 束时就各学生所完成的内容进行答辩（30%）。进度安排：产品技术要求1天工艺流程 0.5天规程设计（孔型设计）5天工艺图（孔型图）绘制1.5天课程设计报告2天题目内容：主要设备参数项目粗轧机出1机轧机型式四辐可逆轧机pc轧机工作辗辗身尺寸/mm?850950 x 3800?850950 x

4、3800支撑辗辗身尺寸/mm?17001800x3700?17001800x3700工作辗辗颈尺寸/mm?500 义 480?450 义420支撑辗辗颈尺寸/加?1200x 1150?1200 x1150工作辗材质合金铸铁合金铸铁支撑辗材质铸钢铸钢最大轧制压力/mn7070最大轧制力矩/mn*m2x2.62x 1.975最大轧制速度/m*s-14.2396.123最大工作开口度/mm500400主电机功率/kw2 x 50002x5500主电机转速/rpm04590065130压卜速度/mm*s 12515本设计主电机的功率分别选用：粗轧机组phi =2 ）5000 kw精轧机组ph2 =2

5、）5500 kw计算钢种：q235坯料及产品规格：坯料采用 2000x1500x200 mm的连铸坯，产品规格如下:6*20008*200010*200012*20006*22008*220010*220012*22006*25008*250010*250012*25006*28008*280010*280012*28006*30008*300010*300012*30006*32008*320010*320012*320014*200016*200018*2000 20*200014*220016*220018*2200 20*220014*250016*250018*2500 20*250

6、014*280016*280018*2800 20*280014*300016*300014*3200 16*3200设计任务：1设计轧制规程；2计算各道轧制力；3画平面布置简图。具体为：1）在咬入能力允许的条件下，按经验分配各道次压下量，这包括直接分配各道次绝对压下量或压下率、确定各道次压下量分配率（&h/£ ah）及确定各道次能耗负荷分配比等各种方法；2）制定速度制度，计算轧制时间并确定逐道次轧制温度;3）计算轧制压力、轧制力矩及总传动力矩；4）检验轧辗等部件的强度和电机功率；5）按前述制定轧制规程的原则和要求进行必要的修正和改进热轧中厚板工艺设计1产品技术要求钢种为 q

7、235,尺寸规格 16mm x 2000mm。1.1 成品状态钢板可以采用常规轧制，tmcp控轧，常化或调质处理。1.2 表面钢板的表面状态分为黑皮、喷丸、涂漆、喷丸+涂漆。钢板要求表面缺陷少、光整平坦而洁净，不得有对使用有害的质量缺陷，当钢板表面有缺陷时， 通过修磨或焊接出去缺陷或进行修补。1.3 尺寸、重量、外形尺寸及重量偏差要求在允许偏差范围内，钢板外形要求矩形度良好，四角充满，可采用切边处理或免切边工艺。1.4 性能屈服强度三235mpa,抗拉强度 375500mpa, 16mm厚度时伸长率呈26,碳当量小于0.3%,强度、塑性指标和焊接性能得到较好配合，具有一定的弯曲冲压性能。1.5

8、 化学成分q235a级含c<0.22%mn<1.4%si<0.35%s<0.050%p <0.045%q235b级含c<0.20%mn<1.4%si<0.35%s<0.045%p <0.045%q235c级含c<0.17%mn<1.4%si35%s<0.040%p <0.040%q235d级含c<0.17%mn<1.4%si<0.35%s <0.035%p <0.035%2工艺流程由连铸机供给的板坯经二次切割精整后，进入连续加热炉加热，出炉板坯经高压水除鳞后，进入四辐可逆粗轧机进行

9、数个道次的整形、展宽轧制，再进入四辐pc轧机延伸轧制，根据要求冷却后热矫直。钢板进入冷床冷却，经检查、切头、切尾、分段、切边/剖分、定尺、标志、堆存、发货。需冷矫钢板送冷矫直机矫直后至成品跨堆存、发货。3规程设计3.1 轧制方法由于坯料采用 2000mm x 1500mm x 200mm的连铸坯，长度2000mm恰好等于成品板宽 度，故采用横轧法。除鳞后即转钢90。横轧到底。为提高生产率，规程采用5道次粗轧，进入精轧机再完成 3道次延伸。为保证双机架轧 制节奏匹配和轧机负荷的平衡，变形量分配：粗轧机约占总压下量的 80%,精轧机约占20%。3.2 分配道次压下量为抑制奥氏体晶粒过分长大，造成相

10、变后铁素体晶粒粗大，需压缩轧制时间，尤其是轧 制间隙时间。由于钢种是普碳钢，出于细化晶粒，提高钢材强韧性的目的， 强调道次压下率， 且道次压下率大于临界压下率。为充分利用轧机能力， 轧制道次较少，每道次分配的变形率较大。中间道次充分利用钢坯温度高，变形抗力低的优势，采用较大的压下量。随温度的降 低，变形抗力增加，道次绝对压下量逐渐减少。最后12道次为了保证板形良好和厚度精度 采用较小的压下量。轧制阶段道次ihi (mm)ahi ( mm)hi (mm)i ( %)l (mm)b (mm)粗轧12003516517.501818200021653313220.002273200031323210

11、024.24300020004100277327.0041102000573254834.2562502000精轧648183037.50100002000730102033.3315000200082041620.00187502000合计：粗轧机压下 152mm,变形量占82.61%;精轧机压下32mm,变形量占17.39%。3.3 校核咬入能力四辐可逆式中厚板轧机的轧制速度可调，因此采用低速咬入，实际的最大咬入角一般可以达到22。25。对给出的中厚板轧机，咬入条件将不是限制压下量的主要因素。热轧钢板咬入角一般为15° 22° ,低速咬入可取为 20° ,辐径

12、取最小值 850mm,故：hmax = dmin（1-c0s： ） = 51mm咬入不成问题。3.4 确定速度制度所以从尽量缩短轧制周由于四辐可逆式中厚板轧机可以随时间改变轧辐的转向和速度,期，提高轧机产量的角度出发，有必要采取可以调速，可以逆转的轧制速度制度。三角形速度轧制的轧制节奏时间比梯形速度的短,因此，在设计过程中，粗轧阶段采用低速咬入三角形速度轧制。在保证厚度精度的前提下， 精轧采用梯形速度轧制。 由于精轧时咬入能力很富余，可以采用高速咬入，且咬入时速度高有利于轴承油膜的形成，故精轧采用稳定速度咬入。n/rpm3.4.1 轧辗咬入和抛出速度的确定确定的原则是：获得较短的道次轧制节奏时

13、间，保证轧件顺利咬入，使得轧机在调整压下时间之内完成轧辐逆转动作，便于操作和适合于主电机的合理调速范围。为减少电机反转和轧件返回时间，中间道次低速抛钢；成品道次为了减少纯轧时间和轧件运输时间，全速抛钢。粗轧机的轧辐咬入和抛出速度一般在1020rpm和1525rpm范围内选择。精轧机的轧辐咬入和抛出速度一般在2060rpm和2030rpm范围内选择。3.4.2 最大轧辗转速的计算纯轧时间内转过的轧辐工作面长度有如下确定公式:t3t3vdt )titind dt 60也f 60式中 f为从咬入到抛出轧件转速曲线下的面积（图中阴影部分）推得:f = b(n2 - n2) a(n2 - n2)2ab查

14、得相关资料上给出最大转速计算公式:n2,22bn1an3120abl(a b)- d式中 a, b为轧辐加速与减速时的加速度；n1为咬钢时的轧辐转速；n3为抛钢时的轧辐转速式代入o式得到恒等式，受个人能力所限，难以通过计算得出三角形速度制度下的最大轧辐转速。若忽略每道次宽展及前滑影响，可获得 n2的近似值，为速度制度的确定提供参考。粗轧时设定 a=30rpm/s , b=40rpm/s。df607(n2 - 400)240 60式中 l为轧件长度，d取最小值。3.4.3 纯轧时间的计算对于三角形速度图的纯轧时间:t - t -n2 一 n1 廿 n3tzh tdja tdj.a b对于梯形速度

15、图的纯轧时间：tzh - td tdj1 60ln1 - n3 2n1 il ：d2b3.4.4 确定轧制间隙时间t0可逆式中厚板轧机道次间的间隙时间通常取轧辐从上一道抛出转速到下一道咬入转速之间的时间间隔、轧辐调整压下时间和回送轧件（包括转90°和对正）时间中的最长时间。根据经验数据，可逆式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。3.4.5 轧制速度表综上所述，按经验确定各道次速度制度。包括咬钢、抛钢、最大轧辐转速以及各道次加减速加速度和轧制延续时间tz。轧制阶段粗轧精轧道次i12345678n1 (rpm)2020202020606

16、060n2 (rpm)4545506070606060n3 r rpm)2020202020202060a (rpm/s)3030303030404040b (rpm/s)4040404040606060tzh (s)1.461.461.752.332.923.975.847.03t0 (s)63333844tz (s)7.464.464.755.335.9211.979.8411.03n (rpm)32.532.5354045575860由于没有粗轧机与精轧机之间中间辐道的相关参数，考虑到轧件在中间辐道的运输，5、6道次的间隙时间取上限，实际的时间应大于8s。3.5 轧制温度的确定本次设计采

17、用 q235普碳钢，为了使轧后的钢板具有细小而均匀的晶粒，加热温度设定在1150c。经高压水除鳞后，开轧温度一般降至1080c左右。为了确定各道次轧制温度，必须求出逐道的温度降。高温时轧件温度降可以按辐射散热 计算，而认为对流和传导所散失的热量大致可与变形功所转化的热量相抵消。由于辐射散热所引起的温度降在热轧板带时，用如下公式近似计算：4z( t yt = 12.9-1-h 1000式中 z为辐射时间，即该道次的轧制延续时间tz, s；h为前一道次轧出厚度， mm ;t1为前一道的绝对温度， k由于轧件头尾温降不同，为设备安全着想，确定各道温降时，以尾部为准。轧制阶段h (mm)z (s)t1

18、 (c)at (c)t2 (c)粗轧延伸12007.4610801.6124631078.38821654.461078.3881.1629481077.22531324.751077.2251.5428851075.68241005.331075.6822.2748611073.4075735.921073.4073.4379041069.969精轧64811.971069.96910.464211059.5057309.841059.50513.339471046.16582011.031046.16521.544281024.621考虑到轧件在中间辐道的温降时间可能不止8s,以及轧机每道

19、次除鳞高压水的冷却作用，实际的终轧温度应低于 950co表中 t2为轧制温度，c3.6变形制度的确定3.6.1 各道变形程度用相对变形量表示，即压下率&3.6.2 各道平均变形速度轧辐平均线速度：v =二 nd/ 60式中 n为轧辐平均转速，rpm;d为轧辐直径，取最小值，mm平均变形速度选用如下公式：. 一 ；=2vh r h h式中 r工作辐半径；h 轧件原始厚度；h轧件出口厚度3.6.3各道变形抗力高速下测定得到的变形程度、变形速度和变形程度周纪华等人采用碳钢和合金在高温、对变形阻力影响的大量实测数据而建立了非线性回归模型。此模型的计算结果与经典变形抗力曲线图对比，当变形速度在1

20、30s,变形温度在8507200c之间时，结果能够很好的吻合 曲线。结构如下式:a53日 3)(10产 a4a6 0.40.4式中t=u73；10000 基准变形抗力， mpa;t变形温度，c； i8一一变形速度，s ; 变形程度对数应变，¥ = 141+&）；al a6 一一回归系数，其值取决于钢种。钢种回归系数b/mpaa1a2a3a4a5a6q235150.6-2.8783.6650.1861-0.12160.37951.4023.7力能参数计算轧制力能参数计算的目的是对设备能力， 包括轧辐强度、主电机功率进行校核， 并根据 校核结果，判断压下规程的合理性及对其进行相应

21、的修正。3.7.1 各道平均单位压力已知平均单位压力公式：p t.15sn式中n二一一应力影响系数这里采用斋藤公式计算:n = 0.785 0.251/h式中 h变形区轧件平均厚度；1 变形区长度，1 =jrh 则有：p= 1.15 s(0.785 0.251/h)使用公式时l/h >1 ,否则用h/1 >1 o平均厚度可通过如下公式计算：h = rh/ 2 -r2 1 h式中 a =co $1(1 -ah/d ), rad；r取最大值；3.7.2 各道轧制力忽略宽展，各道次轧制力可按下式计算：p = f p = b1 p式中 b为轧件宽度。3.7.3 计算传动力矩在轧制过程中，传

22、动轧车1所需力矩有下面4个部分组成：mzm z m f mk mdi式中 mz 轧制力矩，使轧件塑性变形所需力矩；mf 克服轧制时发生在轧辐轴承，传动机构等的附加摩擦力矩；mk 空转力矩，克服空转时的摩擦力矩；md 动力矩，克服轧辐不匀速运动时产生的惯性力；轧辐与主电机间的传动比，使用人字齿轮传动，传速比为1。1）轧制力矩轧制力矩计算式：mz = 2p l式中 p轧制压力；4力臂系数，热轧中厚板取0.400.50,粗轧道次取0.50,精轧取0.40;l变形区长度2）附加摩擦力矩组成附加摩擦力矩的基本数值有两大项：轧辐轴承的摩擦力矩和传动机构的摩擦力矩。mfim f = idt ")m

23、z式中 m fi 轧辐轴承中白摩擦力矩，mfi = px d1m fi ；di 支撑辐辐颈直径;fi轧辐轴承摩擦系数，油膜轴承取0.003;传动机构效率，齿轮传动取0.97。3）空转力矩一般轧机的空转力矩按经验办法确定，取电机额定力矩的3%6%。mk = （0.030.06）mh式中 m h 电动机额定转矩，m h =9549ph , n m;nhph 电机额定功率，kw；nh 电机额定转速， rpm。对新式轧机取下限，旧式轧机取上限。4)动力矩本设计粗轧阶段采用变速轧制，故须产生克服惯性力的动力矩。其数值可由下式确定:md2gd2 dnx 375 dt2式中 gd 转动部件的飞轮矩；dn d

24、t角加速度，rpm/s飞轮矩的确定：gd2 = 4gj = 4gmr2 /2 = mgd2 /2式中 m工作车!质量，kg, m = pv ,铸铁p = 7.4g/cm3；2g重力加速度， g =9.8m/sd工作辐直径轧制阶段道次变形抗力仃(mpa)单位压力p(mpa)轧制力p(mn )轧制力矩mz( mn m)传动力矩m(mn m)粗轧1104.0221135.894635.043954.5184954.8117662107.1358132.909733.280554.166724.4456563111.2565134.831133.246184.0988654.3756354113.36

25、56145.577632.97263.7340653.9990175118.0612168.794736.787944.0088734.289798精轧6121.9315194.824136.029282.6651932.8828357124.2112212.251929.256911.6131151.7849528120.0614192.755716.804050.5859770.7016554轧辐强度校核四辐轧机由于支撑辐的作用负荷分配发生变化，支撑辐抗弯截面系数较工作辐大，因此轧制时的弯曲力矩绝大部分由支撑辐承担。在校核支撑辐强度时， 按全部载荷考虑。工作辐 只传递扭矩，计算强度时忽略弯曲强度只考虑扭转切应力。辐系受力图:工作辐强度校核:粗轧机辐颈扭转切应力:4.82 2wn= 96.4