中厚板生产压下规程设计分析

1、塑性成型工艺（轧制）课程设计说明书课题名称14X 2000X 9000mn轧制规程设计指导教师 XXXXX.专业小组 XXXXXXXXXXXXX.小组成员 XXXXXXXXXXXXXXX .2013年06月6日课程设计任务书10材料成型与控制工程专业设计课题：中厚板生产压下规程设计一、设计产品序 号学生学号产品牌号产品规格/mm108三位同学，改专业两位同学Q23510X 2000X 900021, 2, 3, 4, 6, 74510X 1900 X 1000039，10, 11, 12, 13, 1412CrNi3A12X 18000X10000415, 16, 17, 18, 19, 20

2、4Cr1313X 1700 X 9000521, 23, 26, 27, 29, 30Q23512X 2100X 12000632, 33, 34, 35, 36, 37458X 1800X 13000738, 39, 40, 41, 42, 4312CrNi3A14X 2000X 9000844, 45, 46, 47, 484Cr1312X 2000X 8000949, 50, 51, 52, 53Q2359X 2050X 120001054, 55, 56, 57, 1304510X 2300 X 1200011131, 132, 133, 134, 13512CrNi3A13X 190

3、0 X 1200012136, 137, 138, 139, 1404Cr1315X 2100X 9000、设计条件机组：双机架串列式可逆机组（二辊可逆轧机粗轧，四辊可逆轧机精轧）。主电机：二辊轧机主电机型号 ZD250/120,额定功率2500 2kw,转速04080rpm 过载 系数2.25，最大允许传递扭矩1.2 2MN.m四辊轧机主电机型号ZD250/83,额定功率2050 2kw, 转速060120rpm 过载系数2.5，最大允许传递扭矩 0.83><2MN.m三、设计内容制定生产工艺及工艺制度；确定轧制方法；确定轧制道次，分配道次压下量；设计变形 工具；计算力能参数；校

4、核轧辊强度及主电机负荷；绘制轧辊零件图、速度图；绘制轧制图 表，轧制表。四、设计时间设计时间从2012年05月21日至2012年06月01日，为期两周。材料成型教研室目录197.6 校核各机架主电机容量第一章 制定生产工艺及工艺制度1.1 生产工艺 选择坯料原料清理加热除鳞纵轧一道 （使宽度接近成品宽度）转 90?横轧到底矫直冷却表面检查切边定尺表面尺 寸形状检查力学性能试验标记入库发货。1.2 工艺制度在保证压缩比的条件下，坯料尺寸尽量小。加热时出炉温度应在1120?1200?，温度不要过高，以免发生过热或过烧现象；用高压水去除表面的氧化铁皮，矫直时 选用辊式矫直机矫直，开始冷却温度一般要尽

5、量接近终轧温度，轧后快冷到相变温 度以下，冷却速度大多选用 5 10?C 或稍高一些。切边用圆盘式剪切机进行纵剪， 然后用飞剪定尺。第二章 选择坯料设计中厚板产品牌号：12CrNi3A,产品规格：hx bx 1=14 X 2000X 9000。按厚度 分：我国分类方法如下：0.001 0.2mm箔材，0.2 4mm薄板，420mm中板，20 60mm厚板,60 500mm特厚板,则所设计的产品为中厚板。因为连铸坯更加节能，组 织和性能好，成材率高；主要用于生产厚度小于80mm中厚板，则产品所选的坯料用连铸坯。根据所设计的产品的尺寸 hx bx l=14 X 2000X 9000,设计坯料的尺寸

6、。2.1 坯料厚度的确定产品的厚度h为14mm首先选取压缩比，压缩比由经验值选取，我国生产实践 表明：一般用途的钢板宜取 6-8 倍以上，而重要用途的者宜在 8-10 倍以上。而 12CrNi3A是一种军工特钢，因此压缩比选取 10,则坯料厚度H为140mm2.2 坯料长度的确定由成品(b+Ab)坯长L，展宽为500700,取展宽为600mm则L= (2000+200) -600=1600mm。2.3 坯料宽度的确定根据体积不变原理， 坯料在轧制过程中会产生废料， 金属烧损系数一般在 1%-2% 之间，我们选择1%切头尾 L=100mm切边厶b=30mm根据体积不变定可得： 99%x Hx B

7、x L=(l+2 x 100)x (b+2x 30)x14;代入数据解得：B=1196mm取B=1200mm再次校核K=93.75%所以最终得到坯料尺 寸为： Hx Bx L=140x 1200x 1600mm。第三章变形量分配3.1轧制方法的确定先经过二辊轧机纵轧一道,然后转90度，横轧到底。3.2道次压下量的确定坯料尺寸：HX BX L=140X 1200X 1600mm则总的压下量为140 - 14=126mm根图1道次压下量分配原则据经验值选取轧制道次 n=8,制定压下规程。由于开始 轧制时受咬入能力限制，所以在轧制前设计一个除鳞箱， 保证咬入能力较好，并选取咬入条件较好的经验方法。道

8、次压下量与道次关系如图1所示。由图1所示, 各道次的压下量逐渐减小，同时幅度也在逐渐减小，所 以粗轧的压下量较大，而精轧的压下量较小。设定总轧 制道次为八道次，粗轧为五道次（选取二辊可逆轧机） 精轧为后三道次（选取四辊可逆轧机）。制定压下规程如 表1 O表1道次压下量的分配道次轧制方式机架轧件厚度h/mm轧件 度宽 b/mm轧件长度l/mm压 下量h/mm变形程 度/%0除鳞咼压1纵轧二辊109130020603122.412横轧二辊83206015722623.853横轧二辊61206021392226.514横轧二辊43206030351829.515横轧二辊27

9、206048331637.216横轧四辊1920606868829.637横轧四辊1520608699421.058横轧四辊142060930016.67第四章变形工具的设计4.1二辊可逆轧机轧辊的确定初轧机轧辊受力较大且有冲击负荷，应有足够的强度，而辊面硬度可放在第二 位，含Cr、Ni、Mo等合金的的铸钢轧辊使用于轧制合金钢，所以粗轧选用铸钢轧辊 轧制合金钢。所以4.1.2辊身长度L由 L=bma灶 a 当 b=1000-2500mm a=150-200mn取 a=200mmL=2060+ 200=2260mm辊径尺寸中厚板轧机 L/D=2.2-2.8 得 D=736-1027mm取 100

10、0mm辊颈尺寸查表3-5取d/D=0.75(轧钢机械 邹家祥主编)得d=750mm 辊颈长度I取d/l=1 得l=750mm4.1.4 辊头设计_因为对于中厚板轧机来说轧辊调整行程比较大，倾角在8?12?间所以应选择万向辊头。各部分的尺寸关系如下Dmin=Dmax DmaX重车率 中厚板轧机最大重车率 5%-8%取5%Dmin=100C 1000x 5%=950m D=Dmin (5-15mm)取 D1 = Dmin 10=940 mmS=( 0.25-0.28 ) D1 ;取 S=0.25D1 =235 mm a=(0.5-0.6) D1 ;取 a=0.5 D1 ; a=470 mm b=(

11、0.15-0.2) D 1 ;取 b=0.2 D 1 ;b =188mm c=b=188mm 辊颈与辊身的过度圆角r由 r/D=0.1 0.12 取 0.1 得 r=0.1 x 1000=100mm图2轧辊示意图校核咬入条件咬入角一般 a =1525 度，取 a =20，二 hmax = ( 1-C0S 20 )X D= ( 1-C0S 20 )x 1000=60mm粗轧各道次压下量 Ah最大为31mm满足咬入。 4.2四辊可逆轧机轧辊的确定精轧选用四辊可逆轧机，热轧机工作辊选择轧辊材料时以辊面强度为主多采用 铸铁轧辊，而支承辊在工作中主要承受轧制力，且直径较大，要着重考虑强度和轧 辊淬透性，

12、多选用含Cr合金锻钢，因此四辊可逆轧机的工作辊选用铸铁轧辊，支承 辊选用Cr合金锻钢2。四辊的尺寸设计与二辊相同，其中支承辊不传递扭矩，辊头 不需设计。支承辊设计4.2. 1.1辊身长度设计辊身长度和二辊一样L=2260 mm。4.2.1.2 辊径 D2查表3-3 (轧钢机械 邹家祥主编)取L/D 2 =1.9得D2 =1200mm4.2.1.3 辊颈尺寸取 d2=0.75D2 d 2 =1200X 0.75=900mm。辊颈长度I 2J(140 +109 )1 2 /d 2=1.0 得 I 2 =900mm4.2.2 工作辊设计4.2.2.1辊身设计同前L=2260mm4.2.2.2辊径尺寸

13、据经验当轧件较厚时 由于要求较大工作辊直径，取D2 /D1较小值 由表3-3得（轧钢机械 邹家祥主编）取D2/D1 =1.5得Di =D2/1.5=800mm4.223 辊颈尺寸取 d1 /D1 =0.75 ; d1 = 0.75 x 800=600 mm 辊颈长度：取 I 1 /d 1 =1.0 得I 1 =600mm辊颈与辊身的过度圆角r 1由 r/D=0.1 0.12 取 0.1 得 r=0.1 x 800=80mm4.2.2.5辊头设计选择万向辊头选择原因同二辊。各部分的尺寸关系如下所示:Dmin=Dma Dmax重车率 中厚板轧机最大重车率 5%-8%取 5%f0Dmin=800-

14、800x 5%=760 mm D仁Dmim (5-15mm)取 D1 = Dmin 10=750mmS= (0.25-0.28 ) D1 =187.5 210mm 取 S=210 mma=(0.5-0.6) D 1 =375 450mm取 a=400mmb=(0.15-0.2) D 1 112.5 150mm 取 b=150mm c=b=150mm辊颈与辊身的过度圆角r 2取 r2 =0.1D2=0.1 x 1200=120mmC校核咬入热轧钢板咬入角一般a =15-22 ，低速咬入角可取a =20, hmax=D1(1-cos 20 °) =750x 0.06=56mm精轧各道次压

15、下量 h最大为1mm满足咬入。第五章轧制力的计算5.1速度图的选择由于整个轧制过程中，轧件较长，所以选择梯形图较理想5.2轧制速度的设计(n 1 ,n2 ,n 3, a ,b )二辊轧机：转速04080rpm,过载系数2.25四辊轧机：转速060120rpm,过载系数2.5根据经验资料，取平均加速度 a=40rpm/s,平均减速度b=60rpm/s在二辊轧机上轧制：取咬入转速 ni =20rpm,乐仆（帀一电机最大转速）A取 n2=40rpm 转速n .4市1*戸升1 4-rr J 升4ttl 口Hrr兴 I 丹左、41 2I'图3速度图5.4计算各道次时间假定第一道次：空载加速时间为

16、t j，加速轧制时间为t 2 ,等速轧制轧制时间t 3，减速轧制时间为t4，空载加速时间为t5 对于二轧辊轧机：空载加速时间：11=n1 /a =20/40=0.5 s加速轧制时间:t 2 =(nz 1 )/a =(40-20)/40=0.5 s等速轧制时间：13 =0.24 s减速轧制时间：t4=( n2-n3)/b=(40-30)/60=0.17 s空载减速时间：15 =n 3/a=30/60=0.5 s纯轧时间：tz= t 2+ t 3 + t 4 =0.5+0.24+0.17=0.91 s 当轧件长度L<3.5m，间隙时间取tj=2.5 s当轧件长度3.5m < L <

17、; 8m ,间隙时间取tj=6 s当轧件长度L > 8m，间隙时间取tj=4 s因为 L=1.6m < 3.5m ,所以 t j =2.5 s同理其他道次时间如下表所示表2各道次轧制时间表(单位：s)道次011t 1 12t 2 13t 3t4t 415t jt zzt总10.50.50.240.170.517.50.913.4138.920.50.50.460.170.52.51.133.6338.930.50.50.210.170.52.50.883.7838.940.50.50.500.170.52.51.173.6738.950.50.50.930.170.52.51.60

18、4.1038.9610.51.350.170.8362.028.0228.91710.52.160.170.8362.838.8328.91810.52.890.170.8343.567.5628.915.5各道次轧制温度为确定各道次轧制温度，必须求出逐道次的温度下降量。高温时轧件温度下降 量可按辐射热计算(对流和传导所损失的热量大致可与变形功所转化的热量相抵 消)。由于辐射热所引起的温降在热轧板带时，可用下列公式近似计算 t =12.9 X z/h X( T1/1000)Z-该道次的轧制时间与上道次间隙时间之和T1-前道次的绝对温度，Kh-轧制厚度根据经验，双机架中厚度板轧机轧制材料为12C

19、rNi3A的钢板时，其粗轧温度为1200r ;精轧温度为1079C。 11=12.9 X 0.91/109 X (1200+273)/1000 4=1°C表3各道次轧制温度如表所示道次12345678Z (s)0.913.633.383.674.108.028.837.56温度差(C)133592228温度C）120011991196119311881079105710295.6计算各道次变形抗力 轧件在二轧辊机上轧制时平均轧制速度：vi=n De/60=3.14 X 1000X 40/60=2094mm/s（n 为稳定轧制速度） 轧件在四辊轧机上轧制平均轧制速度：M=n dN/60

20、=3.14 X 800X 60/60=2513mm/s（n 为稳定轧制速度） 平均变形程度：.2v环 H h R当；1=2X 2094/(140+109) X . 31/500 =4019 时1=22.14当；2=2X 2094/(109+83)X . 26/500 =4.97 时2=23.85当；3=2X 2094/(83+61)X , 22/500 =6.1 时；3=26.51当 ；4=2X 2094/(61+43)X . 18/500 =7.64 时4=29.51当；5=2X 2094/(43+27)X . 16/500 =10.7 时；5= 37.21当；6=2X 2513/(27+1

21、9)X . 8/400 =15.45 时6=29.63当；7=2X 2513/(19+15)X 4/400 =14.78 时7=26.05当 *8=2X 2513/(15+14)X .1/400 =8.67 时8=6.675.7屈服应力°的确定屈服应力一"血第一道次的屈服应力MPa,誉23屮 f 严211 xW=23倣0刘叫4.1严x271严啊呦x*=26MPa表4 各道次金属变形抗力表道次12345678变形速率（%）4.194.976.17.6410.715.4514.788.67变形程22.1423.8526.5129.5137.2129.6321.056.67度()

22、温度(C)12001199119611931188107910571029变形抗力(MPa26292922354847355.8轧制力的计算由于所生产的产品是热轧板带材，所以计算轧制力所用公式选用sims公式：其中K = L15o，f二时丽二J丽诙二124。II由轧钢工艺中的图5-24 £及R/h=500/109=4.6的关系图得出九 =1 ,由轧钢工 艺中的图6-22得4-1,因轧制时无张力，所以取 心=1,第一道次轧制力:2J- l_Oxlx 1x30 xUO xl24 - 4_46 Mpa表5 各道次轧制力表道次12345678轧制力P (MN)4.467.77.14.9109

23、5.781.6第六章轧辊强度校核6.1二辊强度校核辊身强度只需校核第5道次轧辊的强度J = J 字-号= 1Qx10*x（空譽?一罟“了仙亦= 63,75MPaAf _ 4/860x1$ O_1D3 O lxlOOtf辊颈强度弯曲应力前5道次中因为第5道次轧制力最大，并使用同一轧辊，所以只需校核第5道次 辊的强度：=1875x10®Nmm；Olrflawoxio6OlxMO3=44MPar二呱辊颈所受到的扭矩扭转应力Ij，前5道次轧辊辊颈相同都为750mm故R=350mm其中第5道次的压下量与轧制 力最大，所以只需计算这两道次。第5道次：“出1服1汕5冷：】灯（»|75山2

24、997x10° Nmm_ 1 .严J_8U.'U 一 MPa对于钢辊，根据第四强度理论:-呱-讦皿11* 48马MPa辊头强度受力分析如图4所示图4二辊辊头受力分析图b =li =Ux235=353mm bo=D=94(hm ；尸=血-2/36)=1413nX ()敝-25)呦曲"2 ®mm；加 玖 ”13x153 216189 NAfo=7%/6=0_08xltf N.mm; Hwz> Mn则校核弯曲力矩(io-2/3bJ bs3= 88J6MPa所以二辊满足生产要求。6.2四辊强度校核6.2.1支承辊强度因后道次中第6道次轧制力最大，所以仅校核第

25、 6道次即可621.1辊身强度Msh= P（乎-吕）轧制力主要由支承辊承受，它对辊身产生的弯矩 ：4 8弯曲应力-shMsh0.1D 支3错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=9错误！未找到引用源。=4725错误!未找到引用源。N错误！未找到引用源。mm 误！未找到引用源。=错误！未找到引用源 =错误！未找到引用源。=27.3Mpa6.2.1.2辊颈强度辊颈所受到的弯矩弯曲应力：二j未找到引用源未找到引用源。=错误！未找到引用源。=2025错误！未找到引用源。Mpa错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=27.78Mpa621.3 辊头强度无计算内容因支承辊采用

26、合金锻钢，SH=45-50,错误！未找到引用源。=700Mpa;错误! 未找到引用源。；所以支承辊满足生产要求。6.2.2 工作辊强度6.2.2.1 辊身强度辊身所受到的弯矩：!j号；弯曲应力M j0.1d3错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=9错误！未找到引用源。=4432.5Mpa 错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=86.57Mpa 622.2辊颈强度辊颈所受到的扭矩：Mn二；扭转应力：错误！未找到引用源。=错误! 未找到引用源。错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=200错误！ 未找到引用源。N错误！未找到引用源。mm错

27、误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=5.1Mpa；辊颈强度M n=P( © X , RAh +d/2)=0.47MN?m h最大轧制力时的压下量此处忽略摩擦M=P/4X l 1=17.68/4 X 0.6=2.65MN ?口则 “=MM (0.1dJ) =122.69 Mpa t j1=M/ (0.2d13) =10.88Mpa； 对于钢轧辊： “= 时 3 2 =124.13Mpa 因为(T b/(T sh1=833/124.13=6.7>5 所以辊颈安全辊头强度校核图5工作辊辊头受力分析图当万向联接轴传递的扭转力矩为M时，合力P为P=M/(b&#

28、176;-2b/3)式中bo扁头的总宽度b 扁头一个分支的宽度根据轧制理论与工艺 表7-3 :A =13j=1 Jx210=315nm ；二 750tann ； P=Afiz/(6»-2/3&)=407X ()5-2炖)泗住册27(门2；加 FX-Mx7(U2-28623 N!ft=H&/6 = 002x1” N.mmHAMn 则校核弯曲力矩 k=l_65幻匸&3b) bs厂冗事;故辊头符合安全要求则四辊安全6.3接触应力铸铁轧辊的弹性模量 错误！未找到引用源。=115Gpa泊松比 错误！未找到引 用源。=0.3，错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=0

29、.252错误！未找到 引用源。合金锻钢轧辊的弹性模量 错误！未找到引用源。=206Mpa泊松比错误！未找到引用 源。=0.3，错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=0.141错误！未找到引 用源。错误！未找到引用源。=0.293错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。=1.5错误！未找到引用源。=1.5错误！未找到引用源。=1.5 错误！未找到引用源。=6553 KN错误！未找到引用源。mm错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=1.72错误! 未找到引用源。Mpa隘=0-304 = S22.9Mpa工作辊和支承辊 HS>45 (J=2100Mpa, =6

30、40Mpa；错误！未找到引用源。 <，错误！未找到引用源。，所以工作辊和支承辊都满足 生产要求。第七章主电机容量校核7.1计算轧制力矩根据计算公式Mz =2 :lp ,l 表示接触弧长度，根据大量实验数据统计，热轧板带材:=0.40.6取:=0.5。第一道次：错误！未找到引用源。=2错误！未找到引用源。；其它道次计算方法如上，计算结果见表6。7.2附加摩擦力矩的确定轧辊轴承中的附加摩擦力矩错误！未找到引用源。；d-轧辊辊颈直径，f -轧辊轴承摩擦系数，对于滑动轴承取 f=0.070.1 , f=0.08 第一道次：错误！未找到引用源。=4.46错误！未找到引用源。；传动机构中的摩擦力矩错

31、误！未找到引用源。（错误！未找到引用源。-1 ）错误！未找到引用 源。（错误！未找到引用源。）错误！未找到引用源。一一传动机构效率（一级齿轮传动效率一般为0.960.98 ）i 轧辊与主电机的传动比；Mz 轧制力矩；Mmi轧辊轴承中的附加摩擦力矩取错误！未找到引用源。=0.98 i 齿轮传动比（取i=1 ）错误！未找到引用源。（错误！未找到引用源。-1 ）错误！未找到引用源。（0.55错 误！未找到引用源。）=0.0167 Ml?m附加摩擦力矩的计算M庐错误！未找到引用源。+错误！未找到引用源。=0.2676+0.0167=0.284 MN?mM m1 轧辊轴承中的附加摩擦力矩 M m2 传动

32、机构中的摩擦力矩。7.3空转力矩的计算空转力矩的计算公式为：M k=（0.030.06）M h M电动机的额定扭矩（取 MK=0.03Mh）则二辊轧机主电机空转力矩为：M=0.03Mh=0.03 错误！未找到引用源。四辊轧机主电机空转力矩为：M=0.03MH=0.03错误！未找到引用源。0.82错误！未找到引用源。其它道次计算方法如上，计算结果见下表表6 各道次空转力矩表道次12345678M (MNm0.5500.0880.800.40.890.5670.2600.0359660Mm (MNm0.2670.462 :0.420.20.600.5400.3470.096 :6940Mn2 (M

33、Nm0.0170.0270.020.00.020.0220.0120.0035159Mn (MNm0.2840.4890.450.30.630.5620.3590.0991090M (MNm0.0720.072 :0.070.00.070.05027220.0500.0507.4轧辊力矩图静力矩 Mj= MZ/i + IM+ Mk i=1，即 Mj= M+ IM+ M加速轧制时，动力矩 M =GD)X a/375 查阅相关资料可知 12CrNi3AI的密度是 7.82g/cm3所以M二错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。MN?m减速轧制时，动力矩 M =GDx b/3

34、75所以M =错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=0.236MNPm因为M << M 所以忽略动力矩M在各个期间内转动的总力矩为：加速轧制期 M2=M + M ，不考虑动力矩，则M=M=M + M+ M=0.55+0.284+0.072=0.906 MN ?m等速轧制期M 3=M=0.906MNPm减速轧制期 M 4= Mj- M=M=0.67 MN?m空载加速期 M 1= Mk+ M=M=0.229 MN?m空载减速期 M 5=M M=M=-0.164 MN?m道次12345678M0.2290.2290.2290.2290.2290.2070.2070.2070.9061.4391.3320.8471.5921.1790.6690.184M3 :0.9061.4391.3320.8471.5921.1790.6690.184:0.6701.2031.0960.6111.3560.9430.433-0.054IM-0.164-0.164-0.164-0.164-0.164-0.186-0.186-0.186表7各道次力矩表（表中力矩单位均为M!?m）7.5计算各机架电机最大输出力矩及等效力矩 等效力矩MUm计算公式如下：MUm=错误！未找到引用源。式中：刀t n轧制时