燕山大學2030五機架冷連軋機壓下規(guī)程及機架設計項目報告.doc
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2030五機架冷連軋機壓下規(guī)程及機架設計項目報告 學 院：機械工程學院 班 級： 組 員： 指導教師：謝紅飆 張立剛 燕山大學專業(yè)綜合訓練（論文）任務書 院（系）： 機械工程學院 基層教學單位：冶金系 小組成員 設計題目 2030五機架冷連軋機組壓下規(guī)程設計及F1機座機架設計與分析 設 計 技 術 參 數 1、原料： 1.0mm—2.5mm1850mm；產品：0.2—0.5mm1850； 材質：Q235、Q195、合金鋼（20Cr） 2、軋制速度v=13m/s; 3、開卷機最大張力10噸，卷取機最大張力25噸 設 計 要 求 1、制定軋制規(guī)程：計算道次壓下量，壓下率，軋制力，軋制力矩； 2、根據要求畫機架三維圖，并對機架進行有限元分析； 3、給出機架的工程圖 4、完成一份不少于5000字的說明書 工 作 量 1、完成工程圖至少1張； 2、完成設計計算說明書包括有限元分析報告； 3、查閱文獻5篇以上。 工 作 計 劃 1、12.2 準備參考資料； 2、12.3～12.15 計算；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，寫說明書； 5、12.26、27 考核答辯； 參 考 資 料 1、王海文主編 《軋鋼機械設計》 機械工業(yè)出版社 1986.6 2、王廷溥主編 《金屬塑性加工學》 冶金工業(yè)出版社 1988.5 3、《機械設計手冊》 機械工業(yè)出版社 2002. 4、曹鴻德 主編《塑性變形力學基礎與軋制原理》 機械工業(yè)出版社 5、劉相華等著《軋制參數計算模型及其應用》 化學工業(yè)出版社 2007 指導教師 張立剛、謝紅飆 基層教學單位主任 （簽字） 目錄 一、前言………………………………………………………………………...4 二、原料及成品尺寸……………………………………………………….…..4 三、軋輥尺寸的預設定…………………………………………………….…..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)程預設定.……………………………………………………..…….5 五、軋制力能參數計算……………………………………………….………..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算…………………………...…………………..9 5.4軋制力矩的計算……………………………………………………………..11 六、機架參數的設計…………………………………………………………..13 6.1窗口寬度的計算……………………………………………………………..13 6.2機架窗口高度H……………………………………………………………..13 6.3機架立柱的斷面尺寸…………………………….…………………………..13 七、機架強度和剛度的校核…………………………………………………..15 八、心得體會…………………………………………………………………..17 參考文獻………………………………………………………………………..19 一、 前言 冷軋方法生產帶鋼相對于熱軋方法有許多優(yōu)點，例如：帶鋼的板厚和板形精度高，表面質量好，力學性能好等，冷軋帶鋼比熱軋帶鋼的用途更為廣泛。冷軋帶鋼生產的帶鋼的厚度范圍為0.01～3.5mm，最薄可達到0.001mm。帶鋼生產的軋機機型主要有兩種：連續(xù)式帶鋼冷軋機和可逆式帶鋼冷軋機。本設計題目為2030五機架冷連軋機，主要針對不同的材質及不同的原料厚度和不同的成品厚度制定相應的壓下規(guī)程及進行機架的參數的設計計算及校核。 二、 原料及成品尺寸 Q235 來料尺寸1.5mm1850mm 成品尺寸0.5mm1850mm Q195 來料尺寸1.0mm1850mm 成品尺寸0.3mm1850mm 20Cr 來料尺寸1.2mm1850mm 成品尺寸0.4mm1850mm 三、軋輥尺寸的設定 設計課題為“2030五機架冷連軋機組壓下規(guī)程設計及F1機座機架設計與分析”，則工作輥的輥身長度 L=2030mm，輥身長度確定后即可根據經驗比例值法確定軋輥直徑，精軋機座設計時 其中L為輥身長度，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)程設計的主要任務是確定由一定來料厚度的板坯經過幾個道次后軋制成為用戶所需求的，滿足用戶要求的板帶產品。在此過程中確定所需采用的軋制方法，軋制道次及每個道次壓下量的大小，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。在此過程中，主要考慮設備能力和產品質量，設備能力主要包括咬入條件，軋輥強度和電機功率三個要素，而產品質量主要包括幾何精度和力學性能。 壓下規(guī)程制定的原則：在保證產品質量的前提下，充分發(fā)揮軋機的設備生產能力，達到優(yōu)質高產。 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量，最后一架機座的相對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性能，要保證終軋溫度。 3）負荷的合理分配是制定精軋機組壓下規(guī)程的關鍵，它直接影響到生產的穩(wěn)定性和產品的產量和質量。分配方法有：對數伸長率法，能耗曲線法，按最大生產率或最佳質量的目標函數優(yōu)化法，動態(tài)規(guī)劃法，專家系統(tǒng)分配法。 制定精軋機組壓下規(guī)程除合理的分配各工作機座的壓下量外，還需要給出各機座的速度分配和計算各機座的溫度變化。 4.2、壓下規(guī)程預設定 ε== ε：壓下率 ：軋前厚度 mm ：軋后厚度 mm : 絕對壓下量 mm 五機架冷連軋機組的道次壓下率分配參考分配比表 機架號 1 2 3 4 5 參考分配比（%） 32 26 20 14 8 根據上表初步制定壓下規(guī)程： 表1 Q235壓下規(guī)程設計 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)程設計 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)程設計 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、軋制力能參數計算 5.1確定變形抗力 經過查閱資料，可以得到計算冷軋過程中Q235、Q195、20Cr的變形抗力公式。 對于Q235變形抗力計算公式為： 對于Q195變形抗力計算公式為： 對于20Cr變形抗力計算公式為： 經過計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之一，采用張力軋制的優(yōu)點如下：（1）張力的拉伸作用會改變軋制時金屬的應力狀態(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。 軋制張應力大小在不超過屈服極限的范圍內選擇，一般?。?.1～0.6）σs。軋制帶材越薄，變形抗力越大，張應力應取較大值。但成品道次考慮到斷帶和罩式退火爐的粘卷問題，張應力不能取較大值，一般取50MPa。具體三種材料的張力數值見表5。 表5 各道次的張力數值（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 所確定數值均滿足設計要求，即開卷機最大張力10噸，卷取機最大張力25噸。 5.3單位平均壓力及軋制力的計算 斯通在研究冷軋薄板的平均單位壓力計算問題時，考慮到軋輥直徑與板厚之比甚大，另外，由于冷軋時軋制壓力較大，軋輥發(fā)生顯著地彈性壓扁現象，近似的將薄板的冷軋過程看作為平行平板間的壓縮。 斯通公式： 公式中的l值，應以考慮軋輥彈性壓縮的變形區(qū)長度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的接觸寬度的一半。 L和l需要進行不斷地迭代計算，直到計算出的與上次計算出的之間的誤差不超過0.001。進行人工迭代計算繁瑣且易出錯，所以采取編程計算得方法。 編程時使用Visual Basic進行，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)長度 k2 = Val(Text5.Text) 變形抗力2k o = Val(Text6.Text) 平均水平法應力 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 計算軋制力 Print n End Sub 具體程序截圖如下： 原始數據從表格中讀取，計算得出的單位平均壓力、接觸區(qū)弧長和總的軋制力直接在表格中進行輸出，大大的減少了工作量。 5.4軋制力矩的計算 現代化的連續(xù)式軋機多是驅動工作輥，隨著軋制速度的不斷提高，為了省去后面幾個機座傳動系統(tǒng)的增速裝置，有時亦采用由電動機直接驅動支承輥的方案。此外，當工作輥直徑很小時，軋輥軸頭承受不了軋制力矩，亦需驅動支承輥。本設計采用驅動工作輥的方式。 傳動軋輥所需力矩為軋制力矩MZ，由工作輥帶動支承輥的力矩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，相對于軋制力矩MZ來說可以忽略不計。直接計算軋制力矩MZ即可。軋制力矩的計算公式如下： 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及前后張力的大小有關。 當T1>T0時，；當T1
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