四輥冷軋機設計

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畢業(yè)設計（論文）任務書專業(yè) 機械設計制造及其自動化 班級 姓名 下發(fā)日期 2011-3-6題目 四輥冷軋機設計之一190/54??專題 軋輥系統(tǒng)設計主要內(nèi)容及要求1.計算本設計道次（第一道次 2.75mm-1.80mm）的軋制力、軋輥的驅動力矩、選擇電動機；2.該系統(tǒng)主要零部件強度、剛度校核并選取軋輥的軸承；3.完成軋輥總圖設計；4.工作輥裝配圖設計；5.撰寫設計說明書，要求內(nèi)容完整、編寫規(guī)范。主要技術參數(shù)1.軋制材料：Q235 2.原料規(guī)格： 2.750m?3.軋制規(guī)程： 4.軋制速度：2.75180.42?1/s進度及完成日期3 月 6 日～3 月 19 日：山東石橫特鋼集團有限公司參觀實習，寫實習報告及查閱相關資料。3 月 20 日～3 月 27 日： 比較各種結構，選擇最優(yōu)設計方案。3 月 28 日～4 月 10 日：對整機及部件進行設計計算。4 月 11 日～5 月 21 日：CAD 制圖。5 月 22 日～6 月 4 日 : 編寫設計說明書。6 月 5 日～6 月 20 日 : 畢業(yè)答辯審查準備。教學院長簽字 日 期 教研室主任簽字 日 期 指導教師簽字 日 期指 導 教 師 評 語指導教師: 年 月 日指 定 論 文 評 閱 人 評 語評閱人: 年 月 日答 辯 委 員 會 評 語指導教師給定成績(30%)評閱人給定成績(30%)答辯成績（40%） 總 評答辯委員會主席簽字評定成績本科畢業(yè)設計（論文）說明書I摘 要本軋機為 小型四輥冷軋機，其特點是工作穩(wěn)定、操作簡單、軋制190/54??板形好。本設計主要是針對此軋機的軋輥系統(tǒng)，考慮到產(chǎn)品的穩(wěn)定性、結構布局、使用壽命，進行軋輥的尺寸計算、剛強度校核、彎曲變形校核、軋輥軸承的選擇和使用壽命校核。同時采用了工作輥傳動，這種形式對軋制過程比較有利。設計中運用斯通公式計算軋制力，由于軸承座的固定性，軸承座要承受偏負荷，軸承磨損嚴重不但減小使用壽命而且影響軋輥的外形進而對軋制板形產(chǎn)生極大的影響，軋制力大時影響更明顯。因此軋輥的尺寸設計、材料選擇很重要而且必須對軋輥和軸承進行必要的校核。關鍵詞：四輥冷軋機、軋輥、軋輥軸承、軋制力本科畢業(yè)設計（論文）說明書IIAbstractThe mill is small four-high cold rolling mill, characterized by 190/54??stability、simple in operation and good shape by rolling. This design main for the mill’s roller system, take the mill’s stability、configuration and the service life, it’s necessary to checkout the intensity、barely and distortion by bending of the rollers and the service life of the bearing besides calculate the sizes of the rollers and choosing the bearings. At the same time, drive work roll is the main drive mode for this mill, which form is more favorable for the rolling process.It’s well-off during the design. In the design I have found that due to the fixity of the bearing chock, the biased load will appear in the bearing chock, and the bearings will fray badly, which leads to the short service life of the bearings and influences the rollers’ shape , and then influence of the sizes of the rolling steels, the infection will be strictness under the heavy roll force. Therefore, it’s important to design the rollers’ size and choose of the material, it is must to checkout the rollers and the bearings.Keywords：4-high cold rolling mill、roller、roller bearing、roll force本科畢業(yè)設計（論文）說明書III前言50 年代以來，我國的鋼鐵工業(yè)取得了巨大的成就，軋鋼生產(chǎn)是將鋼錠或鋼坯軋制成鋼材的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。用軋制方法生產(chǎn)鋼材，具有生產(chǎn)率高、品種多、生產(chǎn)過程連續(xù)性強、易于實現(xiàn)機械化和自動化等優(yōu)點。因此，它比鍛造、擠壓、拉拔等工藝更廣泛地應用。目前，約有 90%的鋼材都是經(jīng)過軋制成材的。到 20 世紀 70 年代初，軋機的軋輥直徑已增大到了 1500mm。我國從 1959 年開始自行設計制造開坯機，目前已制成 700mm，750mm，850mm，1150mm 初軋機。20 世紀 80 年代以來，軋機得到了飛速發(fā)展，從過去單純追求速度比產(chǎn)量過渡到同時對質(zhì)量的要求?，F(xiàn)在，軋制技術飛速發(fā)展，軋制設備趨向于方便、高效，尤其是板材軋制設備趨于多樣、適用、易改進等。因此，具有更加靈活性軋制品種多、使用要求低的四輥單機座軋機也得到了不斷的改進和發(fā)展，在中小型鋼廠中得到廣泛的應用。它具有如下幾個特點：1. 工作穩(wěn)定性要好；2. 剛性要求要高一些；3. 軋縫的控制簡單、便利；4. 軋制板材的質(zhì)量高、板型好。雖然冷軋板材的生產(chǎn)成本、投資費用雖然很高，但是冷軋板材的性能和質(zhì)量都比熱軋好，在同樣的用途下，可以節(jié)約金屬材料達 30%，某些工業(yè)發(fā)達國家如美國使用的薄板，幾乎 100%是冷軋的，而冷軋板材的板形直接關系到板材的質(zhì)量。板形的好壞取決于金屬在輥縫中塑性變形的一瞬間，而軋輥是直接與金屬接觸，相接觸的部件，所以軋輥的設計成功與否直接影響板形的好壞，軋輥的設計基本上說明了世界各主流軋機板形的調(diào)控能力。針對目前的現(xiàn)狀和達到本次設計的目的，我有幸去濟鋼進行了實習，在具有先進技術水平的中板廠、中厚板廠、冷連軋廠、熱連軋廠等廠的參觀學習中，掌握了一些冶金機械知識并對軋機的結構、工作原理等有了一定的了解認識。本次要做的是 190/ 500 450mm 四輥冷軋機設計之一軋輥系統(tǒng)的設計，要求軋??制帶寬 200mm，軋制速度 1.5m/s，將板帶厚度由 2.75mm 軋制到 1.2mm。本設計書共分四部分：總論部分、確定設計方案部分、設計計算部分和外文資料本科畢業(yè)設計（論文）說明書IV部分，并附參考資料、附錄等，力求詳盡的介紹本設計的內(nèi)容。在設計中，主要計算了軋制力、軋制力矩、軋機主電動機功率、校核軋輥剛度、強度以及選擇軋輥軸承并對軸承進行了校核。新技術、新工藝、新設備的出現(xiàn)，使冶金生產(chǎn)發(fā)生了巨大的變化，中國的鋼鐵工業(yè)也在迅速的發(fā)展，鋼產(chǎn)量已躍居世界第一，但主要還是資源消耗式增長，離世界先進的冶金水平還有一定的差距，這就要求我們要不斷地對軋鋼機械設備進行改進和創(chuàng)新，只有這樣才能使我國的鋼鐵工業(yè)走到世界的前列。由于本人水平有限，錯誤在所難免，誠懇地歡迎老師指正批評。本科畢業(yè)設計（論文）說明書V目錄摘要 .IAbstract.II前言III目錄 .V第 1 章 緒論 11.1 課題研究的意義及現(xiàn)狀 .11.2 冷軋機的類型、工作原理及其特點 .21.3 冷軋帶鋼的生產(chǎn)工藝 .51.4 軋鋼技術的發(fā)展前景 .81.5 論文主要研究內(nèi)容 .9第 2 章 設計方案的確定 102.1 工作制度 .102.2 主傳動形式 .102.3 壓下裝置的結構形式 .122.4 上輥平衡裝置 .132.5 軋輥軸承 .142.6 設計方案的確定 .14第 3 章 設計計算 153.1 軋制力能參數(shù)的計算 .153.2 咬入條件的校驗… .173.3 軋制力計算 .173.4 軋制力在接觸弧上作用點的位置.213.5 軋制力矩的計算.223.6 工作輥傳動的四輥軋機軋輥的穩(wěn)定性.243.7 軋機主電動機力矩與電動機功率.253.8 軋輥的基本尺寸及校核.263.9 軋輥軸承的選擇及校核.37第 4 章 結論 414.1 設計中存在的問題及改進方法.41本科畢業(yè)設計（論文）說明書VI4.2 價值及成本核算.41畢業(yè)設計小結 43參考文獻 43致謝 43附錄 45附件 1 .47附件 2 .52本科畢業(yè)設計（論文）說明書1第 1 章 緒論1.1 課題研究的意義及現(xiàn)狀20 年代，隨著二輥可逆軋機的出現(xiàn)，軋制效率大大提高。四輥可逆軋機出現(xiàn)于 30年代。60 年代末，隨著二次冷軋機和箔材軋機，平整軋機光整軋機的出現(xiàn)，使冷軋的可軋厚度大大減少，目前，最小可達 0.001mm。冷軋帶鋼生產(chǎn)始于 1660 年，在國民經(jīng)濟中占有十分重要的地位。隨著容器包裝、精密儀器、汽車的制造、房屋建設、機械制造和船舶工業(yè)的迅速發(fā)展以及家用電器和各種日常生活的需求量成倍增長，對冷軋帶鋼的需求量也迅速增加。冷軋帶鋼是在二輥軋機上進行的。自此以后，無論是國內(nèi)還是國外，冷軋都得到廣泛應用，軋輥軸頸和軸承的改進也促進了冷軋機的應用。板帶冷軋鋼的發(fā)展，只是在近代隨著技術的進步，才真正得到了推動。冷軋鋼板及帶鋼今年來得到較大的發(fā)展。冷連軋機末架出口速度可達 25～41.7m/s。為了提高產(chǎn)量，冷卷卷重已達 60t。一套冷連軋機年產(chǎn)量可達 250 萬 t。由于冷軋帶鋼厚度公差要求高，為增加軋機壓下裝置的響應速度，在冷軋機上采用了全液壓壓下裝置及厚度自動控制裝置。因此，在帶鋼冷連軋機上，廣泛地采用液壓彎輥裝置或抽動工作輥裝置來改善板形。對于高速、高產(chǎn)量的帶鋼冷連軋機，實現(xiàn)了計算機控制。初軋機具有以下特點：1）提高自動化程度，從均熱爐到板坯精整均已實現(xiàn)自動控制。2) 提高鋼坯質(zhì)量，改進精整工序，采用大噸位板坯剪切機及在線火焰清理機。3）向重型化方向發(fā)展，軋制鋼錠重量達 45～70t，最高年產(chǎn)量達 500～600 萬 t。4）萬能式板坯初軋機迅速發(fā)展，軋機帶有立輥，減少軋件翻鋼道次和軋制時間。連續(xù)鑄鋼技術的迅速發(fā)展，連鑄比將達到 80%或更高。這樣，初軋機將不會有更大的發(fā)展，只能起到配合和補充連鑄生產(chǎn)的作用，許多初軋廠都面臨改造的任務。進些年來冷軋帶鋼生產(chǎn)技術及設備又有新的發(fā)展：1）板形控制技術。冷連軋及普遍應用了液壓彎輥技術，設置板形儀及靈敏的液壓系統(tǒng)，改善工藝冷潤技術，特別是研制出一批有效控制板形的新軋機，如 HC 軋機、本科畢業(yè)設計（論文）說明書2CVC 軋機、UC 軋機等。2）連續(xù)退火、全氫罩式退火技術的應用及多種涂鍍生產(chǎn)技術的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了許多新的生產(chǎn)線及新的設備，使軋鋼機械在這些領域得到發(fā)展。3）酸洗—冷軋聯(lián)合機組。這種機組改變了傳統(tǒng)冷軋生產(chǎn)將酸洗和軋鋼兩個工序分開的方式，而聯(lián)合為一個機組。這樣可提高酸洗、冷軋工序的成材率 1%～3%，提高機時產(chǎn)量 30%～50% ，減少中間倉庫 5000～10000 ，降低投資及生產(chǎn)成本等優(yōu)點。2m4）帶鋼連鑄—連軋工藝。帶鋼連鑄機澆鑄出的鋼坯須經(jīng)熱軋或稍經(jīng)熱軋即可進入冷軋機生產(chǎn)冷軋帶鋼，使這一工藝在今后經(jīng)進一步完善和推廣。因此，冷軋帶鋼生產(chǎn)的大力發(fā)展，逐漸提高冷軋帶鋼在軋鋼產(chǎn)品中的比重，迅速提高冷軋帶鋼的質(zhì)量，不斷增加冷軋帶鋼的產(chǎn)品，滿足各個工業(yè)部門的，特別是與人民生活密切相關的，輕紡織工業(yè)和日用電器，生活用品等，以及外貿(mào)出口對冷軋帶鋼急劇增加的需要，可以認為 HC 軋機是板帶軋機改造和新建的主選優(yōu)良機型，可提供具有優(yōu)良板形 的高精度板帶滿足工業(yè)領域對高精度的要求。HC 軋機正逐步代替具有100 多年歷史的普通四輥軋機。1.2 冷軋機的類型、工作原理及特點1.2.1 冷軋機的類型冷軋機構造可以軋輥數(shù)目及其在機座中位置為特征進行分類為;具有水平軋輥的軋機，具有互相垂直軋輥的軋機和呈斜角布置及其它的特殊軋機。按照軋輥的配列方案分為二輥式、四輥式、多輥式三種。按機架排列方案分為單機可逆（不可逆）式與連續(xù)多機軋制式兩種。其靈活性大，適用中小型企業(yè)及科研教研學用。連軋機生產(chǎn)效率高，軋制速度快，但產(chǎn)品單一，變動不大時，最能發(fā)揮其優(yōu)越性。其常用類型如圖 1-1 所示：本科畢業(yè)設計（論文）說明書3圖 1-1 常用軋輥類型圖1.2.2 各類冷軋機的工作原理及其特點由于軋輥的數(shù)目和布置不同，所以各類軋機的特點也不同：1） 二輥式軋機：此軋機結構簡單，工作可靠，有直流電動機驅動，用于二輥可逆式初軋機，可將鋼錠往復軋制成各種矩形抷。二輥可逆式軋機也可用于軋制軌梁和中厚板。2） 三輥式軋機：其在同一機座上軋件可兩向軋制，而軋機無需反轉，有一臺交流電動機經(jīng)減速器和齒輪座驅動數(shù)臺三輥式軋機，可實現(xiàn)軋件往復多道次軋制。三輥軋機廣泛應用于軌梁軋機、型鋼軋機及小型開坯軋機。3） 四輥式軋機：四輥式軋機是由兩個較小工作輥和較大的兩個支承輥組成。機座是由四個位于同一垂直平面內(nèi)的水平軋輥組成，軋制是在兩個工作輥中間進行的。支承輥的作用是增強輥系的剛度，所以其直徑較工作輥要大上一倍以上。四輥式軋機是帶鋼冷軋機中最通用的機組，這種軋機采用閉口式機架，兩個牌坊有橫梁或其它軋機連接形成一個剛體，通常采用工作輥驅動， 但是近來趨向于支承輥驅動。四輥式軋機廣泛應用于鋼板生產(chǎn)，如中厚板軋機、熱軋鋼板軋機、冷軋鋼板及帶鋼軋機等。3） 六輥式軋機：工作輥靠另一側卷行彈簧撐開，壓下螺絲有電機通過齒輪傳動，工作輥軸承為抗磨式，而支承輥則采用油膜軸承。為使用直徑相同的小直徑本科畢業(yè)設計（論文）說明書4工作輥并提供水平及垂直剛度。六輥式軋機得到了廣泛應用通?？繌椈蓧毫ζ胶馍舷螺伣M件及消除壓下螺絲于軸承座間產(chǎn)生的松弛或松動。近年來發(fā)展很快的是中間輥可以軸向抽動的六輥軋機，即 HC 軋機通過抽動中間輥或工作輥來改善板形的控制能力，配合使用彎輥裝置可使橫向剛度無窮大。其主要特點如下：(1) 具有好的控制性。(2) 可顯著提高帶鋼的平整度。(3) 具有較大的剛度，穩(wěn)定性。(4) 壓下量由于不受板形的控制而顯著提高。4） 偏八輥式軋機：其工作輥直徑約為支承輥直徑的六分之一，且中心線相對上下支承輥中心連線有較大偏移。為防止工作輥水平彎曲，在出口方向設有側中間輥和側支承輥，使機座水平剛度提高；結構簡單，滿足防止工作輥水平彎曲增加剛度，通過調(diào)節(jié)個別支承輥改變工作輥的凸度，工作輥支承系統(tǒng)剛度大，換輥方便，其工作輥直徑可自由選擇而軋制不同的品種。其軋制力小，壓下率高，應用于薄帶材生產(chǎn)。5） 多輥式軋機：為適應冷軋板帶產(chǎn)品尺寸向高精度和大的寬厚比方向發(fā)展需要，出現(xiàn)了十二輥、二十輥及復合式十二輥等多輥軋機型式。由于有多層中間輥和支承輥支承，工作輥的直徑可大大減小，而機座的剛度與強度都很高。一般都驅動中間輥，使工作輥不承受扭轉負荷。支承輥做成分段式的，可通過專門機構來調(diào)整工作輥軸向撓度曲線。二十輥軋機多采用森吉米爾型和羅恩型。多輥軋機多用作生產(chǎn)冷軋薄帶鋼。我國自主開發(fā)的二維中部支撐的多輥軋機，具有使軋制帶材橫向精度高的特點。 1.3 冷軋帶鋼的生產(chǎn)工藝冷軋帶鋼的生產(chǎn)工藝主要體現(xiàn)在以下四點：1.3.1 冷軋中采用張力軋制張力軋制是冷卻的一大特點。所謂“張力軋制” ，就是軋件在軋輥中的輾軋變形是有一定的前張力與后張力作用下實現(xiàn)的。單位張力 是作用在帶材斷面 A 上的平均張z?本科畢業(yè)設計（論文）說明書5應力：( )zTA??2/Kgm式中 T——總張力。張力的主要作用有以下幾個方面：（1）防止帶鋼在軋制過程中跑偏（即保證正確對中軋制） ；（2）降低軋件的變形抗力，便于軋制更薄的產(chǎn)品；（3）適當調(diào)整冷軋機主電機負荷的作用；（4）使所軋帶鋼保持平直（包括在軋制過程中的保持板形平直以及軋后板形良好）。防止軋件跑偏是冷軋操作中關系到能否實現(xiàn)軋制的一個重要問題。跑偏將破壞正常板型，引起操作事故甚至設備事故，若不很好加以控制，將不能保證冷軋的正常進行。因此，防止跑偏的方法有：（1）采用張力軋制；（2）采用凸形輥縫；（3）采用導板夾逼。通過改變卷取機，開卷機及軋機主電機的轉速以及各架壓下可以使軋制力，張力在較大的范圍內(nèi)變動。借助準確可靠的測試儀，并使之與自動控制系統(tǒng)結成閉環(huán)，可以按要求實現(xiàn)恒張力控制，配備這種張力閉環(huán)控制系統(tǒng)是現(xiàn)代冷軋機的起碼要求。生產(chǎn)中張力的選擇主要是平均單位 ，從理論上講，單位張力似乎應當盡量選的z?高一些，但是不應超過帶鋼的屈服極限 ，根據(jù)經(jīng)驗，一般軋機 =（0.1~0.6） ；s z?s?而冷軋薄帶剛 =（0.1~0.3） 。z?s1.3.2 冷軋中產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象在冷軋中，冷軋是在金屬再結晶溫度以下進行的軋制，金屬的晶粒被破碎且不能產(chǎn)生再結晶回復，導致金屬產(chǎn)生加工硬化。由于加工硬化，使金屬變形抗力增大，軋制壓力升高，金屬的塑性降低，容易產(chǎn)生脆斷。當鋼種一定時，加工硬化程度與冷軋的變形程度有關，變形程度愈大，加工硬化愈嚴重。加工硬化超過一定程度后，因金屬過于硬脆而不能繼續(xù)軋制。因此板帶經(jīng)一定的冷軋總變形量之后，須經(jīng)熱處理（再結晶退火或固溶處理） ，恢復塑性，降低變形抗力，以利于繼續(xù)軋制。在冷軋生產(chǎn)過程本科畢業(yè)設計（論文）說明書6中，每次軟化退火之前完成的冷軋工作稱為一個“軋程” ，在一定的條件下，鋼質(zhì)愈硬，成品愈薄，所需之軋程愈多。1.3.3 冷軋中采用工藝冷卻冷軋過程中變形熱與摩擦熱使軋件和軋輥溫度升高，故需要采用有效的人工冷卻。軋制速度越高，冷卻問題顯得尤為重要。如何合理的強化冷卻過程的冷卻已成為發(fā)展現(xiàn)代冷軋機的重要的研究課題。實驗研究與理論分析表明，冷軋板帶鋼的變形功有84%~88%轉變?yōu)闊崮埽管埣c軋輥的溫度升高。因此我們必須采取適當?shù)拇胧┪呋蚩刂七@部分熱量，即便變形發(fā)熱率，單位時間發(fā)出的熱量 q 。其表達式為：BqhJ??????A式中 系數(shù) = 0.84~0.88?——小于 1 的修正系數(shù)；?——所軋材的寬度；B——機械功的熱當量；J——軋制時的平均單位壓力；?——軋制速度；?——該道次的絕對壓下量。h?油的冷卻能力比水差得多。水是比較理想的冷卻劑，因其比熱大，吸熱率比較高且成本低廉。水的比熱比油大一倍，熱傳導率為油的 3.75 倍，揮發(fā)潛熱大 10 倍以上。由于水具有如此優(yōu)越的吸熱的性能， （只有某些特殊的軋機，由于工藝潤滑與軋輥軸承共用一種潤滑劑，才采用全部油冷，但為了保證冷卻效果，需給予足夠大油量。 ）固大多數(shù)生產(chǎn)軋機都傾向與水或以水為主的冷卻劑。從實現(xiàn)強大軋制的角度來看，我們所關心的是如何提高冷卻液的冷卻能力，即提高冷卻效果。有物理學可知一定質(zhì)量的液體在單位時間內(nèi)所吸收的熱量可表示為：12()qmtc???式中 ——單位時間所需冷卻液的體積；m——比重；?本科畢業(yè)設計（論文）說明書7——冷卻液的比熱；c、 ——冷卻液前后的溫度。2t1由此可知，在冷卻液種類和冷卻系統(tǒng)均一定的情況下，為增加 q，只有增加流量m，但這往往受到原有冷卻設施的限制，所以通常是改變冷卻液的種類和增加冷卻液的溫度來增加其吸熱能力。冷卻液簡單地噴澆在軋輥和軋件上，與高壓冷卻液霧化，冷卻效果大大不同，實際資料表明，即使在采用有效的工藝冷卻的條件下，冷軋板卷在卸卷后的溫度優(yōu)勢仍達 130~ ，甚至還要高，由此可見在軋制變形區(qū)的料溫一150oc定比這還要高，輥面溫度過高會引起工作輥淬火層硬度的下降，并有可能促使淬火層內(nèi)發(fā)生組織分解（殘余奧氏體的分解） ，使輥面出現(xiàn)附加的組織應力。此外，從其對冷軋過程本身的影響來看，輥溫的反?，F(xiàn)象以及輥溫分布規(guī)律的反?；蛲蛔兙鶎е抡］伱鏃l件的破壞，直接有害于板形與軋制精度。同時，輥面過高也會使冷軋工藝潤滑劑失效（油膜破裂） ，使冷軋不能順利進行。因此，為了保證冷軋的正常生產(chǎn)，對軋輥和軋件必須應采取有效的冷卻和控溫措施。1.3.4 冷軋中的工藝潤滑生產(chǎn)實踐與實驗表明，采用天然油脂作為冷軋的工藝潤滑劑在潤滑效果上優(yōu)于礦物油，這是由于天然油脂與礦物油在分子的結構上與特性上有質(zhì)的差別所致。冷軋采用工藝潤滑的主要作用是減少金屬的變形抗力這不但有助于保證已有的設備能力條件下實現(xiàn)更大的壓力，而且還可使軋機能夠經(jīng)濟上可行的地生產(chǎn)厚度更小的產(chǎn)品。此外，采用有效的工藝潤滑也直接對冷軋過程的發(fā)熱率以及軋輥的溫度起到了良好的影響，在軋制某些產(chǎn)品時采用的工藝潤滑還可以防止金屬粘輥的作用。冷軋潤滑效果的優(yōu)劣誠然是衡量工藝潤滑劑的重要指標，但是一種真正有經(jīng)濟實用價值的工藝潤滑劑還應來源廣，成本低，便于保存。并且易于軋后的板面去除，不留任何影響質(zhì)量的殘渣等特點。目前還只有為數(shù)不多的幾種工藝潤滑劑能滿足上述要求。但是，冷軋過程中油的耗用量還是相當大的?，F(xiàn)在，可以通過乳化劑的作用把少量油于大量水混合起來制成乳狀潤液。可以較好的解決油的循環(huán)使用問題，在這種情況下水是作為冷卻劑與載油劑而起作用的。本科畢業(yè)設計（論文）說明書81.4 軋鋼技術的發(fā)展前景軋鋼工業(yè)的技術進步主要集中在生產(chǎn)工藝流程的縮短和簡化上，最終形成軋材品種規(guī)格多樣化、性能高品質(zhì)化、控制管理計算機化等。未來軋鋼工藝和技術的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾方面：(1) 軋制過程柔性化。板帶熱連軋生產(chǎn)中壓力調(diào)寬技術和板形控制技術的應用，實現(xiàn)了板寬的自由規(guī)程軋制。棒、線材生產(chǎn)的粗、中軋平輥軋制技術的應用，實現(xiàn)了部分規(guī)格產(chǎn)品的自由軋制。冷彎和焊管機也可實現(xiàn)自由規(guī)格生產(chǎn)。這些新技術使軋制過程柔性化。(2) 鑄軋—體化。利用軋輥進行鋼材生產(chǎn)，因其過程連續(xù)、高效、可控且便于計算機等高新技術的應用，在今后相當一段時間內(nèi)，以輥軋為特征的連續(xù)軋鋼技術仍將是鋼鐵工業(yè)鋼材成型的主流技術。在2O世紀，由于連鑄的發(fā)展，已經(jīng)逐步淘汰初軋工序。而連鑄技術生產(chǎn)的薄帶鋼直接進行冷軋，又使連鑄與熱軋工序合二為一。鑄軋的一體化，將使軋制工藝流程更加緊湊。同時，低能耗、低成本的鑄軋一體化，也是棒、線、型材生產(chǎn)發(fā)展的方向。(3) 軋制過程清潔化。在熱軋過程中，鋼的氧化不僅消耗鋼材與能源，同時也帶來環(huán)境的污染，并給深加工帶來困難。因此，低氧化燃燒技術和低成本氫的應用都成為無氧化加熱鋼坯的基本技術。酸洗除鱗是冷軋生產(chǎn)中最大的污染源，新開發(fā)的無酸清潔型(AFc)除鱗技術，可使帶鋼表面全無氧化物、光滑，并具有金屬光澤。(4) 鋼材的延伸加工。在軋鋼生產(chǎn)過程中，要不斷擴大多種鋼材的延伸加工產(chǎn)業(yè)，如開發(fā)自潤滑鋼板用于各種沖壓件生產(chǎn)，減少沖壓廠潤滑油污染；開發(fā)建筑帶肋鋼筋焊網(wǎng)等，把鋼材材料生產(chǎn)、服務延伸到各個鋼材使用部門。隨著工業(yè)的發(fā)展和軋鋼技術的進步，軋鋼工藝的裝備水平和自動控制水平不斷提高，老式軋機也不斷被各種新型軋機所取代。按照我國走新型工業(yè)化道路的要求，軋鋼技術發(fā)展的重點轉移到可持續(xù)發(fā)展上來。(5) 高新技術的應用。軋鋼技術取得重大進步的主要特征是信息技術的應用。板形自動控制，自由規(guī)程軋制，高精度、多參數(shù)在線綜合測試等高新技術的應用使軋鋼生產(chǎn)達到全新水平。軋機的控制已開始由計算機模型控制轉向人工智能控制，并隨著信息技術的發(fā)展，將實現(xiàn)生產(chǎn)過程的最優(yōu)化，使庫存率降低，資金周轉加快，最終降低成本。本科畢業(yè)設計（論文）說明書91.5 論文主要研究內(nèi)容本設計主要對 四輥冷軋機的軋輥系統(tǒng)，軋輥是軋鋼機在工作中直190/54??接與軋件接觸并使金屬產(chǎn)生塑性變形的重要部件，是軋制板材的作用部件，軋輥的設計制造好壞直接關系到產(chǎn)品的板形、質(zhì)量以及整個軋鋼機的外形尺寸、加工能力等一系列問題。對所需要的尺寸參數(shù)進行計算確定，對軋輥進行必要的校核，并且根據(jù)軋輥尺寸實際應用情況選擇合適的軸承。結合所學知識設計 VB 計算程序，對軋制力的計算建立了模型，使后續(xù)道次的計算簡便準確。另外根據(jù)實習參觀和結合以前經(jīng)驗繪出工程圖。本科畢業(yè)設計（論文）說明書10第 2 章 設計方案的確定2.1 工作制度對于單機座軋機，有可逆式和不可逆的工作制度。本設計為單機座軋機，現(xiàn)分述如下：2.1.1 可逆式工作制度可逆式工作制度是當一道軋完之后，為了能在原來的軋輥間進行下一道軋制，將軋輥反轉，這樣軋件便在軋輥間反復進行軋制。在這種工作制度下，軋件的咬入和拋出也是在降低扎輥轉速的情況下進行的。目前，對單機座小型冷帶軋機，采用可逆式有很多有優(yōu)點，它能大大提高生產(chǎn)效率，以減少板帶鋼的吊運與安裝。2.1.2 不可逆式軋機工作制度不可逆式的工作制度應用最廣，在這種工作制度下，每個軋輥的旋轉方向不變，而軋輥的轉速則有不變與可變的兩種。根據(jù)軋制速度來分析，不可逆式工作制度在實際生產(chǎn)操作中有以下幾種運轉方式：（1）幾乎保持嚴格不變的軋制速度；（2）軋件通過時，軋制速度稍微降低；（3）僅在軋機調(diào)整時才調(diào)節(jié)速度；（4）在軋件通過時，在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)軋制速度。2.2 主傳動形式目前，小型四輥冷軋機的主轉動方式有三種：（1） 傳動工作輥（2） 傳動支撐輥（3） 單輥傳動電機通過減速器與齒輪座來直接傳遞工作輥，這種形式對于軋制過程比較有利，但是對于較小的軋機，它又受到工作輥輥頸和方向接軸所能傳遞的扭轉力矩的限制，而傳遞工作輥不能達到要求時，就需傳遞支撐輥，而傳遞支承輥是靠摩擦力來傳遞工本科畢業(yè)設計（論文）說明書11作輥的。這樣將會碰到關于工作輥力的傳遞問題，這就是要增大軋輥的傳動部件。同時還要考慮軋輥與軋件間的打滑問題。因此，為了解決上述問題，防止出現(xiàn)支承輥斷輥、工作輥方頭扭斷等現(xiàn)象，可采用異徑軋制、單輥驅動等措施來解決。本次設計由于軋制力與軋制力矩不是很大，故不需考慮此問題，但同時采用單輥驅動又會帶來一系列新的問題。由于采用單輥傳動，使兩個工作輥自然會產(chǎn)生一定的速度差，從而使軋制力有所降低，據(jù)實際分析證明，當變形區(qū)長度上出現(xiàn)搓扎區(qū)，一般可能使軋制壓力下降約 5~20%。由于單傳動軋制時上下輥速度的配合是自然的，過程簡單易行，無需復雜的控制系統(tǒng)。采用異徑軋制，并盡可能的減小空轉輥的直徑，充分發(fā)揮小輥的軋制可降低軋制壓力的優(yōu)點，以保證受力零件的正常工作，同時又有利于增大壓下量，減小道次，從而提高軋機的工作效率。對于普通的四輥軋機，盡管其主機列通常是有主電機通過減速機和齒輪座傳遞兩個工作輥，但是在預壓力作用下，由于工作輥徑的差別等原因，給冷軋薄帶鋼軋機的傳動帶來很大的影響，在薄帶軋制中常出現(xiàn)量接軸傳動力矩的分配不均，某個接觸力矩為零或趨近于零。由于輥頸差事實上不可能消除，使用較大的預壓力亦是必要?？梢哉J為，軋輥的傳動力矩在兩軋輥上的分配并不總是大致想當相等的。在運轉中的軋機上，即從軋輥空轉，壓靠以至軋制階段，輥頸稍大的軋輥接觸中傳動力矩永為正值，而輥頸稍小者，其傳動力矩可在負值至正值的廣大范圍內(nèi)變化，者是薄帶鋼軋制的軋機傳動特點，對于這類軋機，在一定的條件下實際上是單輥傳動的。一般看來，當軋件較薄時使用預壓力較大，直徑稍小的軋輥上，其傳動接觸可能實際上不起作用，甚至反而有害。另一方面，由于軋件較薄，又是成卷軋制的，咬入條件能夠保證，有可能實現(xiàn)單輥傳動。在主機列中，自然可將齒輪座從設計中取消，減小設備的投資，降低動力傳傳遞的能量消耗，從而取得一定的經(jīng)濟效果，并可充分利用換輥，在操作上也會有許多方便。本科畢業(yè)設計（論文）說明書122.3 壓下裝置的結構形式壓下裝置目前有液壓壓下和電動壓下兩種結構型式。2.3.1 液壓壓下在冷軋機組和平整機上，可以采用“壓下式”也可以采用“壓上式” 。采用“壓上式”時，在軋機上部可以設置不帶剛壓下的電動壓下機構以便做大行程的調(diào)整。 “壓下式”的液壓缸設置在機架的上部，這種結構造價較高，所需的液壓缸行程也很大，它的懸掛裝置較為復雜，而且為了適應磨損后的軋輥直徑，許配備不同厚度的墊塊。但它的最大優(yōu)點是電液伺服閥可裝在液壓缸附近，這不僅提高液壓缸的反應速度，而且伺服閥的工作條件好，維護也方便。液壓壓下裝置是用液壓缸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的壓下螺絲、螺母來調(diào)整軋輥輥縫的。在這一裝置中，除液壓缸外，還有與之配套的伺服閥、液壓系統(tǒng)及檢測儀表及運算控制系統(tǒng)。與電動壓下裝置相比較，液壓壓下裝置有如下特點：（1）快速響應性好，調(diào)整精度高；（2）機械傳動效率高；（3）便于快速換輥，提高軋機作業(yè)率；（4）過載保護簡單，可靠。2.3.2 電動壓下電動壓下是最常用的上輥調(diào)整裝置。通常包括：電動機、減速器、制動器、壓下螺絲、壓下螺母、壓下位置指示器、球面墊塊和測壓儀等，在可逆式板軋機的壓下裝置中，有的還安裝有壓下螺絲回松機構，以處理卡鋼事故。壓下裝置的結構與軋輥的移動距離、壓下速度和動作頻率等有密切的聯(lián)系。按照壓下速度，電動壓下裝置可分為快速壓下裝置和板帶壓下裝置兩大類。1. 快速壓下裝置由于其壓下速度一般大于 1mm/s，故稱為快速壓下裝置。按照傳動的布置形式，快速壓下裝置有兩種類型：（1）采用立式電動機，傳動軸與壓下螺絲平行的布置形式；（2）采用臥式電動機，傳動軸與壓下螺絲垂直交叉布置形式。2. 板帶軋機電動壓下裝置本科畢業(yè)設計（論文）說明書13冷、熱軋板帶軋機的電動壓下速度約為 0.02~0.1mm/s。由于板帶軋機的軋件既薄又寬又長，而且軋制速度快，軋制精度要求較高，這些工藝特征使其壓下裝置有如下特點：（1）調(diào)整精度高；（2）軋輥調(diào)整量小；（3）動作快，靈敏度高；（4）軋輥平行度的調(diào)整要求嚴格；（5）經(jīng)常的工作制度是“頻繁的帶鋼壓下” 。3. 板帶軋機電動壓下的結構形式：四輥冷軋機的電動壓下大多采用圓柱—蝸輪副傳動或兩級蝸輪副傳動的形式。在設計中選擇壓下裝置的電動機和減速器配置方案是十分重要的。因為在設計壓下機構時，不僅應滿足壓下的工藝要求（壓下速度、加速度、壓下能力及壓下螺絲的單獨調(diào)整方式等） ，而且還應考慮其他因素，如：電動機、減速器能否布置得開；換輥、檢修和處理事故時，吊車吊鉤能否進入；設備檢修是否方便等。2.4 上輥平衡裝置平衡裝置的作用是消除軋制系統(tǒng)間隙，提升上軋輥，用來大大降低咬入軋件時的沖擊和工作輥的頻繁換輥。上滾平衡裝置有重錘平衡、彈簧平衡、液壓平衡三種形式。軋機的型式不同，對平衡裝置的要求也不一樣。液壓平衡裝置是由液壓缸產(chǎn)生的推力來進行工作的，其優(yōu)點是結構緊湊，工作靈敏度高，平衡效果好，在小型冷軋機上廣泛使用。四輥板帶軋機上軋輥平衡裝置有一下特點：（1）由于工作輥和支承輥之間靠摩擦傳動以及工作輥和支承輥的換輥周期不同，故工作輥和支承輥應分別平衡；（2）上輥移動的行程較?。ㄗ畲笮谐淌前磽Q輥決定的） ，移動的速度不高；（3）工作輥換輥頻繁，平衡裝置的設計需要使換輥方便；（4）在單張軋制的可逆四輥軋機上，工作輥平衡裝置應滿足空載加、減速時工作輥和支承輥之間不打滑的要求。本科畢業(yè)設計（論文）說明書142.5 軋輥軸承軋輥軸承主要形式是滾動軸承與滑動軸承。滾動軸承主要是用雙列球面滾子軸承，四列圓錐滾子軸承。在某些情況下，由于受軋輥軸承尺寸的限制，可采用滾針軸承。板帶軋機上多用滾動軸承。軋輥軸承與一般軸承的工作條件差別很大，其特點：（1）工作負荷大；（2）運轉速度差別大；（3）工作環(huán)境惡劣。2.6 設計方案的確定根據(jù)所設計的軋機類型、特點和使用實際情況，經(jīng)綜合比較考慮，本設計采用：不可逆工作制度，驅動工作輥，壓下裝置為電動壓下，上輥為單缸平衡，工作輥軸承選用雙列滾針軸承，支承輥軸承選用四列圓柱滾子軸承。本科畢業(yè)設計（論文）說明書15第 3 章 設計計算3.1 軋制力能主要參數(shù)的確定第一道次加工過程中，鋼坯厚度由 2.75mm 被軋制到 1.80mm.（1）本道次壓下量 = =2.75mm 1.80mm=0.95mmh?01?（2）本道次壓下率 = =34.55%0??%?.9527m10?（3）平均壓下率 由于存在加工硬化現(xiàn)象，在計算冷軋薄板平均單位壓力時，軋件材料變形阻力（對冷軋亦可稱為屈服極限）需按考慮加工硬化后的選用。由于存在加工硬化影響，各道次的變形阻力不僅與本道次變形程度有關，而且還與前面各道次的總變形程度有關。對本道次來說，沿接觸弧也是變化的，出口處比入口處要大，計算時一般把變形區(qū)作為圓弧（或拋物線）變化來計算平均總變形程度,按此平均總變形程度來選取平均變形阻力。 m??平均總變形程度計算公式： 01mab?????式中 ——系數(shù)，一般取 0.25～0.4；a——系數(shù)，一般取 0.45～0.6。b（通常取 0.3， 0.5。 ）?b——本道入口處的總變形程度（從退火狀態(tài)開始各道次變形程度的積累） ，0?；0Hh?——本道出口處的總變形程度， ；1? 11Hh???——退火狀態(tài)坯料原始厚度；——該道次軋制前軋件厚度；0h——該道次軋制后軋件厚度；1（4） 金屬材料的屈服極限 s?冷軋由于存在加工硬化，各道次的屈服極限不同，由圖 3-1 查得低碳鋼 Q235 在本科畢業(yè)設計（論文）說明書16平均壓下率為 20.7%時的屈服極限 =460MPa。 s?圖 3-1 冷態(tài)下變形阻力曲線（5）無潤滑劑時的摩擦系數(shù)在一定的軋制條件下，軋件速度和軋輥圓周速度是不相等的，軋件出口速度比軋輥圓周速度大，軋件入口速度比軋輥圓周速度小，從而產(chǎn)生前滑和后滑現(xiàn)象。摩擦力將阻礙金屬的變形，摩擦系數(shù)對軋制力影響較大，并且是變化的。為計算方便取為常數(shù)，由表 3-1 查得取 0.9??表 3-1 冷軋低碳鋼時的摩擦系數(shù)（6）金屬材料變形抗力 1.5460529skmMPa????式中 m—板帶軋制時取 m=1.15。（7）張應力張力軋制是冷軋帶鋼的特點，也可以減小軋制力防止帶鋼跑偏。本科畢業(yè)設計（論文）說明書17305190.2.7TMPaS????315018.9.2TMPaS????3.2 咬入條件的校驗進行軋制時，要經(jīng)過自然咬入階段和繼續(xù)咬入階段，為了完成正常連續(xù)的軋制過程，軋件與軋輥之間需要滿足一定的咬入角。只有軋件被軋輥咬入變形區(qū)，軋制過程才能建立，可分為兩個階段，即開始咬入階段和已經(jīng)咬入階段。根據(jù)經(jīng)驗，冷軋薄帶鋼是允許咬入角為 。由公式5~10?得 2.75180cos .95hD??????.73???10所以滿足開始咬人階段的要求。由圖 3-2 可知，當軋件被咬入后，若繼續(xù)咬入，??b則必須滿足條件 ，由于 ，所以 ，這說明了軋件一旦咬入，tan????tant??就會繼續(xù)咬入，軋制過程能建立起來。圖 3-2 開始咬入 及咬入后 作用于軋件上的力??a??b3.3 軋制力計算軋件對軋輥的總壓力 為軋制平均單位 與軋件和軋輥接觸面積 之積，即PmpF.mpF?接觸面積 的一般形式為F012bl??式中 、 ——軋制前、后軋件的寬度；0b1本科畢業(yè)設計（論文）說明書18——接觸弧長度的水平投影。l計算接觸面積實際是計算接觸弧長度。在不考慮軋輥彈性壓扁時，當兩個軋輥直徑相同時，接觸弧長度的水平投影為sinlRh?????式中 ——軋輥半徑； ——壓下量。Rh冷軋薄板時，由于單位壓力較高，因此軋輥產(chǎn)生局部彈性壓縮變形，它將使得接觸弧長度有較顯著的增加，如圖 3-3 所示。圖 3-3 軋輥彈性壓扁后接觸弧變化'lq?式中 ——考慮壓扁時的接觸弧長度；'l——不考慮壓扁時的接觸弧長度；——壓扁系數(shù)。q在軋薄板時可簡化為 '51.30mpq??????式中 ——咬入角， 。?hR??、 、 公式聯(lián)解，一般可采用迭代法，其具體步驟如下：'lR'mp1）選擇不考慮彈性壓扁 計算公式算出 ；mpmp2）將計算的 代入式 求出 ；m'lq?'l本科畢業(yè)設計（論文）說明書193）再將 帶入 計算公式，再求得 ；'lmp'mp4）又將 代入公式求出 。' 'l這樣反復數(shù)次，使計算所得的 或 。根據(jù)最后 ， 計算軋''1il?''1mii???'mp'l件與軋輥的接觸面積和總軋制力。以第一道次（2.75-1.80）為例，計算步驟如下：根據(jù) M.D.斯通（M.D.Stone）方法求平均單位壓力公式如下： ()mPk????式中 1.529skMa??——平均張應力 m? 019.138.914.22mMaPaM????——考慮軋輥彈性壓扁接觸弧加長對單位壓力的影響系數(shù)， 1Xe??'mlh??根據(jù)赫奇可克公式 '20lx?08(1)mRpCE??????式中 ——軋輥半徑；R——考慮軋輥彈性壓扁后的接觸弧長度'l——接觸弧長度的水平投影 ；sinlRh????——軋制前后軋件平均高度；mh——軋輥彈性模數(shù)，取 ；E210EMPa——泊松比，對于鋼軋輥取 ；? .3??——常數(shù)， ，對于鋼軋輥取 。C28()RE???? 3/90RCmN?將 代入公式 ，經(jīng)整理后得：0x'20lx?本科畢業(yè)設計（論文）說明書20' 22()mmllCphh????將式 代入上式，整理得：''' 1()lhmmPepkbl?????''2 2101()(.5)(()2mlhsm ml lCeh h?????????因為 ，整理得： ； 'lX?01()mkY?2()lZ??則可綜合寫成： 2)XeYZ???代入數(shù)值得： 01 21900.922()()(514.).0390 (7518)mmRYCkkhh?????????? ???2'222.1(.758)() .0mlZh???????根據(jù)此式以 為右邊坐標， 為左邊坐標， 為中間曲線坐標，做成諾謨圖如圖YZX3-4 所示：