東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)——小型異步實(shí)驗(yàn)軋機(jī)的設(shè)計(jì).pdf

小型異步實(shí)驗(yàn)軋機(jī)的設(shè)計(jì) 作 者 姓 名： 劉長(zhǎng)坤 指 導(dǎo) 教 師： 蘭亮云 單 位 名 稱(chēng)： 機(jī)械工程與自動(dòng)化 專(zhuān) 業(yè) 名 稱(chēng)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化 東 北 大 學(xué) 2015 年 6 月 The design of small asynchronous experimental mill by Changkun Liu Supervisor: Liangyun Lan Northeastern University June 2015 I 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 小型異步實(shí)驗(yàn)軋機(jī)的設(shè)計(jì)小型異步實(shí)驗(yàn)軋機(jī)的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)(論文論文)的基本內(nèi)容：的基本內(nèi)容： 1. 翻譯外文文獻(xiàn)，提高對(duì)本專(zhuān)業(yè)外文資料查閱能力，要求譯文不少于 4000 字； 2. 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)內(nèi)容的開(kāi)題報(bào)告，確定機(jī)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)思路與方案，應(yīng)用基本理論知識(shí)解 決實(shí)際問(wèn)題； 3. 設(shè)計(jì)圖紙，要求工作量不少于 3 張 0 A圖紙（約 4 張），包括總裝圖，組部件圖和零 件圖； 4. 撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文（說(shuō)明書(shū)），要求理論充分，計(jì)算準(zhǔn)確，行文要有邏輯，圖表規(guī) 范； 5. 主要設(shè)計(jì)了軋機(jī)的壓下裝置、軋輥、軸承座以及軋機(jī)的機(jī)架。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專(zhuān)題部分：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專(zhuān)題部分： 題目：題目： 設(shè)計(jì)或論文專(zhuān)題的基本內(nèi)容：設(shè)計(jì)或論文專(zhuān)題的基本內(nèi)容： 學(xué)生接受畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目日期學(xué)生接受畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目日期 第第 1 周周 指導(dǎo)教師簽字：指導(dǎo)教師簽字： 2015 年年 3 月月 12 日日 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要 II 小型異步實(shí)驗(yàn)軋機(jī)的設(shè)計(jì) 摘要 軋制是一種極為廣泛的金屬材料成型工藝。目前，各大鋼廠主要采用同步軋機(jī)對(duì)金 屬材料進(jìn)行生產(chǎn)加工。但對(duì)于難加工的材料如硅鋼或加工薄規(guī)格材料生產(chǎn)困難。同步軋 機(jī)的成形能力是非常有限的，因此，需要采用一個(gè)新型軋制方法。 異步軋制是一種新的軋制工藝， 有許多優(yōu)點(diǎn)。 采用異步軋制可以大大地降低軋制力， 所以設(shè)備重量輕，能耗低，軋機(jī)變形小，產(chǎn)品精度高，減少了軋輥的磨損和中間退火， 降低了生產(chǎn)費(fèi)用，軋制道次少，生產(chǎn)率高，軋機(jī)可軋厚度大，可以提高材料成形性，且 能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)薄規(guī)格的產(chǎn)品。因此，設(shè)計(jì)合理的異步軋機(jī)是非常有必要的。 本軋機(jī)為小型四輥異步軋機(jī)。主要設(shè)計(jì)了軋機(jī)的機(jī)架，壓下裝置，平衡裝置，軋輥 及軸承座。機(jī)架是軋鋼機(jī)的重要部件，用來(lái)安裝整個(gè)輥系及軋輥調(diào)整裝置，并承受全部 軋制力。因機(jī)架重量大、制造復(fù)雜一般給予很大安全系數(shù)，并作為永久使用的不更換零 件來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文系統(tǒng)的闡述了該異步軋機(jī)的工作原理，結(jié)構(gòu)組成，詳細(xì)的對(duì)軋制力 能參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算。并將計(jì)算出的軋制力與相同條件下的一般軋制的軋制力進(jìn)行了比 較。經(jīng)過(guò)計(jì)算后，繪制了詳細(xì)的二維圖，并保證了結(jié)構(gòu)的合理性與設(shè)計(jì)的可行性。 關(guān)鍵詞：異步軋機(jī)，軋制力，強(qiáng)度校核 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） Abstract III The design of small asynchronous experimental mill Abstract Rolling is a kind of metal forming technology which is widely used in metal materials. At present, the major steel mills mainly use synchronous rolling mill for the production and processing of metal materials.But it is difficult to produce the material such as silicon steel or processing thin material.The forming ability of synchronous rolling mill is very limited.Therefore, a new rolling method is needed. Asynchronous rolling is a new rolling process with many advantages.The rolling force can be greatly reduced by using asynchronous rolling.So the equipment is light weight, low energy consumption and deformation of rolling mill, high product accuracy.It can also decrease the wear and middle annealing of the roll, reduce the production cost,and the rolling pass is less, the productivity is high, the rolling thickness of the rolling mill can be increased, and the formability of the material can be improved.And it can achieve the production of thin specifications of the product.Therefore, it is necessary to design a reasonable asynchronous mill. This mill is a compact four roll asynchronous mill.The main design of the mill are frame, screwdown, balancing device, rolls and bearing seats.The frame is an important part of the rolling mill, which is used to install the whole roll system and roll adjustment device, and bear all the rolling force.Because of the weight of the machine and the manufacturing complex, the general safety factor is given, and the permanent use of the non replacement parts to design.This paper expounds the working principle and structure of the asynchronous mill, and calculates the energy parameters of the rolling force.The rolling force of the normal rolling and asynchronous rolling are compared with the same conditions.After calculation, the detailed two-dimensional chart is drawn, and the rationality of the structure and the feasibility of the design are ensured Key words: Asynchronous mill, Rolling force, Strength check 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄 1 - 1 - 目錄 任務(wù)書(shū). 摘要 Abstract. 第 1 章 緒論.1 1.1 課題背景1 1.2 異步軋制的優(yōu)勢(shì)1 1.3 國(guó)內(nèi)外異步軋機(jī)發(fā)展概況.2 1.4 冷軋帶鋼生產(chǎn)工藝.2 第 2 章 軋機(jī)軋輥.4 2.1 軋機(jī)軋輥的參數(shù)4 2.1.1 軋輥輥身的長(zhǎng)度和直徑4 2.1.2 軋輥輥頸的長(zhǎng)度和直徑4 2.1.3 軋輥輥頭的型式和尺寸5 2.2 軋機(jī)軋輥的材料5 2.3 軋輥成形工藝6 2.4 軋輥強(qiáng)度校核7 2.5 本章小結(jié)11 第 3 章 軋制力能參數(shù)計(jì)算12 3.1 軋制力的確定方法.12 3.2 軋制力的計(jì)算12 3.2.1 摩擦系數(shù)的確定.12 3.2.2 異步軋制條件下軋制力的計(jì)算.13 3.3 軋制力矩的計(jì)算15 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄 1 - 2 - 3.3.1 軋制力方向與軋輥傳動(dòng)力矩.15 3.3.2 軋機(jī)主電動(dòng)機(jī)力矩與電動(dòng)機(jī)功率.18 第 4 章 軋機(jī)機(jī)架的設(shè)計(jì).22 4.1 軋機(jī)的類(lèi)型.22 4.2 機(jī)架的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)23 4.2.1 機(jī)架的基本尺寸.23 4.2.2 機(jī)架的材料和許用應(yīng)力.25 4.2.3 機(jī)架強(qiáng)度和變形計(jì)算.26 第 5 章 軋機(jī)工作機(jī)座的其他部分32 5.1 壓下裝置的結(jié)構(gòu)形式32 5.2 軋輥軸承及軸承座.33 5.2.1 軸承的特點(diǎn)33 5.2.2 軸承壽命計(jì)算33 5.3 軋輥平衡裝置35 5.4 聯(lián)軸器.36 5.4.1 軋機(jī)萬(wàn)向聯(lián)軸器的缺點(diǎn).37 5.4.2 萬(wàn)向聯(lián)軸器的選擇.37 5.5 液壓彎輥裝置.41 結(jié)論43 參考文獻(xiàn).44 致謝46 附錄 1 英文原文47 附錄 2 中文翻譯58 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 章 緒論 - 1 - 第 1 章 緒 論 1.1 課題背景 近十幾年來(lái)，各種軋制技術(shù)迅速發(fā)展，鋼材產(chǎn)量迅速提高，異步軋制技術(shù)很少被應(yīng) 用。但這種技術(shù)是不可或缺的。隨著我國(guó)鋼材產(chǎn)量的迅猛增長(zhǎng),產(chǎn)能過(guò)剩問(wèn)題日趨顯著, 噸鋼耗能還很高,產(chǎn)品質(zhì)量合格率、高附加值產(chǎn)品也都不盡人意。因此,迫切需要在現(xiàn)有 的大量的冷、熱連軋機(jī)組中施加先進(jìn)的生產(chǎn)工藝,提高產(chǎn)品質(zhì)量,降低能耗及生產(chǎn)成本,生 產(chǎn)高附加值的產(chǎn)品,使我國(guó)完成由鋼鐵大國(guó)向鋼鐵強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變。 研究在熱連軋過(guò)程中各種不同的異步軋制工藝參數(shù)對(duì)軋件變形規(guī)律、相變級(jí)組織演 變規(guī)律的影響,完善熱連軋的異步軋制理論,能夠使異步軋制理論在熱連軋工藝中得到成 功應(yīng)用。特別是異步軋制可使軋件在較低的溫度下，實(shí)現(xiàn)預(yù)定的變形量，這樣就可以為 實(shí)現(xiàn)低溫鐵素體軋制創(chuàng)造條件，從而可避免兩相區(qū)軋制容易出現(xiàn)的混晶及帶狀組織等缺 陷，拓寬異步軋制工藝的應(yīng)用范圍。異步軋制可以降低軋制溫度,在精軋后幾道次,控制 合適的加工溫度,進(jìn)行大壓下量軋制,形變的同時(shí)誘導(dǎo)相變,軋后快冷,即可獲得鐵素體細(xì) 晶,為實(shí)現(xiàn)低溫鐵素體軋制創(chuàng)造了條件。 拉直異步軋制不受速比等于延伸的限制， 可實(shí)現(xiàn) 大變形量軋制，提高軋機(jī)的軋薄能力和效率，用于極薄帶材生產(chǎn)。異步恒延伸軋制可以 保持延伸系數(shù)恒定，軋制過(guò)程中延伸系數(shù)不受扎輥偏心、帶坯厚度波動(dòng)和變形抗力不均 的影響，可生產(chǎn)高精度帶材。異步軋制用于板帶的冷軋復(fù)合，可增加材料接觸面的剪切 變形，有助于破碎表面氧化膜，促進(jìn)新鮮金屬表面暴露和產(chǎn)生摩擦熱，提高表面能，有 利于減小冷軋時(shí)的變形量。 1.2 異步軋制的優(yōu)勢(shì) 異步軋制是一個(gè)新的軋制工藝， 可以大大降低軋制力。 軋機(jī)重量較輕， 軋機(jī)變形小， 能耗低，產(chǎn)品精度比較高，可軋制厚度大。減少了軋輥的磨損和中間退火的程序，降低 了生產(chǎn)成本，程序簡(jiǎn)便，生產(chǎn)效率高。異步軋制既適用于冷軋板帶又適用于熱軋板，前 景廣闊。 異步軋機(jī)的特點(diǎn)決定了它的優(yōu)勢(shì)。由于其附加剪切變形的存在，造成了搓扎區(qū)上下 表面金屬流動(dòng)的不同，導(dǎo)致金屬表面質(zhì)量，金相組織，晶體位相和力學(xué)性能的變化。與 常規(guī)軋制相比，異步軋制具有顯著降低軋制力和軋制扭矩,降低產(chǎn)品能耗,減少軋制道次， 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 章 緒論 - 2 - 增強(qiáng)扎薄能力， 改善產(chǎn)品厚度精度和板形,提高軋制效率等優(yōu)點(diǎn)。 特別是對(duì)于軋制變形抗 力高、加工硬化嚴(yán)重的極薄帶材，其節(jié)能效果更加顯著。其次,異步軋制產(chǎn)生了比普通對(duì) 稱(chēng)軋制大得多的附加剪切變形，并且與正常壓縮變形同時(shí)存在于軋制變形區(qū)中，因而可 以促使晶粒細(xì)化。 因此,異步軋制為晶粒細(xì)化提供有利條件， 非常有利于提高金屬軋件的 力學(xué)性能。由于異步軋制可以實(shí)現(xiàn)大下壓量軋制，因而也為形變誘導(dǎo)相變細(xì)化晶粒機(jī)制 提供有利條件 1 。 異步軋制相對(duì)于一般軋制具有諸多優(yōu)點(diǎn)， 尤其是適合于軋制極薄帶材， 因此，異步軋機(jī)具有非常廣闊的發(fā)展前景和應(yīng)用。所以我所選擇的課題是用于軋制薄板 的異步軋機(jī)的設(shè)計(jì)。在金屬軋件變形區(qū)，由于所受的摩擦力方向相反，造成搓軋區(qū)上、 下表面金屬流動(dòng)速度不同，因而在變形區(qū)內(nèi)引起剪切變形，導(dǎo)致金屬表面質(zhì)量、金相組 織、晶體位相和力學(xué)性能的變化。異步軋制對(duì)金屬軋件產(chǎn)生的變形可以看成是由拉伸壓 縮以及剪切變形的疊加而成，這種疊加不是簡(jiǎn)單的代數(shù)和相加 2 。 1.3 國(guó)內(nèi)外異步軋機(jī)發(fā)展概況 我國(guó)對(duì)異步軋制技術(shù)的研究起步于 20 世紀(jì) 70 年代初。東北大學(xué)異步軋制研究組在 朱泉教授的帶領(lǐng)下，針對(duì)拉直式異步軋制過(guò)程進(jìn)行了深入系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究和理論分析， 解決了異步軋制中的振動(dòng)和板形等問(wèn)題,并提出了彈性塞理論， 完成了異步恒延伸軋制新 技術(shù)和極薄帶材軋制新技術(shù)等科研成果 3 。20 世紀(jì) 80 年代末,東北大學(xué)把異步軋制成功 地應(yīng)用于結(jié)構(gòu)材料軋制之后，又開(kāi)展了像取向硅鋼這種功能材料異步軋制的研究，并取 得了一定進(jìn)展。 20 世紀(jì) 40 年代初，德國(guó)研究者在研究單輥傳動(dòng)疊軋薄板和前蘇聯(lián)研究者在研究三 輥勞特式軋機(jī)時(shí)，對(duì)兩個(gè)工作輥圓周速度不等使軋材在變形區(qū)產(chǎn)生獨(dú)特的變形產(chǎn)生興 趣，認(rèn)為這種異步軋制可以降低軋制壓力，提高板材加工效率，并發(fā)展了一種以非對(duì)稱(chēng) 流變?yōu)樘卣鞯漠惒杰堉七^(guò)程。因此，異步軋制工藝逐漸受重視，異步軋制理論和技術(shù)也 得到了很大的發(fā)展。 1958 年， Coffin 發(fā)明了 CBS 軋機(jī)； 20 世紀(jì) 60 年代初又推出 S 軋機(jī)； 20 世紀(jì) 70 年代初出現(xiàn)了 F-B0 軋制法；20 世紀(jì) 80 年代初又推出了直式異步軋機(jī)。1966 年，Johnson 和 Needham 就用鉛板軋制來(lái)模擬熱軋過(guò)程。他們通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了上下軋輥 輥速差、輥徑差及不同的輥面粗糙度對(duì)軋制力、軋制力矩及板彎曲的影響。結(jié)果表明； 板帶彎曲方向隨軋輥線速度、 壓下率和表面粗造度的不同而發(fā)生變化。 20 世紀(jì) 70 年代， Dewhurst 等人采用滑移線場(chǎng)解析了板彎曲規(guī)律，并把結(jié)果與純鉛帶軋制實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了對(duì) 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 章 緒論 - 3 - 比。結(jié)果顯示,當(dāng)輥速差一定時(shí)，隨著壓下率的增大，板帶彎曲方向發(fā)生改變。 1.4 冷軋帶鋼生產(chǎn)工藝 車(chē)間中冷軋帶鋼主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)： （1）加工溫度一般比較低，在鋼板軋制過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生不同程度的加工硬化現(xiàn)象； （2） 冷軋中一般會(huì)采用工藝?yán)鋮s與潤(rùn)滑： 實(shí)驗(yàn)表明帶鋼在冷軋過(guò)程中會(huì)有 84%-88% 的變形功轉(zhuǎn)化為熱能，工作輥表面溫度會(huì)上升 100左右，支承輥會(huì)上升 60左右，輥 身表面會(huì)產(chǎn)生一定的溫度差，若不對(duì)軋輥和帶材進(jìn)行冷卻，輥身表面會(huì)產(chǎn)生淬火層硬度 降低的問(wèn)題，同時(shí)也會(huì)影響軋件的尺寸精度 4 。 （3）扎件可能會(huì)產(chǎn)生跑偏現(xiàn)象。本方案中會(huì)通過(guò)張力控制的方法來(lái)防止軋件跑偏。 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 章 軋機(jī)軋輥 - 4 - 第 2 章 軋機(jī)軋輥 軋輥是用來(lái)對(duì)軋件進(jìn)行軋制加工的工具，它是整個(gè)工作機(jī)座的中心，機(jī)座的其他組 件和機(jī)構(gòu)都是為裝置、支撐和調(diào)整軋輥以及引導(dǎo)軋件正確地進(jìn)出軋輥而設(shè)的。軋輥的結(jié) 構(gòu)一般由輥身、輥頸和輥頭三部分組成。冷軋板軋輥的輥身微凸，當(dāng)它受力彎曲時(shí)，可 以保證良好的板形。軋輥的基本尺寸參數(shù)是：軋輥名義直徑 D、輥身長(zhǎng)度 L、輥頸直徑 d 和輥頸長(zhǎng)度 l。 2.1 軋機(jī)軋輥的參數(shù) 2.1.1 軋輥輥身的長(zhǎng)度和直徑 根據(jù)工作輥輥身長(zhǎng)度理應(yīng)與板、帶材的寬度相適應(yīng)的原則及已知數(shù)據(jù)，通過(guò)以下計(jì) 算輥身參數(shù) 5 ： 輥身長(zhǎng)度 L 比所軋鋼板的最大寬的 b 大一個(gè)適當(dāng)?shù)脑Ａ?a，即 abL （2-1） 本文中扎件寬度選取 b=200mm，因此，取輥身長(zhǎng)度為 L=500mm。 四輥軋機(jī)的輥身長(zhǎng)度 L 確定以后，可根據(jù)表 2.1 確定工作輥直徑 D1和支承輥直徑 D2。 表 2.1 各種四輥軋機(jī)的 L/D1 、L/D2、及 D2/D1 軋機(jī)名稱(chēng) 1 /DL 2 /DL 3 /DL 厚板軋機(jī) 3.05.2 1.92.7 1.52.2 粗軋機(jī) 1.53.5 1.01.8 1.22.0 精軋機(jī) 2.14.0 1.01.8 1.82.2 冷板帶軋機(jī) 2.33.0 0.81.8 2.33.5 本文中選取工作輥直徑mmD180 1 ，支承輥直徑mmD450 2 。 2.1.2 軋輥輥頸的長(zhǎng)度和直徑 輥頸的直徑和長(zhǎng)度與軸承的型式和工作載荷有關(guān)，直徑 d 受軸承徑向尺寸的限制， 而且輥頸和輥身的交界面，往往是最薄弱環(huán)節(jié)。只要條件允許，輥頸直徑和輥頸與輥身 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文） 第 2 章 軋機(jī)軋輥 - 5 - 的過(guò)度圓角 r 應(yīng)選得大些。 使用滾動(dòng)軸承時(shí)，由于軸承外徑較大，輥頸尺寸不能過(guò)大，一般近似的選 Dd)55. 05 . 0( (2-2) 根據(jù)以上，選取工作輥輥頸直徑為 d1=9099mm，可近似取 d1=100mm。作輥輥頸長(zhǎng) 度根據(jù)軸承選取，在這里取mml237 1 支承輥輥頸直徑mmd450 2 ，根據(jù)軸承選取mml237 2 。 2.1.3 軋輥輥頭的型式和尺寸 各種軋機(jī)由于傳動(dòng)連接方法的不同， 所要求的輥頭型式也不同。 選擇輥頭的尺寸時(shí)， 應(yīng)根據(jù)輥頭的型式確定。 本文選用梅花頭，直徑根據(jù)下式確定： dd85. 0 3 （2-3） mmmmD8510085. 0 3 ?？梢匀￠L(zhǎng)度mml75 3 。 2.2 軋機(jī)軋輥的材料 用于軋輥的合金鍛鋼在我國(guó)重型機(jī)械企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JB/ZQ4289-86(軋輥鋼)中已有規(guī)定。 熱軋工作輥用鋼的鋼號(hào)為 6 ： 55Cr、 50CrMnMo、 60CrMnMo、 50CrNiMo、 60CrNiMo、 60SiMnMo、60CrMoV、70Cr3NiMo 等。 冷軋工作輥用鋼的鋼號(hào)為：8CrMoV、86Cr2MoV、9Cr、9Cr2、9Cr2Mo、9Cr2W、 9Cr3Mo、60CrMoV 等。 支承輥用鋼有：60CrMnMo、75CrMo、70Ni3CrMo、9Cr2、9Cr2Mo、9CrV、55Cr、 42CrMo、35CrMo 等。 在這里選擇 9Cr2Mo 為工作輥和支承輥的材料。 冷軋工作輥的常見(jiàn)表面硬度見(jiàn)表 2.2。 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文） 第 2 章 軋機(jī)軋輥 - 6 - 表 2.2 冷軋工作輥的表面硬度 軋輥直徑( mm) 輥身表面硬度范圍 (HS) 最小淬硬層深度（mm） 輥頸硬度范圍（HS） 095 6 0300 9098 8 3055 8090 10 095 10 301600 9098 12 3055 8090 15 095 8 601900 9098 10 3055 8090 12 表 2.3 支承輥表面硬度 用途 輥身表面硬度范圍（HS）最小淬硬層深度（mm） 輥頸硬度范圍（HS） 6070 45 熱軋 5060 50 3550 4050 55 6575 40 冷軋 6070 45 3550 5565 50 綜合上表，選取： 工作輥：9Cr2Mo，輥身：HS=9098 輥頸：HS=4550。 支承輥：9Cr2Mo，輥身：HS=6070 輥頸：HS=4045。 2.3 軋輥成形工藝 軋輥成形方法主要有兩種：分別是鑄造軋輥和鍛造軋輥。鑄造軋輥是指將冶煉鋼水 或熔煉鐵水直接澆注成型這一生產(chǎn)方式制造的軋輥種類(lèi)。鑄造軋輥按材質(zhì)又可分為鑄鋼 軋輥和鑄鐵軋輥兩類(lèi)；按制造方法又可分為整體鑄造軋輥和復(fù)合鑄造軋輥兩類(lèi)。 鍛造軋輥按材質(zhì)分類(lèi)如下： 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文） 第 2 章 軋機(jī)軋輥 - 7 - 鍛造合金鋼軋輥； 鍛造半鋼軋輥； 鍛造半高速鋼軋輥； 鍛造白口鑄鐵軋輥。 本方案中采用鍛造軋輥，鍛鋼軋輥可分為鍛鋼熱軋輥及鍛鋼冷軋輥，鍛鋼熱軋輥主 要用于熱軋開(kāi)坯及型鋼粗軋輥，鍛鋼冷軋輥廣泛用作冷軋工作輥。由于冷軋板材要求質(zhì) 量較高，尤其是冷軋薄板廣泛用于輕工、汽車(chē)、建筑及鐵道等行業(yè)，要生產(chǎn)高質(zhì)量的冷 軋薄板，必須要有高質(zhì)量的冷軋工作輥?zhàn)霰ＷC，這樣對(duì)冷軋工作輥的性能提出很高的要 求：輥身表面必須具有高而均勻的硬度，以保證冷軋帶材或鋼板的尺寸精度和良好的表 面質(zhì)量；輥身具有一定的淬硬層深度；具有高的抗事故能力。為達(dá)到這些性能，對(duì)軋輥 材質(zhì)的原始組織要求很?chē)?yán)：一是純凈的冶金質(zhì)量；二是組織的均勻性。高的冶金質(zhì)量指 軋輥鋼錠結(jié)晶致密，偏析不嚴(yán)重，不允許存在白點(diǎn)，鋼中殘存的非金屬夾雜物含量盡可 能低。 2.4 軋輥強(qiáng)度校核 四輥軋機(jī)有兩個(gè)工作輥（小直徑的）和兩個(gè)支承輥（大直徑的），軋制壓力由工作 輥傳遞到支承輥，再由支承輥軸承座傳遞給機(jī)架。由于支承輥具有較大的剛性，其直徑 為工作輥直徑的 12 倍，故抗彎斷面系數(shù)亦較工作輥大得多。輥系在軋制過(guò)程中將產(chǎn) 生彎曲變形，驅(qū)動(dòng)的工作輥還將存在扭轉(zhuǎn)變形 7 ，如圖 2.1 所示。 圖 2.1 四輥軋機(jī)軋輥輥系作用力圖 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文） 第 2 章 軋機(jī)軋輥 - 8 - 圖 2.2 四輥軋機(jī)工作壓力分布狀況 如果工作輥與支承輥輥身為圓柱形又都以相同的彎曲曲率共同彎曲，工作輥與支承 輥的彎曲撓度 W f和 B f將為： 4 2 1 4 1 1 ; D P kf D P kf B B W W (2-4) 式中 1 k比例系數(shù)； 因?yàn)?W f= B f，則軋輥的彎曲力矩與作用在軋輥上的載荷成正比 4 1 2) ( D D P P M M W B WW WB (2-5) 式中 WB M、 WW M支承輥及工作輥上的彎矩； 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文） 第 2 章 軋機(jī)軋輥 - 9 - B P、 W P支承輥及工作輥上的作用力； 2 D、 1 D支承輥與工作輥的直徑。 因?yàn)?WB PPP，則 WBW PPP DD PP ; )/(1 1 4 12 (2-6) mmDmmD450,180 21 ，則： 395 . 2)( 44 1 2 D D ，于是可知： KNPPP W 6 . 8 40 1 391 1 ，KNPPP WB 9 .334 于是可知作用在工作輥上的力僅占軋制壓力的%5 . 2%100 5 .343 6 . 8 。 即軋制壓力有 1/40 作用在工作輥上，使之產(chǎn)生彎曲，而其余的月約 97.5%的作用在支承 輥上。由于軋制時(shí)彎曲力矩絕大部分由支承輥承擔(dān)，在計(jì)算支承輥時(shí)通常按承受全部軋 制力的情況考慮。而工作輥只核算輥頸和輥端的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。 （1）工作輥應(yīng)力計(jì)算 工作輥承受垂直力 W P時(shí)，最大彎曲力矩 WP M為： mkN cLPlPqlM WWWP 5 .28)34025 . 0)(8/9 .334( )2)(8/()8/(8/ 1 2 由水平張力作用在一個(gè)軋輥上的彎曲力矩 T M為： mkNa T MT4) 2 2 . 0 91. 0( 8 40 ) 2 b ( 42 1 作用在工作輥上的合成彎曲力矩 M 為： 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文） 第 2 章 軋機(jī)軋輥 - 10 - mkNMMM PWP 8 .2845 .28 22 22 作用在輥身中間位置最大彎曲應(yīng)力為： M P a D M 9 . 4 1801 . 0 10108 .28 1 . 0 3 33 3 1 作用于輥頸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為： M P a D MK 9 . 3 1002 . 0 1078. 0 2 . 0 3 6 3 （2）支承輥應(yīng)力計(jì)算 軋輥中間位置最大彎曲力矩和應(yīng)力計(jì)算： mkN L a P M B WB 55) 2 5 . 0 913. 0( 4 3349. 0 ) 2 ( 4 MPa D MWB 0 . 6 45. 01 . 0 55 1 . 0 33 斷面 11 的彎曲應(yīng)力（d=240mm）： MPa d cp 8 .29 24. 01 . 0 24. 0)2/5 .343( 1 . 0 )2/( 33 斷面 22 的彎曲應(yīng)力為（d=450mm）： MPa d cP 3 . 4 45. 01 . 0 237. 0)2/33. 0( 1 . 0 2/ 33 工作輥和支承輥全用 9Cr2Mo 制造，其MPaMPa SS 200,235，疲勞極限 MPa180 1 ，因此符合要求。 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文） 第 2 章 軋機(jī)軋輥 - 11 - 圖 2.3 四輥軋機(jī)軋輥接觸變形的計(jì)算 2.5 本章小結(jié) 軋件：mmH108，mmh6 . 1 材料：Q345； 帶寬：200mm； 帶長(zhǎng)：450mm； 軋輥材料：工作輥：9Cr2Mo，輥身硬度：HS=9098 輥徑：HS=4550； 支承輥：9Cr2Mo，輥身硬度：HS=6070 輥徑：HS=4045； 工作輥參數(shù)： 1 D=180mm，L=500mm； 支承輥參數(shù)： 2 D=450mm，L=500mm。 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文） 第 3 章 軋制力能參數(shù)計(jì)算 - 12 - 第 3 章 軋制力能參數(shù)計(jì)算 3.1 軋制力的確定方法 軋制壓力是由軋件通過(guò)軋輥時(shí)產(chǎn)生塑性變形而產(chǎn)生的作用力。確定軋制壓力的方法 有三種，即實(shí)測(cè)法、經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法和理論計(jì)算法 8 。 1) 實(shí)測(cè)發(fā) 在軋鋼機(jī)上放置專(zhuān)門(mén)設(shè)置的壓力傳感器，將軋制力的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過(guò)放大 或直接送往記錄儀表，將其記錄下來(lái)，獲得軋制力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。這樣測(cè)量所得的軋制力是 作用于軋輥上的總壓力的垂直分量。 2) 經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法 根據(jù)大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)計(jì)方法，歸納成能反應(yīng)一些主要影響因素的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公 式。 3) 理論公式計(jì)算法 根據(jù)塑性力學(xué)原理分析變形區(qū)內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)與變形規(guī)律，首先確定接觸弧上單位壓力 px的分布規(guī)律及大小，求出接觸弧上平均單位壓力 pm后，按下式即可計(jì)算出常規(guī)軋制 下的軋制力 lbpFpP mmm （3-1） 式中 F軋件與軋輥的接觸面積（實(shí)際接觸面積的水平投影）； m b軋制前后的軋件平均寬度； L接觸弧長(zhǎng)度（即變形區(qū)長(zhǎng)度）。 3.2 軋制力的計(jì)算 3.2.1 摩擦系數(shù)的確定 冷軋時(shí)一般都采用相應(yīng)的潤(rùn)滑劑，采用合適的潤(rùn)滑劑不僅能大大降低軋輥和扎件之 間的摩擦力，減少了軋輥的磨損，而且，也減少了外摩擦對(duì)應(yīng)力狀態(tài)的影響，降低了軋 制時(shí)的單位壓力。在計(jì)算冷軋的平均單位壓力時(shí)工藝潤(rùn)滑的影響是通過(guò)相應(yīng)的摩擦吸收 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 章 軋制力能參數(shù)計(jì)算 - 13 - 來(lái)考慮的 9 。 冷軋時(shí)的摩擦系數(shù)與潤(rùn)滑劑和軋輥表面狀況有關(guān)。 在軋制平整帶材時(shí)， 若無(wú)潤(rùn)滑劑， 摩擦力則一般取15. 012. 0 p 。 表 3.1 冷軋時(shí) p 值與軋制速度的關(guān)系 10 軋制速度（m/s） 乳化油 礦物油 棕櫚油 3 以下 0.14 0.100.12 0.08 10 以下 0.100.12 0.090.10 0.06 20 以下 . 0.08 0.05 大于 20 . 0.06 0.03 本方案中由于是異步軋制，因此，不采用潤(rùn)滑劑，則可以取15. 0。 3.2.2 異步軋制條件下軋制力的計(jì)算 異步軋制是由于上下輥速度之差，改變了同步軋制時(shí)金屬變形的應(yīng)力狀態(tài)，使得 軋輥與扎件之間的摩擦力方向發(fā)生了改變。如圖 3.1 所示。在相同的條件下，由于上軋 輥的速度 V1大于下軋輥的速度 V2 ，這使得中性角相對(duì)于同步軋制時(shí)有了改變，高速輥 出口側(cè)前滑減小，低速輥出口側(cè)前滑增大。摩擦力也隨之改變，上下輥與扎件之間摩擦 力的方向相反，從而實(shí)現(xiàn)異步軋制。 圖 3.1 圖 3.2 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 章 軋制力能參數(shù)計(jì)算 - 14 - 圖 3.2 中，中性角計(jì)算過(guò)程如下 11 ： 根據(jù)平衡條件得 ： 02 2211 hHhHX TTTTP （3-2） 式中各值為： 2 . 2 Sin D BpPX 22 2 ).( 2 22 2 ).( 2 1 11 1 11 2 22 2 22 r Cosr D BpT r Cosr D BpT r Cosr D BpT r Cosr D BpT h H h H 帶入公式（3-2），并令1, 22 CosSin整理得： ) 2 1 ( 21 rr 而在相同條件的同步軋制時(shí)： ) 2 1 ( 2 r 所以 rrr2) 2 1 ( 21 （3-3） 取15. 0，又由已知條件得 h=0.15，求得99. 0Cos，解得： 7 . 2，0471. 0 得 3 . 22 r，0397. 02 rSin，0471. 0Sin 在此取后張力值KNQH40，前張力值 h Q42.009KN 單位后張力 HB Q t H H . ，單位前張力 hB Q t h h . ， 解得： 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 章 軋制力能參數(shù)計(jì)算 - 15 - MPatH111，MPath125。 金屬軋輥表面單位壓力計(jì)算公式為 12 ： a x ax h h KPPln2 （3-4） 單位軋制壓力為 H tK 2，其中，2K 的值相當(dāng)與 S 15. 1，因此，單位軋制壓力為： H h KtkP x Hx ln2)2( (3-5) 再由已知異步軋制實(shí)驗(yàn)研究公式求軋制壓力： hBRtKP h )2( (3-6) 當(dāng) H=1.8mm，h=1.6mm 時(shí)，由 Q345 冷作硬化曲線知MPa S 5 .448。 帶入公式得 ： P=（1.15 448.5MPa-111MPa）2002 . 090=343.5kN。 因此，異步軋制條件下的軋制壓力為 343.5kN。 相同條件下的同步軋制時(shí)的軋制力為 469kN，在此不進(jìn)行計(jì)算。 因此，異步軋制相對(duì)于同步軋制，軋制力降低了 26.8%。 3.3 軋制力矩的計(jì)算 3.3.1 軋制力方向與軋輥傳動(dòng)力矩 軋制時(shí)軋件在軋制壓力的作用下會(huì)產(chǎn)生塑性變形，軋件在同時(shí)也會(huì)給軋輥一個(gè)大小 相等，方向相反的作用力，軋件對(duì)軋輥的作用力P相對(duì)軋輥中心的力矩，我們稱(chēng)之為軋 制力矩 M，軋制力矩 M 的值與軋制壓力 P 的方向及其在接觸弧上的作用點(diǎn)位置相關(guān)。 并且，由于軋機(jī)的結(jié)構(gòu)與軋制情況的不同，軋制壓力方向也不同。 四輥軋機(jī)由兩個(gè)直徑較小的工作輥以及兩個(gè)大直徑的支承輥組成。它們有兩種驅(qū)動(dòng) 方式，分別是驅(qū)動(dòng)工作輥和驅(qū)動(dòng)支承輥。 本設(shè)計(jì)中采用驅(qū)動(dòng)工作輥的方式。由兩個(gè)電機(jī)分別帶動(dòng)上下兩個(gè)相同的工作輥，使 兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不同從而實(shí)現(xiàn)異步軋制。其受力如圖 3.3 所示。 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 章 軋制力能參數(shù)計(jì)算 - 16 - 圖 3.3 驅(qū)動(dòng)工作輥的軋機(jī)受力圖 作用于工作輥上的力主要有三個(gè)，分別為： （1） 軋制壓力 P，力臂為 a，P 與 a 組成力臂； （2） 工作輥軸承處的摩擦力 F，其中摩擦圓半徑 1 與其相切； （3） 支承輥對(duì)工作輥的反力 R。 當(dāng)忽略支承輥軸承處的摩擦力及工作輥與支撐輥之間的滾動(dòng)摩擦?xí)r，支承輥對(duì)工作 輥的反力 R 的方向在軋輥圓心 21O O連心線上， 如果考慮該摩擦力的影響， R 力應(yīng)與摩擦 圓半徑 2 相切，并在工作輥與支承輥處偏離一個(gè)滾動(dòng)摩擦力臂的距離 m。一般情況下， m=0.1-0.3mm。 下面計(jì)算軋輥傳動(dòng)力矩 13 ：傳動(dòng)軋輥所需力矩為軋制力矩 Z M，由工作輥帶動(dòng)支承 輥的力矩 R M，與工作輥軸承中摩擦力矩 1f M三部分組成，即 1fRZK MMMM （3-7） （1） 求軋制力矩 Z M PaMZ （3-8） 式中 P軋制力； 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 章 軋制力能參數(shù)計(jì)算 - 17 - a軋制力力臂，其大小與軋制力作用點(diǎn)及前后張力大小有關(guān)。 因?yàn)?1 T 0 T，所以，)sin( 1 Ra，其中 1 R工作輥半徑； 不考慮張力時(shí)軋制力作用點(diǎn)對(duì)應(yīng)的軋輥中心角； 前后張力對(duì)軋制力方向影響的片狀角。 0 0 0 6. 0 2 ar cs i n 01 P TT ，取4 . 0，求得= 08. 1，求得 a=1.7mm。 mNmNPaMZ5847 . 15 .343。 （2）求工作輥傳動(dòng)支撐輥的力矩 R M cRMR （3-9） )c o s ( c o s P R （3-10） 式中 工作輥與支承輥連心線與垂直線夾角， 22 arcsin 21 DD e ； m在工作輥和支承輥接觸處偏移的一個(gè)滾動(dòng)摩擦力矩的距離（一般情況 下取m=0.1-0.3，這里取m=0.2）。 軋輥連心線與反力 R 的夾角， 2 arcsin 2 2 D m ； c 反力 R 對(duì)工作輥的力臂，sin 2 cos 1 D mc； 2 D支承輥直徑； e工作輥軸線相對(duì)與支承輥軸線的偏移距離（由于工作輥偏移距離 e 的 值一般為 5mm 到 10mm，這相對(duì)于工作輥和支承輥的直徑來(lái)說(shuō)很小，在計(jì)算傳動(dòng)力矩 時(shí)為了簡(jiǎn)化可取 e=0，此時(shí)誤差很低，這是 =0 ）； 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 章 軋制力能參數(shù)計(jì)算 - 18 - 2 支承輥摩擦元半徑，rfv 2 （r 為四列圓柱滾子軸承內(nèi)徑的半 徑 r=120mm； v f為當(dāng)量摩擦系數(shù)kffv，當(dāng)兩個(gè)接觸面沿整個(gè)半圓周均勻接觸時(shí) k 取 /2，冷軋時(shí)圓柱滾子軸承摩擦系數(shù) f=0.004）。 則mm75. 0120004. 0 2 2 kfr。 整理得 24. 0， mm D mc58. 024. 0sin9024. 0cos2 . 0sin 2 cos 1 ， R=343.5KN，mNRcM R 200。 （3）求工作輥軸承的摩擦力矩 1f M 11 FM f (3-11) 式中 F工作輥軸承處的反力；當(dāng) 1 T 0 T時(shí)，sin)sin(PRF， 帶入得 F=1622N。 1 工作輥摩擦圓半徑，mmkfr31. 050004. 0 2 11 。 得 mNFM f 5 . 031. 01622 11 綜上所述： 軋制力矩為 mNMMMM fRZK 5 .7845 . 0200584 1 驅(qū)動(dòng)兩個(gè)工作輥總傳動(dòng)力矩為 mNMM KK 15695 .78422 3.3.2 軋機(jī)主電動(dòng)機(jī)力矩與電動(dòng)機(jī)功率 軋輥與電動(dòng)機(jī)之間的速比是求主電機(jī)功率中的重要依據(jù)，輥速與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速直接相關(guān)， 軋制速度： 由最佳異步軋制條件可知，當(dāng) 2 1 V V 時(shí)，軋制力降低效果最好，其中 為 延伸率，可以取 =1.2 1514 。當(dāng)取smV/2 1 時(shí)，smV/7 . 1 2 。 此時(shí)，軋件入口速度為： 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文） 第 3 章 軋制力能參數(shù)計(jì)算 - 19 - c o s 2 VUH （3-12） 軋件出口速度為： 1 Vuh (3-13) 由以上兩個(gè)公式可以求得： smVUH/698. 17 . 2cos7 . 1cos 2 smVuh/2 1 下工作輥轉(zhuǎn)速：smV/2 1 ，min/212/54. 3/ 18. 014. 3 2 1 1 1 rsrsr D V n 上工作輥轉(zhuǎn)速：smV/7 . 1 2 ，min/180/3 18. 014. 3 7 . 1 1 2 2 rsr D V n 下支承輥轉(zhuǎn)速：min/2 .85/42. 1 45. 014. 3 2 2 1 3 rsr D V n 上支承輥轉(zhuǎn)速：min/72/2 . 1 45. 014. 3 7 . 1 2 2 4 rsr D V n 3 . 6 212 1320 1 1 1 n n i 電 3 . 6 180 1134 2 2 2 n n i 電 1) 軋輥與電機(jī)間的效率： 電動(dòng)機(jī)到工作輥之間要經(jīng)過(guò)減速器和萬(wàn)向聯(lián)軸器。 減速器傳動(dòng)效率：96. 093. 0 1 ，取95. 0 1 ； 萬(wàn)向聯(lián)軸器傳動(dòng)效率：98. 096. 0 2 ， 取96. 0 2 ； 則總傳動(dòng)效率91. 0 21 。 2) 電動(dòng)機(jī)力矩： 主電動(dòng)機(jī)周上的力矩由四部分組成 16 ，即： donkonf Z donkonf fZ D MMM i M MMM i MM M 2 1 （3-14） 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文） 第 3 章 軋制力能參數(shù)計(jì)算 - 20 - 式中 D M主電動(dòng)機(jī)力矩； Z M軋輥上的軋制力矩； f M附加摩擦力矩，即當(dāng)軋制時(shí)由于軋制力作用在軋輥軸承、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其 它轉(zhuǎn)動(dòng)件中的摩擦而產(chǎn)生的附加力矩， 2 1 f f f M i M M； kon M空轉(zhuǎn)力矩，即軋機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)，由于各轉(zhuǎn)動(dòng)件的重量所產(chǎn)生的摩擦力矩及其 它阻力力矩； don M動(dòng)力矩，軋輥運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻時(shí)，各