钢管课程设计参考模板

1、辽宁科技大学课程设计1辽宁科技大学课程设计说明书课程设计说明书设计名称：管钢轧制课程设计指导教师：李继光学院：材冶学院班级：材控 102姓名：xxx日期：2013 年 12 月 20 号辽宁科技大学课程设计2目录 前言 .- 3 - 钢管设计任务书.- 4 -一 、 140 机组生产工艺概述.- 5 -1.1 主要设备 .- 5 -1.2 工艺流程 .- 6 -1.3 工艺要求 .- 6 -二、轧制表的制定.- 14-2.1 轧管机 .- 14 -2.2 穿孔机 .- 15 -2.3 均整机 .- 17 -2.4 定径机 .- 18 -2.5 轧制表绘制 .- 22 -三、力能参数及强度校核.

2、- 24 -3.1 计算机剪切及加热能力.- 24 -3.2 穿孔机的轧辊设计 .- 24 -3.3 穿孔机顶头设计 .- 26 -3.4 穿孔机能力参数计算 .-26 -3.5 穿孔机轧辊强度校核校核. .-28 -结语 .- 31 -重要参考文献.- 31 -辽宁科技大学课程设计3 前言前言钢管被广泛用于工业及民用等领域，是与其特性分不开的。钢管的特性有两个方面：具有封闭的中空几何形状，可以作为液、气体及固体的输送管道；在同等重量下，钢管相对于其他钢材具有更大的截面模数，也就是说它具有更大的抗弯、抗扭能力，属于经济断面钢材、高效钢材。钢管的种类繁多，性能也各不相同。按其生产的方式可分为热轧

3、无缝管、焊接钢管（有缝管） 、冷加工管三大类。按钢管的用途可分为流体管、结构管、石油用管、锅炉管，汽车半轴管、液压支柱管、化肥管，军工管等。鞍钢股份公司无缝钢管厂，是新中国第一座无缝钢管厂。于 1953 年 12 月 26日正式竣工投产，是闻名全国的鞍钢“三大工程”之一，被誉为新中国无缝钢管的“摇篮”，是国内重点无缝钢管生产企业之一。 鞍钢无缝钢管厂主要产品包括：石油油管、外加厚石油油管、GP 石油油管、AG80 隔热石油油管、石油套管、GP 石油套管、石油接箍管、石油钻杆管、管线管；结构管、流体管、高中低压锅炉管、高压化肥管、石油裂化管、地质钻探管、军工用管、航天航空用管、汽车半轴管、液压支

4、柱管、高压气瓶管、机械加工管等。鞍钢股份公司无缝钢管厂，高度重视产品质量。1997 年，通过ISO9002 质量管理体系认证；1998 年，通过美国石油协会 API 认证；2001 年，通过 ISO14001 环境体系认证；2002 年，通过 GB/T28001 职业健康安全管理体系认证。已经形成一整套完善的职业健康、环境保护、安全管理、产品质量保证体系。1999-2004 年，获得中国冶金产品实物金杯奖。2002-2005 年，连续 4年获辽宁省用户满意企业。生产的高端石油管系列产品大量打入国内重点油田和北美、欧洲、澳洲、东南亚等国际市场。 鞍钢无缝钢管厂目前拥有 159MPM 限动芯棒五机

5、架连轧机组、具有年产量为20 万吨，219 改进型自动轧管机、具有年产能力为 25 万吨，100 圆盘延伸机组、具有年产力能为 10 万吨，同时拥有石油管加工生产线和冷拔生产线，是国内重点无缝钢管生产企业之一。鞍钢无缝钢管厂本着“高起点、低投入、快产出、高效益”的技改方针，于2002 年投资 2.98 亿元引进当今世界最先进的德国西马克米尔公司 159MPM 限动芯棒五机架连轧管机、意大利安莎尔多电控设备及奥地利 MFL 公司排管锯，对 AG 机组实施大规模技术改造。工程于 2002 年 7 月 25 日正式开工，2003 年8 月达产。改造后的 159MPM 机组创造了国内同类型引进机组“工

6、程投资最少、建设周期最短、达产速度最快”的记录！辽宁科技大学课程设计4钢管设计任务书钢管设计任务书成品尺寸：134X18坯料尺寸：130材质：Q215指导教师：李继光 辽宁科技大学课程设计5第一章、第一章、140 机组生产工艺概述机组生产工艺概述1.1 主要设备主要设备1.1000 吨剪断机一台（或 1600 吨剪断机）2.定心机两台3.炮弹风动热定心机一台4.中径 17m 的环形加热炉一座5. 850500 曼氏穿孔机一台6. 7301680 自动轧管机一台7. 850600 桶式均整机一台8. 560011800 步进梁式再加热炉一座9. 430255 五架定径机10. 430255 二十

7、架减径机11. 1100016800 1 号冷却台一个；3150016800 2 号冷却台一个12. 168mm 七辊矫直机二台13. 115 切管机八台 14. 6UTH42.7-168mm 切管机二台辽宁科技大学课程设计61.21.2 工艺流程工艺流程热轧无缝钢管以产品规格及生产方式不同，其工艺过程也不相同，以下为 140 自动轧管机组为例来说明其工艺流程：1.31.3 工艺要求工艺要求1.3.1.原料原料原料尺寸为 130，鞍钢无缝钢管厂的原料主要是连铸连轧圆管坯。连铸连轧圆管坯具有成本低、能耗少、组织性能稳定等特点，是管坯发展的主流。也是钢管实现连铸连轧的首要条件。钢管生产对坯料的要求

8、非常严格，加工之前一定要对坯料进行检查和清理，这样才能提高产品的质量。管坯最常见的缺陷就是氧化层，生产中常用火焰枪清理或者用砂轮清理。本次设计采用的原料材质 Q215 尺寸：130Q215 的化学成分及力学性能：BG/T8162化学成分（质量分数）（%） Si S P 牌号 等级 C Mn 辽宁科技大学课程设计7A 0.050 Q215 B 0.090.15 0.250.55 0.03 0.045 0.045 牌号 拉力强度 MPa 屈服点 MPa 伸长率（%） 不大于Q215 335450 215 31 1.3.2.剪断剪断目的是将坯料剪切成要求的长度。剪断设备：1000 吨剪断机设备性能：

9、a.公称能力 1000 吨b.上剪刃行程 140mmc.剪切次数 8 次/分d.电机功率：95 千瓦 n=750 转/分e.主减速机轴：人字齿轮轴 M=10 Z=25 =250mm0HD剪刃材质：6GrW2S要求：剪断时不允许坯料出现端部裂纹，切斜度前端不允许超过 8mm,后端不允许超过 10mm,压扁度不得超过管坯公称直径 8%，也就是 134 管坯压扁后不小于 123mm。1.3.3.加热加热加热的目的是为了提高塑性、韧性，降低变形抗力，减小机械电器负荷，节省能源消耗。将坯料加热到一定的温度范围对于保证其穿孔性能是至关重要的。管坯加热时应保证加热温度在规定的范围内，特别是对加热范围较窄的合

10、金钢和高合金钢，同时沿管坯纵向和横向加热要均匀，否则穿孔时容易造成钢管壁厚不均，穿破或引起轧卡。设备：中径 17m 的环形加热炉辽宁科技大学课程设计8设备性能：（1）中径 =17000mm （2）外径 =22386mm D中D外（3）内径 =11614 mm （4）炉膛宽 4400 mmD内（5）炉膛平均高度 1250 mm （6）炉墙厚度 493 mm（7）炉子最大生产能力 45 吨/小时（8）炉子平均生产能力 40.34 吨/小时（9）坯料出炉温度 11501300 C （10）装炉温度25 C 00（11）平均燃烧消耗量 4000 立方米/时（12）空气压力250mm（13）各段热能分配

11、 均热段 25%，第一段 30%，第二段 45%。当1800mm 时，采用单排布料，15mm15mm 时，时， = =- -（0.51.0）=18-1=17mmS轧S轧S成 外径： =132mmD轧H轧槽高 内径：=-2= =132-217=98mmd轧D轧S轧轧管顶头直径： = =98mm2d轧 = +（13）=98+3=101mm12 顶杆直径：d=d-(815)=98-10=88mm总延伸系数：=2.096SSDKR21717132213097. 02）（K 为烧损系数，碳钢 K=0.970.98）=1.24SSDSSD17)17132(21)21136(孔型尺寸：工作辊：材质低铬无限冷

12、硬球墨铸铁回送辊：材质低铬半冷硬球球墨铸铁a=110mmb=116mm=30r=12mms=10mm辽宁科技大学课程设计15R=a/2=55mm回送辊：材质低铬半冷硬球墨铸铁a=110mmb=116mmR=55mmr=12mm=40s=20mm2.2 穿孔机毛坯外径： D=1.03D=1.03 132=136mm毛坯壁厚 S=S+（35）=17+4=21mm毛坯内径 d=D-2S=136 -2 21=94mm顶头直径：=d-K=94-4=90mm（其中 K为穿孔机内扩径量，一般鞍钢为45mm）绝对下量：H=1015%D=13% 130=17mm轧辊间距：B= D-H=130-17=113相对压

13、下量：=10%导板间距：l=H+（02）=134+1=135mm椭圆度系数：l/B=1.19113135顶杆位置：=+cy2L22(+2-B)S2tan穿穿3l22B(- )2tanDRm m ax2(+2-B)S2tan穿穿3l5 . 3tan2)113143(20-10=100mm5 . 3tan211321290备注：轧辊出口锥长 反锥长： 固定式 515mm 更换式 3050mm 2L3l出口锥角 3.52辽宁科技大学课程设计16顶头位置： =+2+cCLyL0l1l2l2(+2-B)S2tan穿穿 其中：顶头鼻部长 穿孔锥长 平整锥长 0l1l2l = (0.81.0) =1 26=

14、26 mm0l0d =(0.150.25)=0.2 130=26mm ：顶头鼻部直径0dD坯0d =（1.02.5）=1.3 90=117 mm =90 mm1ltDtD穿 =（1.51.75）=（1.51.75）2lZD坯tanXYSS=1.5130=61.7mm = 62mmtan100.40.72l 式中：送进角 10 滑动系数 =(0.40.9) =(0.50.7)XYSSXSYS=26+117+62-=50 mmC5 . 3tan211321290顶杆长：=+=26+90+62+10=188 mm l顶0l1l2l3l顶头压下量： =9%0Dtan3CH21303tan50217延伸

15、系数： =1.69S)SD(KR221)21136(97. 021302工具设计：轧辊具体参数：送进角： =3 =3.5 =246mm =218mm10121l2l 材质 55 锻钢850 500#顶头参数：顶头长取 L=188mm 鼻部长=26mm0l鼻部直径=26mm0d=117mm =62mm1l2l辽宁科技大学课程设计17=10mm 3l2.3 均整机均整机 外径:D= D+（310）=132+8=140mm 壁厚：S= S= =17mm内径： d= D-2 S=140-2 17=106m顶头直径： =+（14）=98+2=100mm2顶杆直径：=-（215）=100-10=90mm轧

16、辊间距：B=S+2 S=100+2 17=134mm均头导板间距： =2D-B=2 140-134=146mml椭圆度系数：=1.08lB134146延伸系数： =1.01SDSSSD均均均均成成成（-）（-）18)18134(17)17140(工具设计：轧辊材质是钼合金冷硬铸铁。倾角=8 直径 D=780mm长度 l=600mm转速 n=109164 转/分顶头材质是合金铸铁。D=120mm B=245mmC=85mm =25mm1e=110mm a=25mm 2ed=65mm mm5R 辽宁科技大学课程设计182.4 定径机定径机热状态尺寸：=（1.011.015）=134 1.015=1

17、36.01mmD定D成压缩率：= =2.8%14001.136140=1-=1-=0.9%314001.136=0.45%2%9 . 0=0.9%=0各孔型平均直径：=（1-）Di=（1-）=140 (1-0.45%)=139.37mmD1=（1-）=139.37 (1-0.9%)=138.12mm2D=（1-）=138.12 (1-0.9%)=136.88mmD3=（1-）=136.88 (1-0.45%)=136.26mmD4=136.26椭圆系数： =1.0065 . 1%)45. 01 (1=1.0135 . 1%)9 . 01 (1=1辽宁科技大学课程设计19轧槽高： = =138.

18、95mm006. 1137.1392 同理可得： =137.23mm =136.00mm =135.85mm =135.85mm轧槽宽：=1.006 138.95=139.78mm1a1同理可得：=139.01mm2a2=137.77mm3a3=136.67mm4a4=135.85mmD半径：=69.89mm1224aba11同理可得：=69.51mm2224aba22=68.89mm3224aba33=68.34mm4224aba44=67.93mm辽宁科技大学课程设计20偏心距： =0.411224aab1195.13848 .13878.13922同理可得：=0.892224aab22=

19、0.893224aab33=0.414224aab44=0辊缝：g=1.55mm圆角半径：r=36mm工作直径：=D+-0.75 D：辊环=430mm ：辊缝=15mm本次设计五机架的辊缝分别为 5，5，4，3，3。=D+-0.75=430+5-0.75 138.95=330.8mm1a同理可得：= D+-0.75=332.1mm2a= D+-0.75=332.0mm3a= D+-0.75=331.14a= D+-0.75=331.15a各机架断面：=（- ） =8mm=（-8） 8=1050.960mm21D=（-8） 8=1040.96mm22D=（-8） 8=1031.04mm23D=（

20、-8） 8=1026.08mm24D=（-8） 8=1026.08mm25D辽宁科技大学课程设计21各架时第一架的延伸系数： =1.00921FF1032.0836.1037同理可得：=1.009=1.005=1工作辊转速： n=6001500 转/分 i=14.9 取 n=700 转/分12k1kiinnDD=46.98r/min=1.00946.98=47.23 r/min122nDDkk11 .3328 .330同理可得：=47.67 r/min=48.04 r/min=48.04 r/min工具设计：轧辊材质是低铬无限冷硬球墨铸铁。转速：n=40100 转/分辊身直径 d=350450

21、mml=255mm 架数=5孔型：13 架为椭圆孔型45 架为圆孔型具体尺寸见轧制表2.5 轧制表绘制轧制表绘制穿孔机辽宁科技大学课程设计22成品规格134 18管坯130毛管外径 Dm136mm椭圆度系数1.19壁厚 Sm21mm顶头位置 C50mm内径 dm94mm顶杆位置 yc100mm导板间距 l135mm顶头直径90mm轧辊间距 B113mm送进角10绝对压下量h17mm入口锥角13顶前压下率9 %出口锥角23.5穿孔机延伸系数1.69轧轧 管管 机机外径D轧Mm壁厚S轧Mm内径d轧mm一道次1轧mm二道次2mm顶杆直径dmm总延伸系数总轧机系数轧轧槽高H轧槽高mm132179810

22、198982.096 1.24132均均 整整 机机外径D均Mm壁厚S均Mm内径d均mm顶头直径均顶头mm顶杆直径均顶杆mm轧辊间距 Bmm导板间距lmm椭圆度系数延伸系数均1401788100901341461.081.01定定 径径 机（机（5 5 架）架）热状态尺寸D定机架数轧槽高iamm轧槽宽ibmm各孔型平均直径iD压缩率Di椭圆度系数i偏心距ie工作直径giDmm工作辊转速转in半径iRMm辽宁科技大学课程设计23Mmmmmm/分1138.95139.78139.370.45%1.0060.41330.846.9869.892137.23139.01138.120.90%1.013

23、0.89332.147.2369.513136.00137.77136.880.90%1.0130.89332.047.6768.894135.85136.67136.260.45%1.0060.41331.148.0468.34136.015 5135.85135.85136.26010331.148.0467.93第三章、力能参数及强度校核第三章、力能参数及强度校核3.1.计算机剪切及加热能力计算机剪切及加热能力 剪切：坯料定尺: = =3147.87mmPLKl0总l97. 0096. 24006000式中： 成品长取 6000mm 切头尾长度：合金钢切 250mm 左右0ll 碳素钢切

24、 450mm 左右 烧损系数：（0.970.995） 碳钢=0.97 合金钢=0.995K加热能力： 加热时间：=130 30/3600=1.08 小时KjrD坯 与钢种有关的系数：碳钢：3033 s/mm 一般合金钢：3648 Kjrs/mm 这里取=30 s/mmKjr装炉量：=1=150 根 A360n360302布料角=1.52 装炉角=30 采用双排布料即=1n =139 根/小时 去掉 39 根隔料管AX081150. =100 根/小时X每根重：= 6523147.87 7.85=327.99GppFLkg 式中：密度 =7.85 3gcm辽宁科技大学课程设计24小时产量：=32

25、7.99 100=32.79 吨/小时XpGG3.2.穿孔机的轧辊设计穿孔机的轧辊设计工具设计和轧机调整是影响工艺过程的决定性因素之一。对各种穿孔机和轧管机的工具设计和调整要求是： 1.咬入条件良好，穿孔过程进行顺利； 2.毛管或者钢管笔直，内外表面质量好，几何尺寸符合要求； 3.单位能耗小，轧机符合负荷在允许的条件下； 4.工具寿命高，磨损均匀； 5.机组生产率高。工具设计的主要内容是确定工具形状和主要尺寸，并选择工具材质及技术要求。（1）辊径 D辊径：轧辊辊轴直径 D 首先从咬入条件和提高穿孔率的要求为出发点来选择，然后再复核其强度。根据对现有穿孔机分析： pDiD1 其中 Dp穿孔机的管

26、坯最大直径。 本设计中采用 140 自动式轧管机组，Dpmax=140mm ； 5 . 761immDiDp)1050840(140)5 . 76(1故取 D=1000mm （2）辊身长度 L：以满足工艺对管坯直径压下量和毛管外径量的要求为依据来确定。L=L1+L2+L3；11max1tan2RDLp ；22max2tan2)(RDDLpk式中：Dpmax 该穿孔机的管坯直径压下量最大值。 mmBDDckpp47113160maxmax（Dk+Dp）max该穿孔机的出口处毛管外扩量最大值 mmBDDDckmpk30113143)()(maxmax R1,R2端面圆角半径，取 1525mm，由于

27、 0 时的变形区长将比 =0 时的短些，因此不考虑 R1、R2。对于 140 自动轧管机组，入口锥角 1=3o3.5o，出口锥角 2=3o3.5o 。辽宁科技大学课程设计25本设计中取：1=3o ，2=3.5o 。DPmax=47mm，(Dk+DP)max=30mm代入数据有：mmRDLp468203tan247tan211.1maxmmRDDLpk265205 . 3tan230tan2)(22max2轧制带长度 L3与角 1和 2的大小有关，L3一般为 020mm，当 1和 2值很小时，可取 L3=0，两锥间用大圆弧过渡。本设计 L1取 290mm，L2取150mm，L3=0,1=3,2=

28、3.5。 L=L1+L2+l3=470+250+0=4720mm辊径直径 d=（0.50.55）D=（500550）mm 取 d=500mm辊径长 l=（0.81.0）d=（400500）mm 取 450mm综上可得，穿孔机轧辊主要参数和形状如表。穿孔机轧辊主要参数名称参数辊径 D1000mm辊身长度 L720mm辊径直径 d500mm辊径长 l450mm入口锥角 13o出口锥角 23.5o3.3 穿孔机顶头设计穿孔机顶头设计名称参数顶头直径 Dt90mm鼻部直径 d026mm过度圆弧直径 r013mm鼻部长度 l026mm穿孔锥长度 l1117mm辗轧长度 l262mm反锥长度 l310mm

29、总长度 l188mm材质25CrNi4VA辽宁科技大学课程设计263.4 穿孔机能力参数计算穿孔机能力参数计算已知：成品 134 18 Q215 管坯尺寸 130毛管尺寸：=136mm =21mm =94mmmDmSmd顶头尺寸：=90mm =188mm =50mm穿l顶C辊身长 =720mm 轧辊间距 B=113mm 导板间距 =135mmLl轧辊直径：=1000mm =10=3 =3.5D12顶头工作锥角： =12.25 =3.51r2r辊颈直径：=550mm 辊颈长： =450mmd颈l变形区长： =636mml变P12-BBD2tan2tanDmtan3.521131363tan211

30、3130 =162mm =188mm =636mm1l2ll变单位压下量：=rxX11Y1tan(tan+tan)2SSmDr = 136 tan10(tan3+tan12.25)=5.80mm217040.接触宽度：=25.35mmb2222xXxrBD)rBr(D8 . 521131000)8 . 521138 . 5(10002接触面积： =0.67 25.35 162=2751.49mm1F10.67bl2 =0.8 25.35 188=3812.64mm2F20.8bl2单位轧制压力计算：已知：20#在 1200 C 时 =2.2(鞍钢无缝厂手册)0s2/kg mm=Kpn(1.15)sn辽宁科技大学课程设计27入口锥的平均单位压力：=（1.8-） （1-2.721(1.8)(1-2.7)(1.15)sBbp11335.25）=3.162)130113130(2 . 215. 1Mpa出口锥的平均单位压力：=0.75 3.16=2.37210.75PPMpa总的轧制力： =3.16 2751.49+2.37 3812.64=17.73 吨1212+FFPpp轧制力矩：（对一个辊来说） 12MzhbaaMyz= 2Lcos0.27)Pf(0.13