1、铜陵学院课程设计- 1 -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： =10 1900 10000mmlbh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：原料的加热除鳞轧制（粗轧、精轧）矫直冷却划线剪切检查清理打印包装。 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左右，以保证开轧温度达到 1150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
2、，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 =10 1900 10000mm，加上切边余量，将宽度设计为lbh1950mm，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 为 90mm，由 =1950mm，坯料 =b-600, 取坯料长
3、HbL度 =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L计为 98%，所以成材率 =99%98%=97%，则K=lbhKB计算得到 =1610mm,最终确定坯料尺寸为： =90 1610 1350mm 。BL- 2 -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： =90 1680 1350mm，则总的压下量为 90-10=80mm。选取轧制LBH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
4、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 道次压下量的分配道次 轧制方式 机架 h/mm b/mm l/mm h/mm /%0 除鳞 高压水 90 1610 1350 1 纵轧 二辊 70 1435 1950 20 0.222 横轧 二辊 55 1950 1826 15 0.213 横轧 二辊 40 1950 2510 15 0.274 横轧 二辊 30 1950 3347 10 0.25粗扎5 横轧 二辊 25 1950 4016 5 0.176 横轧 四辊 20 1950 5020 5 0.27 横轧 四辊 16 1950 6275 4 0.28 横轧 四辊
5、 14 1950 7171 2 0.139 横轧 四辊 12 1950 8366 2 0.14精轧10 横轧 四辊 10 1950 10039 2 0.17铜陵学院课程设计- 3 -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 。4035HS3.1.1 辊身长度 和轧辊名义直径 的确定:LD=Labmx当 =1000 2500mm, =150200mm。maxba因为 =1950mm，选取 =200mm，得：=1950+200=2150mmbLmax中厚板轧机 =2.22.8,选取 2.5，得到 =860mm。D/
6、 D3.1.2 辊颈直径 和长度 的确定dl辊颈选用滚动轴承 =0.50.55，取 0.55，得到辊颈直径 470mm； / d=0.831.0，取辊颈长度 400mm。 dl/ l3.1.3 辊头的尺寸计算中厚板轧制辊头选用万象辊头:)15(1D28.0.s1b)6(abc5计算的 =850mm， =212mm， =425mm， =170mm， =170mm。1Ds c3.1.4 过渡圆角mm103862.0)1.0(Dr3.1.5 校核咬入条件咬入角一般 =1525，取 = .mm，粗轧各道次压下量 最大为 20 mm，满足咬586)2cos1()cos1(max Dh h入。3.2 四辊
7、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 ，支承辊选用合605HS- 4 -金锻钢， 。504HS3.2.1 辊身的尺寸确定根据公式：=Labmx当 =10002500mm, =150200mm，得 = =1950+200=2150mm。maxbax工作辊直径 ： mm1D5384/).23/(支承辊直径 ： mm2 10720).6(.58/7/3.2.2 辊颈的尺寸确定工作辊：mm293.0).0(11 dmm683d
8、l支承辊：mm57.)5.(22Dmm3010l3.2.3 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：mm530)1(1mm28.25.0Dsmm6bmm)(1amm0bc3.2.4 过渡圆角工作辊： mm6453812.0).10(Dr支承辊： mm9723.2.5 校核咬入 咬入角一般 =15-25 ，取 =20 ， mm 3258)0cos1()cos1(max Dh大于 5mm，满足咬入条件。轧机尺寸设计如下表：表 3-1 轧辊尺寸辊身/mm过渡圆角/ 辊径/mm 辊头/mm参数 L D r l d D1 s a b c二辊 2150 860 10
9、3 400 470 850 212 425 170 170支承辊 2150 538 64 269 269 530 132 265 106 106工作辊 2150 1075 129 537 537 铜陵学院课程设计- 5 - 6 -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=40rpm/s，平均减速度 =60rpm/s。ab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 =20rpm，抛1n出速度 =20rpm，6 至 10 道次咬入稳扎速度 =60rpm，抛出速度 =30rpm， 、 、 为2n 1n2tv
10、1l稳扎时的时间、平均速度、所扎扎件长度， 、 、 为减速轧制时间， 为间隙时间，2tv2l 0为轧制时间，计算公式如下：jt； ；1/vltbnt/)(212； ；601Dnv 0D； ；2l2tv10tj间隙时间 ：根据经验，四辊轧机往返轧制，一般： 3.5m，不用推床定心, = 0t L0t2.5s； 8m，用推床定心， = 6s；L8m，用推床定心， =4s。L0t 0t计算结果如下表：表 4-1 轧制速度时间表道次 /rpm1n/rpm2/sjt/s0t/s1/s2t/mm1v/s/m2m/s/mm1l/mm2l1 20 20 19.7 17.5 2.2 900 19502 20 2
11、0 4.6 2.5 2.1 900 18263 20 20 5.3 2.5 2.8 900 25104 20 20 6.3 2.5 3.8 900 33475 20 20 10.6 6 4.6 900 40166 60 30 9.1 6 2.6 0.5 1689 1267 4386 6347 60 30 9.9 6 3.4 0.5 1689 1267 5641 6348 60 30 10.4 6 3.9 0.5 1689 1267 6537 6349 60 30 9.1 4 4.6 0.5 1689 1267 7732 63410 60 30 10.1 4 5.6 0.5 1689 1267
12、9405 634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。铜陵学院课程设计- 7 -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9501200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 1150，则 =1150+273=1423K。1T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：41)0(9.2
13、Thzt式中 Z为辐射时间，即该道纯扎时间 ，Z= ； 前一道的绝对温度，单121t1位 K。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： 4101)(9.2Thtt现按上式计算逐道温降。根据经验，一般的，取开轧温度为 1150。例如： 第一道（纵轧）K3.142)0(7.9124301 tt头K0.5.1尾尾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 = ，其中 为各道次压下量， 为各道次前轧Hh/hH件的厚度，如第一道次的压下率 = ，其他各道次压下率见下表 4-2
14、.09/2。4.4 各道次变形速率由公式 其中 表示各道次轧辊最大速率，见表 4-1， 为各道次前轧件2vhHRv H的厚度， 为各道次后轧件的厚度， 表示各道次压下量， 表示工作辊的辊身的半径。hhR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 ，其他各道次变形速率见表 4-2。2vhR43.2079- 8 -4.5 屈服应力 的确定s45 钢的屈服应力 ,例如，第一道次的屈服应力：81.93.1025.143.25.0TseMPa2981.78.243.89/13 3.14205.-.0.025.143.25.0 Ts e其他各道次金属变形抗力见
15、表 4-2表 4-2道次头部温度/K尾部温度/K纯扎时间/s间隔时间/s压下量/mm变形速率变形程度屈服应力/MPa0 1423 1423 1 1421.3 1420.3 2.2 17.5 20 2.43 0.22 292 1408 1406 2.1 2.5 15 2.69 0.21 30.13 1402.5 1399.4 2.8 2.5 15 3.54 0.27 344 1393.1 1389.1 3.8 2.5 10 3.92 0.25 34.75 1380.3 1369 4.6 6 5 3.53 0.17 32.66 1362 1348.7 3.1 6 5 10.24 0.2 41.77
16、 1338.3 1322.8 3.9 6 4 11.44 0.2 45.28 1310.4 1294.1 4.4 6 2 9.71 0.13 42.19 1278.7 1267.2 5.1 4 2 11.2 0.14 47.510 1247 1234.5 6.1 4 2 13.24 0.17 55.24.6 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：blPpKn其中 ， 。sK15.hRl由轧钢工艺中的图 5-24 及 R/h 的关系图得出 ，由轧钢工艺中的图 5-22 得，因轧制时无张力，所以取 =1,第一道次轧制力：nnMPaMPa7.26Kp1
17、 9.3p1bl其它各道次见下表 4-3：表 4-3L 接触长度 nnR P/Mpam1 92.7 0.8 1 1 430 3.992 80.3 0.8 1 1 430 3.23 80.3 0.8 1 1 430 4.994 65.5 0.9 1 1 430 4.65 46.4 0.9 1 1 430 3.056 36.7 0.9 1 1 269 3.087 32.8 1.0 1 1 269 2.998 23.2 1.0 1 1 269 1.75铜陵学院课程设计- 9 -9 23.2 0.9 1 1 269 1.9810 23.2 0.8 1 1 269 2.3第五章 轧辊强度校核5.1 二辊
18、强度校核5.1.1 辊身强度轧制力对辊身产生的弯矩 ，弯曲应力 ，)84(blLPMsh31.0DMshs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辊，所以只需校核第 3 道次轧辊的强度Nm663max 9.)85432150(9.4)8( blLMshshMPa.8.1.033maxax DMshsh5.1.2 辊颈强度辊颈所受到的弯矩 弯曲应力4jpl30.1jjd前 5 道次中因为第 3 道次轧制力最大，并使用同一轧辊，所以只需校核第 3 道次辊的强度:Nmm63max 1049.jjMMPa87.01.363axdjsxj辊颈所受到的扭矩: 扭
19、转应力nphR 3.2njd前 5 道次轧辊辊颈相同都为 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： Nmm61 108543205.93nMMPa9.7.18.03631dj第 3 道次： Nmm6108.240594n- 10 -MPa65.94702.138.033 dMnj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： 23hjjMPa8.506.948322maxaxmax jjh5.1.3 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。 =850mm， =212mm，1DS查表 5-1 可知
20、：1/4DS0.28表 5-1 矩形截面杆扭转时的系数 、 和 h/l 1.0 1.2 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0 6.0 8.0 10.0 0.208 0.219 0.231 0.246 0.258 0.267 0.282 0.299 0.307 0.313 0.333 0.141 0.166 0.196 0.229 0.249 0.263 0.281 0.299 0.307 0.313 0.333 1.000 0.930 0.858 0.796 0.767 0.753 0.745 0.743 0.743 0.743 0.743辊头所受扭转切应力 21sDMn因前 5 道次中第
21、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MPa.921850.362133max sn轧辊材料为锻钢，辊面硬度为 ，查找机械设计手册得材料的抗拉强度为45HS=700MPa，抗剪强度 400MPab， ， ，所以二辊满足生产要求。3/maxsh3/maxhb3/max5.2 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 ，弯曲应力()48shLlMp30.1shshD支Nmm666max 103.8)19504725(8.3)4( LlPMshsh铜陵学院
22、课程设计- 11 -MPa62.1075.06318.3maxax DMshsh5.2.1.2 辊颈强度辊颈所受到的弯矩 弯曲应力4jpl 30.1jjdMPa666max 108.4578.3PlMjjMPa2.1.04.363maxaxdjj5.2.1.3 辊头强度无计算内容因支承辊采用合金锻钢知 ，抗拉强度 MPa； ，54HS70b3/maxshb，所以支承辊满足生产要求。3/maxhb5.2.2 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 ， 扭转应力hRPMn30.2njMd工因后 5 道次中第 6 道次轧制力
23、 p 和压下量 最大，所以仅计算该道次即可Nmm666max 148.5695.018.3nnMPa.2.4.33maxax dnj5.2.2.3 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， =530mm， 1Ds=132， =4，查表 5-1 得sD/1 0.28辊头所受扭转切应力 21sDMn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- 12 -MPa52.8.135028.466166max sDMn四辊可逆轧机的工作辊选用铸铁轧辊 ，查机械设计手册知材料的抗拉强度HS，抗剪强度为 ， ， ，所以支承辊满足生MPb450Pa350/max
24、shb/max产要求。5.2.3 接触应力铸铁的弹性模量 ，泊松比 ，所以GaE153.01v 161205.MPaEvk合金锻钢 ， ，所以P2063.02v 6204.ak所以 15219.MakKNmmKLq 37.1950/8.3/. 60max MPa2.8427)(21axax RMPa6.1304.maxmax工作辊和支承辊 ，所以 =2100Mpa ， =640Mp，由表 5-2 可知45HS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/MPa30 1600 49040 2000 61060 2200 67085 2400 730因 、 ，所以工作辊和支
25、承辊都满足生产要求maxmax铜陵学院课程设计- 13 -第六章 主电机容量校核6.1 计算轧制力矩根据计算公式 ， 表示接触弧长度2zMlp根据大量实验数据统计，热轧板带材 =0.420.5,取 =0.5第一道次： Mnm37.09.75.01z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 1mMpfdd-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： KNm38.9470.931fdPMm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
26、计算公式 121()zmmii轧辊与主电机的传动比，这里为 1; 轧制力矩； 轧辊轴承中的附加摩擦力zM1m矩； 传动机构的效率，即从主电机到轧机的效率，取 =0.95。 第一道次： KNm02.1938.7.0)95.1(2 mM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 12mi轧辊轴承中的附加摩擦力矩1M传动机构中的摩擦力矩2m第一道次： 029380938.其它道次计算方法如上，计算结果见表 6-1- 14 -表 6-1道次 Mm1/Knm Mm2/Mnm Mz/Mnm Mm/Mnm1 9.38 0.02 0.370 0.029382 7.52 0.014
27、 0.257 0.021523 11.73 0.022 0.400 0.033734 10.81 0.017 0.301 0.027815 7.17 0.0079 0.142 0.015076 4.14 0.0062 0.113 0.010347 4.02 0.0054 0.098 0.009428 2.35 0.0022 0.040 0.004559 2.66 0.0025 0.045 0.0051610 3.1 0.003 0.053 0.006106.3 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 25002KW,转速 04080rpm,过载系数2.25，最大允
28、许传递扭矩 1.22MN m;四辊轧机主电机型号 ZD250/83，额定功率20502KW，转速 060120rpm，过载系数 2.5, 最大允许传递扭矩 0.832MN m二辊轧机主电机额定力矩的计算： KNnNMH597.08295011 四辊轧机主电机额定力矩的计算： mnH392.0295022分别为二辊轧机主电机和四辊轧机主电机的额定功率；12HN、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）128010HHrpmnrp、6.4 空转力矩的计算空转力矩的计算公式为： HkM05.二辊轧机主电机空转力矩为：MNm3.6011HkM四辊轧机主电机空转力矩为：MNm02.452
29、2 k铜陵学院课程设计- 15 -6.5 动力矩的计算动力矩的计算公式为： dtnGDMd3752角加速度； 转动部分的重量； 转动转动部分的惯性直径tnd加速时的动力矩为：MNm16.0437512dtnGDMda减速时的动力矩为：MNm24.0637512dtnda6.6 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：kmznMi第一道次稳定轧制时的传动力矩为：MNm43.0.02938.17. nM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： dbkmznMi因前五道次
30、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：MNm1.0-240134.06 nM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： daknM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：- 16 -MNm21.04.30daknM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： dakn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：MNm19.06.3daknM后 5 道次计算方法如上，计算结果见表
31、 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： kn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，其值见表6-26.7 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： 22nnjumtMM式中 等效力矩；ju轧制时间内各段纯轧时间的总和；nt轧制时间内各段间隙时间的总和；各段轧制时间对应的力矩；nM各段间隙时间对应的空转力矩；第一道次的等效力矩为：MNm146.05.1725730.430.1 jum其它各道次的计算方法如上，计算结果见表 6-2。铜陵学院课程设计- 17 -表 6-2 主电机容量校核参数道次稳定轧制力矩/MNm稳
32、定轧制时间/s减速轧制力矩/MNm减速轧制使时间/s空载减速轧制力矩/MNm空载减速轧制时间/s空载加速轧制力矩/MNm空载加速轧制时间/s空转力矩MNm空转时间/s输出力矩的等效力矩/MNm1 0.43 2.2 -0.21 0.33 0.19 0.5 0.03 17.5 0.1462 0.31 2.1 -0.21 0.33 0.19 0.5 0.03 2.5 0.2113 0.46 2.8 -0.21 0.33 0.19 0.5 0.03 2.5 0.3354 0.36 3.8 -0.21 0.33 0.19 0.5 0.03 2.5 0.2805 0.19 4.6 -0.21 0.33 0
33、.19 0.5 0.03 6 0.1276 0.14 2.6 -0.1 0.5 -0.22 0.5 0.18 1.5 0.02 6 0.0837 0.13 3.4 -0.11 0.5 -0.22 0.5 0.18 1.5 0.02 6 0.0838 0.065 3.9 -0.75 0.5 -0.22 0.5 0.18 1.5 0.02 6 0.0459 0.07 4.6 -017 0.5 -0.22 0.5 0.18 1.5 0.02 4 0.05410 0.079 5.6 -0.161 0.5 -0.22 0.5 0.18 1.5 0.02 4 0.0636.8 校核各机架主电机容量6.8.
34、1 校核各机架的电机输出力矩二辊轧机主电机最大允许传递扭矩 0.832MNm四辊轧机主电机最大允许传递扭矩 1.22MNm由表 6-2 知前 5 道次电机的最大输出力矩:MNm35.0maxnM后五道次的最大输出力矩:MNm8.2axn因为:MNm23.035.0maxNnMNm182M所以主电机满足负荷要求6.8.2 校核各机架的电机输出力矩因输出力矩的最大等效力矩前 5 道次为：MNm597.03.0max1ax Nnju后 5 道次为： 32.8.2ax2axMMnju- 18 -所以主电机不过热，满足生产要求。其中，粗扎前两道次梯形图及力矩图如下：（其他道次类似）精扎前两道次梯形图及力
35、矩图如下：（其他道次类似）铜陵学院课程设计- 19 -小结本次设计内容为中厚板生产压下规程的设计，主要包括轧制过程中的压下道次设，对应的压下量、速率、力矩等的设计与计算，以及轧辊的设计校核，设计最后利用AutoCAD 完成对轧辊辊形的绘画等。由于本次设计中的咬入条件富余，设计采用了高速咬入轧制技术，对轧辊的结构要求比较严格，在设计过程也中遇到了一些问题，例如一些数据的选择上没有太多的依据，许多要求经验值选取，这样在后期也导致设计出现问题，需要多次的进行修改、校核等。总体来说，经过这次的设计还是让我们学到了很多的东西，增强了问题的解决能力，知道了团体合作的重要性。在设计过程中运用到的知识贯穿整个大学所学的内容，对知识的进一步的掌握提供了很好的锻炼平台。另外在对 offic、AutoCAD 的应用过程中，进一步增加了对它们的熟练运用的程度。中厚板在工程与生产中占据了非常重要的地位，因此，对于中厚板轧制工艺的研究探讨具有重要的意义，中厚板轧制会朝着更加节能、环保的方向迈进，其中在铁水到开扎坯料间的控制是关键之处。
