铝板冷轧工艺计算及校核

1、第四章：冷轧工艺理论和计算4.1 轧制规程的设计1.1 基本概念轧制规程也叫做轧制制度，它包括压下制度、速度制度、温度制度、张力制 度和辊型制度，是指轧制过程中各道次的压下量分配以及相应的力能参数设定。 它主要式根据产品的技术要求、 原料条件及生产设备的情况， 运用数学公式 （模 型）或图表进行计算， 从而确定轧制方法， 确定压下制度、 速度制度、 温度制度、 张力制度和辊型制度， 以便在安全操作条件下得达到优质、 高产、低消耗的目的。4.2 制定轧制规程的原则和要求1 在设备能力容许的条件下尽量 （提高道次压下量、 缩减轧制道次、 缩短轧制 周期、确定合理速度规程等等）提高产量。2 在保证操

2、作稳定的条件下提高质量。 总之，充分而又合理地发挥轧机的设备能力， 通过适当减少轧制道次和提高轧 制速度来增加产量，保证产品的质量。3 压下规程的分配依据和要求制定压下的依据是产品厚度精度、板形和表面质量规定、最大轧制力Pmax、最 大轧制力矩MU、最大电机功率成品尺寸等；压下规程的中心内容就是要确 定由一定的板坯轧成所要求的成品的变形制度， 即采用的轧制方法、 轧制道次及 每道压下量的大小。冷轧板带铝压下规程的制定一般包括原料规格的选择、 轧制方案的确定以及 各道次的压下量的分配与计算。 冷轧各道次的分配： 由于第一道次的后张力太 小，而且热轧来料的板形与厚度偏差不均匀，甚至呈现浪形、飘曲、

3、镰刀弯或锲 形断面，致使轧件对对中难以保证， 给轧制带来一定的困难， 第一道次不宜过大 也不要太小； 中间道次的压下分配， 基本上可以从充分利用轧机能力出发， 或按 经验资料确定各压下量； 后几道次虽然绝对压下较小， 但带钢的加工硬化程度很 大，变形抗力大，因此后几道次压下量则受带钢对轧制压力的限制，最后12道次为了保证板型及厚度精度，一般按经验采用较小的压下率。常用制定制定压下规程的方法：由于道次的分配受各种因素因素的影响，要用精确的理论公式来计算出来是不太实际的， 一般先按经验并考虑规程制定的 一般原则和要求，分配各道的压下量，最后较核设备的负荷及各项限制条件， 予 以修正。4.3轧制压力

4、的计算合金牌号轧机选择原料尺寸2024铝卷500/1250x 1700mm 四重可逆冷轧机。6x 1332.5x 200125mm冷轧带式生产的轧制规范，带式生产的铝合金热轧卷需要预先退火后再进行冷轧，退火规范如下：合金牌号温度保温时间冷却方式2024铝合金390-4401h以小于30度/h 的冷却速度缓冷。当温度为250度以 下出炉1总加工率的确定：硬铝合金加工率可达80%以上。2，压下量分配及基本参数:c 1.20nm,亠 1.20nmcc 1.08n0.72mm6mm4.8nm3.6nm2.52nm1.8nm20%25%30%28.6%3轧制变形区主要参数:咬人角：a =（冷轧变形率小可

5、用此公式计算）ai =0.069a2 =0.069a3 =0.066 a4 =0.053 心=0；:11 =20% Q =20%：】2 =40% * =40% ；：13 =58% H -h0a厂丁4冷轧轧制力计算:H :开坯时坯料厚度mm04 =58%14 =70%由上杳铝3-2-16图得:(o.2)oi =130Mpab(o.2)ii =230Mpa 二(0.2)02 =230二(0.2)12 =280 匚(0.2)03 =280 :(0.2)13 =290 二(0.2)04 =290Mpa 二(0.2)14 =295Mpa k + k因为 k。=1.15%2)。k1.15?(0.2)1由上

6、得：k1 =207Mpak2 =293.25MpaE=327.75Mpak4 =336.38Mpa*图3-2-16屈服膜度与变形程度的关系| 他'(f 二 2 013jj|?g| 2口 3* 3 LA 4 LA 12、5LY11, LF3)6一JF2M一U；2b *匕b. k6=(4.3-O.5h0 )9.8 , - 1 = (5.67-0.60 h )9.8由上得：k 1=186.96Mpa k2 =266.74Mpa k 3=295.12Mpa k 4 =298.99MpaC.不考虑弹性压扁时的接触弧长度:l R h (mm)h=17.32mml2=17.32mm l3=16.43

7、mm l4 =13.42mmd.r)2f：摩擦系数，在此用煤油润滑取0.16由上得：mb =0.26m 2 =0.44 m3=0.24m4 =0.16e.求出口二空詈匕 其中对于钢轧辊c=1.0610hn-i =0.03n2=0.05n3 =0.09n4 =0.15f.根据铝板带轧制图4-20 得:flm =h由上得：mb =0.54m2 =0.70m3=0.55m4 =0.50所以 l1 =18.23mm l2=18.38mm l3=10.52mm l4 =6.75mmg.平均单位轧制力p的计算p =（R -；）PMF铝板轧制图 3-2-20 PMF:压力倍增系数由上得：p-i =243.0

8、5Mpap2 =400.11Mpap3 =413.17Mpap4 =388.69Mpah.冷轧轧制力PP 二 P F 二 P b I8 = 0. 4-5h I h由上得厶Bi=1.64mm（宽展除在热轧及冷轧开坯道次考虑，冷轧其余道次不考虑）所以：Pi =5906694N=590tp2 =980tp3 =579tP4 =349t4.4轧制力矩的计算4.4.1制定轧制规程必须遵守下面两个条件：第一、在负荷最大的道次中电机输出的转矩不应超过电机本身允许的最大转矩。第二、根据负荷图确定的平方根转矩 （或等效转矩）不应超过电机长时间工作的额定转矩。4.5冷轧轧制力矩计算冷轧时不考虑轧机变速，只考虑静力

9、矩部分。M、二 MZMu M KM z扎件变形给轧辊轴承的轧制力矩Mu轧辊轴承的摩擦力矩a. M z = 2PTMk轧辊空转时的空转力矩-为力臂系数，冷轧板带一般取：0333-0.42M Z1 =80.71KN.m M Z2 =134.06 M Z3 =44.00 M Z4 =17.90b. Mu = PdUd.轧辊直径。U轧辊轴承摩擦系数冷轧机一般取0.05-0.08MU1 =177.00KN.m MU2 =294.00 MU3=173.70 Mu 4 =104.70KN.mC. MK = (0.06 L 0.1)MZM K1 =6.46 KN.m MK2=8.85 MK3=2.90 MK4

10、=1.07KN.m因为Mv-Mz，Mu M k由上得：M m=103.46KN.m M 乡=436.85 M 弓=219.90 M T4 =123.90KN.m4.6张力制度的确定当卷取机的线速度大于工作辊的线速度产生前张力，而工作辊的线速度大于开卷机的则产生后张力。具有张力才能让轧件顺利咬入轧机进行轧制。主要是选择平均单位张力c Z,即作用于在带材断面上的平均张应力，一般应小1于带钢屈服度的-I，实践证明较大的后张力可降低单位压力的35%，而前张力仅能达到20%的水平。故通常用后张力大于前张力的轧制方法，这可减少断带 的可能性。一般不超过0.6 cs,最后道次即成品卷张力不能太高。3.3.1

11、辊型的调节制度在轧制过程中，由于种种原因，入轧辊的受力弯曲、沿辊身长度方向的温度分布 不均匀等，将是辊型发生变化，导致板材横向厚差的变化，或由于板材在轧辊辊 身边部和中部变形的不均而出现波浪。 为了获得较为理想的合格板材，就需要采 取措施来调节轧辊的辊型。除了使轧辊的凸形补偿等施外，采用调节液压弯辊力 的方法使很常用的方法。在设计和使用液压弯辊力的时候， 必须计算弯辊力，但由于其计算方法较多，而 且计算时要涉及到众多参数，比较繁琐，故在设计时的弯辊力的长参考某些经验 数据来选取，一般弯曲轧辊的最大弯曲力约为最大轧制力的15%- 20%，在具体的轧制过程中，由操作者根据所观察到的实际情况，给定合

12、适的弯辊力。4.7轧辊的校核4.1弯曲强度的校核根据以上计算可知，各道次的轧制力小于轧机的最大轧制力10500KN故轧辊的弯曲强度校核通过。所选500 1250 1700mm轧机参数如下：J轧机的技术参数=轧制力：105000（静压 27500KN）轧速心5 “ m/s卷取速度：4 m/s卷取张力：270KN卷重6000蚯厚差：0,Q5mni板形：0 - 5 mm4.2强度的校核为了计算简便，对轧辊的校核，我们只选取轧制力最大的那个道次来进行校 核。所以有计算产品可知，轧制力最大的那个出现在轧制2024铝板的第二道次上，其最大轧制力为1655t。在轧制过程中，四辊轧机的工作辊与支承辊接触处，以

13、及工作辊与轧件的接 触处，都会产生接触应力。工作辊与支承辊的接触面积比工作辊与轧件的接触面 积小得多，因此，在同样大小的作用力下，工作辊与支承辊间的接触应力要大大 超过工作辊与轧件的接触应力。所以，在设计时，只需计算工作辊与支承辊间的 接触应力。1 、轧辊表面的最大接触应力可按以下公式求得：二X - -0.78p° =；：T二 y = -0.18 P0 二二 2；鳥=一0.288卩0=：3式中：匚轧辊表面的径向、切向、轴向应力（即主应力 m，单位 kg / cm2）op0 -辊间最大压力，kg / cm2 oPo =608 F（Rg +Rz）（kg/cm2）V RgRz式中：q作用于

14、轧辊单位长度上的压力，q二¥ （ kg /cm ）。Rg Rz工作辊、支承辊辊身半径，cm。Pk=98QQQ=5764.7kg/cmL 170.0F0 =608q（Rg Rz）=608, 5764.6（25.Q 62.5 = 10925.8 kg/cm2Rg RZ25.0 62.52、3、；d =10000kg / cm22max =5000kg/cm根据主应力值可求得当量应力值6及最大剪应力值max :2d 二 j 1 一 j 3 二0.6Pq 6555.5 kg /cmCTd2max = -0.3po _ -3277.5 kg /cm已知：工作辊辊身硬度：肖氏 HS90- 96对

15、于硬度为HS90-100 （相当于HB700的冷轧工作辊，可得4、可得： J =6555.5 :：: 10000 ；max = 3277.5 : 5000所以轧辊校核通过。4.7轧制速度的确定主电机的加速度a、b取决于主电机的特性及其控制线路，通常可逆式轧机 的主电机加速度a一般在1530rpm/s之间，减速度b一般在3060rpm/s之间， 取本轧机主电机加速度a = 20rpm/s=1200r/mi n ， 减速度取 b =40rpm/s=2400r/min。传动比：1: 1。取咬入速度 厲=20r/min，抛出速度n3 = 30r/min ，稳定轧制速度n2 = 380 r/min ;t

16、p为空转加速时间；t1 为带锭轧制时的加速轧制时间;t2 为等速轧制时间;为带锭轧制时的减速轧制时间;t0为空转减速时间。纯轧制时间为：tm =t1 t2 -13tpt1200.02s 1200巳'山380 200.3s 1200t0n3 - 030t3n2 - n3-0.01s2400380-300.1s2400等速纯轧时间t2的决定由纯轧时间的轧件长度L来确定。带卷长度:因为LI2 I3式中1(2和13分别表示加速纯轧时间，等速纯轧时间和减速纯轧时间所轧过的： D Ri n2 n2 -m轧件长度。而h = 1t160 2D n3n?匕-门360 2I3 = ' 3t3将11，12，13带入L式中得2 2 2 2120丄一些丄一氏空t22n2-138.4s故：tt1 t2 - t3 =138.4 0.3 - 0.1 =138.8s4.9轧机主电机功率计算与校核1等效力矩计算及电动机的校核按等效转矩校核设计计发热是否安全，或者选择电机时的普通方程M jum式中M jum_ -等效力矩，KN|_m ；Z tn轧制时间内各段纯轧时间的总和