課程設(shè)計(jì)（論文）寬厚板軋制規(guī)程設(shè)計(jì)

1、學(xué) 號(hào)：200606040226hebei polytechnic university課程設(shè)計(jì)論文題目: 寬厚板軋制規(guī)程設(shè)計(jì)專 業(yè)：材料成型及控制工程班 級(jí)：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(jì) 引言 引 言最近一二十年來國外厚鋼板軋機(jī)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(dòng)化程度和操作可靠性等等方面進(jìn)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(jī)和厚板軋后加速冷卻技術(shù)。（tmcp（thermomechanicalcontrolprocess：熱機(jī)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(shí)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(qiáng)度高韌性的鋼材，被認(rèn)為是一項(xiàng)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(qiáng)度寬厚板不可或缺的技術(shù)。隨著市場對(duì)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(diǎn)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?yàn)楦邏核[、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(duì)板坯溫度的均勻性要求高(溫差30 )，大量采用熱裝板坯對(duì)提高出爐溫度均勻性有利。6.厚鋼板生產(chǎn)特點(diǎn)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(jì)算機(jī)管理更顯得必要。厚板生產(chǎn)特點(diǎn)和難點(diǎn):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(yán)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(jì) 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(jī)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(jī)選擇32.3.1粗軋機(jī)32.3.2精軋機(jī)32.3.3立輥軋機(jī)43 壓下規(guī)程53.1 壓下規(guī)程設(shè)計(jì)方法53.2 典型產(chǎn)品壓下規(guī)程設(shè)計(jì)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(jī)壓下規(guī)程設(shè)計(jì)63.3 輥縫計(jì)算124 軋輥強(qiáng)度及主電機(jī)能

5、力校核134.1 軋輥強(qiáng)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(jì)算164.2 主電機(jī)能力校核195 軋制圖表和產(chǎn)量計(jì)算225.1 軋制圖表225.1.1 研究軋機(jī)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(jì)算235.2 年產(chǎn)量的計(jì)算245.2.1 軋機(jī)小時(shí)產(chǎn)量計(jì)算245.2.2 軋鋼機(jī)平均小時(shí)產(chǎn)量255.2.3 年產(chǎn)量的計(jì)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(jì)算306.3.1 軋輥撓度計(jì)算316.3.2 彎輥力的影響凸度326.3.

6、3 cvc輥型計(jì)算326.3.4 軋輥熱膨脹計(jì)算336.3.5 軋輥的磨損對(duì)輥縫的影響346.3.6 初始加工輥型確定346.4 板型控制量計(jì)算結(jié)果346.4.1各參數(shù)相應(yīng)取值346.4.2計(jì)算結(jié)果35參考文獻(xiàn)36河北理工大學(xué) 課程設(shè)計(jì) 1 緒論1 緒論1.1寬厚板生產(chǎn)簡介5米級(jí)特寬厚板軋機(jī)是指軋機(jī)工作輥身長5米以上的厚板軋機(jī)，目前能軋制最寬厚板軋機(jī)輥身長為5500mm，已建成投產(chǎn)的有4臺(tái)(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(jī)軋輥輥身長為52005300mm的有5臺(tái)(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(tái)均為5mm軋機(jī)(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(tuán)和沙鋼集團(tuán))。在已建成投產(chǎn)的16臺(tái)5米級(jí)厚板軋機(jī)中，以日本為最多，擁有5臺(tái)，其次是俄羅斯和德國各擁有3臺(tái)，美國和我國各有2臺(tái)，法國有1臺(tái)。二、5米級(jí)特寬厚板軋機(jī)的規(guī)格和性能5000mm厚板軋機(jī)可以生產(chǎn)寬至4850mm、厚5300mm的鋼板，寶鋼5omm軋機(jī)二期工程建成后可以生產(chǎn)厚至400mm的鋼板。5m軋機(jī)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(jī)的技術(shù)特征：1軋機(jī)采用

8、高剛度大功率可以單次大壓下量進(jìn)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(xì)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(jìn)行軋制； 3）減少軋制時(shí)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(jī)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(qiáng)力矯直機(jī)。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(jì) 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(jī)架輥除鱗粗軋機(jī)精軋機(jī)控制冷卻壓平機(jī)/熱矯直機(jī)冷床翻

9、板超聲波探傷激光劃線火焰切割機(jī)/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(hào)垛板入庫等步驟，在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)情況進(jìn)行調(diào)整。 2.2 設(shè)備介紹當(dāng)今新型熱帶軋機(jī)主要有：cvc軋機(jī)、hc軋機(jī)、vc軋機(jī)、pc軋機(jī)、ssm軋機(jī)等。cvc(continuously variable crown)軋機(jī)介紹：圖1 cvc軋機(jī)原理圖cvc軋機(jī)是sms公司在hcw軋機(jī)的基礎(chǔ)上研制成功的。近年來廣為采用的cvc軋機(jī)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(rèn)為是一個(gè)能對(duì)輥型進(jìn)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(dá)600微米。cvc精軋機(jī)組的配置一般是，前幾個(gè)機(jī)架

10、采用cvc輥主要控制凸度，后幾個(gè)機(jī)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(gè)輥身成s型或花瓶式軋輥，并將上下工作輥對(duì)稱布置，通過軸向?qū)ΨQ分別移動(dòng)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(dá)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(jī)凸度的調(diào)整cvc軋機(jī)有很多優(yōu)點(diǎn)：板凸度控制能力強(qiáng)，軋機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，易改造，能實(shí)現(xiàn)自由軋制，操作方便，投資較少。cvc軋機(jī)的缺點(diǎn)：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(dòng)，熱輥型及磨損輥型亦將竄

11、動(dòng)。2.3 軋機(jī)選擇本次設(shè)計(jì)經(jīng)過綜合對(duì)比和實(shí)際考察并結(jié)合設(shè)計(jì)目的和產(chǎn)品大綱要求，軋機(jī)具體的數(shù)據(jù)如下：2.3.1粗軋機(jī)類型:四輥可逆軋機(jī)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(jī)開口度/mm：550主電機(jī)功率/kw：210000ac主電機(jī)轉(zhuǎn)速/rmin-1：050/120主電機(jī)額定力矩/mnm：210牌坊重量/t：約3902.3.2精軋機(jī)精軋機(jī)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(jī)選用德國西門子的cvc軋機(jī)。類型：

12、cvcpluc四輥可逆式軋機(jī)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(dòng)行程/mm：150每測最大彎輥力/mn：4軋機(jī)開口度/mm：550主電機(jī)功率/kw：210000ac主電機(jī)轉(zhuǎn)速/rmin-1：050/120主電機(jī)額定力矩/mnm：210牌坊重量/t：約3902.3.3立輥軋機(jī)立輥軋機(jī)安裝在精軋機(jī)前面，用于除鱗及寬度控制。立輥機(jī)架與水平機(jī)架呈近接布置，采用寬度自動(dòng)控制（awc）短行程（ssc）技術(shù)，進(jìn)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(jì) 3 壓下規(guī)程3 壓下規(guī)程3.1 壓下規(guī)程設(shè)計(jì)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(jī)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(jī)組壓下量分配及速度制度選擇；精軋機(jī)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(jì)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(yàn)的方法是生產(chǎn)中往往參照現(xiàn)有類似軋機(jī)行之有效的實(shí)際壓下規(guī)程，亦即根據(jù)經(jīng)驗(yàn)資料進(jìn)行壓下分配及校核計(jì)算。本設(shè)計(jì)即采用經(jīng)驗(yàn)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(yàn)分配各道次壓下量；2. 制定速度制度，計(jì)算軋制時(shí)間并確定逐道次軋制溫度；3. 計(jì)算軋制壓力、軋制力矩及總傳動(dòng)力矩；4. 校驗(yàn)軋輥等部件的強(qiáng)度和電機(jī)功率；5. 按制定規(guī)程的原則和要求進(jìn)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(jì)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)。總延

15、伸系數(shù)為：5平均延伸系數(shù)：1.15代入數(shù)據(jù)計(jì)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(jī)壓下規(guī)程設(shè)計(jì)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(jìn)行橫軋展寬，最后再轉(zhuǎn)90進(jìn)行縱軋成材。2. 分配壓下量：采用按經(jīng)驗(yàn)分配壓下量再進(jìn)行校核及修訂的設(shè)計(jì)方法：先按經(jīng)驗(yàn)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(shí)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(yàn)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(duì)15道次，咬入速度取n1=30rmin-1，對(duì)69道次，咬入速度取n1=50rmin-1，對(duì)10、11、12道次，咬入速度取n1=60rmin-1，為減少反轉(zhuǎn)時(shí)間，一般采用低速拋出，取n2=20rmin

17、-1。當(dāng)間隙充足時(shí)，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(jī)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(jī)260225049544013.3轉(zhuǎn)903橫軋粗軋機(jī)225495426003513.54橫軋粗軋機(jī)194495430153113.8轉(zhuǎn)905縱軋粗軋機(jī)163301558963116.06縱軋粗軋機(jī)133301572263018.4停留7縱軋精軋機(jī)118301581441511.38縱軋精軋機(jī)104301592411411.99縱軋精軋機(jī)903015106781

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

19、2時(shí)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(jì)算各道次軋制時(shí)間見表8。間隔時(shí)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(shí)取t0=4.5s，轉(zhuǎn)鋼時(shí)取t0=14.5s8，粗軋到精軋時(shí)間取t0=10s，停留冷卻時(shí)取t0=280s。表8 各道次軋制時(shí)間及軋制溫度道次軋制方法軋制速度/r*min-1軋制時(shí)間/s間隙時(shí)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(shí)的軋件溫度降可按輻射散熱計(jì)算，而且認(rèn)為對(duì)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(yàn)式計(jì)算：(6)式中：t道次的溫度降，；t10前一道次軋制溫度，；z輻射時(shí)間，該道次的軋制延續(xù)時(shí)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(shí)間不同，為設(shè)備安全計(jì)，確定各道的溫降時(shí)輻射時(shí)間應(yīng)以尾部時(shí)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(jìn)行了充分考慮。為了減少控軋工藝對(duì)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(shí)間進(jìn)行冷卻，冷卻到900后再進(jìn)行軋制，重復(fù)上述公式計(jì)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(jì)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(jì)算結(jié)果列于表9。8. 計(jì)算各道次的平均變形速度：各道次的變形速度可用下式計(jì)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(jì)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(jì)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(shí)應(yīng)考慮軋輥彈性壓扁的影響，由于軋制中厚板時(shí)各道次的的平均單位壓力一般在此值以下，故可不計(jì)壓扁影響，此時(shí)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(jì)算各道次的總軋制壓力：各道的總軋制壓力按下式計(jì)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(jì)算值見表10。12. 計(jì)算各道次的傳動(dòng)力矩：軋制力矩按下式計(jì)算：(13)式中：合力作用點(diǎn)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(dòng)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(jī)可近似地由下式計(jì)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(duì)于粗軋機(jī)：dz1575mm；對(duì)于精軋機(jī)：dz1575mm；dg、dz工作輥及支撐輥直徑，對(duì)于粗軋機(jī)：dg1110mm，dz=2100mm；對(duì)于精軋機(jī)：dg1110mm，dz=2100mm。mm2可由下式計(jì)算：(15)式中：傳動(dòng)效率系數(shù)。本軋機(jī)無減速機(jī)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(jī)的空轉(zhuǎn)力矩（mk）根據(jù)實(shí)際資料可取為電機(jī)額定力矩的36，即粗軋機(jī)：取mk0.3mnm。精軋機(jī)：取mk0.3mnm。因此電機(jī)軸上的總傳動(dòng)力矩為：(16)各道次的總傳動(dòng)力矩值見表11。3.3 輥縫計(jì)算依照西姆斯彈跳方程計(jì)算各道設(shè)定輥縫其中軋機(jī)剛度為8000kn/mm，計(jì)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(jì) 4 軋輥校核及主電機(jī)校核4 軋輥強(qiáng)度及主電機(jī)能力校核4.1 軋輥強(qiáng)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(jì)不合理或設(shè)計(jì)強(qiáng)度不夠。例如，在額定負(fù)荷下軋輥因強(qiáng)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(shí)，會(huì)因熱疲勞造成輥面熱裂；在冬季新?lián)Q上的冷輥突然進(jìn)行高負(fù)荷熱軋，熱軋的軋輥驟然冷卻，往往會(huì)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(fù)荷軋制也會(huì)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(jì)制造和使用等諸方面去考慮。設(shè)計(jì)軋輥時(shí)，通常是按工藝給定的軋制負(fù)荷和軋輥參數(shù)進(jìn)行強(qiáng)度校核。由于對(duì)影響軋輥強(qiáng)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(jì)算，為此，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)軋輥的彎曲和扭轉(zhuǎn)一般不進(jìn)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(hù)軋機(jī)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(jī)軋

30、輥輥面剝落，對(duì)工作輥和支撐輥之間的接觸應(yīng)力應(yīng)該做疲勞校驗(yàn)。4.1.1 支撐輥校核四輥軋機(jī)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(shí)的彎曲力矩絕大部分有支撐輥承擔(dān)。在計(jì)算支撐輥時(shí)，通常按承受全部軋制力的情況考慮。由于四輥軋機(jī)一般是工作輥傳動(dòng)，因此，對(duì)支撐輥只需計(jì)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(qiáng)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(rèn)為軸承反力距離l等于兩個(gè)壓下螺絲的中心距l(xiāng)0，而且把工作輥對(duì)支撐輥的壓力簡化成均布載荷（這時(shí)計(jì)算誤差不超過913%），可得3-3斷面的彎矩表達(dá)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(jī)是可逆式軋機(jī)，故只需校核每架軋機(jī)受力最大的那一道次即可，因粗軋機(jī)第三道次橫軋受力最大、精軋機(jī)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(jī)取則：精軋機(jī)取則：代入公式計(jì)算數(shù)據(jù)得：粗軋機(jī)：精軋機(jī)：本設(shè)計(jì)支撐輥為合金鍛鋼rb

32、=140150mpa，可見支撐輥的彎曲應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(jì)算傳動(dòng)端的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為(22)式中：mk作用在一個(gè)工作輥上的最大傳動(dòng)力矩；wk工作輥傳動(dòng)端的扭轉(zhuǎn)斷面系數(shù)。而(23)粗軋機(jī)：精軋機(jī)：本設(shè)計(jì)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(jì)算四輥軋機(jī)支撐輥和工作輥之間承載時(shí)有很大的接觸應(yīng)力，在軋輥設(shè)計(jì)及使用適用時(shí)應(yīng)進(jìn)行校核計(jì)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(rèn)為：兩個(gè)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(jì)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(fù)荷；d1 、d2及r1 、r2相互接觸的兩個(gè)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(jì)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(duì)于粗軋機(jī)：則對(duì)于粗軋機(jī)：則得其對(duì)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?？梢娬龖?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(duì)軋輥不致產(chǎn)生很大的危險(xiǎn)。因?yàn)樵诮佑|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(duì)于軋輥體內(nèi)的最大切應(yīng)力也應(yīng)進(jìn)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(diǎn)o處其值為零，從o點(diǎn)到a點(diǎn)逐步增大，a點(diǎn)距接觸表面深度z=0.78b，該點(diǎn)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(diǎn)）達(dá)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(shí)，最大反復(fù)切應(yīng)力也滿足要求。4.2 主電機(jī)能力校核在中厚板可逆式軋機(jī)中，軋制過程是這樣進(jìn)行的：軋輥在低速下咬入軋件，然后提高軋制速度進(jìn)行軋制，而在即將軋完時(shí)，又降低軋制速度，實(shí)現(xiàn)低速拋出。因此軋件通過軋輥的時(shí)間有三部分組成：加速時(shí)間、穩(wěn)定軋制時(shí)間和減速時(shí)間。由于軋

36、制速度在軋制過程中是變化的，所以負(fù)荷圖必須考慮動(dòng)力距md，此時(shí)負(fù)荷圖是由靜負(fù)荷與動(dòng)負(fù)荷組合而成，如圖5所示。如果主電機(jī)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(dòng)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(jī)的軋制速度與負(fù)荷圖(a)速度圖；(b)靜負(fù)荷圖；(c)動(dòng)負(fù)荷圖；(d)合成負(fù)荷圖(27)減速期(28)式中：g轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重量，t；d慣性直徑，mm。同樣，可逆式軋機(jī)在空轉(zhuǎn)時(shí)也分為加速時(shí)間、穩(wěn)定速

37、度時(shí)間和減速時(shí)間。由于直流他激電動(dòng)機(jī)作主傳動(dòng)時(shí)，a和b為常數(shù)，所以在空轉(zhuǎn)時(shí)在各期間內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)間道次軋制時(shí)空轉(zhuǎn)期穩(wěn)定期減速期加速期減速期時(shí)間/tm3時(shí)間/tm4時(shí)間/tm1時(shí)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(jì)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(jì)中取平均

39、加速度a40r/(mins-1)，平均減速度b60 r/(mins-1)。粗軋機(jī)：工作輥：支撐輥：精軋機(jī)：工作輥：支撐輥：計(jì)算各道次各期間總力矩和時(shí)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(jì)算各道次力矩矯核填入表14。電動(dòng)機(jī)額定力矩：有表中數(shù)據(jù)可知選用額定力矩210mnm的主電機(jī)滿足要求。河北理工大學(xué) 課程設(shè)計(jì) 5 軋制圖表和產(chǎn)量計(jì)算5 軋制圖表和產(chǎn)量計(jì)算5.1 軋制圖表5.1.1 研究軋機(jī)軋制圖表的意義軋機(jī)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(shí)間的關(guān)系。通過對(duì)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(shí)間、各道次之間的間隙時(shí)間、軋制一根鋼機(jī)組所需要的總的延續(xù)時(shí)間和軋制過程小軋件交叉軋制的情況、軋件在任一時(shí)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(diǎn)：1. 分析與研究軋鋼機(jī)工作情況，找出工序間的薄弱環(huán)節(jié)，以利于改進(jìn)，使軋制過程趨于合理；2. 準(zhǔn)確計(jì)算軋制時(shí)間，同時(shí)軋鋼時(shí)的交叉時(shí)間，各工序之間配合的時(shí)間以及軋制節(jié)奏時(shí)間等，用以計(jì)算軋鋼機(jī)的產(chǎn)量；3. 計(jì)算軋制過程中軋輥、機(jī)架等所承受的軋制壓力和核算電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)軋機(jī)所承受的負(fù)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(shí)間之間的關(guān)系。而在軋制圖表中所標(biāo)明的純軋時(shí)間、間隙時(shí)間、軋制節(jié)奏時(shí)間和軋制總延續(xù)時(shí)間被稱之為四個(gè)特征時(shí)間。軋機(jī)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(gè)

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

43、間沒有固定的變化規(guī)律。圖6 單機(jī)座可逆式軋機(jī)的工作圖表分析連續(xù)式軋機(jī)的軋制圖表很容易看到，連續(xù)式軋機(jī)具有短的總延續(xù)時(shí)間和軋制節(jié)奏時(shí)間，這就是為什么連續(xù)式軋機(jī)具有較高的小時(shí)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(jì)是順列式軋機(jī)，其軋機(jī)工作圖表如圖所示；圖7 兩架順列軋機(jī)工作圖表5.1.3 軋制圖表的計(jì)算寬厚板生產(chǎn)線的軋制是在粗軋機(jī)、精軋機(jī)兩架軋機(jī)上完成的，軋機(jī)軋制圖表如圖9所示。圖8 工作圖表1. 軋機(jī)的總延續(xù)時(shí)間2. 軋制的交叉時(shí)間取3. 軋制的節(jié)奏時(shí)間5.2 年產(chǎn)量的計(jì)算軋機(jī)產(chǎn)量是衡量軋機(jī)技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的一個(gè)主要指標(biāo)，是車間設(shè)計(jì)中重要的

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

45、制節(jié)奏失調(diào)的程度，反應(yīng)了軋機(jī)理論小時(shí)產(chǎn)量和實(shí)際小時(shí)產(chǎn)量的差異。k1值的大小很難進(jìn)行理論上的計(jì)算，實(shí)際進(jìn)行軋鋼車間設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于不同的軋機(jī)推薦使用如下數(shù)值：開坯機(jī)：k10.850.90成品軋機(jī)：k10.800.85取軋機(jī)利用系數(shù)設(shè)計(jì)寬厚板軋機(jī)將采用當(dāng)前最先進(jìn)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(jì)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(gè)生產(chǎn)工序的能力應(yīng)大于軋機(jī)的生產(chǎn)能力，故通常即以軋機(jī)的產(chǎn)量代表整個(gè)車間的產(chǎn)量。但在個(gè)別情況下由于設(shè)計(jì)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(jī)的生產(chǎn)能，那么此時(shí)應(yīng)以薄弱環(huán)節(jié)的生廠能力代表整個(gè)車間的生產(chǎn)水平，這才符合車間的實(shí)際情況?？偵?，本設(shè)計(jì)中板軋機(jī)典型產(chǎn)品60mm寬厚板實(shí)際小時(shí)產(chǎn)量為：5.