中厚板生产压下规程课程设计轧制规程设计.docx

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中厚板生产压下规程课程设计轧制规程设计

《塑性成型工艺（轧制）》

课程设计说明书

名称15X2100X9000mm轧制规程设计

指导教师

专业小组

小组成员

2013年06月15日

《塑性成型工艺（轧制）》课程设计任务书

10级材料成型与控制工程专业

设计小组：

第12小组成员：

设计课题：

中厚板轧制规程设计指导教师：

张金标

一、设计产品

设计小组

学生学号

产品牌号

产品规格/mm

Q235

10X2000X9000

10X1900X10000

12CrNi3A

12X1800X10000

4Crl3

13X1700X9000

Q235

12X2100X12000

8X1800X13000

12CrNi3A

14X2000X9000

4Crl3

12X2000X8000

Q235

9X2050X12000

10X2300X12000

12CrNi3A

13X1900X12000

4Crl3

15X2100X9000

二、设计条件

机组：

双机架串列式可逆机组（二眾可逆轧机粗轧，四探可逆轧机精轧）。

主电机：

二幅轧机主电机型号ZD250/120,额定功率25002kw,转速0^40"80rpm,过载系数2.25,最大允许传递扭矩1.22MN.m：

四轮轧机主电机型号ZD250/83,额定功率20502kw,转速0"60^120rpm,过载系数2.5,最大允许传递扭矩0.832MN.mo

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；设讣变形工具；计算力能参数；校核轧輕强度及主电机负荷；绘制轧輕零件图、轧制表。

四、设计时间

设计时间从2013年06月03日至2013年06月14B,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、评价各个方案的设讣结果，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

2013.05.30

第一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

1.2坯料选择

1.3中厚板压下量

1.4分配各道次压下量，计算各道次变形程度，轧件尺寸及轧制道次

第二章设计变形工具5

2.1设计二幅5

2.2设计四幅5

2.3校核咬入能力6

第三章计算力能参数7

3.1选择速度图7

3.2设计轧制速度（nl、n2、n3、a、b）7

3.3速度图（梯形图）7

3.4计算各道次时间7

3.5计算各道次轧制温度8

3.6计算各道次变形抗力9

3.7选用Sims公式计算各道次轧制力9

第四章校核H

4.1二馄轧机强度校核11

4.2四车昆轧机强度校核11

4.3计算各道次轧制力矩13

4.5空转力矩的确定13

4.6力矩图表13

4.7轧幅力矩图13

4.8求两机架的等效力矩14

4.9校核各机架主电机容量14

设计心得体会16

附表一中厚板压下规程轧制表17

附图一轧制力矩图18

参考文献19

第一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：

选择坯料一原料清理一加热一除鳞f纵轧二道（使宽度接近成品宽度）一转90°横轧到底一矫直一冷却一表面检查一切边一定尺一表面尺寸形状检查一力学性能试验一标记一入库一发货。

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°C,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；矫直时选用輕式矫直机矫直，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，因为连铸坯更加节能，组织和性能好，成材率高；主要用于生产厚度小于80mm中厚板，且口前生产中厚板选择连铸坯已成为主流，所以选择连铸坯。

1.2.2坯料尺寸的确定

1.2.2.1坯料厚度的确定：

产品的厚度h二15mm,首先选取压缩比，压缩比山经验值选取，我国压缩比一般在8以上，考虑到成材率，因此本设计压缩比选取9,则坯料厚度H二135。

1.2.2.2坯料长度的确定：

由成品（b+Ab）—坯长L,切头尾AL二90mm,切边△b二25mm,展宽为500^700,取展宽为500mm,则2（2100+50）-500二1650mm。

1.2.2.3坯料宽度的确定：

金属烧损系数一般为1%,山体积不变定律可得：

gg%XHXBXL二（"2X90丿X（7^2X25丿X15

庐1340mm

带入数据解得：

校核成材率：

94%

1.3变形量分配

1.3.1轧制方法的确定

先经过二馄轧机纵轧二道，然后转90度，横轧到

1.3.2道次压下量的确定

坯料尺寸：

HXBXL二135X1340X1650mm,则总的135-15二120。

根据经验值选取轧制道次n二12,制定压始轧制时受咬入能力限制，所以在轧制前设计一个除鳞证咬入能力较好，并选取咬入条件较好的经验方法。

图1逍次压下量分配原则

道次压下量与道次关系如图1所示。

由图1所示，各道次的压下量逐渐减小，同时幅度也在逐渐减小，所以粗轧的圧下量较大，而精轧的压下量较小。

设定总轧制道次为十二道次，粗轧为七道次（选取二轨可逆轧机），精轧为后五道次（选取四楹可逆轧机）。

制定压下规程如表

表1-1

表1-1道次压下量的分配

道次

轧制方式

机架

轧件厚度

h/mm

轧件度宽

b/mm

轧件长度

1/mm

压下量

Ah/mm

变形程度

除鳞

高压水

纵轧

横轧

二偲

横轧

四馄

横轧

四辘

横轧

四辘

横轧

四馄

横轧

四馄

第二章设计变形工具

2.1二辗轧机尺寸设计

2.1.1楹身长度

由L二此+a,乂因为也尸2150mm,当^1000-2500mm时，a=150-200mm（轧钢机械A。

），取护200mm,则Z二2200+200二2400mm

2.1.2輕径尺寸

中厚板轧机£烬2.2-2.8,则Z^857-1090mm,取彷880mm

2.1.3規颈尺寸

查表3-5取d/X.75（轧钢机械PG得出660mm：

幅颈长度1：

取d/口.0得片660mm

2.1.4楹头设计

因为对于中厚板轧机来说轧馄调整行程比较大，倾角在8°-12°之间所以应选择万向幅头，其各部分的尺寸关系如下：

2；产重车率，中厚板轧机最大重车率5%-8%,取重车率为5%

则2；F880-880X5%236mm

取0切《厂6二830mm

S二（0.25-0.28）0取S=O.25〃吃07.5mm

a=（0.5~0.6）0取a=Q.50=415mm

b=（0.15-0.20）Di取b=^.20=166mm

c=b=166mm

2.1.5輕颈与辗身的过度圆角r

由r/£f=O.1-0.12取r/D=0.1得尸0.1X880mm=88mm

2.2设计四規

2.2.1支承轨设计

2.2.1.1翟身长度

同前Z=2400mm

2.2.1.2規径尺寸D：

查表（轧钢机械）乙炉2.0得公1200mm

2.2.1.3規颈尺寸

取&/DA.75则店1200X0.75二900mm

车昆颈长度1=/dp\.0妙"900mm

2.2.1.4輕头设计

选择万向幅头，因为对于中厚板轧机来说轧幅调整行程比较大，倾角在8。

-12。

之间所以选择万向幅头。

各部分的尺寸关系如下：

DhRz-DA重车率取重车率为5%

则ZU二1200-1200X5%二1140mm

DlDz（5-15）mm取DRUTO二1130mm

S二（0.25-0.28）D：

取*0.270二300mm

a=（0.5-0.6）D：

取a=Q.5ZZ=565mm

b=（0.15-0.2）2取b二0.20^226010）取戻230mm

c=Z>=230mm

2.2.1.5翟颈与辗身的过度圆角r,=O.lA=120mm

2.2.2工作楹设计

2.2.2.1輕身设计

同前Z=2400mm

2.2.2.2輕径尺寸

根据（轧钢机械凡），当轧件较厚时，山于要求较大工作轨直径，取D/Dd.5,得0二800mm。

2.2.2.3轨颈尺寸

取d仏二0.75则d二600mm

幅颈长度：

取厶/y^l.O,得"600mm

2.2.2.4輕颈与轨身的过度圆角rx

取门二0.二80mm

2.2.2.5輕头设计

选择万向幅头，选择原因同上。

各部分的尺寸关系如下所示：

D/Dg-DA重车率重车率取5%,则律』800-800X5%二760mm

Dl=Dsi-（5-15）mm取2畝力-10二750mm

S二（0.25-0.28）2取S=0.282吆10mm

a=（0.5-0.6）0取a=0.5ZZ=37omm

b=（0.15-0.2）D；取b=0.20=15Omm

c=b=150mm

2.3校核咬入能力

热轧钢板时咬入角一般为13°-22°，低速咬入可取为20°，故4显严262-8滋）二43mm,故咬入不成问题。

第一章计算力能参数

3.1选择速度图

山于整个轧制过程中，轧件较长，所以选择梯形图较理想。

3.2设计轧制速度（m、m、m、a、b）

LI前，可逆式中用板轧机粗轧机的轧輕咬入和抛出转速一般在10-20rpm和15-25rpm范圉内选择，精轧机的轧馄咬入和抛出转速一般在20-60rpm和20-30rpm范围内选择。

根据经验资料取平均加速度a=40rpm/s,平均减速度戻60rpm/s。

所以在二辘轧机上轧制时，取咬入转速nFlOrpm,氐〈6：

（皿-电机的最大转速）取於=30rpm,取nj=20rpm

在四轨轧机上轧制时，取咬入转速広二20rpm,氐＜皿（叶电机的最大转速）取&40rpm,取z?

j=20rpm

3.4计算各道次时间

第一道：

空载加速时间为切加速轧制时间为妇设等速轧制时间为如减速轧制时间为切空载减速时间为ts

对于二幅轧机空载加速时间加速轧制时间等速轧制时间减速轧制时间空载减速时间所以纯轧时间

ti=n2/a=^.25s

t==（n=-nJZ^=（30-10）/40=0.5s

ts=l/n=X[n：

/2a+60L/”D+n]/2b-n：

X（a+b）/ab]=0.17stf=S~ns）/b=（30-20）/60=0.17s

ts=ns//b^2Q/60=0.33s

t二二t：

+ts+£卢^・5+0.17+0.17=0.84s

如果轧件长度1W3.5m取间隙时间匕二2.os;

如果轧件长度

3.5m

如果轧件长度』>8m取间隙时间t=4s所以"2.5s

其他道次的各组成时间如下表所示：

表3~1

道次

ti（s）

t2（S）

ts（s）

ti（s）

ts（s）

tj（s）

tz（s）

0.25

0.5

0.17

0.33

2.5

0.84

43.67

0.25

0.5

0.50

0.17

0.33

2.5

1.17

0.25

0.5

0.36

0.17

0.33

2.5

1.03

0.25

0.5

0.76

0.17

0.33

2.5

1.43

厂

0.25

0.5

1.15

0.17

0.33

1.82

0.25

0.5

1.55

0.17

0.33

2.22

0.25

0.5

2.43

0.17

0.33

3.10

0.5

2.61

0.33

3.44

50.56

0.5

3.25

0.33

4.08

0.5

3.64

0.33

4.47

0.5

4.10

0.33

4.93

0.5

4.66

0.33

5.49

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。

山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：

41=12.9XZ/hX（T./WOOV

2」该道次的轧制时间与上道次间隙时间之和

前一道的绝对温度，K

方一轧出厚度

根据经验，双机架中厚板轧机轧制材料为Q235的钢板时，其粗轧开轧温度为1200°C,精轧的开轧温度为1080°Co

所以第一道温降为：

tt=12.9XZ/hX（X/1000/=12.9X0.84/80X[（1200+273）/1000]'=l°C

精轧开轧温度为1080°C

则△tpl2.9XZ/hX（Tt/1000/=12.9X9.44/15X[（1080+273）/1000]'=27°C

所以第8道轧后轧件温度为：

1080°C-27°C=1053°C

所有道次轧制温度如下表所示:

表3-2

道次

：

Z（s）

0.84

3.67

3.53

3.93

4.32

8.22

9.10

9.44

10.08

10.47

8.93

9.49

温度

.（V）

1200

1199

1166

1160

1152

1136

1114

1080

1049

1014

985

954

3.6计算各道次变形抗力

轧件在二幅轧机上轧制时平均轧制速度为：

£呱/60=3.14X880X30/60=1382mm./s（n为稳定轧制速度）轧件在四辘轧机上轧制时平均轧制速度为：

片Dn：

/6O=3.14X800X40/60=1675mm./s（n为稳定轧制速度）故平均变形程度：

E=2V/（H-bh）Xy!

^/R所以色吃XI.382/（100+80）XV20/440=3.3

由包和匕查图17-3（金属塑性加工学）得:

乍60如再由£产20嗨修正系数K=Q.98所以变形抗力sn=Kos2=0.98X60=58.SMPa

其他道次变形抗力如下表所示：

表3-3

道次

♦

3.3

3.7

4.1

4.8

7.1

11.4

8.5

6.7

7.3

8.0

20.31

21.57

17.5

15.15

28.57

13.3

7.69

8.3

9.09

1200

1199

1166

1160

1152

1136

1114

1080

1049

1014

985

954

Osr

58.8

60.8

61.7

62.7

65.1

71.0

101.

•：

113.9

92.7

79.8

97.

103.

3.7选用Sims公式计算各道次轧制力

求第一道轧制力因为变形抗力K=l.155osT所以Kf\.155X58.8=67.91沏方

接触弧长7=V/?

Ah=^440x20^4mm

Mf440/80二5.5查曲线5-24求外摩擦影响系数n■

由5与3,查得nz.，F0.8

又因为为无张力轧制所以张力影响系数2-“二1.0

求外端影响f由l/h=l.175,因为在轧制薄板时计算平均单位压力可取力_。

尸1.0,即不考虑外端的影响。

由轧制力计算公式P=n=XnXr\XKXbXl

则

=n\2Xn'0Xn''XKtXb2X“0.8X1.0X1.0X67.914X1.600X0.094=8.17MN

同理其它道次轧制力如下表所示：

表3-4

道次

轧制力

P（MN）

8.17

9.4

13.11

10.9

10.2

20.3

19.9

8.6

5.3

6・4

6.9

第四周校核

4.1二辗轧机强度校核

山上面计算知二馄轧机最大轧制力P^=P：

=7.M4N

4.1.1求輕身的弯曲力矩」也

此FPg（L+l/4—b/8）L—辗身长度，2—輕颈长度，1轧件长度

则Msh=P^（L+1/4~b/8）=7.7/X[（2.3+0.45）/4一2.15/8]二2.99MN*m

4.1.2求幅颈的弯曲力矩必

Mj=P^•1/4=7.2^X0.45/4=0.8MN-m

4.1.3求轨身的弯曲应力

o命二Msk/（O.Ilf）=2.99/（0.1X0.863）=47Mpa

4.1.4求辗颈的弯曲应力J

Oj=Mj/（0.Id）=0.8/（0.1X0.58）=64.3Mpa

4.1.5求轨颈的扭转力矩网

Mn=P

Ah二0.27MN・m47?

—最大轧制力时的压下量

4.1.6求辗颈的扭转应力tj

jM/（0.2d）=0.27/（0.2X0.53）=10.6Mpa

4.1.7求合成应力5

对于钢轧馄o产Jb；+3t；二66.9Mpa

4.1.8辗头的弯曲应力

K由图7-21查得K二1.215

员詡弓啪=867.Smm;b=l.5s=l.5X240=360mm;x=0.5（bo~2b/3）sina十x产303.4mm;

o^6OMKx/（bo-2b/3）b^=6OXO.27X1.215X303.4/627.8X360X24（f=45.0^

4.1.9轧楹材料选择

已知^s/p47Mpa，-oj=64.淤g：

o/f66.8Mpa所以山表6T（轧钢车间设备潘慧勤主编）

表6-1

材料

合金锻钢

碳素锻钢

铸钢

铸铁

球墨铸铁

强虞极限5

686—735

588—637

490—588

343—392

392—588

许用应力

137.2—149

117.6—127.4

98—117.6

68.6—78.4

78.4—

[o]

117.6

材料的抗拉强度^86-735Mpa取。

尸700Mpa

因为ob/o沪700/66.3=10.56>3所以馄身安全符合要求；

5/。

卢700/64.3=10.89>3所以轨颈安全符合要求

5/。

尸700/66.8=10.48>3所以安全

4.2四轨轧机强度校核选工作辗材质为铸铁；支撑眾材料选合金锻钢；由上面计算知四幅轧机最大轧制力几$5.43MN

4.2.1支撑輕强度校核

4.2.1.1辗身

Msk==P（L^l/4~L/8）^.43X；[（2300+600）/4-2300/81=2.38MN・m

则o甘（0.1D：

）=2.38/（0.IX9403）=28.llMpa

因为^686/28.11=24.4>3所以輕身安全；

4.2.1.2辗颈

MJ：

=P/4X1^.43/4X0.6二0.81MN・m

则。

汩（0.Id：

）=0.81/（0.1X0.7s）=23.75Mpa

因为5/。

沪686/23.75二28.89〉3所以幅身安全；

4.2.1.3辗头无校核内容

4.2.2工作辗强度校核

4.2.2.1輕身

曲于有支承车昆承受弯曲力矩，故工作醍只考虑扭转力矩。

在轧制过程中前后张力差不大，工作幅辘身不需要校核。

4.2.2.2辗颈

必齐、/RZ\h二0.14MN-m

4—最大轧制力时的压下量

t沪此/（0.2d：

）=16.15Mpa;

[o]=70"80Mpa;

4.2.2.3輕头

K由图7-21查得K=l.19

加凋碍=493.2mm

a二&

Xi=a/2=150mm

S二130mm

b=l.5S=195mm

x=0.5（bo~2b/3）sina+xi=175.4

o亍60MKx/（bo-2b/3）bs:

=l1.^fpa<[o]=70^80;

满足要求

4.2.2.4接触应力讣算

o*884.19MPa

因为支承幅表面硬度Hs二40、50[o]=2100Mpa[t]=640Mpa所以验算通过。

4.3计算各道次轧制力矩

M^2P（p

Ah=2P（pl

式中：

0—力臂系数，一般取0.4-0.6,这里取0.5,

』一接触弧长

所以走二2X0.5X88.4X2.13=0.19MN^m

其他各道次计算值见表

4.4附加摩擦力矩确定

4.4.1轧幅轴承中的附加摩擦力矩就汙切込

d—轧馄幅颈直径；

—轧幅轴承摩擦系数；

滚动轴承f=O.003;

摩擦轴承f=O.01~Q.02;

对于二车昆：

^=2.13X0.003X0.5=0.OO32MN・m;

其他各道次计•算公式相同，

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