燕山大學(xué)2030五機(jī)架冷連軋機(jī)壓下規(guī)程及機(jī)架設(shè)計(jì)項(xiàng)目報(bào)告.doc
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2030五機(jī)架冷連軋機(jī)壓下規(guī)程及機(jī)架設(shè)計(jì)項(xiàng)目報(bào)告 學(xué) 院：機(jī)械工程學(xué)院 班 級(jí)： 組 員： 指導(dǎo)教師：謝紅飆 張立剛 燕山大學(xué)專業(yè)綜合訓(xùn)練（論文）任務(wù)書 院（系）： 機(jī)械工程學(xué)院 基層教學(xué)單位：冶金系 小組成員 設(shè)計(jì)題目 2030五機(jī)架冷連軋機(jī)組壓下規(guī)程設(shè)計(jì)及F1機(jī)座機(jī)架設(shè)計(jì)與分析 設(shè) 計(jì) 技 術(shù) 參 數(shù) 1、原料： 1.0mm—2.5mm1850mm；產(chǎn)品：0.2—0.5mm1850； 材質(zhì)：Q235、Q195、合金鋼（20Cr） 2、軋制速度v=13m/s; 3、開(kāi)卷機(jī)最大張力10噸，卷取機(jī)最大張力25噸 設(shè) 計(jì) 要 求 1、制定軋制規(guī)程：計(jì)算道次壓下量，壓下率，軋制力，軋制力矩； 2、根據(jù)要求畫機(jī)架三維圖，并對(duì)機(jī)架進(jìn)行有限元分析； 3、給出機(jī)架的工程圖 4、完成一份不少于5000字的說(shuō)明書 工 作 量 1、完成工程圖至少1張； 2、完成設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書包括有限元分析報(bào)告； 3、查閱文獻(xiàn)5篇以上。 工 作 計(jì) 劃 1、12.2 準(zhǔn)備參考資料； 2、12.3～12.15 計(jì)算；畫草圖； 3、12.16 中期檢查； 4、12.17～12.25 畫三維圖，出工程圖，分析，寫說(shuō)明書； 5、12.26、27 考核答辯； 參 考 資 料 1、王海文主編 《軋鋼機(jī)械設(shè)計(jì)》 機(jī)械工業(yè)出版社 1986.6 2、王廷溥主編 《金屬塑性加工學(xué)》 冶金工業(yè)出版社 1988.5 3、《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 機(jī)械工業(yè)出版社 2002. 4、曹鴻德 主編《塑性變形力學(xué)基礎(chǔ)與軋制原理》 機(jī)械工業(yè)出版社 5、劉相華等著《軋制參數(shù)計(jì)算模型及其應(yīng)用》 化學(xué)工業(yè)出版社 2007 指導(dǎo)教師 張立剛、謝紅飆 基層教學(xué)單位主任 （簽字） 目錄 一、前言………………………………………………………………………...4 二、原料及成品尺寸……………………………………………………….…..4 三、軋輥尺寸的預(yù)設(shè)定…………………………………………………….…..4 四、壓下規(guī)程制定……………………………………………………….……..5 4.1、壓下規(guī)程制定的原則及要求……………………………………….……….5 4.2、壓下規(guī)程預(yù)設(shè)定.……………………………………………………..…….5 五、軋制力能參數(shù)計(jì)算……………………………………………….………..7 5.1確定變形抗力………………………………………………………………...7 5.2確定前后張力……………………………………………...……………...….8 5.3單位平均壓力及軋制力的計(jì)算…………………………...…………………..9 5.4軋制力矩的計(jì)算……………………………………………………………..11 六、機(jī)架參數(shù)的設(shè)計(jì)…………………………………………………………..13 6.1窗口寬度的計(jì)算……………………………………………………………..13 6.2機(jī)架窗口高度H……………………………………………………………..13 6.3機(jī)架立柱的斷面尺寸…………………………….…………………………..13 七、機(jī)架強(qiáng)度和剛度的校核…………………………………………………..15 八、心得體會(huì)…………………………………………………………………..17 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………..19 一、 前言 冷軋方法生產(chǎn)帶鋼相對(duì)于熱軋方法有許多優(yōu)點(diǎn)，例如：帶鋼的板厚和板形精度高，表面質(zhì)量好，力學(xué)性能好等，冷軋帶鋼比熱軋帶鋼的用途更為廣泛。冷軋帶鋼生產(chǎn)的帶鋼的厚度范圍為0.01～3.5mm，最薄可達(dá)到0.001mm。帶鋼生產(chǎn)的軋機(jī)機(jī)型主要有兩種：連續(xù)式帶鋼冷軋機(jī)和可逆式帶鋼冷軋機(jī)。本設(shè)計(jì)題目為2030五機(jī)架冷連軋機(jī)，主要針對(duì)不同的材質(zhì)及不同的原料厚度和不同的成品厚度制定相應(yīng)的壓下規(guī)程及進(jìn)行機(jī)架的參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核。 二、 原料及成品尺寸 Q235 來(lái)料尺寸1.5mm1850mm 成品尺寸0.5mm1850mm Q195 來(lái)料尺寸1.0mm1850mm 成品尺寸0.3mm1850mm 20Cr 來(lái)料尺寸1.2mm1850mm 成品尺寸0.4mm1850mm 三、軋輥尺寸的設(shè)定 設(shè)計(jì)課題為“2030五機(jī)架冷連軋機(jī)組壓下規(guī)程設(shè)計(jì)及F1機(jī)座機(jī)架設(shè)計(jì)與分析”，則工作輥的輥身長(zhǎng)度 L=2030mm，輥身長(zhǎng)度確定后即可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)比例值法確定軋輥直徑，精軋機(jī)座設(shè)計(jì)時(shí) 其中L為輥身長(zhǎng)度，為工作輥直徑，為支承輥直徑。 取L/D1=2.6 D2/D1=2.7 圓整可取D1=780 D2=2110 四、壓下規(guī)程制定 4.1、壓下規(guī)程制定的原則及要求 壓下規(guī)程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是確定由一定來(lái)料厚度的板坯經(jīng)過(guò)幾個(gè)道次后軋制成為用戶所需求的，滿足用戶要求的板帶產(chǎn)品。在此過(guò)程中確定所需采用的軋制方法，軋制道次及每個(gè)道次壓下量的大小，在操作上就是要確定各道次輥縫的位置和轉(zhuǎn)速。因此，還要涉及到各道次的軋制速度，軋制溫度，前后張力及道次壓下量的合理分配。在此過(guò)程中，主要考慮設(shè)備能力和產(chǎn)品質(zhì)量，設(shè)備能力主要包括咬入條件，軋輥強(qiáng)度和電機(jī)功率三個(gè)要素，而產(chǎn)品質(zhì)量主要包括幾何精度和力學(xué)性能。 壓下規(guī)程制定的原則：在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，充分發(fā)揮軋機(jī)的設(shè)備生產(chǎn)能力，達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。 壓下規(guī)程制定的方法及步驟如下： 1）為提高熱軋帶鋼的幾何尺寸精度和表面質(zhì)量，最后一架機(jī)座的相對(duì)壓下量要取得比較小，一般取10%——15%。 2）為保證金相組織和力學(xué)性能，要保證終軋溫度。 3）負(fù)荷的合理分配是制定精軋機(jī)組壓下規(guī)程的關(guān)鍵，它直接影響到生產(chǎn)的穩(wěn)定性和產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。分配方法有：對(duì)數(shù)伸長(zhǎng)率法，能耗曲線法，按最大生產(chǎn)率或最佳質(zhì)量的目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化法，動(dòng)態(tài)規(guī)劃法，專家系統(tǒng)分配法。 制定精軋機(jī)組壓下規(guī)程除合理的分配各工作機(jī)座的壓下量外，還需要給出各機(jī)座的速度分配和計(jì)算各機(jī)座的溫度變化。 4.2、壓下規(guī)程預(yù)設(shè)定 ε== ε：壓下率 ：軋前厚度 mm ：軋后厚度 mm : 絕對(duì)壓下量 mm 五機(jī)架冷連軋機(jī)組的道次壓下率分配參考分配比表 機(jī)架號(hào) 1 2 3 4 5 參考分配比（%） 32 26 20 14 8 根據(jù)上表初步制定壓下規(guī)程： 表1 Q235壓下規(guī)程設(shè)計(jì) 道次 0 1 2 3 4 5 壓下量△h 單位mm 0.37 0.29 0.205 0.095 0.04 出口厚度h 單位mm 1.5 1.13 0.84 0.635 0.54 0.5 壓下率ε 24.70% 25.70% 24.40% 15.00% 7.40% 表2 Q195壓下規(guī)程設(shè)計(jì) 道次 0 1 2 3 4 5 壓下量△h 單位mm 0.27 0.21 0.13 0.06 0.03 出口厚度h 單位mm 1.0 0.73 0.52 0.39 0.33 0.3 壓下率ε 27.00% 28.77% 25.00% 15.38% 9.09% 表3 20Cr壓下規(guī)程設(shè)計(jì) 道次 0 1 2 3 4 5 壓下量△h 單位mm 0. 3 0.23 0.17 0.07 0.03 出口厚度h 單位mm 1.2 0.9 0.67 0.50 0.43 0.4 壓下率ε 25.00% 25.56% 25.37% 14.00% 6.98% 五、軋制力能參數(shù)計(jì)算 5.1確定變形抗力 經(jīng)過(guò)查閱資料，可以得到計(jì)算冷軋過(guò)程中Q235、Q195、20Cr的變形抗力公式。 對(duì)于Q235變形抗力計(jì)算公式為： 對(duì)于Q195變形抗力計(jì)算公式為： 對(duì)于20Cr變形抗力計(jì)算公式為： 經(jīng)過(guò)計(jì)算可以得到各道次三種材料的變形抗力如表4： 表4 變形抗力表（單位Mpa） 第一道次 第二道次 第三道次 第四道次 第五道次 Q235 394.952 399.990 393.428 342.287 294.307 Q195 324.299 328.394 319.411 290.617 263.286 20Cr 580.911 584.240 583.153 499.618 416.864 5.2確定前后張力 采用較大的軋制張力是冷軋帶鋼的特點(diǎn)之一，采用張力軋制的優(yōu)點(diǎn)如下：（1）張力的拉伸作用會(huì)改變軋制時(shí)金屬的應(yīng)力狀態(tài)，有利于金屬的塑形變形，降低變形抗力；（2）張力有利于減少軋件厚度，控制張力可以在一定范圍內(nèi)控制帶鋼厚度；（3）張力在一定程度上改善半板形；（4）張力軋制可以防止帶鋼在軋制過(guò)程中跑偏；（5）張力卷曲可以使帶卷卷的更緊密、整齊。 軋制張應(yīng)力大小在不超過(guò)屈服極限的范圍內(nèi)選擇，一般?。?.1～0.6）σs。軋制帶材越薄，變形抗力越大，張應(yīng)力應(yīng)取較大值。但成品道次考慮到斷帶和罩式退火爐的粘卷問(wèn)題，張應(yīng)力不能取較大值，一般取50MPa。具體三種材料的張力數(shù)值見(jiàn)表5。 表5 各道次的張力數(shù)值（單位t，前張力T1，后張力T0） 第一道次 第二道次 第三道次 第四道次 第五道次 T0 T1 T0 T1 T0 T1 T0 T1 T0 T1 Q235 5 10 10 15 15 18 18 17 17 16 Q195 5 15 15 22 22 20 20 17 17 15 20Cr 5 10 10 15 15 18 18 17 17 16 所確定數(shù)值均滿足設(shè)計(jì)要求，即開(kāi)卷機(jī)最大張力10噸，卷取機(jī)最大張力25噸。 5.3單位平均壓力及軋制力的計(jì)算 斯通在研究冷軋薄板的平均單位壓力計(jì)算問(wèn)題時(shí)，考慮到軋輥直徑與板厚之比甚大，另外，由于冷軋時(shí)軋制壓力較大，軋輥發(fā)生顯著地彈性壓扁現(xiàn)象，近似的將薄板的冷軋過(guò)程看作為平行平板間的壓縮。 斯通公式： 公式中的l值，應(yīng)以考慮軋輥彈性壓縮的變形區(qū)長(zhǎng)度l帶入。 （赫?？驴斯剑? 式中，x0為在載荷不變的情況下軋輥間直接接觸時(shí)的接觸寬度的一半。 L和l需要進(jìn)行不斷地迭代計(jì)算，直到計(jì)算出的與上次計(jì)算出的之間的誤差不超過(guò)0.001。進(jìn)行人工迭代計(jì)算繁瑣且易出錯(cuò)，所以采取編程計(jì)算得方法。 編程時(shí)使用Visual Basic進(jìn)行，具體代碼為： Dim r#, h1#, h2#, l#, k2#, o#, x#, p0#, p1# r = Val(Text1.Text) 軋輥半徑 h1 = Val(Text2.Text) 壓下量 h2 = Val(Text3.Text) 平均厚度 l = Val(Text4.Text) 變形區(qū)長(zhǎng)度 k2 = Val(Text5.Text) 變形抗力2k o = Val(Text6.Text) 平均水平法應(yīng)力 Do n = n + 1 p = (k2 - o) * ((Exp(0.05 * l / h2) - 1) / (0.05 * l / h2)) 斯通公式 x = 8 * r * p * 1.58 * 10 ^ -6 赫?？驴斯街衳的求法 p0 = p * l * 900 / 1000000 p1 = p0 l = Sqr(r * h1 + x ^ 2) + x p0 = p * l * 900 / 1000000 Loop Until Abs(p1 - p0) / p0 < 0.001 Text7.Text = l Text8.Text = p 斯通公式 Text9.Text = p0 計(jì)算軋制力 Print n End Sub 具體程序截圖如下： 原始數(shù)據(jù)從表格中讀取，計(jì)算得出的單位平均壓力、接觸區(qū)弧長(zhǎng)和總的軋制力直接在表格中進(jìn)行輸出，大大的減少了工作量。 5.4軋制力矩的計(jì)算 現(xiàn)代化的連續(xù)式軋機(jī)多是驅(qū)動(dòng)工作輥，隨著軋制速度的不斷提高，為了省去后面幾個(gè)機(jī)座傳動(dòng)系統(tǒng)的增速裝置，有時(shí)亦采用由電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)支承輥的方案。此外，當(dāng)工作輥直徑很小時(shí)，軋輥軸頭承受不了軋制力矩，亦需驅(qū)動(dòng)支承輥。本設(shè)計(jì)采用驅(qū)動(dòng)工作輥的方式。 傳動(dòng)軋輥所需力矩為軋制力矩MZ，由工作輥帶動(dòng)支承輥的力矩MR與工作輥軸承中摩擦力矩Mf1三部分之和，即： MK=MZ+MR+Mf1 其中，由于由工作輥帶動(dòng)支承輥的力矩MR與工作輥軸承中摩擦力矩Mf1之和較小，相對(duì)于軋制力矩MZ來(lái)說(shuō)可以忽略不計(jì)。直接計(jì)算軋制力矩MZ即可。軋制力矩的計(jì)算公式如下： MZ=Pa 式中，P表示軋制力；a表示軋制力力臂，其大小與軋制力作用點(diǎn)及前后張力的大小有關(guān)。 當(dāng)T1>T0時(shí)，；當(dāng)T1下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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