中厚板壓下規(guī)程設計

第一章選擇坯料1.1制定生產工藝產品牌號：45鋼產品規(guī)格：hxbxl=10x1900x10000mm本次所設計的產品為中厚板，連鑄坯節(jié)能，組織和性能好，成材率高，主要用于生產厚度小于80mm中厚板，所以坯料選用連鑄坯。根據(jù)車間設備條件及原料和成品的尺寸，確定生產工藝過程如下：原料的加熱f除鱗f軋制（粗軋、精軋）f矯直f冷卻f劃線f剪切f檢查f清理f打印f包裝。板坯加熱時宜采用步進式連續(xù)加熱爐，加熱溫度應控制在1200°C左右，以保證開軋溫度達到1150C的要求。另外，為了消除氧化鐵皮和麻點以提高加熱質量，可采用“快速、高溫、小風量、小爐壓”的加熱方法。該法除能減少氧化鐵皮的生成外，還提高了氧化鐵皮的易除性。板坯的軋制有粗軋和精軋之分，對雙機架軋機通常將第一架稱為粗軋機，第二架稱為精軋機。粗軋階段主要是控制寬度和延伸軋件。精軋階段主要使軋件繼續(xù)延伸同時進行板形、厚度、性能、表面質量等控制。精軋時溫度低、軋制壓力大，因此壓下量不宜過大。1.2確定坯料尺寸所設計的產品的尺寸為hxbxl=10x1900x10000mm，加上切邊余量，將寬度設計為1950mm，長度暫時不定，設計坯料的尺寸。產品的厚度h為10mm，首先選取壓縮比，壓縮比由經驗值選取，選取的最低標準為6-8，因此壓縮比選取9，則坯料厚度H為90mm，由b=1950mm，坯料L=b-600,取坯料長度L=1350mm，由于體積不變，坯料在軋制過程中會產生廢料，選擇燒損為98%，切損設計為98%，所以成材率K=99%X98%=97%，則hxbxl=HxBxHxK計算得到B=1610mm，最終確定坯料尺寸為：HxBxL=90x1610x1350mm。第二章變形量分配2.1確定軋制方法先經過二輥軋機縱軋一道，在不考慮切邊的情況下，使板坯長度等于成品寬度，然后轉90°橫軋到所需規(guī)格。2.2確定道次壓下量坯料尺寸：HxBxL=90x1680x1350mm，則總的壓下量為90-10=80mm。選取軋制道次n=10，根據(jù)經驗方法制定壓下規(guī)程。粗扎為前5道次（選取二輥可逆軋機），精軋為后5道次（選取四輥可逆軋機），制定壓下規(guī)程如表1：表2-2道次壓下量的分配粗扎道次軋制方式機架h/mmb/mml/mm△h/mm8/%0除鱗高壓水9016101350\\1縱軋二輥7014351950200.222橫軋二輥5519501826150.213橫軋二輥4019502510150.274橫軋二輥3019503347100.255橫軋二輥251950401650.17精軋6橫軋四輥201950502050.27橫軋四輥161950627540.28橫軋四輥141950717120.139橫軋四輥121950836620.1410橫軋四輥1019501003920.17第三章變形工具的設定3.1二輥可逆軋機的確定初軋機軋輥受力較大且有沖擊負荷，為提供的強度，粗軋選用二輥鍛鋼軋輥，輥面硬度HS=35?40。3.1.1輥身長度L和軋輥名義直徑D的確定：L=b+a當b=1000?2500mm,a=150?200mm。因為b=1950mm，選取a=200mm，得：L=bma+a=1950+200=2150mm中厚板軋機L/D=2.2?2.8,選取2.5，得到D=860mm。3.1.2輥頸直徑d和長度l的確定輥頸選用滾動軸承d/D=0.5?0.55,取0.55,得到輥頸直徑d=470mm；l/d=0.83?1.0，取輥頸長度l=400mm。3.1.3輥頭的尺寸計算中厚板軋制輥頭選用萬象輥頭：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計算的d1=850mm，s=212mm，a=425mm，b=170mm，c=170mm。3.1.4過渡圓角r=(0.1?0.12)D=0.12x860=103mm3.1.5校核咬入條件咬入角一般a=15?25°，取a=20。.h =(1—cosa)xD=(1—cos20)x860=51mm，粗軋各道次壓下量h最大為20mm，滿足咬max入。3.2四輥可逆軋機的確定精軋選用四輥可逆軋機，熱軋機工作輥選擇軋輥材料時以輥面強度為主多采用鑄鐵軋輥，而支承輥在工作中主要承受軋制力，且直接較大，要考慮強度和軋輥淬透性，多選用含合金鍛鋼，因此四輥可逆軋機的工作輥選用鑄鐵軋輥HS=50?60，支承輥選用合金鍛鋼，HS=45?50。3.2.1輥身的尺寸確定根據(jù)公式：L=b+amax當b=1000?2500mm,a=150?200mm,得L=b +a=1950+200=2150mm。max max工作輥直徑D:D=L/(3.2?4.5)=L/4=538mm支承輥直徑D:D=L/(2.0?2.5)=L/2=1075mmD/D=1075/538=2.0e(1.6~2.0)3.2.2輥頸的尺寸確定工作輥：d=(0.5?0.55)D=0.5x538=269mml=(0.83?1.0)d=1.0x269=269mm支承輥： 1 1d=(0.5?0.55)D=0.5x1075=537mml=(0.83?1.0)d=1.0x537=537mm3.2.3輥頭尺寸的確定工作輥選用萬象輥頭，由于支承輥不傳遞扭矩，故不需要輥頭。對工作輥：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過渡圓角工作輥：r=(0.1?0.12)D=0.12x538=64mm支承輥：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，滿足咬入條件。軋機尺寸設計如下表：表3-1軋輥尺寸過渡圓輥身/mm角/°輥徑/mm輥頭/mm參數(shù)LDrldD1sabc二輥2150860103400470850212425170170支承輥215053864269269530132265106106工作輥21501075129537537\\\\\第四章軋制力計算4.1速度和時間制度的確定中厚板軋件較長，為操作方便選用梯形圖。根據(jù)經驗資料取平均加速度a=40rpm/s，平均減速度b=60rpm/s。由于咬入能力很富余，故采用高速穩(wěn)定咬入，1至5道次咬入穩(wěn)扎速度n=20rpm，拋1出速度n=20rpm，6至10道次咬入穩(wěn)扎速度n=60rpm，拋出速度n=30rpm，t、v、l為TOC\o"1-5"\h\z2 1 2 111穩(wěn)扎時的時間、平均速度、所扎扎件長度，t、v、l為減速軋制時間，t為間隙時間，t2 2 2 0 j為軋制時間，計算公式如下：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間隙時間t0:根據(jù)經驗，四輥軋機往返軋制，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。計算結果如下表：表4-1軋制速度時間表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由表可以得出粗扎時間為46.5s，精軋時間為48.6s，相差不大，滿足一般生產要求。

4.2各道次軋制溫度的確定第一道次軋制之前，坯料被加熱，為保證產品質量，粗軋時，應將坯料溫度控制在950°C?1200°C之間，各道次軋制結束后軋件溫度也應控制在這個范圍內。因此我們選取開軋溫度取1150C，則T1=1150+273=1423K。為了確定各道軋制溫度，必須求出逐道的溫度降。高溫時的軋件溫度降可以按輻射散熱計算，而認為對流和傳導散失的熱量大致可與變形功轉化的熱量相抵消。由于輻射散熱所引起的溫度降，在熱軋板帶時，可用以下公式進行計算：根據(jù)公式：zTAt=12.9-（-^）4

h1000式中Z——為輻射時間，即該道純扎時間t+1，Z=t+1；T——前一道的絕對溫度，單位1 2 1 2 1K。由于軋件頭部和尾部溫度降不同，為設備安全著想，確定各道溫度降時，應以尾部為準，同時間隙時間也有溫度降，即公式:tTA.tTA.=12.9方(場00)4現(xiàn)按上式計算逐道溫降。根據(jù)經驗，一般的，取開軋溫度為1150C。例如：第一道（縱軋）2.21423t頭］=10-At=1423-12.9x--x（而^）=1421.3k17.5 1421.7t尸］=t尸］-A"=1421.7-12.9x-—x（頂頃）=1420.3K同樣道理可計算其它道次的軋制溫度，結果如表4-2所示。4.3各道變形程度由公式變形程度，即壓下率s=Ah/H，其中Ah為各道次壓下量，H為各道次前軋件的厚度，如第一道次的壓下率s=Ah/H=20/90=0.22，其他各道次壓下率見下表4-2。4.4各道次變形速率由公式倉二工、:'竺其中v表示各道次軋輥最大速率，見表4-1，H為各道次前軋件H+h\R的厚度，h為各道次后軋件的厚度，Ah表示各道次壓下量，R表示工作輥的輥身的半徑。因為咬入速度，穩(wěn)軋速度，拋出速度取值不同，則v在各道次不全相同。如第一道次的變形速率S=土、:竺=空綬：史=2.43，其他各道次變形速率見表4-2。H+心R90+70"4304.5屈服應力。的確定

0.14345鋼的屈服應力b=1.33s0.252￡ e-0.00251x9.81,例如，弟一道次的屈服應力：Sb,=133s0.252￡]0.143e-0.0025T]/9.81=1.33x0.220.252x2.430.143x2.718-0.0025x1420.3x9.81=29MPa其他各道次金屬變形抗力見表4-2表4-2頭部溫尾部溫度純扎時間隔時壓下量變形速變形程屈服應力道次度/K/K間/s間/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軋制力的計算由于所生產的產品是熱軋板帶材，所以計算軋制力所用公式選用sims公式：P=pbl P=n；K其中K=1.15b，l=.、：而。s由軋鋼工藝中的圖5-24s及R/h的關系圖得出氣，由軋鋼工藝中的圖5-22得氣=1，因軋制時無張力，所以取氣'=1,第一道次軋制力：° °p=n‘K=& 126.7MPap=—bl=3.99MPa其它各道次見下表4-3：表4-3nnn''L接觸長度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第五章軋輥強度校核5.1二輾強度校核5.1.1輾身強度軋制力對輾身產生的彎矩Msh=p（￥—8），彎曲應力CM sh—,sh5.1二輾強度校核5.1.1輾身強度軋制力對輾身產生的彎矩Msh=p（￥—8），彎曲應力CM sh—,sh0.1D3由表4-3可知，前5道次中第3道次軋制力最大，而軋件寬度相同并使用同一軋輾，所以只需校核第3道次軋輾的強度L+1b 2150+4301950xM^ =M =P（耳-g）=4.99x106（ 4 —）=1.96x106NmMb=shmaxshmax 0.1D31.96=30.8MPa0.1x0.8635.1.2輾頸強度1 M輾頸所受到的彎矩M.壬彎曲應力。,=而前5道次中因為第3道次軋制力最大，并使用同一軋輾，所以只需校核第3道次輾的強度：M=M=4.99x0.4=499x106Nmmjmax j3 4bjmaxj=499x106=48MPa0.1d3 0.1x4703msx—輾頸所受到的扭矩：M/網序R扭轉應力tj=備前5道次軋輾輾頸相同都為860mm，故R=430mm，其中第1與3道次的壓下量與軋制力最大，所以只需計算這兩道次。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所以只需對第三道次進行校核。對于鋼輥，根據(jù)第四強度理論：。h=32+對于鋼輥，根據(jù)第四強度理論：。hqh =(―+3v2—=7第2+3x9.652=50.83MPa5.1.3輥頭強度因輥頭是萬象輥頭，其斷面不規(guī)則形狀，近似為矩形。Q「850mm，S=212mm，D1/S"4查表5-1可知：a=0.282表5-1矩形截面桿扭轉時的系數(shù)。、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輥頭所受扭轉切應力x=-M^aDs21因前5道次中第3道次所受扭轉力矩最大，所以只需校核第3道次輥頭強度M 200.38x106'max——偵房一0.282x850x212—' &1軋輥材料為鍛鋼，輥面硬度為HS=35~40，查找機械設計手冊得材料的抗拉強度為q疽700MPa，抗剪強度t=400MPa氣/。h-3，氣/氣>3，t/t>3，所以二輥滿足生產要求。5.2四輥強度校核5.2.1支承輥強度因后5道次中第6道次軋制力最大，所以僅校核第6道次即可5.2.1.1輥身強度軋制力主要由支承輥承受，它對輥身產生的彎矩Msh=p（w-8），彎曲應力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輥頸強度輥頸所受到的彎矩氣=牛彎曲應力。廣MjmaxPl_3.08x106x537T= MjmaxPl_3.08x106x537T= 4=413.88x106MPacjmaxM413.88x106jmax= 0.1d3 0.1x5373=26.25MPa5.2.1.3輥頭強度無計算內容因支承輥采用合金鍛鋼知HS=45?50,抗拉強度氣=700MPa；氣/c >3,氣/氣max>3,所以支承輥滿足生產要求。5.2.2工作輥強度5.2.2.1輥身強度因工作輥不承受軋制力，所以輥身無計算內容5.2.2.2輥頸強度輥頸所受到的扭矩M=P^AhR， 扭轉應力tnM— n j 0.2d工3因后5道次中第6道次軋制力p和壓下量Ah最大，所以僅計算該道次即可M=M6—3.08x106x0.5xJ5x269—56.48x106NmmtjmaxM nmax0.2d356.48x106

0.2x2693—14.5MPa5.2.2.3輥頭強度因輥頭是萬象輥頭，其斷面不規(guī)則形狀，近似為矩形，D]=530mm，s=132,DJs=4,查表5-1得a=0.282輥頭所受扭轉切應力X=^n-aDs21因后5道次中第6道次所受扭轉力矩最大，所以只需校核第6道次輥頭強度t=t=^n^——56.48x106_=28.52MPa

max6aDs2 0.282x530x132.51四輥可逆軋機的工作輥選用鑄鐵軋輥HS=50?60，查機械設計手冊知材料的抗拉強度cb=450MPa，抗剪強度為T=350MPa，氣/c>3，t/t>3，所以支承輥滿足生產要求。5.2.3接觸應力1—V2鑄鐵的彈性模量E1=115GPa，泊松比七=0.3，所以k〔=一p=0.252x106MPa-111—V2合金鍛鋼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工作輥和支承輥HS>45，所以[b]=2100Mpa，[t]=640Mp，由表5-2可知表5-2許用接觸應力值支承輥表面硬度HS許用應力/MPa許用應力/MPa301600490402000610602200670852400730因bmax<[b]、Tmax<[t]，所以工作輥和支承輥都滿足生產要求第六章主電機容量校核6.1計算軋制力矩根據(jù)計算公式M=2（plp,l表示接觸孤長度z根據(jù)大量實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計，熱軋板帶材甲=0.42?0.5,取平=0.5第一道次：M=2x0.5x92.7x3.99=0.37Mnm其它道次計算方法如上，計算結果見表6-1。6.2附加摩擦力矩的確定6.2.1軋輥軸承中的附加摩擦力矩根據(jù)計算公式軋輥軸承中的附加摩擦力矩Mmi=pfdd-軋輥輥頸直徑f-軋輥軸承摩擦系數(shù)，對于滾動軸承取f=0.005第一道次：M1=P1fd=3.99x0.003x470=9.38KNm其它道次計算方法如上，計算結果見表6-16.2.2傳動機構中的摩擦力矩根據(jù)計算公式M2=（1-1）Mz+Mm1i一軋輥與主電機的傳動比，這里為1；M二一軋制力矩；心小一軋輥軸承中的附加摩擦力矩；門一傳動機構的效率，即從主電機到軋機的效率，取門=0.95?！?，1… ，1八第一道次：Mm2=（誡F0.37+0.00938八八。x =0.02KNm其它道次計算方法如上，計算結果見表6-16.2.3附加摩擦力矩的計算M=%+Mmi m2心小一軋輥軸承中的附加摩擦力矩M一傳動機構中的摩擦力矩m2第一道次：M=0.00938+0.00=0.02938

其它道次計算方法如上，計算結果見表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電動機額定力矩的計算二輥軋機主電機型號ZD250/120,額定功率2500X2KW，轉速0?40?80rpm，過載系數(shù)2.25，最大允許傳遞扭矩1.2X2MN-m;四輥軋機主電機型號ZD250/83，額定功率2050X2KW,轉速0?60?120rpm，過載系數(shù)2.5,最大允許傳遞扭矩0.83X2MN?m二輥軋機主電機額定力矩的計算：9550N 9550N H1nH19550x2500x280=0.597KNm四輥軋機主電機額定力矩的計算:9550N 9550N H2nH29550x2050x2100=0.392KNmNH1、NH2分別為二輥軋機主電機和四輥軋機主電機的額定功率；nH1、nH2分別為二輥軋機主電機和四輥軋機主電機的所選用的轉速(n=80rpm、n=100rpm)6.4空轉力矩的計算空轉力矩的計算公式為：Mr=0.05Mh二輥軋機主電機空轉力矩為：M^=0.05Mh1=0.05x0.6=0.03MNm四輥軋機主電機空轉力矩為：M22=0.05Mh2=0.05x0.4=0.02MNm

6.5動力矩的計算動力矩的計算公式為：M廣譬岑d-n一角加速度；g—轉動部分的重量；d—轉動轉動部分的慣性直徑dt加速時的動力矩為:Mda375dtGD2dn15x105 = x40Mda375dt減速時的動力矩為:Mda375dtGD2dn15x105 = x60=0.24Mda375dt6.6道次各階段的傳動力矩的計算6.6.1穩(wěn)定軋制時的傳動力矩的計算穩(wěn)定軋制時的傳動力矩計算公式為：mMM=—^+M+M第一道次穩(wěn)定軋制時的傳動力矩為：0.37M=——+0.02938+0.03=0.43MNmn1 1其它道次計算方法如上，計算結果見表6-26.6.2減速軋制時的傳動力矩的計算減速軋制時的傳動力矩的計算公式為：M=。+M+M*-M曲因前五道次無減速階段，所以無需計算第六道次減速軋制時的傳動力矩為：0.113M6=^^+0.01034+0.02-0.24=-0.1MNm其它道次計算方法如上，計算結果見表6-26.6.3空載減速時的傳動力矩的計算空載減速時的傳動力矩的計算公式為:Mn=Mk-Mda因前5道次采用相同的主電機，所以空載減速時的傳動力矩相同，其值為:

M=吃-M^=0.03-0.24=-0.21MNm后5道次計算方法如上，計算結果見表6-26.6.4空載加速時的傳動力矩的計算空載加速時的傳動力矩的計算公式為：M=M水+Md因前5道次采用相同的主電機，所以空載加速時的傳動力矩相同，其值為:M=Mk+M^=0.03+0.16=0.19MNm后5道次計算方法如上，計算結果見表6-26.6.5空轉時的傳動力矩的計算空轉時的傳動力矩的計算公式為：M=M因前5道次、后5道次分別采用相同的主電機，所以空轉時的傳動力矩相同6.7各機架電機輸出力矩等效力矩的計算等效力矩的計算公式為：■SM2t+￡M'2t'2^M=1 、沖n、、n_n_jum 乙t+乙t'n n式中Mjum——等效力矩；Stt-n-—軋制時間內各段純軋時間的總和；St'—n-一軋制時間內各段間隙時間的總和；Mn-各段軋制時間對應的力矩；M'—各段間隙時間對應的空轉力矩；第一道次的等效力矩為:其值見表6-2Mjuml=0.146MNm：0.43x0.43x0.22+0.03xMjuml=0.146MNm: 2.2+17.5其它各道次的計算方法如上，計算結果見表6-2。表6-2主電機容量校核參數(shù)輸出穩(wěn)定空載空載空載空載力矩軋制穩(wěn)定減速減速減速加速加速的等力矩軋制減速軋軋制軋制軋制軋制軋制空轉空轉效力道/MNm時間制力矩