热轧中厚板工艺设计.docx
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热轧中厚板工艺设计
材料成型课程设计
——热轧中厚板工艺设计
指导老师：
***
姓名：
学号：
班级：
专业：
材料成型及控制工程
2012年12月21日
安徽工业大学
一.题目及要求
二.设计目的
三.已知条件
四.基本要求
五.设计说明书
（一）产品技术要求及步骤
（二）工艺流程图
（三）轧制规程设计
3.1轧制方法
3.2安排轧制规程
3.3校核咬入能力
3.4确定速度制度
3.5确定轧制延续时间
3.6轧制温度的确定
3.7计算各道的变形程度
3.8计算各道的平均变形速度
3.9求各道的变形抗力
3.10计算各道的平均单位压力P及轧制力P
3.11计算各道总压力
3.12计算传动力矩
（四）强度校核
（五）电机功率校核
（六）参考文献
（七）车间平面布置图
六．总结
一、题目及要求
题目：
热轧中厚板工艺设计，使成品尺寸规格为25*2500mm
课程名称：
材料成型课程设计
课程类型：
必修课
教学对象：
材料成型专业本科生
二、设计目的
《材料成型课程设计》是材料成型专业必修课之一，是课程教学的一个重要环节。
其轧钢方向的课程设计要求达到以下目的：
1）把《塑性工程学》、《塑性加工原理》、《塑性加工车间设计》、《孔型设计》等专业课程中所学的知识在实际设计工作中综合加以运用，巩固所学的专业知识，提高对专业知识和相关技能的综合运用能力。
2）本次设计是毕业设计前的最后一个教学环节，为进一步培养学生工程设计的独立工作能力，团队协作意识，树立正确的设计思想，掌握工艺设计的基本方法和步骤，为毕业设计工作打下良好的基础。
三、已知条件
主要设备参数
项目
粗轧机
精轧机
轧机型式
四辊可逆轧机
PC轧机
工作辊辊身尺寸/mm
Ø850~950×3800
Ø850~950×3800
支撑辊辊身尺寸/mm
Ø1700~1800×3700
Ø1700~1800×3700
工作辊辊颈尺寸/㎜
Ø500×480
Ø450×420
支撑辊辊颈尺寸/㎜
Ø1200×1150
Ø1200×1150
工作辊材质
合金铸铁
合金铸铁
支撑辊材质
铸钢
铸钢
最大轧制压力/MN
70
70
最大轧制力矩/MN*m
2×2.6
2×1.975
最大轧制速度/ms-1
4.239
6.123
最大工作开口度/mm
500
400
主电机功率/Kw
2×5000
2×5500
主电机转速/rpm
0~45~90
0~65~130
压下速度/mms-1
25
15
本设计主电机的功率分别选用：
粗轧机组
=2×5000
精轧机组
=2×5500
计算钢种：
Q235
坯料及产品规格
坯料：
2000*1500*200mm厚的连铸坯
规格：
25*2500（mm）
四、基本要求
独立完成工艺流程、规程设计（孔型设计），掌握工艺设计的基本内容，基本步骤和方法，熟练使用AutoCAD进行工程图的绘制。
具体要求：
1）独立完成自己所负责的内容；
2）熟练搜集查阅文献资料；
3）综合运用所学的专业知识进行设计计算；
4）熟悉计算机绘图、文字及图表处理；
5）完成设计报告，要求文字通畅，结构明晰；
6）严格按照课程设计进度和教师要求，高质量地完成课程设计工作。
五、设计说明书
（一）、产品技术要求及步骤
1）、牌号及化学成分（GB/T700-1988）
Q235等级A含碳量0.14%~0.22%，含硅量0.12%~0.30%,含锰量0.30%~0.65%，含磷量小于0.045%，含硫量小于0.050%
脱氧方法：
F—沸腾钢、b—半镇静钢、Z—镇静钢
2）、力学性能：
屈服强度235Mpa、抗拉强度375~460Mpa
3）、交货状态：
正火
4）、工艺性能：
塑性高，焊接性能好，可用于拉深、弯曲
5）、表面质量：
表面缺陷少，表面平坦及光极度高
步骤：
1）在咬入能力允许的条件下，按经验分配各道次压下量，这包括直接分配各道次绝对压下量或压下率、确定各道次压下量分配率（
）及确定各道次能耗负荷分配比等各种方法；
2）制定速度制度，计算轧制时间并确定逐道次轧制温度；
3）计算轧制压力、轧制力矩及总传动力矩；
4）检验轧辊等部件的强度和电机功率；
5）按前述制定轧制规程的原则和要求进行必要的修正和改进
（二）、工艺流程图：
1、中厚板生产工艺流程设计如下图:
2、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°--1130°，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，开始冷却温度一般尽量接近终轧温度，轧后快冷到相变温度以下，冷却速度大多选用5—10℃或稍高些。
切边用圆盘式剪切机进行纵剪，然后飞剪定尺。
（三）、轧制规程设计
3.1轧制方法
先经立辊侧压及纵轧两道至板坯长度等于钢板宽度，然后转90°度，横轧到底。
3.2安排轧制规程
采用按经验分配压下量再进行校核及修订的设计方法，先按经验分配各道压下量，排出压下规程如表3.1
表3.1压下规程编排1
道次
出口厚度
/mm
轧后宽度
/mm
轧后长度
/mm
压下量
/mm
压下率
/%
0
200
1500
2000
转钢/粗轧
1
161
1860
2016
39
19.5
2
129
1860
2500
32
19.9
转钢
3
103
2500
2330
26
20.2
4
82
2500
2927
21
20.4
5
65
2500
3692
17
20.7
6
52
2500
4615
13
20.0
7
43
2500
5581
9
17.3
精轧
8
35
2500
6857
8
18.6
9
29
2500
8276
6
17.1
10
26.5
2500
9057
2.5
8.6
11
25
2500
9600
1.5
5.7
3.3校核咬入能力
根据咬入角α、压下量Δh=H—h和轧辊直径D三者之间关系：
△h=D（1—COSα），轧辊直径D取950mm，热轧钢板时咬入角一般为15°～22°。
得到各道次咬入角α大小如下：
（最大咬入角为16.4742°，故咬入不成问题。
）
α（1～11）=16.4742、14.9134、13.4356、12.0694、10.8555、9.4895、7.8930、7.4409、6.4429、4.1576、3.2202
3.4确定速度制度
中、厚板生产中由于轧件较长，为操作方便，可采用梯形速度图（如图3.1）。
根据经验数据取平均加速度a=40rpm/s，平均减速度b=60rpm/s。
由于咬入能力比较富余，故可采用稳定高速咬入，对第1、2道，咬入速度取n1=20rpm对于3、4道，咬入速度取n1=40rpm，对于5、7道取n1=60rpm，对于8～11道取n1=80rpm。
为减少反转时间，一般采用较低的抛出速度n2，例如取n2=20rpm但，对间隙时间长的个别道次可取n2=n1。
图3.1
3.5确定轧制延续时间
如图3.1所示，每道轧制延续时间tj=tz+t0，其中t0为间隙时间，tzh=t1+t2。
设v1为t1时间内的轧制速度，v2为t2时间内的平均速度，l1及l2为在t1及t2时间内轧过的轧件长度，l为该道次轧后轧件长度，则v1=πDn1/60,v2=πD（n1+n2）/120,t2=（n1-n2）/b，
故减速段长l2=t2v2，而t1=（l-l2）/v1=（l-t2v2）/v1。
D取平均值。
对于1、2道取n1=n2=20；
对于3、4道取n1=40，n2=20；
对于5、7道取n1=60，n2=20；
对于8～11道取n1=80，n2=20。
再确定间隙时间t0：
根据经验资料在四辊轧机上往返轧制中，不用推床定心时（l<3.5），取t0=2.5s，若需定心，则当l<8m时取t0=6s，当l>8m时，取t0=4s。
已知tzh及t0，则轧制延续时间便可求出（见表3.2）
3.6轧制温度的确定
为了确定各道轧制温度，必须求出逐道的温度降。
高温是轧件温度降可以按辐射散热计算，而认为对流和传导所散失的热量大致可与变形功所转化的热量相抵消。
由于辐射散热所引起的温度降在热轧板、带时，可用以下公式近似计算：
式中:
Δt――相邻两道次间的温度降，℃；
h――前一道轧出厚度，mm；
――前一道轧制温度，K；
Z――前后两道间的时间间隔，s；
则每道次的轧制温度为：
T1－Δt℃（见表3.2）
表3.2压下规程编排2
道次
轧后长度
/mm
轧制速度n1
/rpm
抛出速度n2
/rpm
轧辊线速度
/ms-1
轧制延续时间/s
轧制温度
/℃
0
2000.00
1150
转钢/粗轧1
2016
20
20
994.00
4.53
1148.51
2
2500
20
20
994.00
5.02
1146.46
转钢3
2330
40
20
1988.00
4.01
1144.42
4
2927
40
20
1988.00
4.31
1141.68
5
3692
60
20
2983.00
4.40
1137.92
6
4615
60
20
2983.00
4.71
1133.29
7
5581
60
20
2983.00
5.04
1127.38
精轧8
6857
80
20
3977.00
5.22
1119.99
9
8276
80
20
3977.00
7.08
1108.13
10
9057
80
20
3977.00
7.28
1095.24
11
9600
80
20
3977.00
7.41
1081.84
粗轧总时间
32.01
精轧总时间
26.99
3.7计算各道的变形程度（压下量）
（见表3.1）
3.8计算各道的平均变形速度
计算各道的平均变形速度
，可用下式计算变形速度
式中R、v——轧辊半径及线速度。
（见表3.3）
3.9求各道的变形抗力
查变形抗力曲线（Q235）如下图：
（数据见表3.3）
3.10各道次的平均单位压力（
）及轧制力
根据中、厚板轧制的情况，可取应力状态影响系数η=0.785+0.25L/
其中
为变形区轧件平均厚度，l为变形区长度，单位压力大（>20×107Pa）时应考虑轧辊弹性压扁的影响，由于轧制中厚板时
一般应在此值以下，故可不计压扁影响，此时变形区长度
。
（数据见表3.3）
3.11计算各道总压力
由公式P=Bl
可计算得到。
（数据见表3.3）：
3.12计算传动力矩
3.12.1轧制力矩
按下式可计算得到：
式中
--合力作用点位置系数（力臂系数），中厚板一般取0.4到0.5，粗轧道次
取大值，随轧件变薄则
取小值。
（计算结果数据见表3.3）：
3.12.2摩擦力矩
传动工作辊所需要的静力矩，除轧制力矩以外，还有附加摩擦力矩Mm，它由以下两部分组成，即Mm=Mm1+Mm2,其中Mm1在本四辊轧机可近似由下式计算：
式中f------支撑辊轴承的摩擦系数，取f=0.005；
dz------支撑辊辊颈直径，dz=1200mm；
Dg、Dz----工作辊及支撑辊直径，Dg=950mm,Dz=1800mm.
代入后，可求得Mm1=0.00317P
Mm2可由下式计算
式中η----传动效率系数，本轧机无减速机及齿轮座，接轴倾角α≥3°，故取η=0.94，故得Mm2=0.06（Mz+Mm1）。
Mm=Mm1+Mm2=0.06Mz+0.003371P
3.12.3空转力矩
轧机的空转力矩（Mk）根据实际资料可取为电机额定力矩的3%～6%，又，
粗轧机组
=2×5000
精轧机组
=2×5500
粗轧时，Mk=（0.03～0.06）0.975×2×5000/40=（7.3～14.6）×103
取Mk=104N·m
精轧时，Mk=（0.03～0.06）0.975×2×5500/40=（8.04～16.08）×103
取Mk=1.4×104N·m
3.12.4总轧制力矩
这里采用稳定速度咬入，即咬钢后并不加速，故计算传动力矩时忽略电机轴上的
动力矩。
因此，电机轴上的总传动力矩为：
（数据见表3.3）
表3.3数据表
道次
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
平均变形速度
（s-1）
1.58
1.78
4.01
4.52
7.68
8.44
8.64
13.23
13.97
10.40
8.68
修正系数K
0.98
0.98
0.98
0.98
0.98
0.98
0.95
0.97
0.95
0.81
0.76
变形抗力
（Mpa）
63.7
65.2
69.8
79.2
86.5
92.4
94.3
98.1
96.9
81.5
79.1
变形区长度l（mm）
136
123
111
100
90
79
65
62
53
34
27
平均厚度
（mm）
180.5
145
116
92.5
73.5
58.5
47.5
39
32
27.75
25.75
平均单位压力
（Mpa）
71.4
74.8
82.2
96.1
108.5
119.3
122.2
133.4
133.7
102.3
95.3
总压力P（*105N）
180.6
171.1
228.1
240.3
244.1
235.6
198.6
206.8
177.2
87.0
64.3
位置系数
0.5
0.5
0.49
0.48
0.47
0.46
0.45
0.44
0.43
0.42
0.4
轧制力矩Mz（*105N·m）
24.6
21.1
24.8
23.1
20.7
17.1
11.6
11.3
8.7
2.5
1.4
摩擦力矩Mm（*105N·m）
2.08
1.84
2.26
2.20
2.06
1.70
1.37
1.38
1.12
0.44
0.30
总力矩M（*105N·m）
26.78
23.04
27.2
25.44
22.90
18.94
13.01
12.72
9.96
3.08
1.84
（四）、强度校核
（方法参考郑光文老师主编的<塑性加工设备>2001年7月版第20页例题）
图4.1轧辊示意图
图4.2轧辊受力分析图
图4.3支撑辊弯矩图
图4.4工作辊弯矩图
4．1支撑辊强度计算
支撑辊辊身中央承受最大弯曲力矩计算公式推导如下（受力分析如图4.2）：
Mmax=p×（a/4–l/8）
式中p--最大轧制力
a--压下螺丝中心距
l--支撑辊辊身长度
其中p=7000KN，a=4850mm，l=3700mm
故最大弯矩Mmax=52.5×103KN·m
辊身中央的弯曲应力
辊颈处危险断面应力
4.2工作辊强度计算
辊颈扭转应力
又因为，支撑辊材质为铸钢，许用应力[σ]=160Mpa；工作辊材质为合金铸铁[σ]=140Mpa,[τ]=94Mpa。
可知，强度校核通过。
（五）、电机功率校核
经校核，电机功率满足生产要求。
（六）、参考文献
参考资料
1.王廷溥，齐克敏主编．金属塑性加工学．北京：
冶金工业出版社，1988，5．
2.赵松筠，唐文林主编．型钢孔型设计[M]．北京：
冶金工业出版社，2000，4．
3.上海孔型设计组编，《孔型设计（上、下册）》，上海科学技术出版社；
4.温景林主编．金属压力加工车间设计[M]．北京：
冶金工业出版社，1991，11．
5、赵志业主编.金属塑性变形与轧制理论.北京:
冶金工业出版社.1980.
6、邹家祥主编.轧钢机械.北京:
冶金工业出版社.1989.
7、袁康主编.轧钢车间设计基础.北京钢铁学院压力加工系.1985
8、杨节主编.轧制过程数学模型.北京:
冶金工业出版社.1983.
9、郑光文主编.塑性加工设备.安徽工业大学.2001.7
（七）、车间平面布置图
六、总结
通过这学期的知识学习，我们初步的了解了一些工艺设计的基本知识，了解了热轧中厚板工艺设计的基本原理，初步学会了简单的工艺设计。
课堂的知识永远是有限的，然而工艺设计是门博大精深的课程，还需要我们课下不断地花时间去钻研去实践！
热轧中厚板工艺设计让我们自己去钻研设计，完全的调动了每一个学生学习的积极性。
将自己学习到的知识付诸实践，在实践中检查自己的学习水平，发现自己的不足，认识到自己的缺陷，这是非常的重要的！
不断的设定数据，完善数据，最终制定出符合自己一系列尺寸数据。
再不断的验算确定最终的正确的结果，设计出合理的最优的压下规程。
最后画出车间平面布置图，整个设计过程之中严谨的态度最重要，对于每一个布置都要保证合理、正确，而这种严谨的作风对于我们日后的深造与工作都是有莫大的帮助！
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