中厚板压下规程设计

第一章选择坯料1.1制定生产工艺产品牌号：45钢产品规格：hxbxl=10x1900x10000mm本次所设计的产品为中厚板，连铸坯节能，组织和性能好，成材率高，主要用于生产厚度小于80mm中厚板，所以坯料选用连铸坯。根据车间设备条件及原料和成品的尺寸，确定生产工艺过程如下：原料的加热f除鳞f轧制（粗轧、精轧）f矫直f冷却f划线f剪切f检查f清理f打印f包装。板坯加热时宜采用步进式连续加热炉，加热温度应控制在1200°C左右，以保证开轧温度达到1150C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。板坯的轧制有粗轧和精轧之分，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。1.2确定坯料尺寸所设计的产品的尺寸为hxbxl=10x1900x10000mm，加上切边余量，将宽度设计为1950mm，长度暂时不定，设计坯料的尺寸。产品的厚度h为10mm，首先选取压缩比，压缩比由经验值选取，选取的最低标准为6-8，因此压缩比选取9，则坯料厚度H为90mm，由b=1950mm，坯料L=b-600,取坯料长度L=1350mm，由于体积不变，坯料在轧制过程中会产生废料，选择烧损为98%，切损设计为98%，所以成材率K=99%X98%=97%，则hxbxl=HxBxHxK计算得到B=1610mm，最终确定坯料尺寸为：HxBxL=90x1610x1350mm。第二章变形量分配2.1确定轧制方法先经过二辊轧机纵轧一道，在不考虑切边的情况下，使板坯长度等于成品宽度，然后转90°横轧到所需规格。2.2确定道次压下量坯料尺寸：HxBxL=90x1680x1350mm，则总的压下量为90-10=80mm。选取轧制道次n=10，根据经验方法制定压下规程。粗扎为前5道次（选取二辊可逆轧机），精轧为后5道次（选取四辊可逆轧机），制定压下规程如表1：表2-2道次压下量的分配粗扎道次轧制方式机架h/mmb/mml/mm△h/mm8/%0除鳞高压水9016101350\\1纵轧二辊7014351950200.222横轧二辊5519501826150.213横轧二辊4019502510150.274横轧二辊3019503347100.255横轧二辊251950401650.17精轧6横轧四辊201950502050.27横轧四辊161950627540.28横轧四辊141950717120.139横轧四辊121950836620.1410横轧四辊1019501003920.17第三章变形工具的设定3.1二辊可逆轧机的确定初轧机轧辊受力较大且有冲击负荷，为提供的强度，粗轧选用二辊锻钢轧辊，辊面硬度HS=35〜40。3.1.1辊身长度L和轧辊名义直径D的确定：L=b+a当b=1000〜2500mm,a=150〜200mm。因为b=1950mm，选取a=200mm，得：L=bma+a=1950+200=2150mm中厚板轧机L/D=2.2〜2.8,选取2.5，得到D=860mm。3.1.2辊颈直径d和长度l的确定辊颈选用滚动轴承d/D=0.5〜0.55,取0.55,得到辊颈直径d=470mm；l/d=0.83〜1.0，取辊颈长度l=400mm。3.1.3辊头的尺寸计算中厚板轧制辊头选用万象辊头：D=D—(5〜15)s=(0.25〜0.28)D1b=(0.15〜0.20)D1a=(0.50〜0.60)D1c=(0.50〜1.00)b计算的d1=850mm，s=212mm，a=425mm，b=170mm，c=170mm。3.1.4过渡圆角r=(0.1〜0.12)D=0.12x860=103mm3.1.5校核咬入条件咬入角一般a=15〜25°，取a=20。.h =(1—cosa)xD=(1—cos20)x860=51mm，粗轧各道次压下量h最大为20mm，满足咬max入。3.2四辊可逆轧机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，且直接较大，要考虑强度和轧辊淬透性，多选用含合金锻钢，因此四辊可逆轧机的工作辊选用铸铁轧辊HS=50〜60，支承辊选用合金锻钢，HS=45〜50。3.2.1辊身的尺寸确定根据公式：L=b+amax当b=1000〜2500mm,a=150〜200mm,得L=b +a=1950+200=2150mm。max max工作辊直径D:D=L/(3.2〜4.5)=L/4=538mm支承辊直径D:D=L/(2.0〜2.5)=L/2=1075mmD/D=1075/538=2.0e(1.6~2.0)3.2.2辊颈的尺寸确定工作辊：d=(0.5〜0.55)D=0.5x538=269mml=(0.83〜1.0)d=1.0x269=269mm支承辊： 1 1d=(0.5〜0.55)D=0.5x1075=537mml=(0.83〜1.0)d=1.0x537=537mm3.2.3辊头尺寸的确定工作辊选用万象辊头，由于支承辊不传递扭矩，故不需要辊头。对工作辊：D=D-(5-15)D=530mms=(0.25〜0.28)D=132mmb=(0.15〜0.20)=106mma=(0.50〜0.60)D=265mmc=(0.50〜1.00)b=106mm3.2.4过渡圆角工作辊：r=(0.1〜0.12)D=0.12x538=64mm支承辊：r=(0.1-0.12)DD=0.12x1075=129mm3.2.5校核咬入咬入角一般a=15-25°，取a=20°,h =(1-cosa)xD=(1-cos20)x538=32mmmax大于5mm，满足咬入条件。轧机尺寸设计如下表：表3-1轧辊尺寸过渡圆辊身/mm角/°辊径/mm辊头/mm参数LDrldD1sabc二辊2150860103400470850212425170170支承辊215053864269269530132265106106工作辊21501075129537537\\\\\第四章轧制力计算4.1速度和时间制度的确定中厚板轧件较长，为操作方便选用梯形图。根据经验资料取平均加速度a=40rpm/s，平均减速度b=60rpm/s。由于咬入能力很富余，故采用高速稳定咬入，1至5道次咬入稳扎速度n=20rpm，抛1出速度n=20rpm，6至10道次咬入稳扎速度n=60rpm，抛出速度n=30rpm，t、v、l为TOC\o"1-5"\h\z2 1 2 111稳扎时的时间、平均速度、所扎扎件长度，t、v、l为减速轧制时间，t为间隙时间，t2 2 2 0 j为轧制时间，计算公式如下：t=l/v；t=(n-n)/b；111 2 12v1=n1nD/60；v=(n+n)nD/120；2 1 2l=l—l；l=Vt；t=t+t+tj0 1 2间隙时间t0:根据经验，四辊轧机往返轧制，一般：LW3.5m，不用推床定心，t0=2.5s；LW8m，用推床定心，t=6s；L>8m，用推床定心，t=4s。计算结果如下表：表4-1轧制速度时间表v/mmv/m道次n/rpmn/rpmt/st/st/st/s/sm/sl/mml/mm1202019.717.52.29001950220204.62.52.19001826320205.32.52.89002510420206.32.53.890033475202010.664.69004016660309.162.6 0.5168912674386634760309.963.4 0.51689126756416348603010.463.9 0.5168912676537634960309.144.6 0.516891267773263410603010.145.6 0.5168912679405634由表可以得出粗扎时间为46.5s，精轧时间为48.6s，相差不大，满足一般生产要求。

4.2各道次轧制温度的确定第一道次轧制之前，坯料被加热，为保证产品质量，粗轧时，应将坯料温度控制在950°C〜1200°C之间，各道次轧制结束后轧件温度也应控制在这个范围内。因此我们选取开轧温度取1150C，则T1=1150+273=1423K。为了确定各道轧制温度，必须求出逐道的温度降。高温时的轧件温度降可以按辐射散热计算，而认为对流和传导散失的热量大致可与变形功转化的热量相抵消。由于辐射散热所引起的温度降，在热轧板带时，可用以下公式进行计算：根据公式：zTAt=12.9-（-^）4

h1000式中Z——为辐射时间，即该道纯扎时间t+1，Z=t+1；T——前一道的绝对温度，单位1 2 1 2 1K。由于轧件头部和尾部温度降不同，为设备安全着想，确定各道温度降时，应以尾部为准，同时间隙时间也有温度降，即公式:tTA.tTA.=12.9方(场00)4现按上式计算逐道温降。根据经验，一般的，取开轧温度为1150C。例如：第一道（纵轧）2.21423t头］=10-At=1423-12.9x--x（而^）=1421.3k17.5 1421.7t尸］=t尸］-A"=1421.7-12.9x-—x（顶顷）=1420.3K同样道理可计算其它道次的轧制温度，结果如表4-2所示。4.3各道变形程度由公式变形程度，即压下率s=Ah/H，其中Ah为各道次压下量，H为各道次前轧件的厚度，如第一道次的压下率s=Ah/H=20/90=0.22，其他各道次压下率见下表4-2。4.4各道次变形速率由公式仓二工、:'竺其中v表示各道次轧辊最大速率，见表4-1，H为各道次前轧件H+h\R的厚度，h为各道次后轧件的厚度，Ah表示各道次压下量，R表示工作辊的辊身的半径。因为咬入速度，稳轧速度，抛出速度取值不同，则v在各道次不全相同。如第一道次的变形速率S=土、:竺=空绶：史=2.43，其他各道次变形速率见表4-2。H+心R90+70"4304.5屈服应力。的确定

0.14345钢的屈服应力b=1.33s0.252£ e-0.00251x9.81,例如，弟一道次的屈服应力：Sb,=133s0.252£]0.143e-0.0025T]/9.81=1.33x0.220.252x2.430.143x2.718-0.0025x1420.3x9.81=29MPa其他各道次金属变形抗力见表4-2表4-2头部温尾部温度纯扎时间隔时压下量变形速变形程屈服应力道次度/K/K间/s间/s/mm率度/MPa014231423\\\\\\11421.31420.32.217.5202.430.22292140814062.12.5152.690.2130.131402.51399.42.82.5153.540.273441393.11389.13.82.5103.920.2534.751380.313694.6653.530.1732.6613621348.73.16510.240.241.771338.31322.83.96411.440.245.281310.41294.14.4629.710.1342.191278.71267.25.14211.20.1447.51012471234.56.14213.240.1755.24.6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：P=pbl P=n；K其中K=1.15b，l=.、：而。s由轧钢工艺中的图5-24s及R/h的关系图得出气，由轧钢工艺中的图5-22得气=1，因轧制时无张力，所以取气'=1,第一道次轧制力：° °p=n‘K=& 126.7MPap=—bl=3.99MPa其它各道次见下表4-3：表4-3nnn''L接触长度5bbRP/Mpam192.70.8114303.99280.30.8114303.2380.30.8114304.99465.50.9114304.6546.40.9114303.05636.70.9112693.08732.81.0112692.99823.21.0112691.75923.20.9112691.981023.20.8112692.3第五章轧辊强度校核5.1二辗强度校核5.1.1辗身强度轧制力对辗身产生的弯矩Msh=p（¥—8），弯曲应力CM sh—,sh5.1二辗强度校核5.1.1辗身强度轧制力对辗身产生的弯矩Msh=p（¥—8），弯曲应力CM sh—,sh0.1D3由表4-3可知，前5道次中第3道次轧制力最大，而轧件宽度相同并使用同一轧辗，所以只需校核第3道次轧辗的强度L+1b 2150+4301950xM^ =M =P（耳-g）=4.99x106（ 4 —）=1.96x106NmMb=shmaxshmax 0.1D31.96=30.8MPa0.1x0.8635.1.2辗颈强度1 M辗颈所受到的弯矩M.壬弯曲应力。,=而前5道次中因为第3道次轧制力最大，并使用同一轧辗，所以只需校核第3道次辗的强度：M=M=4.99x0.4=499x106Nmmjmax j3 4bjmaxj=499x106=48MPa0.1d3 0.1x4703msx—辗颈所受到的扭矩：M/网序R扭转应力tj=备前5道次轧辗辗颈相同都为860mm，故R=430mm，其中第1与3道次的压下量与轧制力最大，所以只需计算这两道次。第1道次：M1=3.99x0.5xJ20x430=185x106NmmTj1M

n1-

0.2d3185x1060.2x4703=8.9MPa第3道次：M=4.99x0.5x、15x430=200.38x106Nmm3T=M^=200.38x106=9.65MPaj3 0.2d3 0.2x4703所以只需对第三道次进行校核。对于钢辊，根据第四强度理论：。h=32+对于钢辊，根据第四强度理论：。hqh =(―+3v2—=7第2+3x9.652=50.83MPa5.1.3辊头强度因辊头是万象辊头，其断面不规则形状，近似为矩形。Q「850mm，S=212mm，D1/S"4查表5-1可知：a=0.282表5-1矩形截面杆扭转时的系数。、8和Yh/l1.01.21.52.02.53.04.06.08.010.08a0.2080.2190.2310.2460.2580.2670.2820.2990.3070.3130.33380.1410.1660.1960.2290.2490.2630.2810.2990.3070.3130.333Y1.0000.9300.8580.7960.7670.7530.7450.7430.7430.7430.743辊头所受扭转切应力x=-M^aDs21因前5道次中第3道次所受扭转力矩最大，所以只需校核第3道次辊头强度M 200.38x106'max——侦房一0.282x850x212—' &1轧辊材料为锻钢，辊面硬度为HS=35~40，查找机械设计手册得材料的抗拉强度为q疽700MPa，抗剪强度t=400MPa气/。h-3，气/气>3，t/t>3，所以二辊满足生产要求。5.2四辊强度校核5.2.1支承辊强度因后5道次中第6道次轧制力最大，所以仅校核第6道次即可5.2.1.1辊身强度轧制力主要由支承辊承受，它对辊身产生的弯矩Msh=p（w-8），弯曲应力MQ= sh—sh0.1D支3L+1L 2150+5371950、M=M=P（―4—-耳）=3.08x106x（ 4 -8~）=1318.63x106Nmm=10.62MPa—M_1318.63x106

shmax-0.1D3=0.1x1075=10.62MPa5.2.1.2辊颈强度辊颈所受到的弯矩气=牛弯曲应力。广MjmaxPl_3.08x106x537T= MjmaxPl_3.08x106x537T= 4=413.88x106MPacjmaxM413.88x106jmax= 0.1d3 0.1x5373=26.25MPa5.2.1.3辊头强度无计算内容因支承辊采用合金锻钢知HS=45〜50,抗拉强度气=700MPa；气/c >3,气/气max>3,所以支承辊满足生产要求。5.2.2工作辊强度5.2.2.1辊身强度因工作辊不承受轧制力，所以辊身无计算内容5.2.2.2辊颈强度辊颈所受到的扭矩M=P^AhR， 扭转应力tnM— n j 0.2d工3因后5道次中第6道次轧制力p和压下量Ah最大，所以仅计算该道次即可M=M6—3.08x106x0.5xJ5x269—56.48x106NmmtjmaxM nmax0.2d356.48x106

0.2x2693—14.5MPa5.2.2.3辊头强度因辊头是万象辊头，其断面不规则形状，近似为矩形，D]=530mm，s=132,DJs=4,查表5-1得a=0.282辊头所受扭转切应力X=^n-aDs21因后5道次中第6道次所受扭转力矩最大，所以只需校核第6道次辊头强度t=t=^n^——56.48x106_=28.52MPa

max6aDs2 0.282x530x132.51四辊可逆轧机的工作辊选用铸铁轧辊HS=50〜60，查机械设计手册知材料的抗拉强度cb=450MPa，抗剪强度为T=350MPa，气/c>3，t/t>3，所以支承辊满足生产要求。5.2.3接触应力1—V2铸铁的弹性模量E1=115GPa，泊松比七=0.3，所以k〔=一p=0.252x106MPa-111—V2合金锻钢E2=206GPa，v2=0.3，所以k2= 2=0.141x106MPa-12所以9=匕+k2=0.393x10-5MPa-1q=1.5%=1.5P/L=1.5x3.08x106/1950=2.37KKNmmb=：q*R1+R2)=：'2370x(269+537)=584.2MPa

max\In29R]R2 、兀2x9x269x537t=0.304b =177.6MPa工作辊和支承辊HS>45，所以[b]=2100Mpa，[t]=640Mp，由表5-2可知表5-2许用接触应力值支承辊表面硬度HS许用应力/MPa许用应力/MPa301600490402000610602200670852400730因bmax<[b]、Tmax<[t]，所以工作辊和支承辊都满足生产要求第六章主电机容量校核6.1计算轧制力矩根据计算公式M=2（plp,l表示接触孤长度z根据大量实验数据统计，热轧板带材甲=0.42〜0.5,取平=0.5第一道次：M=2x0.5x92.7x3.99=0.37Mnm其它道次计算方法如上，计算结果见表6-1。6.2附加摩擦力矩的确定6.2.1轧辊轴承中的附加摩擦力矩根据计算公式轧辊轴承中的附加摩擦力矩Mmi=pfdd-轧辊辊颈直径f-轧辊轴承摩擦系数，对于滚动轴承取f=0.005第一道次：M1=P1fd=3.99x0.003x470=9.38KNm其它道次计算方法如上，计算结果见表6-16.2.2传动机构中的摩擦力矩根据计算公式M2=（1-1）Mz+Mm1i一轧辊与主电机的传动比，这里为1；M二一轧制力矩；心小一轧辊轴承中的附加摩擦力矩；门一传动机构的效率，即从主电机到轧机的效率，取门=0.95。… ，1… ，1八第一道次：Mm2=（诫F0.37+0.00938八八。x =0.02KNm其它道次计算方法如上，计算结果见表6-16.2.3附加摩擦力矩的计算M=%+Mmi m2心小一轧辊轴承中的附加摩擦力矩M一传动机构中的摩擦力矩m2第一道次：M=0.00938+0.00=0.02938

其它道次计算方法如上，计算结果见表6-1表6-1道次1Mm1/Knm9.38Mm2/Mnm0.02Mz/Mnm0.370Mm/Mnm0.0293827.520.0140.2570.02152311.730.0220.4000.03373410.810.0170.3010.0278157.170.00790.1420.0150764.140.00620.1130.0103474.020.00540.0980.0094282.350.00220.0400.0045592.660.00250.0450.00516103.10.0030.0530.006106.3电动机额定力矩的计算二辊轧机主电机型号ZD250/120,额定功率2500X2KW，转速0〜40〜80rpm，过载系数2.25，最大允许传递扭矩1.2X2MN-m;四辊轧机主电机型号ZD250/83，额定功率2050X2KW,转速0〜60〜120rpm，过载系数2.5,最大允许传递扭矩0.83X2MN・m二辊轧机主电机额定力矩的计算：9550N 9550N H1nH19550x2500x280=0.597KNm四辊轧机主电机额定力矩的计算:9550N 9550N H2nH29550x2050x2100=0.392KNmNH1、NH2分别为二辊轧机主电机和四辊轧机主电机的额定功率；nH1、nH2分别为二辊轧机主电机和四辊轧机主电机的所选用的转速(n=80rpm、n=100rpm)6.4空转力矩的计算空转力矩的计算公式为：Mr=0.05Mh二辊轧机主电机空转力矩为：M^=0.05Mh1=0.05x0.6=0.03MNm四辊轧机主电机空转力矩为：M22=0.05Mh2=0.05x0.4=0.02MNm

6.5动力矩的计算动力矩的计算公式为：M广譬岑d-n一角加速度；g—转动部分的重量；d—转动转动部分的惯性直径dt加速时的动力矩为:Mda375dtGD2dn15x105 = x40Mda375dt减速时的动力矩为:Mda375dtGD2dn15x105 = x60=0.24Mda375dt6.6道次各阶段的传动力矩的计算6.6.1稳定轧制时的传动力矩的计算稳定轧制时的传动力矩计算公式为：mMM=—^+M+M第一道次稳定轧制时的传动力矩为：0.37M=——+0.02938+0.03=0.43MNmn1 1其它道次计算方法如上，计算结果见表6-26.6.2减速轧制时的传动力矩的计算减速轧制时的传动力矩的计算公式为：M=。+M+M*-M曲因前五道次无减速阶段，所以无需计算第六道次减速轧制时的传动力矩为：0.113M6=^^+0.01034+0.02-0.24=-0.1MNm其它道次计算方法如上，计算结果见表6-26.6.3空载减速时的传动力矩的计算空载减速时的传动力矩的计算公式为:Mn=Mk-Mda因前5道次采用相同的主电机，所以空载减速时的传动力矩相同，其值为:

M=吃-M^=0.03-0.24=-0.21MNm后5道次计算方法如上，计算结果见表6-26.6.4空载加速时的传动力矩的计算空载加速时的传动力矩的计算公式为：M=M水+Md因前5道次采用相同的主电机，所以空载加速时的传动力矩相同，其值为:M=Mk+M^=0.03+0.16=0.19MNm后5道次计算方法如上，计算结果见表6-26.6.5空转时的传动力矩的计算空转时的传动力矩的计算公式为：M=M因前5道次、后5道次分别采用相同的主电机，所以空转时的传动力矩相同6.7各机架电机输出力矩等效力矩的计算等效力矩的计算公式为：■SM2t+£M'2t'2^M=1 、冲n、、n_n_jum 乙t+乙t'n n式中Mjum——等效力矩；Stt-n-—轧制时间内各段纯轧时间的总和；St'—n-一轧制时间内各段间隙时间的总和；Mn-各段轧制时间对应的力矩；M'—各段间隙时间对应的空转力矩；第一道次的等效力矩为:其值见表6-2Mjuml=0.146MNm：0.43x0.43x0.22+0.03xMjuml=0.146MNm: 2.2+17.5其它各道次的计算方法如上，计算结果见表6-2。表6-2主电机容量校核参数输出稳定空载空载空载空载力矩轧制稳定减速减速减速加速加速的等力矩轧制减速轧轧制轧制轧制轧制轧制空转空转效力道/MNm时间制力矩