中厚板压下规程课程设计Word格式.docx

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43，44，45，46，47，48

8000

9

49，50，51，52，53，55

9×

2050×

10

56，57，58，59，60，62

2300×

11

63，64，65，66，67，68

12

69，70，146，147，148，149，150

15×

二、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0~40~80rpm，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0~60~120rpm，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；

校核轧辊强度及主电机负荷；

绘制轧辊零件图、轧制表。

四、设计时间

设计时间从2014年05月18日至2014年05月30日，为期两周。

五、设计要求

每个设计小组提供6个以上设计方案，1成员完成1个设计方案的全部设计工作；

组内分析、评价各个方案的设计结果，以最佳方案作为本组设计方案；

小组提交最佳方案的设计说明书1份，组员提交个人的设计小结（简述方案、设计思路、计算过程和结果评价）。

材料成型教研室

2014.05.18

摘要

本设计为中厚板压下规程课程设计。

经过查阅资料，首先要制定生产工艺及工艺制度，经过生产工艺及工艺制度的确定，采用纵-横轧制方法。

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。

首先设计了中厚板压下规程生产工艺及工艺制度，采用纵-横轧制方法进行轧制，然后选择坯料的种类，再计算出坯料的尺寸。

为了保证轧制过程中轧制力在规定的范围内，先粗略估计，再进行对压下量的分配。

这些都算好后进行对你设计排样形式进行绘图，并且书写说明书，以此设计中厚板压下规程的各个部分的尺寸，保证设计中计算的正确，从而选择合格的轧辊。

关键字：

二辊、四辊可逆轧机，中厚板，纵-横轧制

设计小结

附表一13×

9000压下规程轧制表

附图一轧制速度图

第1章制定生产工艺及工艺制度

1.1制定生产工艺及工艺制度

1.1.1制定生产工艺流程

选择坯料→原料清理→加热→除鳞→纵轧一道（使长度接近成品宽度）→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。

1.1.2制定工艺制度

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1120~1300℃，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量接近纵轧温度，轧后快冷到相变温度以下，冷却速度大多选用5~10°

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。

1.2坯料选择

1.2.1选择坯料

根据生产经验和实践可知，连铸坯的组织、性能好，且成材率也很高，故选择连铸坯。

1.2.2坯料尺寸的确定

1.2.2.1坯料厚度的确定

根据经验，我国的中厚板生产实践表明采用厚度150mm的连铸坯生产12mm以下的钢板比较理想，故取坯料高度H=160mm。

1.2.2.2坯料长度的确定

采用先纵轧一次，使坯料长度尺寸接近于成品宽度，再转90°

横轧到底，则坯料长度L=B+切边量—延伸量，取切边量为25mm，延伸量取500mm，可得：

L=1750+2×

25-500=1250mm。

1.2.2.3坯料宽度的确定

金属烧损系数一般为1%，采用板型控制技术来减少头尾形状偏差，切头尾△L取70mm，切边△b=25mm，由体积不变定律可得：

99%×

H×

B×

L=9140×

13，

带入数据解得：

B=1050mm，则取B=1100mm。

1.3中厚板压下量

1.3.1确定轧制道次

由H=160mm，h=13mm，取轧制道次n=10（二辊5道次，四辊5道次）。

1.3.2分配各道次压下量，计算各道次变形程度及轧件尺寸

先用延伸量轧制把坯料的长度L轧成b（或接近b，共一道纵轧）且不忽略宽展，由体积不变定律得：

L×

H=B1×

L1×

（H-△h）得△h=45mm，

即：

第一道次压下45mm，同理可得其余道次压下量分配、变形程度、轧后尺寸如下表1-1所示。

道次

厚度

宽度

长度

压下量

变形量%

160

1100

1250

-

115

1750

28.0

粗轧

83

1524

32

27.80

61

2073

22

26.50

2810

16

26.20

34

3719

24.40

26

4863

23.50

精轧

20

6322

23.10

7902

20.00

14

9030

12.50

13

9724

7.00

表1-1热轧160×

1100×

1250mm中厚板压下量分配情况

第2章设计变形工具

2.1设计二辊

2.1.1辊身长度

由L=bmax+a，又因为bmax=1750mm，由轧钢机械可知：

当bmax=1000~2500mm时，a=150~200mm，此处取a=150mm，则L=1750+150=2000mm。

2.1.2辊径尺寸

由轧钢机械表3-2知：

中厚板轧机L/D=2.2~2.8，则D=678~863mm，取D=800mm。

2.1.3辊颈尺寸

由轧钢机械表3-5知：

d/D=0.67~-0.75，取d/D=0.75得d=800×

0.75=600mm；

辊颈长度l：

l/d=0.83~1.0，取l/d=1.0得l=d=600mm。

2.1.4辊头设计

因为中厚板轧机需要轧辊调整行程比较大，故选择万向辊头，具体尺寸关系如下：

Dmin=Dmax-Dmax×

重车率，中厚板轧机最大重车率5%~8%，此处重车率取5%

名义直径：

D=Dmax-Dmin=Dmax-Dmax×

5%=800-800×

5%=760mm，

D1=Dmin-（5-15）mm取D1=Dmin-10=760-10=750mm，

S=（0.25-0.28）D1取S=0.26D1=0.28×

750=210mm，

a=（0.50-0.60）D1取a=0.60D1=0.60×

750=450mm，

b=（0.15-0.20）D1取b=0.20D1=0.20×

750=150mm，

c=（0.50-1.00）b取c=1.00b=1.00×

150=150mm。

2.1.5辊颈与辊身的过度圆角r

r/D=0.1~0.12取r/D=0.1得r=0.1×

800mm=80mm。

2.2设计四辊

2.2.1.支承辊设计

2.2.1.1辊身长度

L=1900mm。

2.2.1.2辊径尺寸D2

由轧钢机械表3-3知：

L/D2=2.0~2.5，D2=760~950，

取D2=950mm。

2.2.1.3辊颈尺寸

d2/D2=0.67~0.75，d2=636.5~712.5

取d2=700mm，

辊颈长度l2=600mm。

2.2.1.4辊头尺寸

由于支承辊是从动辊，所以辊头设计无内容。

2.2.2工作辊设计

2.2.2.1辊身设计

L=1900mm，D1=950。

2.2.2.2辊径尺寸

当轧件较厚（咬入角较大）时，由于要求较大工作辊直径，故选用较小的D2/D1

由表3-3知：

D2/D1=1.5~2.2，取D2/D1=1.5，

得D1=950÷

1.5=633.3mm，取D1=630mm。

2.2.2.3辊颈尺寸

由表3-5知：

d1/D1=0.67~0.75，取d1/D1=0.75，

得d1=470mm，

辊颈长度：

l1/d1=0.83~1.0，取l1/d1=0.83，

得l1=0.83×

470=390mm。

2.2.2.4辊颈与辊身的过度圆角r

r1/D1=0.1~0.12，取r1/D1=0.1，

得r1=0.1×

630mm=63mm。

2.2.2.5辊头设计

同上选择万向辊头，具体尺寸如下所示

重车率重车率取5%，则

Dmin=630-630×

5%=598.5mm，

D1=Dmin-（5-15）mm，取D1=Dmin-8.5=590mm，

S=（0.25-0.28）D1，取S=160mm，

a=（0.50-0.60）D1，取a=370mm，

b=（0.15-0.20）D1，取b=130mm，

c=（0.50-1.00）b，取c=130mm。

2.3校核咬入能力

热轧钢板时咬入角a一般为15°

~22°

，低速咬入a可取为20°

，故△hmax=D1（1-cosa）=800×

（1-cos20°

）=48.2mm，纵观压下量配置情况，满足要求，可以咬入。

第3章计算力能参数

3.1选择速度图

由于轧件较长，轧制时间较长，所以选择梯形图更合适。

3.2设计轧制速度（n1、n2、n3、a、b）

根据条件可知：

二辊轧机转速在0~40~80rpm，

四辊轧机转速在0~60~120rpm，

根据经验资料取平均加速度a=40rpm/s，平均减速度b=60rpm/s。

在二辊轧机上轧制时，取咬入转速n1=10rpm，n2<

nH（nH-电机的最大转速）=30rpm，取n3=20rpm

在四辊轧机上轧制时，取咬入转速n1=20rpm，n2<

nH（nH-电机的最大转速）取n2=40rpm，取n3=30rpm。

3.3速度图

（速度梯形图）

3.4计算各道次时间

假定第一道：

空载加速时间为t1，加速轧制时间为t2，设等速轧制时间为t3，

减速轧制时间为t4，空载减速时间为t5。

对于二辊轧机

空载加速时间：

t1=n1/a=10/40=0.25s，

加速轧制时间：

t2=（n2－n1）/a=（30-10）/40=0.5s，

等速轧制时间：

t3=1/n2×

[n12/2a+60L/πD+n32/2b-n22×

（1/2a+1/2b）]=0.3s，

减速轧制时间：

t4=（n2－n3）/b=（30-20）/60=0.17s，

空载减速时间：

t5=n3/b=20/60=0.33s，

所以纯轧时间：

tz=t2＋t3＋t4=0.5+1.00+0.17=0.97s。

如果轧件长度l≤3.5m取间隙时间tj=2.5s，

如果轧件长度3.5m<

l<

8m取间隙时间tj=6s，

如果轧件长度l>

8m取间隙时间tj=4s，

所以第一道次中tj1=2.5s。

同理，其它各道次的时间组成如表3-1所示。

表3-1各道次时间具体分配情况

t1（s）

t2（s）

t3（s）

t4（s）

t5（s）

tj（s）

tz（s）

t总（s）

0.25

0.5

0..3

0.17

0.33

2.5

0.97

35.55

0.115

16+2.5

0.76

0.55

1.22

0.24

2.91

2.96

3.63

3.29

3.95

60.7

4.68

5.35

6.19

6.86

7.27

0.17

7.94

7.93

8.60

3.5计算各道次轧制温度

为了确定各道次轧制温度，必须求出逐道的温度降。

高温时轧件温度降可以按辐射热计算，而认为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度降在热轧板、带材时，可用以下公式近似计算：

△t=12.9×

Z/h×

（T1/1000）4

Z—该道次的轧制时间与上道次间隙时间之和，

T1—前一道的绝对温度，K，

h—轧出厚度。

根据经验，双机架中厚板轧机轧制材料为4Cr13的钢板时，其粗轧开轧温度为1100℃，精轧的开轧温度为950℃。

所以第一道温降为：

△t1=12.9×

（T1/1000）4=12.9×

1.25/160×

[（1100+273）/1000]4

=0.4℃，

同理可计算第2道至第5道次的温降（见表3-2）。

假定精轧开轧温度为950℃，则：

△t6=12.9×

11.35/26×

[（950+273）/1000]4

=12℃。

所以第8道轧后轧件温度为：

950℃-12℃=938℃，同理，其余道次轧制温度如

下表3-2所示。

Z（s）

19.29

3.75

5.41

6.13

9.95

11.35

12.86

13.94

12.6

h（mm）

温度（℃）

1099

1092

1090

1080

950

938

921

899

878

表3-2各道次轧后温度

3.6计算各道次变形抗力

轧件在二辊轧机上轧制时平均轧制速度为：

V1=πDn2/60=π×

800×

30/60=1257mm/s，

n2---稳定轧制度

轧件在四辊轧机上轧制时平均轧制速度为：

V2=πDn2/60=π×

630×

40/60=1047mm/s，

n2---稳定轧制度

平均变形程度：

=2V×

/（H＋h），

=2×

1257/（120+90）×

=3.1，

根据4Cr13的变形抗力模型可知：

σs=430ε0.28?

0.087e-0.0033T×

9.81

其热轧的变形抗力：

K1=1.155×

σs1。

（

）

3.1

3.59

4.09

4.70

5.28

5.93

6.69

6.98

5.90

4.66

（%）

0.31

0.30

0.28

0.27

0.26

0.22

0.13

0.07

T（℃）

σs（Mpa）

89.8

91.5

93.8

94

96.2

148.5

153

154.8

142

121.5

K（Mpa）

103.7

105.7

108.3

108.5

111.1

171.5

176.7

178.8

164

140

表3-3各道次变形抗力及其相关参数

3.7选用Sims公式计算各道次轧制力

求第一道轧制力，其中K=103.7MpaR=D/2=800/2=400mm。

3.7.1确定外摩擦系数

接触弧长l=

=

=109.5mm，R/h=400/115=3.45，

查轧制工艺与理论P75曲线5-24求外摩擦影响系数

，

由ε1=28%R/h=3.45查得

。

3.7.2确定外端影响系数

因为l/h=134.2/115>

1，由经验可知

接近于1，

故

=1不考虑外端的影响。

3.7.3确定张力影响系数

由于采用无张力轧制，所以张力影响系数

=1.0。

轧制力：

P=

×

K×

S

=

b×

l，

代入数据：

P=0.8×

1.0×

103.7×

1.1×

0.134=12.2MN。

同理，计算出其它道次轧制力如下表3-4所示。

表3-4热轧160×

1350×

1400mm带钢压下规程

0.8

1.0

1.1

1.2

b（mm）

l（mm）

134.2

113

80

66.3

44.7

38.7

31.6

22.3

15.8

轧制力P（MN）

12.2

13.1

17.8

16.7

14.2

14.8

14.3

11.8

7.68

4.3

第4章轧辊强度校核

4.1二辊轧机强度校核

由表3-4知二辊轧机最大轧制力Pmax=P3=17.8MN。

4.1.1辊身强度：

Msh=Pmax[（L+l）/4－b/8]

=17.8×

106[（1900+600）/4－1750/8]

=7231.25×

106N•mm，

σsh=Msh/（0.1D3）=7231.25×

106/（0.1×

8003）=140Mpa。

4.1.2辊颈强度：

Mj=c×

Pmax/2=Pmax•l/4=17.8×

106/4×

600=2670×

106N•mm，

σj=Mj/（0.1d3）=2670×

6003）=123.6Mpa。

Mn=P（φ×

+d

/2）Δh—最大轧制力时的压下量

=17.8（0.5x93.8+600/2x0.1）

=1368.2MN/mm，

τj=Mn/（0.2d3）=1368.2×

106/（0.2×

6003）=32Mpa。

对于钢轧辊，运用第四强度理论计算合成应力

σh=

=135.4Mpa。

4.1.3辊头强度

当万向接轴传递的扭转力矩为M时，合力P为P=M/（b0-2b/3）

式中b0—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选

b=1.5S=1.5×

210=215mm，

b0=D1=750mm，

=P×

b/6=2.5×

106×

215/6=89.5×

平面轧辊的辊头一般近似为矩形，属于非圆断面的扭转问题从弹性理论分析，矩形截面扭转的应力分布如图（轧钢机械设备，边金生主编，冶金工业出版社，2007）图3-7所示，最大切应力发生于矩形长边的中点处就，即：

式中：

---扭转力矩

---抗扭截面系数，

由表3-9知

值为0.346，

则

=0.346x

=3.44×

=89.5/3.44=26.0MPa，

由轧钢机械表3-8知

<

[

]

4.1.4轧辊材料选择

由上面计算可知：

σsh=117.64Mpa；

σj=103.06Mpa；

查阅相关书籍可知各种材料的强度极限如下表4-1。

表4-1各种材料的强度极限、许用应力

材料

合金锻钢

碳素锻钢

铸钢

铸铁

球墨铸铁

强度极限σb

686—735

588—637

490—588

343—392 

392—588

许用应力σ

137.2—149

117.6—127.4

98—117.6

68.6—78.4

78.4—117.6

选择碳素锻钢，其材料的抗拉强度σb=686—735Mpa取σb=686Mpa，

则：

σb/σsh=686/117.64=5.83>

3所以辊身安全符合要求；

σb/σj=686/103.06=6.64>

3所以辊颈安全符合要求；

σb/σh=686/12.92=53.10>

3所以辊头安全。

故选择碳素锻钢是合理的。

4.2四辊轧机强度校核

选工作辊材质与支承辊材料均为碳素锻钢，σb=650Mpa，由上面计算可知四辊轧机最大轧制力Pmax=P6=14.8MN。

4.2.1支承辊强度校核

4.2.1.1辊身强度

Msh2=P（a2/4－L/8）=14.8×

106×

（2500/4－1750/8）

=5080×

σsh2=Msh2/（0.1D23）=5080×

106/（0.1×

8503）

=82.74Mpa。

4.2.1.2辊颈强度

Mj2