課程設(shè)計（論文）寬厚板軋制規(guī)程設(shè)計

1、學(xué) 號：200606040226hebei polytechnic university課程設(shè)計論文題目: 寬厚板軋制規(guī)程設(shè)計專 業(yè)：材料成型及控制工程班 級：06成型（2）班學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師： 2010年03月12日36河北理工大學(xué)課程設(shè)計 引言 引 言最近一二十年來國外厚鋼板軋機及其生產(chǎn)線技術(shù)裝備方面的發(fā)展，主要是圍繞提高產(chǎn)品尺寸精度及表面質(zhì)量，提高產(chǎn)品力學(xué)性能及焊接性能，提高產(chǎn)品的成材率及直行率，提高自動化程度和操作可靠性等等方面進行1。為滿足上述各方面的工藝技術(shù)和操作要求，主要的相關(guān)技術(shù)如下:1.高尺寸精度軋制工藝技術(shù):厚度、寬度、板形(平坦度、凸度)控制技術(shù)。 2.為滿足tmcp軋

2、制工藝的低溫大壓下、大功率、高轉(zhuǎn)矩和高剛性的四輥可逆式軋機和厚板軋后加速冷卻技術(shù)。（tmcp（thermomechanicalcontrolprocess：熱機械控制工藝）就是在熱軋過程中，在控制加熱溫度、軋制溫度和壓下量的控制軋制（controlrolling）的基礎(chǔ)上，再實施空冷或控制冷卻及加速冷卻（acceleratedcooling）的技術(shù)總稱。由于tmcp工藝在不添加過多合金元素，也不需要復(fù)雜的后續(xù)熱處理的條件下生產(chǎn)出高強度高韌性的鋼材，被認為是一項節(jié)約合金和能源、并有利于環(huán)保的工藝，故自20世紀(jì)80年代開發(fā)以來，已經(jīng)成為生產(chǎn)低合金高強度寬厚板不可或缺的技術(shù)。隨著市場對tmcp鋼的要

3、求不斷提高，tmcp工藝本身也在應(yīng)用中不斷發(fā)展。從近幾年的研究工作看，重點是放在控制冷卻，尤其是加速冷卻方面。）3.提高產(chǎn)品成材率的平面形狀控制技術(shù)。4.提高產(chǎn)品直行率，即降低離線的表面修磨量和冷矯直量.在厚板生產(chǎn)中的關(guān)鍵工序為高壓水除鱗、軋制、加速冷卻、熱矯直、冷床等。5. tmcp工藝的板坯加熱溫度為950，出爐溫度雖低于常規(guī)軋制，但對板坯溫度的均勻性要求高(溫差30 )，大量采用熱裝板坯對提高出爐溫度均勻性有利。6.厚鋼板生產(chǎn)特點是品種多(鋼種多，用途廣)、規(guī)格范圍大，因而板坯庫、成品庫由計算機管理更顯得必要。厚板生產(chǎn)特點和難點:1. 由于寬厚比和表面積都很大，厚板軋制力大,凸度不易控制

4、，殘余應(yīng)力嚴重，表面平直度、光潔度要求越來越高；2.軋制壓力不易滲透，易于殘留應(yīng)力，大部分寬厚板產(chǎn)品需要退火處理，車間有眾多熱處理爐。河北理工大學(xué) 課程設(shè)計 目錄目錄1 緒論11.1寬厚板生產(chǎn)簡介11.2現(xiàn)代化5米特寬厚板軋機的技術(shù)特征：12 主要設(shè)備的介紹及選擇22.1寬厚板軋制工藝流程22.2 設(shè)備介紹22.3 軋機選擇32.3.1粗軋機32.3.2精軋機32.3.3立輥軋機43 壓下規(guī)程53.1 壓下規(guī)程設(shè)計方法53.2 典型產(chǎn)品壓下規(guī)程設(shè)計53.2.1 典型產(chǎn)品的軋制條件53.2.2 軋制道次確定53.2.3 典型產(chǎn)品dh40軋機壓下規(guī)程設(shè)計63.3 輥縫計算124 軋輥強度及主電機能

5、力校核134.1 軋輥強度校核134.1.1 支撐輥校核134.1.2 工作輥的校核164.1.3 接觸應(yīng)力計算164.2 主電機能力校核195 軋制圖表和產(chǎn)量計算225.1 軋制圖表225.1.1 研究軋機軋制圖表的意義225.1.2 軋制圖表的基本形式及其特征225.1.3 軋制圖表的計算235.2 年產(chǎn)量的計算245.2.1 軋機小時產(chǎn)量計算245.2.2 軋鋼機平均小時產(chǎn)量255.2.3 年產(chǎn)量的計算265.2.4 提高年產(chǎn)量的途徑276 板凸度286.1 板型控制理論286.2 板型控制策略296.3 板凸度計算306.3.1 軋輥撓度計算316.3.2 彎輥力的影響凸度326.3.

6、3 cvc輥型計算326.3.4 軋輥熱膨脹計算336.3.5 軋輥的磨損對輥縫的影響346.3.6 初始加工輥型確定346.4 板型控制量計算結(jié)果346.4.1各參數(shù)相應(yīng)取值346.4.2計算結(jié)果35參考文獻36河北理工大學(xué) 課程設(shè)計 1 緒論1 緒論1.1寬厚板生產(chǎn)簡介5米級特寬厚板軋機是指軋機工作輥身長5米以上的厚板軋機，目前能軋制最寬厚板軋機輥身長為5500mm，已建成投產(chǎn)的有4臺(日本新日鐵大分廠，jef京濱廠，jef倉敷廠，德國迪林根公司)；厚板軋機軋輥輥身長為52005300mm的有5臺(美國盧肯斯科茨維爾廠，美國鋼鐵公司格里廠，日本新日鐵室蘭廠，住友金屬鹿島廠，俄羅斯莫斯科鐮刀

7、和斧頭廠)；另外有7臺均為5mm軋機(德國多特蒙德廠、米爾海姆廠、法國敦刻爾克廠、俄羅斯下塔吉爾廠、伊諾爾斯克廠、中國寶鋼集團和沙鋼集團)。在已建成投產(chǎn)的16臺5米級厚板軋機中，以日本為最多，擁有5臺，其次是俄羅斯和德國各擁有3臺，美國和我國各有2臺，法國有1臺。二、5米級特寬厚板軋機的規(guī)格和性能5000mm厚板軋機可以生產(chǎn)寬至4850mm、厚5300mm的鋼板，寶鋼5omm軋機二期工程建成后可以生產(chǎn)厚至400mm的鋼板。5m軋機一般采用連鑄板坯為原料，坯厚至300mm，寬至2500mm，長至5400mm。更厚的鋼板需用1m厚大鋼錠為原料軋制。1.2現(xiàn)代化5米特寬厚板軋機的技術(shù)特征：1軋機采用

8、高剛度大功率可以單次大壓下量進行控制軋制。這樣做的原因是： 1）可以用單次大壓下量軋制，使鋼板得到細晶粒組織，提高鋼板性能； 2）便于采用控溫軋制，在較低的溫度下進行軋制； 3）減少軋制時彈跳，可以得到更為精確厚度的鋼板。2采用tmcp技術(shù)。3現(xiàn)代化厚板軋機均采用液壓壓下厚度控制、彎輥裝置及凸度控制裝置等， 4采用強力矯直機。5切邊剪及定尺剪均采用滾切式剪，不再用鍘刀剪。6完善的熱處理設(shè)備。7設(shè)立軋輥線全線跟蹤系統(tǒng)。河北理工大學(xué) 課程設(shè)計 2 主要設(shè)備2 主要設(shè)備的介紹及選擇2.1寬厚板軋制工藝流程寬厚板軋制流程主要包括：鑄坯加熱爐高壓水除鱗機架輥除鱗粗軋機精軋機控制冷卻壓平機/熱矯直機冷床翻

9、板超聲波探傷激光劃線火焰切割機/橫剪切頭尾、滾切剪雙邊定尺、取樣噴丸加熱淬火表面檢查修磨涂漆烘干打字噴號垛板入庫等步驟，在實際應(yīng)用中可根據(jù)情況進行調(diào)整。 2.2 設(shè)備介紹當(dāng)今新型熱帶軋機主要有：cvc軋機、hc軋機、vc軋機、pc軋機、ssm軋機等。cvc(continuously variable crown)軋機介紹：圖1 cvc軋機原理圖cvc軋機是sms公司在hcw軋機的基礎(chǔ)上研制成功的。近年來廣為采用的cvc軋機是德國技術(shù)和其他國家專利的結(jié)合物，它被世界各國認為是一個能對輥型進行連續(xù)調(diào)整的理想設(shè)備。cvc輥和彎輥裝置配合使用可調(diào)輥縫達600微米。cvc精軋機組的配置一般是，前幾個機架

10、采用cvc輥主要控制凸度，后幾個機架采用cvc輥主要控制平直度。cvc的基本原理是；將工作輥輥身沿軸線方向一半削成凸輥型，另一半削成凹輥型，整個輥身成s型或花瓶式軋輥，并將上下工作輥對稱布置，通過軸向?qū)ΨQ分別移動上下工作輥，以改變所組成的孔型，從而控制帶鋼的橫斷面形狀而達到所要求的板形。（調(diào)節(jié)帶鋼凸度的原理圖如下）圖2 cvc軋機凸度的調(diào)整cvc軋機有很多優(yōu)點：板凸度控制能力強，軋機結(jié)構(gòu)簡單，易改造，能實現(xiàn)自由軋制，操作方便，投資較少。cvc軋機的缺點：軋輥形狀復(fù)雜，特殊，磨削要求精度高，而且困難，必須配備專門的磨床；無邊部減薄功能，帶鋼易出現(xiàn)蛇形現(xiàn)象。此外隨著軋輥竄動，熱輥型及磨損輥型亦將竄

11、動。2.3 軋機選擇本次設(shè)計經(jīng)過綜合對比和實際考察并結(jié)合設(shè)計目的和產(chǎn)品大綱要求，軋機具體的數(shù)據(jù)如下：2.3.1粗軋機類型:四輥可逆軋機最大軋制力/mn：108軋制速度/ms-1：7.3工作輥尺寸/mmmm：11105300支撐輥尺寸/mmmm：21004950每測最大彎輥力/mn：4軋機開口度/mm：550主電機功率/kw：210000ac主電機轉(zhuǎn)速/rmin-1：050/120主電機額定力矩/mnm：210牌坊重量/t：約3902.3.2精軋機精軋機架采用大力矩、高剛度、高軋制速度，以滿足低溫控軋要求。主要從控制板型（板凸度，平直度等）方面考慮，而最終精軋機選用德國西門子的cvc軋機。類型：

12、cvcpluc四輥可逆式軋機最大軋制力/mn：108軋制速度/ms-1：7.3工作輥尺寸/mmmm：11105300支撐輥尺寸/mmmm：21004950工作輥竄動行程/mm：150每測最大彎輥力/mn：4軋機開口度/mm：550主電機功率/kw：210000ac主電機轉(zhuǎn)速/rmin-1：050/120主電機額定力矩/mnm：210牌坊重量/t：約3902.3.3立輥軋機立輥軋機安裝在精軋機前面，用于除鱗及寬度控制。立輥機架與水平機架呈近接布置，采用寬度自動控制（awc）短行程（ssc）技術(shù)，進行平面形狀控制，可大幅度提高成材率和鋼板寬度控制精度。最大軋制力/mn：5最大側(cè)壓量/mm：50輥身

13、直徑/mm：1000/900輥身長度/mm：800河北理工大學(xué) 課程設(shè)計 3 壓下規(guī)程3 壓下規(guī)程3.1 壓下規(guī)程設(shè)計方法壓下規(guī)程是軋制制度（規(guī)程）最基本的核心內(nèi)容，直接關(guān)系著軋機的產(chǎn)量和產(chǎn)品的質(zhì)量。壓下規(guī)程的主要內(nèi)容包括：坯料尺寸選擇；粗軋機組壓下量分配及速度制度選擇；精軋機組壓下量分配及速度制度確定；粗軋及精軋各道力能參數(shù)計算及設(shè)備能力校核。制定軋制規(guī)程的原則：1. 在設(shè)備能力允許的條件下盡量提高產(chǎn)量；2. 在保證操作穩(wěn)便的條件下提高質(zhì)量。所謂的經(jīng)驗的方法是生產(chǎn)中往往參照現(xiàn)有類似軋機行之有效的實際壓下規(guī)程，亦即根據(jù)經(jīng)驗資料進行壓下分配及校核計算。本設(shè)計即采用經(jīng)驗方法制定壓下規(guī)程。制定壓下規(guī)

14、程的方法和步驟為：1. 在咬入能力允許的條件下，按經(jīng)驗分配各道次壓下量；2. 制定速度制度，計算軋制時間并確定逐道次軋制溫度；3. 計算軋制壓力、軋制力矩及總傳動力矩；4. 校驗軋輥等部件的強度和電機功率；5. 按制定規(guī)程的原則和要求進行必要的修正和改正7。3.2 典型產(chǎn)品壓下規(guī)程設(shè)計3.2.1 典型產(chǎn)品的軋制條件典型產(chǎn)品為6mm造船板，其軋制條件為：原料規(guī)格：300mm2300mm4200mm鋼 種：dh40產(chǎn)品規(guī)格：60mm3000mm16000mm開軋溫度：11503.2.2 軋制道次確定軋制道次用下式確定：(1)式中：n軋制道次；z有坯料到成品的總延伸系數(shù)；p各道次的平均延伸系數(shù)?？傃?/p>

15、伸系數(shù)為：5平均延伸系數(shù)：1.15代入數(shù)據(jù)計算：則軋制道次取12道次。初步壓下量分配如表6表6 壓下量分配道次123456789101112延伸率1.15 1.16 1.16 1.19 1.23 1.13 1.13 1.16 1.15 1.15 1.13 1.00 壓下量40353131301514141210803.2.3 典型產(chǎn)品dh40軋機壓下規(guī)程設(shè)計1. 軋制方法：采用平面形狀控制軋法，即mas軋制法。軋制過程可分為三步，首先是整形軋制，縱軋一道以平整板坯。然后轉(zhuǎn)90進行橫軋展寬，最后再轉(zhuǎn)90進行縱軋成材。2. 分配壓下量：采用按經(jīng)驗分配壓下量再進行校核及修訂的設(shè)計方法：先按經(jīng)驗分配各

16、道次壓下量，排出壓下規(guī)程如表7。3. 校核咬入能力：熱軋鋼板時咬入角一般為1522，低速咬入可取為20，故hmax =d(1-cos)=66m，故咬入不成問題（d取1110mm）。4. 確定速度制度：中厚板生產(chǎn)中由于軋件較長，為操作方便，可采用梯形速度圖（圖2）。根據(jù)經(jīng)驗資料取平均加速度a40r/(mins-1)，平均減速度b60r/(mins-1)。由于咬入能力很富余，故可采用穩(wěn)定高速咬入，對15道次，咬入速度取n1=30rmin-1，對69道次，咬入速度取n1=50rmin-1，對10、11、12道次，咬入速度取n1=60rmin-1，為減少反轉(zhuǎn)時間，一般采用低速拋出，取n2=20rmin

17、-1。當(dāng)間隙充足時，拋出速度可略高。如1、3、6道次取n2=n1。表7 壓下規(guī)程安排道次軋制方法機架形式軋件尺寸/mm壓下量hblh/mm(h/h)/%除鱗除鱗箱300230042001軋邊立輥30022504293502.22縱軋粗軋機260225049544013.3轉(zhuǎn)903橫軋粗軋機225495426003513.54橫軋粗軋機194495430153113.8轉(zhuǎn)905縱軋粗軋機163301558963116.06縱軋粗軋機133301572263018.4停留7縱軋精軋機118301581441511.38縱軋精軋機104301592411411.99縱軋精軋機903015106781

18、413.510縱軋精軋機783015123211213.311縱軋精軋機683015141331012.812縱軋精軋機60301516017811.813縱軋精軋機6030151601700.0圖2 梯形速度圖5. 確定軋制延續(xù)時間：如圖2所示，軋件在每道中的延續(xù)時間tj有以下幾部分組成：道次間隙時間t0（它包括空轉(zhuǎn)加速時間、空轉(zhuǎn)減速時間和停留時間），穩(wěn)速軋制時間t1，勻減速軋制時間t2，即總軋制時間tj=t1+t2+t0，其中tzh=t1+t2為純軋時間。軋制時間tzh的確定，可以根據(jù)軋制速度計算出來。對速度梯形圖有以下關(guān)系式：(2)(3)(4)(5)式中：v1t1時間內(nèi)的軋制速度；v2t

19、2時間內(nèi)的軋制速度；d工作輥直徑；l該道次軋后軋件長度。計算各道次軋制時間見表8。間隔時間t0的確定，根據(jù)寶鋼5m寬厚板廠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)資料作為參考，一般軋制時取t0=4.5s，轉(zhuǎn)鋼時取t0=14.5s8，粗軋到精軋時間取t0=10s，停留冷卻時取t0=280s。表8 各道次軋制時間及軋制溫度道次軋制方法軋制速度/r*min-1軋制時間/s間隙時間/s軋制溫度/穩(wěn)速拋出除鱗11501軋邊30303.0 4.511492縱軋30302.8 14.51146轉(zhuǎn)903橫軋30201.5 4.511444橫軋30301.7 14.51141轉(zhuǎn)905縱軋30203.4 4.511386縱軋30204.2 2

20、80900停留7縱軋50502.8 4.58988縱軋50203.3 4.58969縱軋50203.8 4.589310縱軋50204.4 4.588911縱軋60204.3 4.588512縱軋60204.8 4.588113縱軋60204.8 8786. 軋制溫度的確定：為了確定各道的軋制溫度，必須求出逐道的溫度降。高溫時的軋件溫度降可按輻射散熱計算，而且認為對流相傳導(dǎo)所散失的熱量大致可以與變形功所轉(zhuǎn)換的熱量相抵消。由于輻射散熱所引起的溫降可由下列簡化經(jīng)驗式計算：(6)式中：t道次的溫度降，；t10前一道次軋制溫度，；z輻射時間，該道次的軋制延續(xù)時間，s；h前一道次軋件厚度，mm；由于軋件

21、頭部和尾部道次間的輻射時間不同，為設(shè)備安全計，確定各道的溫降時輻射時間應(yīng)以尾部時間為準(zhǔn)；軋制線采用高水平的控軋空冷工藝，在工藝選擇、平面布置及過程控制等方面進行了充分考慮。為了減少控軋工藝對產(chǎn)量的影響，采用多塊鋼交叉軋制工藝及中間噴水冷卻，加速冷卻裝置采用噴射冷卻和層流冷卻組合形式。所以在第6道次后鋼板停留一定時間進行冷卻，冷卻到900后再進行軋制，重復(fù)上述公式計算軋制溫度填入表8。表9 各道次的變形程度和變形速度道次軋制方法壓下量變形速度/s-1(h/h)/%1軋邊2.22縱軋13.31.73橫軋13.51.84橫軋13.82.05縱軋16.02.36縱軋18.42.77縱軋11.33.88

22、縱軋11.94.29縱軋13.54.810縱軋13.35.111縱軋12.86.412縱軋11.86.513縱軋0.00.07. 計算各道次的變形程度：各道次的壓下率(7)式中：h1為該道次的壓下量；h入口厚度，即前一道軋完軋件厚度。計算結(jié)果列于表9。8. 計算各道次的平均變形速度：各道次的變形速度可用下式計算：(8)式中：r、v軋輥半徑及線速度；h、h軋件軋前、軋后的厚度。各道次的變形速度見表9。表10 各道次的變形抗力、平均單位壓力和總壓力道次軋制方法變形抗力/mpa變形區(qū)長度/mm系數(shù)平均單位壓力/mpa軋制壓力/mn1軋邊2縱軋121149.00.93129.243.303橫軋1221

23、39.40.94131.991.044橫軋122131.20.95133.986.975縱軋120131.20.99136.153.836縱軋121129.01.03143.055.637縱軋12291.20.98137.337.768縱軋23988.11.00274.072.839縱軋25088.11.03296.178.7010縱軋26981.61.05323.879.6711縱軋28274.51.06343.477.1412縱軋27466.61.06334.867.2813縱軋00.00.790.00.009. 計算各道次的變形抗力：參考變形抗力曲線及寶鋼軋制dh40鋼數(shù)據(jù)，各道次的變形

24、抗力見表10。10. 計算各道次的的平均單位壓力：根據(jù)中、厚板軋制情況，可取應(yīng)力狀態(tài)影響系數(shù)：(9)式中：h變形區(qū)軋件的平均厚度；l變形區(qū)長度。單位壓力(20107pa)時應(yīng)考慮軋輥彈性壓扁的影響，由于軋制中厚板時各道次的的平均單位壓力一般在此值以下，故可不計壓扁影響，此時變形區(qū)長度：(10)平均單位壓力：(11)各道次的平均單位壓力見表10。11. 計算各道次的總軋制壓力：各道的總軋制壓力按下式計算：(12)式中：b軋件寬度；l變形區(qū)長度。各道的總壓力具體計算值見表10。12. 計算各道次的傳動力矩：軋制力矩按下式計算：(13)式中：合力作用點位置系數(shù)（或力臂系數(shù)）中厚板一般取為0.40.5

25、，粗軋道次取大值，隨軋件的變薄則取小值，取為0.45。各道次的軋制力矩值見表11。傳動工作輥所需要的靜力矩，除軋制力矩外，還有附加摩擦力矩mm，它由以下兩部分組成，即mm=mm1+mm2，其中mm1在四輥軋機可近似地由下式計算：(14)式中：f支撐輥軸承的摩擦系數(shù)，取f0.005；dz支撐輥輥頸直徑，對于粗軋機：dz1575mm；對于精軋機：dz1575mm；dg、dz工作輥及支撐輥直徑，對于粗軋機：dg1110mm，dz=2100mm；對于精軋機：dg1110mm，dz=2100mm。mm2可由下式計算：(15)式中：傳動效率系數(shù)。本軋機無減速機及齒輪座，但接軸傾角，故取，故得。表11 各道

26、次的力矩道次軋制方法力矩/mnmmm1mm2mmmkmzm1軋邊2縱軋0.180.360.540.305.816.653橫軋0.380.711.090.3011.4212.814橫軋0.360.641.000.3010.2711.575縱軋0.220.390.620.306.357.276縱軋0.230.400.630.306.467.397縱軋0.160.200.350.303.103.758縱軋0.300.360.670.305.786.759縱軋0.330.390.720.306.247.2710縱軋0.330.370.700.305.856.8511縱軋0.320.330.650.30

27、5.176.1212縱軋0.280.260.540.304.034.8713縱軋0.000.000.000.300.000.30各道次的摩擦力矩值見表11。軋機的空轉(zhuǎn)力矩（mk）根據(jù)實際資料可取為電機額定力矩的36，即粗軋機：取mk0.3mnm。精軋機：取mk0.3mnm。因此電機軸上的總傳動力矩為：(16)各道次的總傳動力矩值見表11。3.3 輥縫計算依照西姆斯彈跳方程計算各道設(shè)定輥縫其中軋機剛度為8000kn/mm，計算結(jié)果見表12。(17)表12 精軋各道的軋制力道 次1234567出口厚度（mm）1181049078686060設(shè)定輥縫118.0103.989.977.967.959.

28、960.0河北理工大學(xué) 課程設(shè)計 4 軋輥校核及主電機校核4 軋輥強度及主電機能力校核4.1 軋輥強度校核總的說來，軋輥的破壞決定于各種應(yīng)力（其中包括彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、接觸應(yīng)力，由于溫度分布不均或交替變化引起的溫度應(yīng)力以及軋輥制造過程中形成的殘余應(yīng)力等）的綜合影響。具體來說，軋輥的破壞可能由以下三方面的原因造成：1. 軋輥的形狀設(shè)計不合理或設(shè)計強度不夠。例如，在額定負荷下軋輥因強度不夠而斷裂后因接觸疲勞超過許用值，是輥面疲勞剝落等；2. 軋輥的材質(zhì)、熱處理或加工工藝不合要求。例如，軋輥的耐熱裂性、耐粘附性及耐磨性差，材料中有夾雜物或殘余應(yīng)力過大等；3. 軋輥在生產(chǎn)過程中使用不合理。熱軋軋輥在

29、冷卻不足或冷卻不均勻時，會因熱疲勞造成輥面熱裂；在冬季新?lián)Q上的冷輥突然進行高負荷熱軋，熱軋的軋輥驟然冷卻，往往會因溫度應(yīng)力過大，導(dǎo)致軋輥表層剝落甚至斷輥；壓下量過大或因工藝過程安排不合理造成過負荷軋制也會造成軋輥破壞等9。由此可見，為防止軋輥破壞，應(yīng)從設(shè)計制造和使用等諸方面去考慮。設(shè)計軋輥時，通常是按工藝給定的軋制負荷和軋輥參數(shù)進行強度校核。由于對影響軋輥強度的各種因素（如溫度應(yīng)力、參與應(yīng)力、沖擊載荷值等）很難準(zhǔn)確計算，為此，設(shè)計時對軋輥的彎曲和扭轉(zhuǎn)一般不進行疲勞校核，而是將這些因素的影響納入軋輥的安全系數(shù)中（為了保護軋機其他重要部件，軋輥的安全系數(shù)是軋件各部件中最小的）。為防止四輥板帶軋機軋

30、輥輥面剝落，對工作輥和支撐輥之間的接觸應(yīng)力應(yīng)該做疲勞校驗。4.1.1 支撐輥校核四輥軋機的支撐輥直徑d2與工作輥徑d1之比一般在1.52.9范圍之內(nèi)。顯然，支撐輥的抗彎端面系數(shù)較工作輥大的多，即支撐輥有很大的剛性。因此，軋制時的彎曲力矩絕大部分有支撐輥承擔(dān)。在計算支撐輥時，通常按承受全部軋制力的情況考慮。由于四輥軋機一般是工作輥傳動，因此，對支撐輥只需計算輥身中部和輥徑端面的彎曲應(yīng)力。支撐輥的彎曲力矩和彎曲應(yīng)力分布見圖3。在軋輥的1-1斷面和2-2斷面上的彎曲應(yīng)力均應(yīng)滿足強度條件，即(18)(19)式中：p總軋制壓力；d1-1 、d2-21-1和2-2斷面的直徑；c1、c21-1和2-2斷面至

31、支反力/2處的距離；rb許用彎曲應(yīng)力。圖3 軋輥受力圖支撐輥輥身中部3-3斷面處彎矩是最大的。若認為軸承反力距離l等于兩個壓下螺絲的中心距l(xiāng)0，而且把工作輥對支撐輥的壓力簡化成均布載荷（這時計算誤差不超過913%），可得3-3斷面的彎矩表達式(20)輥身中部3-3斷面的彎曲應(yīng)力為(21)式中的d2應(yīng)以重車后的最小直徑代入。因兩架軋機是可逆式軋機，故只需校核每架軋機受力最大的那一道次即可，因粗軋機第三道次橫軋受力最大、精軋機第十道次縱軋受力最大，所以我們只校核這兩道次的彎曲應(yīng)力。又因輥徑直徑和長度一般近似地選：粗軋機取則：精軋機取則：代入公式計算數(shù)據(jù)得：粗軋機：精軋機：本設(shè)計支撐輥為合金鍛鋼rb

32、=140150mpa，可見支撐輥的彎曲應(yīng)力遠遠小于該許用應(yīng)力。4.1.2 工作輥的校核由于有支撐輥承受彎曲力矩，故工作輥可只考慮扭轉(zhuǎn)力矩，即僅計算傳動端的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為(22)式中：mk作用在一個工作輥上的最大傳動力矩；wk工作輥傳動端的扭轉(zhuǎn)斷面系數(shù)。而(23)粗軋機：精軋機：本設(shè)計工作輥為合金鑄鐵b=350400mpa，而許可扭應(yīng)力約為=0.36b，即=126144mpa，可見工作輥的彎曲應(yīng)力遠遠小于該許用應(yīng)力，故能滿足生產(chǎn)要求。4.1.3 接觸應(yīng)力計算四輥軋機支撐輥和工作輥之間承載時有很大的接觸應(yīng)力，在軋輥設(shè)計及使用適用時應(yīng)進行校核計算。假設(shè)兩輥間作用力沿軸向均勻分布，由彈性力學(xué)知，

33、輥間接觸問題平面應(yīng)變問題。h赫茨（hertz）理論認為：兩個圓柱體在接觸區(qū)內(nèi)產(chǎn)生局部的彈性壓扁，存在呈半橢圓形分布的壓應(yīng)力。半徑方向產(chǎn)生的法向正應(yīng)力在接觸面的中部最大。最大壓應(yīng)力及接觸區(qū)寬度2b可由下公式計算圖4 工組輥與支撐輥相圖接觸情況及工組輥與支撐輥接觸區(qū)主要應(yīng)力的大小及分布(24)式中：q加在接觸表面單位長度上的負荷；d1 、d2及r1 、r2相互接觸的兩個軋輥的直徑及半徑； k1，k2與軋輥材料有關(guān)的系數(shù)。與軋輥材料有關(guān)的系數(shù)：，(25)式中：v1、v2及e1、e2兩軋輥材料的波松比和彈性模數(shù)本。設(shè)計取e1=210gpa；e2=210gpa。若兩輥波松比相同并取v1=v2=v=0.3

34、，則上式可簡化為對于粗軋機：則對于粗軋機：則得其對應(yīng)的許用接觸應(yīng)力分別為：支撐輥表面硬度hs=4550，需用應(yīng)力=2100mpa，r1=0.6m，=630mpa。可見正應(yīng)力均小于許用正應(yīng)力，故能滿足生產(chǎn)要求。此應(yīng)力雖很大，但對軋輥不致產(chǎn)生很大的危險。因為在接觸區(qū)，材料的變形處于三向壓縮狀態(tài)，能承受較高的應(yīng)力。在兩輥間的接觸區(qū)中，除了須要校核最大正應(yīng)力外，對于軋輥體內(nèi)的最大切應(yīng)力也應(yīng)進行校核。圖4表示了輥內(nèi)切應(yīng)力分布的狀況。主切應(yīng)力在接觸點o處其值為零，從o點到a點逐步增大，a點距接觸表面深度z=0.78b，該點45（max）=0.304max。為保證軋輥不產(chǎn)生疲勞破壞，45（max）值應(yīng)小于許

35、用值即而有：由此可見，切應(yīng)力小于許用切應(yīng)力，故能滿足生產(chǎn)要求。輥身內(nèi)部zy平面內(nèi)的切應(yīng)力zy的存在，也造成軋輥剝落的原因，zy沿y軸是反復(fù)交變存在的。由圖4可見，zy在z=0.5b，y=0.85b處（c點）達到最大值。一般稱zy(max)為最大反復(fù)切應(yīng)力。由于最大反復(fù)切應(yīng)力zy(max)小于45（max），故當(dāng)45（max）滿足要求時，最大反復(fù)切應(yīng)力也滿足要求。4.2 主電機能力校核在中厚板可逆式軋機中，軋制過程是這樣進行的：軋輥在低速下咬入軋件，然后提高軋制速度進行軋制，而在即將軋完時，又降低軋制速度，實現(xiàn)低速拋出。因此軋件通過軋輥的時間有三部分組成：加速時間、穩(wěn)定軋制時間和減速時間。由于軋

36、制速度在軋制過程中是變化的，所以負荷圖必須考慮動力距md，此時負荷圖是由靜負荷與動負荷組合而成，如圖5所示。如果主電機加速度在加速期用a表示，在減速期用b表示，在各期間內(nèi)的轉(zhuǎn)動總力矩為：咬入后加速期(26)穩(wěn)定速度期tmk(b)(a)ttmkmjnnancnb咬入拋出反轉(zhuǎn)t1t2t3t4t5tatbtc間歇(c)(d)mkmktmmtm2m3m4me+-m5+-mdmd1md2md4md3圖5 可逆軋機的軋制速度與負荷圖(a)速度圖；(b)靜負荷圖；(c)動負荷圖；(d)合成負荷圖(27)減速期(28)式中：g轉(zhuǎn)動部分的重量，t；d慣性直徑，mm。同樣，可逆式軋機在空轉(zhuǎn)時也分為加速時間、穩(wěn)定速

37、度時間和減速時間。由于直流他激電動機作主傳動時，a和b為常數(shù)，所以在空轉(zhuǎn)時在各期間內(nèi)的轉(zhuǎn)動總力矩為：加速期(29)穩(wěn)定速度期(30)減速期(31)表13 各道次各期間總力矩和時間道次軋制時空轉(zhuǎn)期穩(wěn)定期減速期加速期減速期時間/tm3時間/tm4時間/tm1時間/tm5122.846.650.005.870.750.820.50-0.4831.3512.810.1712.030.750.820.33-0.4841.7311.570.0010.790.750.820.50-0.4853.247.270.176.490.750.820.33-0.4864.017.390.176.610.750.820

38、.33-0.4872.803.750.002.971.250.820.83-0.4882.836.750.505.971.250.820.33-0.4893.337.270.506.491.250.820.33-0.48103.896.850.506.071.250.820.33-0.48113.616.120.675.341.500.820.33-0.48124.154.870.674.091.500.820.33-0.48134.150.300.67-0.481.500.820.33-0.48其中，此設(shè)計中采用穩(wěn)定高速咬入，即沒有咬入后加速期?？辙D(zhuǎn)穩(wěn)定速度為0，即m6=0。并且設(shè)計中取平均

39、加速度a40r/(mins-1)，平均減速度b60 r/(mins-1)。粗軋機：工作輥：支撐輥：精軋機：工作輥：支撐輥：計算各道次各期間總力矩和時間填入表13。表14 各道次總力矩校核道次mmaxmhmjummh126.6520.005.5510.00312.8120.009.7310.00411.5720.008.8210.0057.2720.006.3110.0067.3920.006.5710.0073.7520.002.8710.0086.7520.005.4810.0097.2720.006.0410.00106.8520.005.8210.00116.1220.005.0410.

40、00124.8720.004.0810.00130.3020.000.4810.00取為2.0；計算各道次力矩矯核填入表14。電動機額定力矩：有表中數(shù)據(jù)可知選用額定力矩210mnm的主電機滿足要求。河北理工大學(xué) 課程設(shè)計 5 軋制圖表和產(chǎn)量計算5 軋制圖表和產(chǎn)量計算5.1 軋制圖表5.1.1 研究軋機軋制圖表的意義軋機的工作圖表，或稱軋制圖表是研究和分析軋制過程的工具。在軋制圖表中表示了軋制過程中道次與時間的關(guān)系。通過對這些關(guān)系的研究與分析可以清楚地看到：軋件在軋制過程中所用的軋制時間、各道次之間的間隙時間、軋制一根鋼機組所需要的總的延續(xù)時間和軋制過程小軋件交叉軋制的情況、軋件在任一時間所處的

41、位置等等。軋制圖表在軋鋼生產(chǎn)過程中的作用歸結(jié)起來主要是以下幾點：1. 分析與研究軋鋼機工作情況，找出工序間的薄弱環(huán)節(jié)，以利于改進，使軋制過程趨于合理；2. 準(zhǔn)確計算軋制時間，同時軋鋼時的交叉時間，各工序之間配合的時間以及軋制節(jié)奏時間等，用以計算軋鋼機的產(chǎn)量；3. 計算軋制過程中軋輥、機架等所承受的軋制壓力和核算電動機傳動軋機所承受的負荷情況。5.1.2 軋制圖表的基本形式及其特征軋制圖表表示和反映了軋制道次和時間之間的關(guān)系。而在軋制圖表中所標(biāo)明的純軋時間、間隙時間、軋制節(jié)奏時間和軋制總延續(xù)時間被稱之為四個特征時間。軋機布置方式不同，軋制產(chǎn)品品種不同，軋制圖表形式也不一樣，則反映軋制過程的這四個

42、特征時間的變化規(guī)律也不同。從一定意義上講，研究軋制圖表就是研究這四個特征時間的內(nèi)在聯(lián)系和它們之間在不同軋機布置時的變化規(guī)律。幾種典型軋機的軋制圖表形式如下。單機座可逆式軋機的工作圖表生產(chǎn)各種坯料的初軋機、厚板軋機都是可逆式的單機座軋機。這類軋機的工作圖表形式如圖9所示，其軋制圖表的時間特征為：(32)式中：t 軋制節(jié)奏時間，s；tz一根鋼的總延續(xù)時間，s；t上根軋完到下根開始軋的間隔時間，s。而(33)式中：tzh各道次純軋時間之和，s；tj 各道次間的間隙時間之和，s。因此，各道次的純軋時間是遞增的。即隨軋制道次的增加的加長。這類軋機的間隙時間依各道次間的操作情況而定，有時長，有時短，它們之

43、間沒有固定的變化規(guī)律。圖6 單機座可逆式軋機的工作圖表分析連續(xù)式軋機的軋制圖表很容易看到，連續(xù)式軋機具有短的總延續(xù)時間和軋制節(jié)奏時間，這就是為什么連續(xù)式軋機具有較高的小時產(chǎn)量和能在一定的加工溫度的范圍內(nèi)完成金屬軋制變形的重要原因。綜合上述的幾種典型的軋制圖表形式，本設(shè)計是順列式軋機，其軋機工作圖表如圖所示；圖7 兩架順列軋機工作圖表5.1.3 軋制圖表的計算寬厚板生產(chǎn)線的軋制是在粗軋機、精軋機兩架軋機上完成的，軋機軋制圖表如圖9所示。圖8 工作圖表1. 軋機的總延續(xù)時間2. 軋制的交叉時間取3. 軋制的節(jié)奏時間5.2 年產(chǎn)量的計算軋機產(chǎn)量是衡量軋機技術(shù)經(jīng)濟效果的一個主要指標(biāo)，是車間設(shè)計中重要的

44、工藝參數(shù)。設(shè)計的任務(wù)就是發(fā)揮軋機的生產(chǎn)能力，使車間建成后在預(yù)定的時間內(nèi)達到和超過設(shè)計水平。因此，軋機生產(chǎn)水平的高低和它實際能達到的能力是衡量設(shè)計質(zhì)量的重要指標(biāo)。5.2.1 軋機小時產(chǎn)量計算軋機單位時間內(nèi)的產(chǎn)量稱為軋機的生產(chǎn)率。分別一小時、班、日、月、和年為時間單位計算。其中，小時產(chǎn)量為常用的生產(chǎn)指標(biāo)。在生產(chǎn)過程中，軋機實際小時產(chǎn)量可用下式計算：(34)式中：a軋機小時產(chǎn)量，t/h；t節(jié)奏時間，s；q原料重量，t；k1稱為軋機利用系數(shù)；b成品率，。在計算小時產(chǎn)量時，初軋機、厚板軋機是按原料重量計算的。取原料重量理論上的軋制節(jié)奏時間與軋機實際達到的軋制節(jié)奏時間的比值稱為軋機利用系數(shù)。它反映了軋機軋

45、制節(jié)奏失調(diào)的程度，反應(yīng)了軋機理論小時產(chǎn)量和實際小時產(chǎn)量的差異。k1值的大小很難進行理論上的計算，實際進行軋鋼車間設(shè)計時對于不同的軋機推薦使用如下數(shù)值：開坯機：k10.850.90成品軋機：k10.800.85取軋機利用系數(shù)設(shè)計寬厚板軋機將采用當(dāng)前最先進的高精度控軋技術(shù)，除保證產(chǎn)品尺寸精度及外形質(zhì)量滿足用戶要求外，還設(shè)計目標(biāo)成材率為90%，為世界一流。在一般情況下、軋鋼車間各個生產(chǎn)工序的能力應(yīng)大于軋機的生產(chǎn)能力，故通常即以軋機的產(chǎn)量代表整個車間的產(chǎn)量。但在個別情況下由于設(shè)計考慮不周或生產(chǎn)條件發(fā)生變化，車間其他生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能力不一定大于軋機的生產(chǎn)能，那么此時應(yīng)以薄弱環(huán)節(jié)的生廠能力代表整個車間的生產(chǎn)水平，這才符合車間的實際情況?？偵?，本設(shè)計中板軋機典型產(chǎn)品60mm寬厚板實際小時產(chǎn)量為：5.