毕业设计（论文）-4×1700mm热轧带钢粗轧压下规程制定.doc

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1、攀枝花学院攀枝花学院 学生课程设计（论文）学生课程设计（论文） 题 目： 41700mm 热轧带钢粗轧压下规程制定 学生姓名： 学 号：201111102037 所在院(系)： 材料工程学院 专 业： 材料成型及控制工程 班 级： 2011 级压力加工班 指 导 教 师： 肖玄 职称： 助教 2014 年 10 月 13 日 攀枝花学院教务处制 攀枝花学院本科学生课程设计任务书攀枝花学院本科学生课程设计任务书 题题 目目 41700mm 热轧带钢粗轧压下规程制定 1、课程设计的目的、课程设计的目的 通过本课程设计教学所要达到的目的是：1、训练学生综合运用机械原理、金属塑性 成型原理、金属凝固原

2、理、成型工艺设备及设计等课程的理论知识独立思考、分析、初步 解决材料成型工艺问题的技能，提高运算、设计绘图能力及查阅资料的技能；2、使学生熟 练掌握工艺设计的步骤和方法；3、培养学生以理论为基础并结合生产实际进行工艺设计的 设计思想。4、为毕业设计（论文）及毕业后从事工程工作打下良好的基础。 2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等） 内容： 1、根据所选的题目查阅相关的资料，认真理解题目的意图。 2、按要求设计计算出相应的轧制规程（孔型图） 。 3、对照生产实际，对自己的设计进行综合评定、总结。 要求： 1、设计

3、过程中要做到严谨、科学、切合实际。 2、要有一定的突破及创新。 3、设计说明书要严格按要求书写。 3、主要参考文献、主要参考文献 1轧钢车间设计基础 ，袁康，北京钢铁学院压力加工系 2板带钢轧制工艺指导书 ，李登超 3挤压工艺及模具 ，贾俐俐等，机械工业出版社 4冲模设计应用实例 ，模具实用技术丛书编委会，机械工业出版社 5塑性成形工艺与模具设计 ，高锦张等，机械工业出版社 4、课程设计工作进度计划、课程设计工作进度计划 第一周： 1、认真领会指导书中所给题目的内容，查阅相关的资料。 2、根据自己的理解形成初步的设计方案。 第二周： 1、对自己的设计方案进行修改。 2、书写设计说明书。 指导教

4、师指导教师（签字） 肖玄日期日期2014 年 10 月 9 日 教研室意见：教研室意见： 同意。 孙青竹 2014 年 10 月 11 日 学生学生（签字）： 接受任务时间：2014 年 10 月 12 日 课程设计（论文）指导教师成绩评定表课程设计（论文）指导教师成绩评定表 题目名称题目名称 41700mm 热轧带钢粗轧压下规程制定 评分项目评分项目 分分 值值 得得 分分 评价内涵评价内涵 01学习态度 6 6 遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学 工作态度。 02科学实践、调研 7 7 通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠 道获取与课程设计有关的材料。 工 作 表 现 20%

5、 03课题工作量 7 7 按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。 04综合运用知识的能力 1010 能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题， 能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析， 得出有价值的结论。 05应用文献的能力 5 5 能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并 较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种 信息及获取新知识的能力。 06 设计（实验）能力，方案 的设计能力 5 5 能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、 操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清 晰、完整。 07计算及计算机应用能力 5 5 具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机 进行资料搜集、加工、处

6、理和辅助设计等。 能 力 水 平 35% 08 对计算或实验结果的分析 能力（综合分析能力、技 术经济分析能力） 1010 具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。 09 插图（或图纸）质量、篇 幅、设计（论文）规范化 程度 5 5 符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本 文件第五条要求。 10设计说明书（论文）质量 3030 综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分， 结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。 成 果 质 量 45% 11创新 1010 对前人工作有改进或突破，或有独特见解。 成绩成绩 指指 导导 教教 师师 评评 语语 指导教师签名： 年 月 日 摘要 板带钢是钢铁产

7、品的主要产品之一，广泛地应用于工业、农业、建筑业以及 交通运输业。热轧板带在国民经济发展中起到了巨大的推动作用。热轧板带生产 一直是轧制行业中高新技术应用最为集中、人们最为关注的领域。本设计介绍了 热轧板带钢的粗轧生产工艺流程，选择主要设备参数, 以 1580 热轧带钢为典型产 品来设计选择坯料、制定粗轧压下规程，制定粗轧温度制度、速度制度；最后对 粗轧机的咬入角和轧辊的强度进行校核。 关键词 热轧带钢，粗轧轧制工艺制度，轧辊强度，速度制度，温度制度 黑体三号 I ABSTRACT the board strip is one of the main products of steel pro

8、ducts, Which is widely used in industry, agriculture, construction and transportation industry. Hot rolled strip in the national economic development has played a important role in promoting .Hot rolling strip production in the industry of rolling has been used the most concentrated, most people foc

9、us on new and high technology fields. This design introduced the hot-rolled strip roughing production technological process, main equipment parameters choice, In 1580 hot rolling steel strip for typical products to select blank design, roughing down procedures, establishing systems of roughing tempe

10、rature, speed; Finally, the nip Angle and roughing mill roll the intensity of check. Key words : hot rolled strip，Roughing rolling technology system，roll strengt h, speed schedule , temperature schedule 目目 录录 摘要摘要.I ABSTRACT .II 1 1 设计钢种成分及主要设备的选择设计钢种成分及主要设备的选择 .1 1.11.1 原料及产品介绍原料及产品介绍1 1.21.2 主要设备的

11、选择主要设备的选择.1 1.2.1 立辊选择1 1.2.2 轧机的选择和布置2 1.2.3 粗轧机的选择：.3 2 2 压下规程设计与辊型设计压下规程设计与辊型设计 .4 2.12.1 压下规程设计压下规程设计4 2.22.2 道次选择确定道次选择确定4 2.32.3 粗轧机组压下量分配粗轧机组压下量分配.4 2.42.4 确定速度制度确定速度制度.5 2.52.5 轧制温度的确定轧制温度的确定.7 2.62.6 轧制压力的计算轧制压力的计算.7 2.72.7 传动力矩传动力矩8 3 3 轧辊强度校核轧辊强度校核10 3.13.1 支撑辊弯曲强度校核支撑辊弯曲强度校核10 4 4 结语结语13

12、 5 5 主要参考文献主要参考文献14 0 1 设计钢种成分及主要设备的选择 1.1 原料及产品介绍 依据任务要求典型产品所用原料： 规 格： 板坯厚度：250mm 钢 种：Q235 最大宽度：1050mm 长 度：8.5m 产品规格： 厚 度： 6mm 1.2 主要设备的选择； 轧钢机是完成金属轧制变形的主要设备，因此，轧钢机能力选取的是否合理 对车间生产产量、品种和规格具有非常重要的影响。 选择轧钢设备原则： （1） 有良好的综合技术经济指标； （2） 轧机结构型式先进合理，制造容易，操作简单，维修方便； （3） 有 利于实现机械化，自动化，有利于工人劳动条件的改善； （4） 备品备件要换

13、容 易，并有利于实现备品备件的标准化； （5） 在满足产品方案的前提下，使轧机 组成合理，布置紧凑； （6） 保证获得质量良好的产品，并考虑到生产新品种的 可能； 热带轧机选择的主要依据是：车间生产的钢材品种和规格。轧钢机选择的主 要内容是：选取轧机的架数、能力、结构以及布置方式。最终确定轧钢机的结构 形式及其主要技术参数。 1.2.1 立辊选择 立压可以齐边（生产无切边带材） 、调节板坯宽度并提高除磷效果。立压轧 机包括：大立辊、小立辊及摆式压力机三种，各自特点如下： 大立辊：占地较多，设备安装在地下，造价高，维护不方便。而其能力较强， 用来调节坯料宽度。 小立辊：能力较小，多用于边部齐边。

14、 三号黑居中 空 2 格 1 摆式侧压：操作过程接近于锻造，用于控制头尾形状，局部变形，提高成材 率效果较好。缺点是设备地面设备占用场地较多，造价较高。 本设计采用连铸坯调宽，生产不同宽度带卷，选择小立辊齐边。 1.2.2 轧机的选择和布置 热带连轧机主要区分为全连续式，3/4 连续式和 1/2 连续式，以及双可逆粗 轧等。 （1）全连续式： 全连续式轧机的粗轧机由 56 个机架组成，每架轧制一道，全部为不可逆式。 这种轧制机产量可达 500600 万吨/年，产品种类多，表面质量好。粗轧全连轧 布置见图 1a。但设备多，投资大，轧制流程线或厂房长度增大。而且由于粗轧时 坯料短，轧机效率低，连轧

15、操作难度大，效果并不很好，所以一般不采用粗轧连 轧设计。 （2）3/4 连续式 3/4 连续式布置形式是先用二辊轧机轧一道，然后设置 1 架可逆式轧机轧制 3 或 5 道，再由后面两架轧机连续轧制一道。后面这两道看上去作业率不高，但 它是保证中间坯尺寸和凸度的关键，使精轧产品质量和轧制过程稳定。 另外，这种布置采用 250 mm 厚坯，轧制压缩比大，产品种类全面，曾经是 国外流行的布置。 （3）半连续式: 半连续式轧机有两种形式：图 1(C)中粗轧机组由一架不可逆式二辊破鳞机架 和一架可逆式四辊轧机架组成，一般使用坯料在 150mm 以下，轧制 5 道次，对凸 度厚度控制难度大。主要生产普通钢

16、种带卷。高档品种开发难度大，较厚产品也 较少生产。而且为保单卷重，常常设计坯料很长（最高 14 米） ，使加热炉过宽， 大大限制了加热温度。这类轧机如果使用 230mm 厚坯，则轧制道次过多，温降过 大。但这种布置如果粗轧机能力特别大，如太钢 1549 热连轧线，辅助必要的检 测设备，也可达到道次少温降小，中间坯温度稳定的要求。 （4）双可逆粗轧 这种布置即提高轧机利用率，又能使轧机数量较少，稳定中间坯凸度，减少 温降。 根据任务书要求，本设计采用 3/4 连续式机组成粗轧机组，第一粗轧机前安 装小立辊轧机，对侧边进行有效修正。如下图 2 图 1 3/4 连续式机组成粗轧机组 1.2.3 粗轧

17、机的选择： 本设计粗轧机详细资料如下： 轧机类型： 四辊可逆式轧机 ，四辊轧机 工 作 辊: 轧辊直径： 1200mm 辊身长度： 1700mm 轧辊材料： 铸 钢 支 承 辊: 轧辊直径： 1400mm 辊身长度： 1700mm 辊身材料： 合金锻钢 3 2 压下规程设计与辊型设计 2.1 压下规程设计 压下规程设计的主要任务就是要确定由一定的板坯轧成所要求的板、带产品 的变形制度，亦即要确定所需采用的轧制方法、轧制道次及每道次压下量的大小， 在操作上就是要确定各道次辊缝的位置（即辊缝的开度）和转速。因而，还要涉 及到各道次的轧制速度、轧制温度及前后张力制度及道次压下量的合理选择，因 而广义

18、地来说，压下规程的制定也应当包括这些内容。 通常在板、带生产中制定 压下规程的方法和步骤为：(a)在咬入条件允许的条件下，按经验配合道次压下量， 这包括直接分配各道次绝对压下量或压下率、确定各道次压下量分配率（ h/h）及确定各道次能耗负荷分配比等各种方法；（b）制定速度制度，计算 轧制时间并确定逐道次轧制温度；（c）计算轧制压力、轧制力矩；(d)校验轧辊 等部件的强度和电机功率；（e）按前述制定轧制规程的原则和要求进行必要的 修正和改进。 2.2 道次选择确定 轧钢机机架数目的确定与很多因素有关，主要有：坯料的断面尺寸、生产的 品种范围、生产数量的大小，轧机布置的形式、投资的多少以及建厂条件

19、等因素。 但在其他条件即定的情况下，主要考虑与轧机布置的形式有关。本设计采用连续 式布置，因此机架数目应不少于轧制道次即可确定机架数目了。 本设计根据板坯厚度为 250mm；成品厚度为 6mm，选择平均延伸系数 =1.36，则轧制总道次 N 为： N=log(250/6)/log1.36=12.13. 故: 选总 13 道次，其中粗轧 6 道次，精轧 7 道次。 2.3 粗轧机组压下量分配 根据板坯尺寸、轧机架数、轧制速度以及产品厚度等合理确定粗轧机组总变 形量及各道次压下量。其基本原则是： (1)由于在粗轧机组上轧制时，轧件温度高、塑性好，厚度大，故应尽量应 用此有利条件采用大压下量轧制。考

20、虑到粗轧机组与精扎机组之间的轧制节奏和 4 负荷上的平衡，粗轧机组变形量一般要占总变形量的 7080%。 (2)提高粗轧机组轧出的带坯温度。一方面可以提高开轧温度，另一方面增 大压下可能减少粗轧道次，同时提高粗轧速度，以缩短延续时间，减少轧件的温 降。 (3)考虑板型尽量按照比例分配凸度，在粗轧阶段，轧制力逐渐较小使凸度 绝对值渐少。但是，第一道考虑厚度波动，压下量略小，第二道绝对值压下最大， 但压下率不会太高。 本设计粗轧机组由一架二辊轧机，一架四辊可逆式轧机，两架四辊轧机组成， 四辊可逆轧机轧制 3 道次，其余各一道次，各道次的压下量分配如下： 表 1 粗轧压下量分配 2.4 确定速度制度

21、 热轧钢板时咬入角 a 一般为 1522，低速咬入 a 可取为 20，故 hmax=D1(1-cosa)=800（1-cos20）=48.2mm，纵观压下量配置情况，满足要 求，可以咬入。 粗轧为保证咬入，采用升速轧制。根据经验资料，取平均加速度 a=40rpm/s，平均减速度 b=60rpm/s。由于咬入能力很富裕故可采用稳定高速咬入， 考虑到粗轧生产能力与精轧生产能力得匹配问题，确定粗轧速度如下：咬入速度 为 n1=40rpm/s，抛出速度为 n2=20rpm/s (2)粗轧轧制延续时间：每道次延续时间 tj = tzh + t0, 其中 0t 为间隙时间，纯轧制时间， tzh = t1

22、+ t2 , 设 v1 为 t1 时间内的轧制速度，v2 为 t2 时间内的平均速度，则 道次R1R2R3R4R5R6 延伸系数分配 1.341.351.361.381.401.39 入口厚度（mm） 250194153987152 压下量(mm) 565838271914 压下率（%） 22.429.928.027.626.826.9 5 v1 =Dn1/60, v2 =D(n1+n2)/120 （D 取平均值） 减速时间 减速段长 l2=t2v2 稳定轧制段长 11=t1v1 t=(l-l2)/v1=(l-t2v2)/v1 轧制第一二道次时，以第一架为计算标准，n1=30rpm/s，n2=

23、30rpm/s，轧件 长度 l= 8.5=10.95m 减速时间 t2= 减速时平均速度 V2=D(n1+n2)/120=3.14100060/120=1.57m/s l2=0，v1=1.57m/s t1=(l-l2)/v1=(l-t2v2)/v1=10.95/1.57=6.98s 则轧制延续时间为 6.98s。按照以上公式可求得粗轧各道次轧制时间： 表 2 粗轧各道次时间分布 道次 R1R2R3R4R5R6 轧制时间(s) 7.010.013.812.817.419.9 速度梯形图如下: 图 4. b nn t 21 2 s b nn 0 60 603021 194 250 6 图 2 速度

24、梯形图 由于两架粗轧机间距 7m，所以轧件尾部从前一架轧机出口到后一架入口所 需时间 t12=7/1.7=4.1s 由于轧件较长，取间隙时间 t03s 所以粗轧总延续时间 t=6.98+9.95+13.81+12.75+17.39+19.85+3*6=98.73s 2.5 轧制温度的确定 为了确定各道次轧制温度，必须求出逐道次的温度降。高温轧制时轧件温度 降可以按辐射散热计算，而认为对流和传导所散失的热量可大致与变形功所转化 的热量相抵消。由于辐射散热所引起的温度降在热轧板带时可按下式计算： 式中轧制时的温降；t Z 轧制延续时间（纯轧时间加间隔时间） ； h辐射前的轧件厚度； T1轧件温降计

25、时开始时的绝对温度。 表 3 各道次温降分布 道次 R1R2R3R4R5R6 温降（） 2.64.28.510.919.028.4 由于轧件头部和尾部温度降不同，为设备安全着想，确定各道次温度降时以 尾部为准。根据现场生产经验数据，确定开轧温度为 1200，带入公式依次得各 道次轧制温度： 7 表 4 各道次轧制温度 道次R1R2R3R4R5R6 T()119711931184117311541126 2.6 轧制压力的计算 轧段轧制力公式： P=Bl p 计算各道的平均单位压力：根据克林特里公式计算应力状态影响系数 0.785+0.25l/h 其中 h 为变形区轧件平均厚度，l 为变形区长度

26、，单位压力大时（300MPa） 应考虑轧辊弹性压扁的影响，因为粗轧时变形抗力不会超过这一值，故可不计算 压扁影响，此时变形区长度l=则平均单位压力为：hR 各道计算 p 列入上表。再将轧件宽度、变形区长和平均单位压力数据代入公 式，可得各道次轧制力 表 5 各道次轧制力 道次R1R2R3R4R5R6 变形区长 度（mm） 1671701371169783 出口厚度 （mm） 19415398715238 屈服强度 （MPa） s 283237424854 平均压力 （p） 32.239.148.357.669.182.7 带宽 （mm） 105010501050105010501050 轧制力

27、 （p/kN） 564769796944702070357203 2.7 传动力矩 轧制力矩按下式计算， 合力作用点位置系数 8 （或力臂系数），中厚板一般取为 0.40.5，粗轧道次取大值，随轧件的变薄 则取小值。各道次的轧制力矩值如下表： 表 6 各道次轧制力矩 道次R1R2R3R4R5R6 粗轧0.851.070.860.730.610.54 2）轧机的空转力矩 轧机的空转力矩（kM）根据实际资料可取为电机额定力矩的 36，即粗 轧机: 表 7 各道次轧机的空转力矩 道次 R1R2R3R4R5R6 粗轧 1.081.311.090.950.820.75 9 10 3 轧辊强度校核 轧辊的

28、破坏决定于各种应力（其中包括弯曲应力、扭转应力、接触应力，由 于温度分布不均或交替变化引起的温度应力以及轧辊制造过程中形成的残余应力 等）的综合影响。具体来说，轧辊的破坏可能由以下三方面的原因造成： （1）轧辊的形状设计不合理或设计强度不够.例如,在额定负荷下轧辊因强 度不够而撕裂后因接触疲劳超过许用值,是辊面疲劳剥落等; （2）轧辊的材质、热处理或加工工艺不合要求。例如，轧辊的耐热裂性、 耐粘附性及耐磨性差，材料中夹杂物或残余应力过大等： （3）轧辊在生产过程中使用不合理。热轧轧辊在冷却不足或冷却不均匀时， 会因热疲劳造成辊面热裂；在冬季新换上的冷辊突然进行高负荷热轧，热轧的轧 辊骤然冷却，

29、往往会因温度应力过大，导致轧辊表层剥落甚至断辊；压下量过大 或因工艺过程安排不合理造成过负荷轧制也会造成轧辊破坏等； 设计轧辊时，通常是按工艺给定的轧制负荷和轧辊参数进行强度校核。由于 对影响轧辊强度的各种因素（如温度应力、参与应力、冲击载荷值等）很难准确 计算，为此，设计时对轧辊的弯曲和扭转一般不进行疲劳校核，而是将这些因素 的影响纳入轧辊的安全系数中（为了保护轧机其他重要部件，轧辊的安全系数是 轧件各部件中最小的） 。 为防止四辊板带轧机轧辊辊面剥落，对工作辊和支撑辊之间的接触应力应该 做疲劳校验。 四辊轧机的支撑辊直径 D2 与工作辊径 D1 之比一般在 1.52.9 范围之内。 显然，

30、支撑辊的抗弯端面系数较工作辊大的多，即支撑辊有很大的刚性。因此， 轧制时的弯曲力矩绝大部分有支撑辊承担。在计算支撑辊时，通常按承受全部轧 制力的情况考虑。由于四辊轧机一般是工作辊传动，因此，对支撑辊只需计算辊 身中部和辊径端面的弯曲应力。 3.1 支撑辊弯曲强度校核 支撑辊的弯曲力矩和弯曲应力分布见下图 宋体号 11 图 2 支撑辊的弯曲力矩和弯曲应力分布 在轧辊的 1-1 断面和 2-2 断面上的弯曲应力均应满足强度条件，即 式中 P总轧制压力； d1-1、d2-21-1 和 2-2 断面的直径； c1、c21-1 和 2-2 断面至支反力 P/2 处的距离； Rb许用弯曲应力。 支撑辊辊身

31、中部 3-3 断面处弯矩是最大的。若认为轴承反力距离 L 等于两个 压下螺丝的中心距 L0，而且把工作辊对支撑辊的压力简化成均布载荷（这时计算 误差不超过 913%） ，可得 3-3 断面的弯矩表达式 12 辊身中部 3-3 断面的弯曲应力为 式中的 D2 应以重车后的最小直径代入。 因粗轧机是可逆轧制, 只需校核其中受力最大的一道即可，因在粗轧机上轧 制时第四道的轧制力最大，故其支撑辊受力最大，所以我们计算轧机支撑辊时只 计算粗轧第二架的弯曲应力。 又因辊颈直径 d 和长度一般近似地选： d= (0.50.55) D，L/d =0.831.0，本设计取 d =0.68D、L/d =1.0 所

32、以辊颈直径 d =986mm，L986mm， c1、c2，r 的取值(查轧钢机械 )。 取 r/D=0.12,d54mm，c1=180mm，c2=266mm, d1-1= 986mm,d2-2 =1450mm, 上面 D2 重车后的最小直径为：D2=800mm,P=14860KN 把前面的数据代入上式计算： 1-1=Pc1/0.2d31-1=148601000180/(0.29863)=21.8MPa 2-2=Pc2/0.2d32-2=148601000266/(0.214503)=10.1MPa 3-3 = 本设计支撑辊为合金锻钢 Rb=140150MPa，可见支撑辊的弯曲应力远远小于 该许

33、用应力，故满足要求。 MP D LLP 2 . 18 1450*4 . 0 )4931432(1000*1486 4 . 0 )2/0( 33 2 13 4 结语 经过两周的奋战我们的课程设计终于接近尾声了，课程设计是我们专业课程 知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。 这次的课程设计设计需要了解和掌握中厚板生产工艺流程的相关设备和技术， 通过对压下规程的设计过程，熟知轧制工艺的基本方法和步骤。还伴随着大量数 据的计算，到最后还有机器的校核等一系列问题。我从中认识到自己的不足，专 业知识还不够，我通过各种渠道获取资料，努力解决问题，丰富自己的知识。 总之，不管学会的还是学不会的，的确觉得困难比较多，真是万事开头难， 不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论： 知识必须通过应用实践才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时 候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了！ 14 5 主要参考文献 1轧钢车间设计基础 ，袁康，北京钢铁学院压力加工系 2板带钢轧制工艺指导书 ，李登超 3挤压工艺及模具 ，贾俐俐等，机械工业出版社 4冲模设计应用实例 ，模具实用技术丛书编委会，机械工业出版社 5塑性成形工艺与模具设计 ，高锦张等，机械工业出版社