课程设计（论文）-年产55万吨棒材车间工艺设计.doc

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1、学 号： 200606040218HEBEI POLYTECHNIC UNIVERSITY课程设计设计题目：年产55万吨棒材车间工艺设计学生姓名： 专业班级： 06 成型 2班 学 院：指导教师： 2010年03月12日52河北理工大学 课程设计说明书 摘要摘 要根据任务书要求，设计年产55万吨小型棒材厂。按照车间设计的步骤，主要完成建厂经济依据论述、产品大纲制定、轧机比较及布置选择、孔型系统的选择及典型产品的孔型设计、速度制度和产量确定，力能参数的计算及校核、辅助设备的选取、金属平衡以及水电消耗计算等。设计中参阅了国内有关棒材轧机的先进工艺、轧机的装备、技术、孔型系统及一些辅助设备的论述，特

2、别参考了唐银棒材厂与八一棒材厂生产线参数，使本设计车间达到工艺合理、设备先进、留有进一步提升产品档次的现代棒材车间。棒材以定尺交货，横列式、半连续式、全连续式各种轧机都可以进行生产。平立交替的连轧棒材方式事故少，生产效率高，产量大。考虑生产时顺畅，自动化程度高、质量控制稳定，设计采用全线无扭连轧方式。产品规格为1232mm圆钢，1426mm螺纹钢。典型产品为14的圆钢。设计附有车间平面图、孔型图及配辊图。关键词：车间设计；棒材连轧；孔型设计；高精度 河北理工大学 课程设计说明书 目录目录引 言11 综述21.1 棒材产品的用途22 轧机的选择32.1 轧机型式对比与选择32.1.1 开式机架3

3、2.1.2 闭式机架32.1.3半闭口机架32.1.4 短应力线轧机32.1.5 平立可转换轧机42.2 轧机布置选择比较52.2.1 横列式布置轧机62.2.2 连续式布置的轧机62.3 棒材轧制工艺流程72.3.1 石钢棒材车间72.3.2 广钢棒材车间72.3.4 高线生产工艺特点82.4 轧机机架数确定92.5 轧辊的各个参数102.5.1 轧辊的材质选择102.5.2 轧辊直径102.5.3 辊身长度112.5.4 轧辊轴承112.5.5 轧辊的调整机构113 孔型系统选择与设计133.1 孔型设计的要求与基本原则133.2 孔型系统的选择133.2.1 箱形孔型系统133.2.2

4、椭圆圆孔型系统143.3 典型产品14圆钢的孔型设计143.3.1 分配延伸系数143.3.2 轧制各道次面积的确定163.3.3 各道次轧件尺寸及孔型尺寸计算163.4 配辊233.4.1 孔型沿辊身长度方向的配置233.4.2 孔型在轧制面垂直方向的配置234 轧制节奏图表与产量计算254.1 咬入角的计算254.2 前滑值的计算264.3 轧辊的线速度、转速及电机转速确定274.4 轧制节奏图表284.4.1 轧制间隙时间294.4.2 轧制节奏时间304.4.3 轧制总延续时间304.5 轧钢机产量计算304.5.1 轧钢机产量概述304.5.2 车间的年产量计算324.6 车间金属平

5、衡334.7 提高轧钢机产量的主要途径345 力能参数的校核355.1 轧制温度的计算355.1.1 轧制道程中温度变化的影响因素355.2 轧制力能计算及电机校核385.2.1 平均单位压力的计算385.2.2 轧制压力的计算405.2.8 电机负荷的影响425.2.9 轧辊弹跳计算465.3 轧辊强度的校核465.3.1 辊身强度的校核485.3.2 辊颈强度的校核485.3.3 传动端轴头强度的校核49参考文献51河北理工大学 课程设计说明书 引言引 言我国棒材的总产量在钢材总量中的比例超过40，在世界上是最高的。这是国内经济建设和出口需要所决定。棒材的70%用作建筑，其余用作各种零部件

6、用材。除螺纹钢筋直接应用于建筑之外，有相当部分加工成各种轴类零件。建筑用材要求在较高的屈服强度下，保持一定的延伸率。机械零件要求机加工性能良好，对组织也有一定要求。作为建筑用材，提高尺寸精度和机械性能的均匀程度，可以节省大量钢材，同样对于加工轴类，也可减少车削，降低成本。棒材的断面形状简单，比起线材一般断面大很多，因此散热慢，允许轧制时间长，头尾温差大的问题不突出，但上限产品容易压缩比不足。与其他热轧一样，为能轧制高尺寸精度的产品，必须保证加热均匀一致，轧机刚度尽可能的高，轧制中，做到冷却一致。轧制中还有磨损带来孔型的变化，影响轧制的持久稳定。棒材以直条交货，轧制单根棒条可以使用最小坯料，轧制

7、道次也不是很多，降温不是主要考虑问题，因而把棒材轧制是所有轧材中最容易实现的品种，它可以有多种方式。从三辊横列式，到扭转二重式，从各种半连续式到全连续式，都能生产棒材，但其产量、尺寸精度、成材率、合格率却都大不一样。三辊轧机刚度低，加热温度的波动必然带来严重的产品尺寸波动，加上横列式速度慢、轧制时间长，导致轧件头、尾温差加大，容易尺寸不一致，并且性能不均，产量很低，质量波动很大，优质率极低。全连续轧机一般采用平立交替，轧件无扭，事故少、产量高，可以实现了大规模的专业化生产和组织性能控制，这类车间一般达到年产70万吨左右。同时轧机采用高刚度，控制自动化程度较高，使尺寸精度和合格率得到很大提高，尤

8、其成材率提高，减少回炉炼钢的浪费。本设计按照任务书要求，设计年产55万吨全连续式棒材车间。设计规格为1232mm圆钢，1426mm螺纹钢。选择14的圆钢作为典型产品的孔型设计。河北理工大学 课程设计 2 1 综述在现代社会的国民生产中，由于钢铁材料的用途十分广泛，不论农业、工业、国防建设，都需要有质量优良，品种齐全，数量足够的钢铁，因此钢铁工业的发展有着非常重要的意义。我国是一个发展中国家，住房尚需大量发展，建筑用钢的需求在很长一段时间内都将是很高的。另外随着人民生活水平的提高，相应汽车用钢的需求也会越来越多。棒材作为钢铁产品的组成部分，即便是在当前国际经济危机的大环境下，由于我国采取扩大内需

9、，建设基础设施，鼓励发展房地产业的政策，棒材的生产仍然十分重要。1.1 棒材产品的用途现代国民经济包含着许多部门，如工业，农业，交通运输业，建筑业，商业，卫生业，都是国民经济的重要组成部分。而冶金工业是现代工业的重要组成部分。冶金工业为机械制造业提供优质的原料，机械工业反过来才能为其它行业提供优良的机械装备。棒材广泛用于建筑、机械、汽车、船舶等工业领域，其中70%棒材用作建筑，其余用作各类轴、螺栓、螺母、锚链、弹簧等用材1。除螺纹钢筋直接应用于建筑之外，有相当部分加工成各种轴类零件。建筑用材要求在较高的屈服强度下，保持一定的延伸率。机械零件要求机加工性能良好，加工后为保证使用时的机械性能，还要

10、进行淬火、正火或渗碳等热处理。有些产品还要进行镀层、喷漆、涂层等表面处理。作为建筑用材，提高尺寸精度和机械性能的均匀程度，可以节省大量钢材，同样对于加工轴类，也可减少车削，降低成本。棒材经过控轧控冷，也可提高使用性能，这在轧制过程可以通过工艺的控制来实现。我国棒材的总产量在钢材总量中的比例超过40，在世界上是最高的。这是国内经济建设所决定，我国过去底子薄、经济落后，基础建设任务重，必然在一定阶段，对建筑用棒材和机械加工用棒材需求较大。随着现代化建设程度的逐渐提高，棒、线材在钢材总量中的比例将会逐步降低，但总量还会增加。2 轧机的选择轧钢生产是将钢锭或钢坯轧制钢材的生产环节。用轧制方法生产钢材具

11、有生产率高、品种多、生产过程连续性强，易于实现机械化自动化等优点。轧钢机是完成轧制变形的主要设备，轧机刚度对产品精度有重要影响，因此轧机选择的合理与否对车间生产具有非常重要的意义。轧钢机选择的主要依据是：车间生产钢材的品种，产品品种和规格，生产规模的大小，以及由此而确定的产品生产工艺过程。2.1 轧机型式对比与选择对机架的要求有足够的强度和刚度外，还要考虑装卸方便、快速换辊等方面的可能性。一般轧钢机的机架型式按照结构特点不同可以分为：闭口式、开口式和半闭口式三类。不同类型的机架形式可作如下的分析：2.1.1 开式机架 这种机架的上盖(上横梁)可以拆卸，其主要优点是更换辊方便，因此它主要用在换辊

12、比较频繁的横列式布置的型钢轧机上。其主要缺点是刚性较差，轧出的产品精度不高。2.1.2 闭式机架 这种机架的上盖和立柱形成封闭式的整体框架。结构简单，制造容易，具有较高的强度和刚度。闭式机架的主要缺点是换辊不便。2.1.3半闭口机架 实际也是开口式机架的一种。其上盖和主体的连接完全由斜楔完成。因它兼有换辊方便和刚性较好的优点，因此又称为半闭口机架。近年来在型钢轧机上被广泛的采用，获得了较好的使用效果。2.1.4 短应力线轧机 轧机的刚性也即刚度是指轧钢机工作机座在轧制时抵制发生弹性变形的能力。通常用刚度系数来表示。在一定的轧制压力作用下刚度系数K越大，工作机座发生的弹性变形越小，此时轧机刚性越

13、大；反之，刚度系数K值小，工作机座的弹性变形就大，轧机的刚性就差5。图1 轧机的应力回线a通常轧机的应力回线； b短应力线轧机的应力回线短应力线轧机的主要特点是：1.最短的应力线保证轧机的高刚度，通常刚度系数可达18002200kNmm2.轴承受力分布均匀，改善了轴承和轴承座的受力情况，提高了轴承的使用寿命；3.能够进行预调整，提高了金属的成材率；4.采用机械手换辊装置，实现了对称调整和轧辊的整体更换。这样就简化了调整过程缩短了调整和换辊时间，为提高轧机作业率打下了基础；5.辊缝对称调节，使轧制线水平保持稳定；6.设备质量轻，体积小，操作维修方便。2.1.5 平立可转换轧机采用平立交替式布置是

14、为了满足灵活的轧制工艺而设计的。根据不同产品的孔型设置，可灵活地调整轧机使其水平布置或垂直布置。机架放置在一个小车上，本身结构与普通二辊轧机机架基本相同。立辊为了平衡轧辊质量，在轧辊辊系中增加了止推轴承。机架与小车用螺栓连接在一起，小车可以水平移动，实现水平轧制换孔槽功能。在垂直轧制时，小车坐在一个由电机驱动蜗轮、蜗杆、丝杠螺母机构组成的台架上，台架可上下移动，完成换孔槽动作。位置调整好后，由液压锁紧缸将机架定位。图2 平立可转换轧机中、精轧机的作用是将轧件在高温状态下经过孔型逐道次压缩变形。根据产品大纲及各车间工艺的不同，第一种情况是由中轧机为精轧机输送形状正确、尺寸合格的轧件。第二种情况是

15、由中轧机组直接轧制出断面较大的产品，精轧机组被甩掉(空过)，由替换辊道代替，此时中轧机组的作用和精轧机组一样成为成品轧机。在相同的开轧温度情况下，中轧机组轧件温度为三个机组的最低区域，而精轧机组的轧件温度则随着道次的增加而逐渐有所升高。过低的开轧温度造成摩擦系数增加，容易在中轧机组前几架产生堆钢。采用平立交替式布置，且精轧部分的偶数架轧机可平立转换，此种布置形式的优点：1）轧制过程稳定，此种轧机在采用椭圆孔型，在立轧机上采用圆孔型，这样在平辊上轧出的椭圆件在水平方向是长轴，增大了轧件与轧机的接触面积，所以增加了轧件在机架之间运行的稳定性；2）平立布置的轧机可采用立活套而立平布置必须采用侧活套。

16、立活套的优点：设施少、占地面积小，更易检测和控制；如果采用立平布置，就必须采用侧活套，因为立轧机上轧出的扁轧件是立着的，对水平压辊或水平推辊磨损严重，所以采用平立布置且使用立活套效果更好；3)易控制成品质量。在立式轧机上轧出的成品比水平轧机轧出的成品质量好控制，因为立式轧机的轧辊运行更为平稳，成品尺寸波动小，精度高。4)平立布置轧机的缺点：1)成品轧机的进、出口导卫装置更换调整较困难；2)成品轧机轧辊轴向调整不便。因为采用平立交替的轧机布置形式利大于弊，且精轧机的偶数架次采用平立可转换式，可以轧制多种规格的产品6。2.2 轧机布置选择比较轧钢机按工作机架排列成某种方式称为轧钢机布置，可以分为六

17、种：1.单机架布置；2.横列式布置，包括一列、二列和多列式布置；3.顺列式(跟踪式)布置；4.布棋式布置；5.半连续式布置；6.连续式布置。图3 轧钢机按机架排列的分类a单机架；b横列式；c顺列式；d布棋式；e半连续式；f连续式轧钢机布置的基本形式只有三种即横列式布置、顺列式布置和连续式布置。布棋式布置可以视为为了缩短车间长度所采取的顺列式布置的一种变形，而半连续式布置则常常是连续式和其它形式(例如：横列式布置)的组合。2.2.1 横列式布置轧机横列式布置的轧机，同一机列轧辊的转速相同，轧制速度并不随轧件长度增加而提高，因而产量小，轧机劳动生产率低，轧制产品的尺寸精度也差，不易实现自动控制。一

18、般都是采用穿梭轧制和活套轧制方式。其每架轧机上可以轧制若干道次，变形灵活，适应性强,品种范围宽广，控制操作客易。主要用于生产各种型材、线材和开坯生产。另外，横列式布置轧机具有设备简单、投资少、建厂时间短的优点。过去我国地方小企业的轧机基本都是横列式轧机，现今国内外已基本淘汰。2.2.2 连续式布置的轧机连续式轧制占地少，生产率高，产量大。除了每架顺次轧制一道外，还必须保持成连轧关系的各架轧机单位时间内金属秒流量相等的原则。由于连续式布置的轧机易于实现轧制过程的机械化和自动化，可以采用较高的轧制速度，因而具有很大的生产能力。连续式布置的轧机是各类轧机发展的方向。2.3 棒材轧制工艺流程2.3.1

19、 石钢棒材车间 石钢棒材车间设计年产60万吨，采用150mm15012000mm连铸坯,产品规格：主导产品为1440mm圆钢、1040mm带肋钢筋、45100512mm扁钢。产品定尺长度612m。钢种：碳素结构钢、优质碳素结构钢、合金结构钢、低合金钢、及弹簧钢。最高轧速：18m/s。加热炉额定加热能力150t/h,最大为170t/h。全线18架轧机，全部为二辊短应力线轧机，即POMINI的“红圈”轧机。全线轧机平立交替布置，可实现合金棒材的连续无扭轧制。110架轧机为微张力轧制，1118架为立活套控制无张力轧制。7图4 石钢车间布置示意图1-冷装料台架；2-不合格坯剔出装置；3-加热炉；4-退

20、坯收集框；5-除鳞机；6-粗轧机组；7-1#飞剪；8-中轧机组；9-2#飞剪；10-精轧机组；11-穿水冷却装置；12-3#倍尺飞剪；13-冷床输入辊道；14-冷床；15-定尺飞剪；16-集捆台架；17-打捆机；18-自动堆垛机；19-短定尺收集框2.3.2 广钢棒材车间 广钢棒材厂设计能力年产40万吨，采用150mm15010000mm钢坯，产品规格：1240mm圆钢和螺纹。钢种：热轧普通碳素钢、普通铆螺钢、普通低合金钢和优质碳素钢等。 最大轧制速度：13m/s。加热炉为步进式，全轧线18台轧机，平立布置。6台粗轧机和6台中轧机都是悬臂轧机，6台精轧机为短应力线式轧机。图5 广钢车间布置示意

21、图1-上料台架 2-坯料电子称 3-入炉辊道 4-推出机 5-组合式步进炉 6-夹送辊 7-悬臂式粗轧机组 8-飞剪 9-悬臂式中轧机组 10-立式活套器 11-飞剪机 12-水平精轧机 13-平立可转变精轧机 14-水冷线 15-倍尺飞剪（3#）16-碎断剪 17-带裙板冷床输入辊道 18-步进式冷床 19-冷剪机 20-成品收集槽 21-成品电子称 22-计数器 23-自动打捆机 24-定尺挡板 25-非定尺包扎台经过比较以上两种车间布置形式相差不大，但轧机不同，生产品种大不相同。中轧机到精轧机没有留出特别的冷却段。2.3.4 高线生产工艺特点 1）轧制工艺： 110架轧机为微张力轧制，1

22、018架为立活套控制，实现无张力轧制，保证产品尺寸精度，产品尺寸偏差可达到1/3 DIN标准公差范围的水平。 2）导卫装置使用滑动导卫和滚动导卫，进口导卫的鼻锥(耐磨块)设计，滚动导卫采用油气润滑和循环水冷却系统，延长了导板和导轮的使用寿命，使吨钢耗导卫仅0.015 kg。3）剪切系统：轧制过程共设有三台旋转飞剪。其中1#旋转式飞剪置于粗轧机组后，用于切头切尾和事故碎断处理。最大剪切直径72 mm, 2#旋转式飞剪置于中轧机组后，作用同1#飞剪，最大剪切直径 38 mm. 3#旋转式飞剪置于精轧机组后，也叫倍尺剪，是将棒材在上冷床前成倍尺分段，同样起事故碎断处理作用。最大剪切直径为:经余热处理

23、的棒材为40 mm，未经余热处理的棒材为50 mm。倍尺飞剪采用优化剪切技术可使上冷床的倍尺都为定尺的整倍数，且每支只出1支短尺并进人非尺冷床，提高了成材率及产品定尺率和剪切效率。整个过程全部由计算机控制，实现剪切作业的高精度。4）冷床和棒材分组系统：齿条式冷床长度120 m，宽度14 m，棒材经倍尺飞剪剪切后进入拨入裙板的冷床输入辊道，电气传动的制动裙板使棒材降速并将他们拨入冷床，冷床的初始部分为矫直板，使棒材保持平直。随后的动齿条和固定齿条用于接收和冷却轧件，动齿条自动驱动。接着棒材由动齿条输送到分组输送链上，在此棒材按不同规格产品剪切支数的要求分组。随后，由平移小车将各组棒材送到冷床的输

24、出辊道以供剪切。齿条末端设置对齐辊道用于产品端部的对齐，经冷飞剪将棒材按定尺剪切。此冷床冷却质量高、冷却均匀，且具有根据要求自动编组的功能，方便定尺剪切8。综上所述，本设计采用连续式布置轧机。2.4 轧机机架数确定因为每架只轧一道的连续式轧机，只要知道轧制道次即可确定机架数。首先确定总延伸系数 （4）式中：z压缩比；Fo钢坯断面积；Fn成品断面积。本设计的产品大纲中，最小规格为12 。其产品横断面面积为：采用150方坯来轧制产品，则其总延伸系数为：设计孔型系统为箱形孔和椭圆-圆的组合孔型生产系统。箱形孔平均延伸系数p =1.25 1.4 ；椭圆-圆平均延伸系数p= 1.3 1.4 ；根据以上经

25、验数据，再参考同类棒材车间，p = 1.36 。轧制道次和机架数可用下式确定： （4）式中：N机架数目z由坯料到成品的总延伸系数；p各道次的平均延伸系数。轧制道次 由于选用了连续式轧机布置形式，因此选取机架数为 18 架。生产大规格产品可甩架次（空过），减少轧制道次。综上所述，18架轧机全线选用短应力线轧机 ，具体规格为： 粗轧机组6架。平立布置；形式：短应力线轧机中轧机组6架。平立布置；形式：短应力线轧机精轧机组6架。平立布置；形式：短应力线轧机(其中；14、16、18机架为平立可转换机架)。2.5 轧辊的各个参数2.5.1 轧辊的材质选择轧辊由辊身、辊颈和轴头三部分组成，轴颈安装在轴承中，

26、并通过轴承座和压下装置将轧制力传递给轧机机架。轴头与联接轴相连，并传递轧制力矩。辊身直接和轧件相接触。在连轧机上，要求轧辊有较高的表面硬度、强度和耐磨性，且其制造过程简单，价格便宜，故选用铸铁轧辊。其性能参数见表4 ：表3 轧辊材质、硬度、强度参数机架号轧辊材质硬度（HB）抗弯强度（N/mm2）抗拉强度（N/mm2）14球墨铸铁31035080050058球墨铸铁430800500912球墨铸铁46012506001318球墨铸铁51411005002.5.2 轧辊直径 在进行工艺设计时可以采用两种方法来预选轧辊直径： 1按经验公式选取； 2参考相同类型的轧机情况选取。根据经验，轧机轧辊直径与

27、轧制的坯料高度有如下的关系：D=KH（6） 式中：D- 轧辊直径/mm； K- 系数（见表5）； H- 坯料高度/mm 表4 不同轧机的K值范围 轧机名称大型轧机中型轧机小型轧机K = D/ H2.54.52.9 5.04.56.0参考同类车间，K值取4.27，为中型轧机 。D=KH =4.27150 = 640对于连轧机，随着接近成品机架一般采取愈来愈小的辊径值。因为愈是接近成品机架，由于轧件断面尺寸和压下量的减少，金属对轧辊的压力大为减小，轧制的咬入条件也大为改善。这样选择轧辊直径有利于减少设备重量和减少能量消耗。但在实际设计时由于考虑到轧机制造和备品备件的管理使用方便往往又采用分组的办法

28、，也即同一组轧机中轧辊直径相同。所以可如下选择轧辊直径： (注：D值为最大直径)粗轧1#-2#D = 640 mm；粗轧3#-6#D = 530 mm；中轧7#-12#D = 415 mm；精轧13#-18#D = 370 mm；2.5.3 辊身长度辊身长度是轧辊尺寸的另一重要参数。一般根据辊身长度与辊径的比值(LD)来选定。（7） 式中： L-轧辊辊身长度/mm； D-轧辊直径/mm； k -系数(1.5 2.5)型钢轧机辊身长度主要取决于孔型配置、轧辊的抗弯强度和刚度。轧辊的辊身长度与辊径比小的轧制时轧辊能承受较大弯曲应力，另外轧机的刚性也增加了，为提高产品精度也提供了可能，故现代化轧机随

29、着对产品精度要求的提高L/D值正逐渐减小，本车间为短应力线轧机，为提高其刚度，一般辊身长度较短，其尺寸按轧机制造厂商提供的参数并从中选取，一般近似地选d=(0.50.55)D, l/d=0.831.0，具体见表5。2.5.4 轧辊轴承轧辊轴承是轧机工作机座中重要部件，应根据轧机的结构及工作条件选用。短应力线轧机一般选用四列短圆柱滚子轴承，其优点是：有较好的抗冲击性能和较小的径向尺寸，摩擦系数小，精度高，刚度大，寿命长，承载能力大，允许轧辊传递较大的转矩；另外，装配的轴承的外圈和内圈可以自由脱开，故轴承座与轧辊的装配变成了轴承本身的自由装配，使操作更方便。2.5.5 轧辊的调整机构轧辊的调整机构

30、包括压下机构和轴向调整机构。1.压下机构：压下机构的目的就是调整轧辊相对轧制线的位置，即辊缝的大小，以保证轧机按规定的压下量轧出所要求的断面尺寸。该轧机的压下机构采用液压马达驱动涡轮蜗杆，使拉杆转动，在拉杆上加工有与轴承座中压下螺母相啮合的左右旋螺纹，使上下轴承座实现了同步对称调整，两蜗杆可以分开，以实现左右两边轴承座的分别调整。另外，轧机上还设计了手动驱动机构，可进行方便的调整。在压下机构上还设计安装了编码器和压下量指示器，以便观察和遥控辊缝调整。2.轴向调整机构：轴向调整机构的目的就是使上下轧辊的孔型具有正确地相对位置，以保证所轧出的轧件的几何尺寸符合质量要求。由于轧辊的孔型主要靠轧辊开槽

31、位置的精确定位来保证，因此轧机的轴向调整量一般较小，本轧机为3mm ,且不需要经常调整。对短应力线轧机，通常采用上辊手动调整，其调整机构多为涡轮蜗杆或齿轮传动驱动带螺纹的轴套，从而推动轧辊滚动轴承的内圈移动，实现轧辊的轴向移动9。表5 轧辊参数机架号轧辊直径D(mm)辊身长度L(mm)辊颈直径d(mm)辊颈长度l(mm)1640700280280264070028028035307002802804530700280280553070028028065307002802807415600200200841560020020094156002002001041560020020011415600

32、20020012415600200200133706001801801437060018018015370600180180163706001801801737060018018018370600180180河北理工大学 课程设计 3 3 孔型系统选择与设计3.1 孔型设计的要求与基本原则1.成品质量好：包括产品断面几何形状正确，尺寸公差合格，表面光洁，无缺陷，机械性能好；2.轧机产量高：合理的孔型设计应使轧制节奏时间最短，一般情况是轧制匀形，使串辊的次数最少，这些有可能提高轧机的作业率；3.产品的成品低，即使金属消耗、电能消耗合轧辊等技术经济指针降到最低；4.适应平立轧机的设备条件。3.2

33、孔型系统的选择棒材孔型系统一般为椭圆-圆系统，这种系统适合平立交替轧机使用，轧件没有尖角低温处，断面温度比较均匀。椭圆孔磨损也较为均匀（相对方进椭）。3.2.1 箱形孔型系统图6 箱形孔型系统箱形孔型的优点如下：1.用改变辊缝的方法可以轧制多种尺寸不同的轧件，共用性好。这样可以减少孔型数量，减少换孔或换辊次数，提高轧机的作业率。2.在轧件整个宽度上变形均匀。因此孔型磨损均匀，且变形能耗少。3.轧件侧表面的氧化铁皮易于脱落，这对改善轧件表面质量是有益的。4.与相等断面面积的其他孔型相比箱形孔型在轧辊上的切槽浅轧辊强度较高，故允许采用较大的道次变形量。5.轧件断面温度降较为均匀其缺点如下：1.由于

34、箱形孔型的结构特点，难以从箱形孔型轧出几何形状精确的轧件。2.轧件在孔型中只能受两个方向的压缩，故轧件侧表面不易平直，甚至出现皱纹。 由箱形孔型系统的优缺点可知，采用箱形孔型轧制大型和中型断而时轧制稳定，轧制小型断面时稳定性较差。它适用于小型棒材粗轧机架。3.2.2 椭圆圆孔型系统图7 椭圆-圆孔型系统该孔型系统特点如下：1.变形较为均匀。孔型形状能使轧件从一种断面平滑的转换成另一种断面，从而避免了金属由于剧烈的不均匀变形而产生的局部应力；2.在此孔型中轧出的轧件没有尖锐的棱角，可以保证轧件断面各处冷却均匀，因此，轧制时不易形成皱纹；3.孔型形状有利于去除轧件上的氧化铁皮，使轧件具有良好的表面

35、；4.在某些情况下，可以在椭圆圆孔型系统中的圆孔型轧出成品圆钢，这样当改变品种规格时，可以只换孔不换辊，从而减少轧辊储量和换辊次数；5.延伸系数小，因而增加了轧制道次，降低了产量，增加了轧辊与设备的消耗，提高了产品成本；6.椭圆轧件在圆孔型中不易稳定，要求圆孔型入口夹板调整机准确；7.在圆孔型中，对宽展敏感大，容易出耳子，因此调整严格10。鉴于椭圆圆孔型系统的上述特点，主要是由于延伸系数小，增加了轧制道次，使轧机工作效率低，产量降低和成本的提高，但是由于质量好，减少了精整工序和精整设备，并且减少了废品率和次品率，即可以完全补偿所增加的成本。随着圆钢轧制技术的进步与线材连轧的发展，椭圆圆孔型系统

36、已逐渐被推广，应用于圆钢精轧孔型系统与线材的精轧机上。特别是轧制线材的45无扭转精轧机组，也用它作为延伸孔型。综上所述，本设计的14棒材的孔型系统为箱型孔与椭圆圆孔型系统的组合。具体孔型系统为：粗轧：箱型方箱平椭圆圆椭圆圆中轧：椭圆圆椭圆圆椭圆圆精轧：椭圆圆椭圆圆椭圆圆3.3 典型产品14圆钢的孔型设计由前面设计可知，本车间的轧机共18架，轧制过程中用其中的18架，也就是说采用18个孔型系统进行轧制。3.3.1 分配延伸系数1.分配延伸系数的依据：1)轧制开始时，轧件的温度较高，氧化铁皮多，摩擦系数小，咬入困难，此时延伸系数的分配主要考虑咬入条件的限制；2)随着轧件氧化铁皮的脱落，咬入条件大为

37、改善，此时充分利用轧件温度高，塑性好，变形抗力低的特点，给以大变形；3)最后几道次为保证成品断面形状和尺寸的正确性，减少孔型磨损，提高轧辊使用寿命，以及降低能耗，应采用较小的延伸系数，此外，由于椭圆孔和圆形孔的不特点，椭圆孔的延伸系数比圆形孔的相对大些。连铸坯断面积：热膨胀系数=1.0121.015 ，一般生产取=1.01314圆钢横截面积：14圆钢的总延伸系数为：（8)式中：总延伸系数 原料断面面积 成品断面面积分配各道次延伸系数： 表6 孔型延伸系数 孔型系统箱型椭圆型圆型延伸系数1.151.61.21.61.21.42.确定各道次延伸系数表7 各机架延伸系数的分配机架号123456789

38、延伸系数1.431.441.431.421.391.371.361.351.33机架号101112131415161718延伸系数1.311.31.281.271.261.231.211.201.18延伸系数分配的校核：分配初步合理。3.3.2 轧制各道次面积的确定由延伸系数与轧件断面面积关系，确定各道次轧件断面面积：单位（2）表8 各道次轧件断面面积 单位（2）道次面积道次面积115734.2710883.34210926.5711679.4937640.9612530.8545380.9613418.0053871.1714331.7462825.6915269.7172077.71162

39、22.9081539.0517185.7591157.1818157.423.3.3 各道次轧件尺寸及孔型尺寸计算1.第一道次 箱型计算解得： 轧件宽度 轧件高度 孔型高度 孔型槽底宽度在此取145孔型槽口宽度在此取槽底圆角半径在此取槽口圆角半径在此取辊缝 在此取2.第二道次 方型计算解得：轧件宽度轧件高度孔型高度 孔型槽底宽度在此取孔型槽口宽度：在此取槽底圆角半径在此取槽口圆角半径在此取辊缝 在此取3.第三道次 平椭圆计算此道次延伸系数为1.43，因此定压下率为1.60则由于 求得 设充满度孔型宽度孔型高度辊缝 在此取椭圆半径槽口圆角半径在此取4.第四架 圆孔的计算轧件面积求得孔型高度求得孔

40、型半径 槽口圆角半径在此取孔型宽度在此取辊缝 在此取同理可得： 5.第五架 椭圆孔的计算中间椭圆件的尺寸可以根据前后两道次圆的尺寸来求得，具体步骤如下： 第4道次 第5道次 第6道次图8 中间椭圆件尺寸的计算 设充满度孔型宽度孔型高度辊缝 在此取椭圆半径槽口圆角半径在此取同理可得： 6.第十六架 圆孔的计算轧件面积求得成品前孔基圆的构成与成品尺寸关系密切,由生产经验可知:当圆钢规格在1220mm之间时孔型宽度 则辊缝S的取值为23mm，则S=2圆钢直径为1322mm时，槽口圆角r之间为1.52mm。则r=1.57.第十八架 圆孔的计算轧件面积求得成品孔基圆半径R ： ，其中(1.0111.01

41、4)为热膨胀系数，在这里取1.011为了保证圆钢的椭圆度要求，成品孔内径的开口宽度按下式确定：表9 圆钢开口宽度成品圆钢直径/mm侧壁斜度%侧壁角10305026035当圆钢直径为1222mm时，S=1.21.5 取1.58.第十七架 椭圆孔的计算由以上可得： 表10 成品孔与成品前椭圆孔宽展系数的确定圆钢直径/mm成品孔中的成品前椭圆孔中的9280.30.450.71.1在此取 =0.3 ， = 0.7K2 椭圆辊缝S 与成品直径的关系：当圆钢直径为1120mm时，辊缝S为1.52mm。在此取S=2槽口圆角r=(0.060.14) = 1.232.87 取r=2椭圆圆弧半径表11 轧件断面积机架孔型高宽面积延伸系数压下量宽展量0无15015022500-H1箱98.11160.3715734.271.4351.8910.37V2方箱114.3195.5910926.571.4464.7816.20H3平椭圆71.44122.327640.961.4342.8726.73V4圆82.7982.795380.961.4239.6511.35H5椭圆49.0196.6438