材料成型及控制工程課程設(shè)計

1、遼 寧 科 技 大 學(xué)課 程 設(shè) 計 說 明 書 設(shè)計題目：冷軋0.45×1200mm Q235鋼軋制規(guī)程設(shè)計學(xué) 院：材料與冶金學(xué)院專 業(yè)：材料成型及控制工程 姓 名：*指導(dǎo)教師：* 成 績：目錄1前言11.1冷軋概念11.2冷軋工藝特點11.3冷軋薄板生產(chǎn)過程22 軋制工藝制度的制定42.1原料的選擇42.2 工藝制度的確定42.2.1 壓下制度42.2.2 張力制度52.2.3 速度制度62.2.4 軋制力計算73設(shè)備強度及能力校核113.1軋輥各部分尺寸確定113.2咬入能力校核123.3軋輥強度校核123.3.1工作輥校核133.3.2支承輥校核153.3 接觸應(yīng)力校核163

2、.4電動機功率校核（第四架為例）173.4.1軋制力矩173.4.2 摩擦力矩173.4.3空轉(zhuǎn)力矩174小結(jié)18191前言在鋼材加工過程中，除了少部分采用鍛造或鑄造等方法直接成材外，其余約80%以上都是經(jīng)過軋制成材。而冷軋板帶鋼的生產(chǎn)工藝，避免了熱軋中存在的溫降和溫度分布不均的弊病，可以生產(chǎn)出厚度更薄、尺寸更精確、表面更光潔、板形更平直的板卷。本冷軋帶鋼軋制規(guī)程課程設(shè)計參考鞍鋼冷軋廠1#線而進行。設(shè)計生產(chǎn)規(guī)格為0.45×1200mm的Q235冷軋薄板。本設(shè)計對冷軋的生產(chǎn)特點以及主要工序作了簡單的介紹，并制定了軋制制度，計算了軋制力，對咬入條件、軋輥強度、電機功率進行了校核。1.1冷

3、軋概念冷軋是金屬在再結(jié)晶溫度以下的軋制過程。冷軋時金屬不會發(fā)生再結(jié)晶，但會發(fā)生加工硬化現(xiàn)象。加工硬化是金屬在軋制過程中強度、硬度增加，而韌性、塑性下降的現(xiàn)象。冷軋板帶鋼的優(yōu)勢：1）可生產(chǎn)厚度更小的薄板2）帶材沿寬度和長度方向能獲得均勻的厚度，板形更好。3）冷軋時采用的軋輥表面光潔硬度大，可得到表面質(zhì)量好，表面光潔的產(chǎn)品。4）帶材經(jīng)冷軋后，進行不同的熱處理，可以得到不同機械性能的產(chǎn)品。 1.2冷軋工藝特點（1）加工溫度低，鋼在軋制過程中產(chǎn)生加工硬化； 加工硬化的影響： 變形抗力增大，使軋制力加大。 塑性降低，易發(fā)生脆裂。（2）冷軋中采用工藝?yán)鋮s與工藝潤滑； 工藝?yán)鋮s：冷軋過程中的變形熱和摩擦熱使

4、軋件和軋輥溫度升高，須采用有效的人工冷卻。 工藝潤滑 工藝潤滑的作用：減少金屬的變形抗力（實現(xiàn)大壓下和軋制更薄板材）；冷卻軋輥；防止粘輥。天然油脂（動、植物油脂）潤滑效果優(yōu)于礦物油。常用冷潤液-乳化液:通過乳化劑的作用把少量的油劑和大量的水混合起來，制成乳狀的冷潤液。乳化液的冷卻能力介于水和油之間，一般為水的4080%，隨著乳化液濃度的增加，其冷卻能力下降。（3）冷軋中采用張力軋制：張力軋制軋件在軋輥中的輾軋變形是在有一定的前張力和后張力作用下實現(xiàn)的。張力-作用在軋件軋制方向上的力。前張力-作用方向與軋制方向相同的張力。后張力-作用方向與軋制方向相反的張力。張力的作用：防止帶鋼在軋制過程中跑偏

5、（保證正確對中軋制）；使所軋帶鋼保持平直（包括在軋制過程中保持板形平直以及軋后板形良好）；降低軋件的變形抗力，便于軋制更薄的產(chǎn)品；起適當(dāng)調(diào)整冷軋機主電機負(fù)荷的作用。1.3冷軋薄板生產(chǎn)過程冷軋生產(chǎn)各工序簡介：熱軋板卷料酸洗冷軋退火平整精整包裝入庫（1）酸洗鹽酸或硫酸為溶劑去除熱軋來料的氧化鐵皮，使之表面光潔，便于冷軋。（2）軋制四輥式軋機，56機架連軋(3）脫脂與退火1)脫脂：冷軋后的清洗工序，去除鋼板表面的油脂和污物，防止退火后帶鋼表面上生成黑斑和灰層。2)脫脂方法：電解清洗、機上洗凈與燃燒脫脂。3)退火：使軋制時受到加工硬化的金屬重新軟化，消除內(nèi)應(yīng)力和得到細(xì)小均勻的晶粒。(4）平整：退火后帶

6、鋼以小壓下率進行軋制的過程叫做平整。（15%）目的： 1)消除材料的屈服平臺，防止加工時的拉伸應(yīng)變； 2)提高材料的強度極限，擴大塑性加工范圍。平整量不同鋼種的機械性能產(chǎn)生一定幅度的變化； 3）矯正板材的形狀； 4）根據(jù)用戶的要求生產(chǎn)表面粗糙度不同的帶鋼，對鍍層板加工成光滑表面，而對涂層板加工層表面打毛均勻的表面。 （5)成品剪切平整后的鋼帶經(jīng)過成品剪切后成為鋼帶的最終交貨狀態(tài)。表1-3-1 Q235鋼的化學(xué)成分,wt%C(max)Si(max)Mn(max)P(max)S(max)0.220.351.400.0450.0502 軋制工藝制度的制定2.1原料的選擇 本設(shè)計產(chǎn)品規(guī)格要求：0.45

7、×1200 mm，鋼種為Q235普碳鋼。根據(jù)冷軋過程中總壓下率在60%-80%左右，軋制過程中忽略寬展。原料規(guī)格為：2.0×1220 mm，則總壓下率為77.5%。根據(jù)鞍鋼冷軋一號線1700連軋機組進行設(shè)計,采用四輥軋機五機架連軋： （1）工作輥直徑：（520600）mm ，選540 mm ； （2）支承輥直徑：（14001525）mm ,選1450 mm 。其主要設(shè)備如下表：表2-1-1 工作機架參數(shù)表部位總高（mm）斷面尺寸（mm）窗口尺寸（mm）形式重量（t）材質(zhì)操作側(cè)7145630×7604800×1360閉口78.3ZG35傳動側(cè)7145630

8、×7604800×1360閉口78.3ZG35表2-1-2 軋輥參數(shù)表項目輥身長（mm）直徑（mm）硬度（HS）潤滑方式工作輥1700540/60085-92油氣潤滑支承輥17001450/152560-67動壓潤滑2.2 工藝制度的確定2.2.1 壓下制度根據(jù)等軋制力原則采用分配壓下系數(shù)如表2-2-1，令軋制中的總壓下量為 ，則各道次的壓下量為：式中：壓下分配系數(shù)冷軋壓下分配規(guī)則1）第一道次考慮后張力較小，帶鋼容易跑偏;坯料厚度不均勻等，應(yīng)小于設(shè)備所允若的最大能力，留有適當(dāng)余量；2）第二、三道次采用大壓下率軋制；3）精軋道次不采用大的壓下率，保證板形及厚度精度。表2-2-

9、2 冷連軋機壓下分配系數(shù)機架數(shù)壓下分配系數(shù)bi道次號1234550.50.30.120.060.02第一道次： 同理可得，第二道次至第五道次的壓下規(guī)程，如下表表2-2-3 軋制規(guī)程表軋機H（mm）h(mm)(mm)(mm)(%)12.001.220.781.6139.0021.220.760.460.9937.7030.760.580.180.6723.6840.580.480.100.5317.2450.480.450.030.476.252.2.2 張力制度冷連軋的特點之一是采用大張力軋制，所以一般單位張力q為（0.30.5），軋機不同、軋制道次不同、鋼種不同、規(guī)格不同等影響，張力變化范圍

10、較寬。后張力與前張力相比對減少單位軋制壓力效果明顯，足夠大的后張力能使單位軋制壓力降低35%，而前張力只能降低20%左右。且單位張力后機架要比前機架大一些。機組的張力根據(jù)經(jīng)驗，第一道次后張力、第五道次前張力在30-50之間，第二道次至第五道次的前張力大于后張力5-10即可。所以各機架張應(yīng)力分配如下：表2-2-4 各機架張力分配機架號12345前張力（MPa）809010011050后張力（MPa）5080901001102.2.3 速度制度連軋時，保證正常軋制的條件是軋件在軋制線上每一架的秒流量相等，即： V5式中： B軋件的寬度 h軋件的厚度 V軋件的水平速度軋制過程中忽略寬展，則：根據(jù)經(jīng)驗

11、值選取最后一架軋機出口速度為20.00m/s，則：表2-2-5 軋件水平速度表機架號12345速度V(m/s)7.3811.8415.5218.7520.00利用前滑值計算軋輥的轉(zhuǎn)速：第一道次：咬入角： 中性角： 前滑值： 則： 同理可得，第二道次至第五道次的軋輥轉(zhuǎn)速，如下表表2-2-6 各機架速度表機架號（°）ShV(m/s)v(m/s)n(r/min)13.080.0170.0647.386.94245.4522.370.0140.07011.8411.07391.5231.480.0100.04715.5214.82524.1541.100.0080.03618.7518.10

12、640.1650.600.0050.01520.0019.70696.142.2.4 軋制力計算 各機架摩擦系數(shù)的選取：第一道次考慮咬入，不噴油，故取0.07，以后噴乳化液取0.06，考慮最后一道次壓下量較小，軋速快，取摩擦系數(shù)0.05。由于冷軋薄板的寬展很小，故設(shè)計采用M.D.Stone公式計算平均單位壓力：式中： ； 。 考慮軋輥彈性壓扁的變性區(qū)長度；平面變形抗力，;前后張應(yīng)力平均值，（Q1前張力，Q2后張力）第一道次：由于在變形區(qū)內(nèi)各斷面處變形程度不等，因此，通常根據(jù)加工硬化曲線取本道次平均總壓下率所對應(yīng)的變形抗力值。平均總壓下率按下式計算： = 式中：本道次軋前的預(yù)變形量； 本道次軋后

13、的總變形量； 冷軋前軋件的厚度； 本道次軋前軋件的厚度； 本道次軋后軋件的厚度。由熱軋原料開始軋制，冷軋入口總壓下率為0，出口總壓下率為39.00%。求平均總壓下率：查閱Q235鋼的加工硬化曲線圖2-1 Q235鋼種加工硬化曲線 1-縱向；2-橫向可知 所以求平均單位張力: 式中：泊松比，取0.25 E彈性模量，取200GPa查閱斯通圖圖2-2 確定f/之圖表得： 應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)： 同理可得，第二道次至第五道次的計算結(jié)果，如下表表2-2-7 各道次計算結(jié)果道次/%/%/%/MPa/MPa/MPa/mm/mm1039.023.44606552914.5101.61239.062.052.86808

14、578211.1450.99362.071.067.475095862.56.9710.67471.076.074.07801058975.1960.53576.077.576.979080908.52.8460.465道次/mm/MPa/KN10.6310.3980.1300.731.4716.79683.4714000.0620.6750.4560.2710.931.6515.351150.0512516.1230.6240.3900.4411.171.9013.071458.2523243.4840.5880.3460.5761.802.8015.902217.6043017.0050.

15、3060.0940.5721.151.8810.701557.5820323.153設(shè)備強度及能力校核3.1軋輥各部分尺寸確定軋輥直接承受軋制力和轉(zhuǎn)動軋輥的傳動力矩，屬于消耗性零件，就軋機整體而言，軋輥安全系數(shù)最小，軋輥強度往往決定整個軋機負(fù)荷能力，因此，要對軋輥進行校核。 表3-1-1 軋輥材質(zhì)及許用應(yīng)力值材質(zhì)許用應(yīng)力/MPa許用接觸應(yīng)力/MPa許用剪切應(yīng)力/MPa許用接觸剪應(yīng)力/MPa合金鍛鋼240240073730軋輥各部分尺寸分別為：工作輥：輥身直徑，輥身長度；工作輥輥頸直徑： ；工作輥輥頸長度：；工作輥壓下螺絲間的中心距：;支承輥：輥身直徑，輥身長度；支承輥輥頸直徑:；支承輥輥頸長度

16、：；支承輥壓下螺絲間的中心距： 輥頭均采用扁頭萬向接軸輥頭,電機功率表3-1-2 軋輥各部分尺寸輥身長度L（mm）輥身直徑D（mm）壓下螺絲中心距a（mm）輥頸長度l（mm）輥頸直徑d（mm）工作輥17005401952252280支承輥1700145023756757503.2咬入能力校核軋機要能夠順利進行軋制必須保證咬入符合軋制規(guī)律，所以對咬入條件進行校核：式中：工作輥直徑； 軋件的壓下量； 咬入角; 摩擦角原料在第一架軋機咬入比較困難，所以對第一架進行咬入能力的校核。校核如下：而，得到： 由于，因此，第一架軋機可以實現(xiàn)帶鋼順利咬入；其余各道次壓下量均小于第一道，所以都能順利咬入。3.3軋

17、輥強度校核表3-3-1 校核相關(guān)參數(shù)機架號軋制壓力（KN）軋輥轉(zhuǎn)速（r/min）電機功率（KW）前張力（MPa）后張力（MPa）前后張力差（MPa）114000.06245.455500805030212516.12391.525500908010323243.48524.1555001009010443017.00640.16550011010010520323.15696.1455005011060根據(jù)五機架冷連軋機軋制力考慮，現(xiàn)在對第四架軋機的軋輥進行校核：3.3.1工作輥校核四輥軋機支承輥與工作輥承受彎矩之比等于直徑比的四次方，其彎曲應(yīng) ，而，得到 ； 1） 輥身：假定工作輥放在兩支點

18、上，畫出其彎矩圖如下：如上彎矩圖，工作輥在其中間部位產(chǎn)生最大彎矩，如上面計算：；由于水平張力差導(dǎo)致的彎矩為：，；輥身中部的合成力矩為：工作輥在最大重車后的直徑，因此輥身中部的最大彎曲應(yīng)力為： 所以，工作輥輥身強度符合要求。2） 輥頭：由于工作輥傳動，校核輥頭扭轉(zhuǎn)強度。，所以，輥頭強度符合軋制要求。3.3.2支承輥校核1） 輥身：由上圖可知，在輥身中部產(chǎn)生最大彎曲力矩，其大小如上面所求：支承輥在最大重車后的直徑為，則輥身中部的最大彎曲應(yīng)力為：所以，支承輥符合要求。2）輥頸 所以，輥頸軋制符合要求。3.3 接觸應(yīng)力校核工作輥與支承輥表面接觸產(chǎn)生接觸應(yīng)力，它將影響軋輥的軋制壽命，應(yīng)加以校核。計算接觸應(yīng)力使用赫茲公式：式中： 接觸表面單位長度上的負(fù)荷；相互接觸兩個軋輥的半徑；與軋輥材料有關(guān)的系數(shù)， 軋輥材料相同，所以，軋機符合軋制帶鋼時的軋制要求3.4電動機功率校核（第四架為例）3.4.1軋制力矩其中： x力臂系數(shù)，取0.3； 軋制壓力；l接觸弧長度。3.4.2 摩擦力矩 其中： 工作輥輥徑直徑； 軋輥軸承中摩擦系數(shù)，此處取0.05； 粘性系數(shù)，取0.97；傳動比，取1.7856。；3.4.3空轉(zhuǎn)力矩；式中：電機額