燕山大学2030五机架冷连轧机压下规程及机架设计项目报告

'燕山大学课程设计说明书2030五机架冷连轧机压下规程及机架设计项目报告学院：机械工程学院班级：组员：指导教师：谢红飙张立刚19 燕山大学课程设计说明书燕山大学专业综合训练（论文）任务书院（系）：机械工程学院基层教学单位：冶金系小组成员设计题目2030五机架冷连轧机组压下规程设计及F1机座机架设计与分析设计技术参数1、原料：1.0mm—2.5mm×1850mm；产品：0.2—0.5mm×1850；材质：Q235、Q195、合金钢（20Cr）2、轧制速度v=13m/s;3、开卷机最大张力10吨，卷取机最大张力25吨设计要求1、制定轧制规程：计算道次压下量，压下率，轧制力，轧制力矩；2、根据要求画机架三维图，并对机架进行有限元分析；3、给出机架的工程图4、完成一份不少于5000字的说明书工作量1、完成工程图至少1张；2、完成设计计算说明书包括有限元分析报告；3、查阅文献5篇以上。工作计划1、12.2准备参考资料；2、12.3～12.15计算；画草图；3、12.16中期检查；4、12.17～12.25画三维图，出工程图，分析，写说明书；5、12.26、27考核答辩；参考资料1、王海文主编《轧钢机械设计》机械工业出版社1986.62、王廷溥主编《金属塑性加工学》冶金工业出版社1988.53、《机械设计手册》机械工业出版社2002.4、曹鸿德主编《塑性变形力学基础与轧制原理》机械工业出版社5、刘相华等著《轧制参数计算模型及其应用》化学工业出版社2007指导教师张立刚、谢红飙基层教学单位主任（签字）19 燕山大学课程设计说明书目录一、前言………………………………………………………………………...4二、原料及成品尺寸……………………………………………………….…..4三、轧辊尺寸的预设定…………………………………………………….…..4四、压下规程制定……………………………………………………….……..54.1、压下规程制定的原则及要求……………………………………….……….54.2、压下规程预设定.……………………………………………………..…….5五、轧制力能参数计算……………………………………………….………..75.1确定变形抗力………………………………………………………………...75.2确定前后张力……………………………………………...……………...….85.3单位平均压力及轧制力的计算…………………………...…………………..95.4轧制力矩的计算……………………………………………………………..11六、机架参数的设计…………………………………………………………..136.1窗口宽度的计算……………………………………………………………..136.2机架窗口高度H……………………………………………………………..136.3机架立柱的断面尺寸…………………………….…………………………..13七、机架强度和刚度的校核…………………………………………………..15八、心得体会…………………………………………………………………..17参考文献………………………………………………………………………..1919 燕山大学课程设计说明书一、前言冷轧方法生产带钢相对于热轧方法有许多优点，例如：带钢的板厚和板形精度高，表面质量好，力学性能好等，冷轧带钢比热轧带钢的用途更为广泛。冷轧带钢生产的带钢的厚度范围为0.01～3.5mm，最薄可达到0.001mm。带钢生产的轧机机型主要有两种：连续式带钢冷轧机和可逆式带钢冷轧机。本设计题目为2030五机架冷连轧机，主要针对不同的材质及不同的原料厚度和不同的成品厚度制定相应的压下规程及进行机架的参数的设计计算及校核。二、原料及成品尺寸Q235来料尺寸1.5mm×1850mm成品尺寸0.5mm×1850mmQ195来料尺寸1.0mm×1850mm成品尺寸0.3mm×1850mm20Cr来料尺寸1.2mm×1850mm成品尺寸0.4mm×1850mm三、轧辊尺寸的设定设计课题为“2030五机架冷连轧机组压下规程设计及F1机座机架设计与分析”，则工作辊的辊身长度L=2030mm，辊身长度确定后即可根据经验比例值法确定轧辊直径，精轧机座设计时其中L为辊身长度，为工作辊直径，为支承辊直径。19 燕山大学课程设计说明书取L/D1=2.6D2/D1=2.7圆整可取D1=780D2=2110四、压下规程制定4.1、压下规程制定的原则及要求压下规程设计的主要任务是确定由一定来料厚度的板坯经过几个道次后轧制成为用户所需求的，满足用户要求的板带产品。在此过程中确定所需采用的轧制方法，轧制道次及每个道次压下量的大小，在操作上就是要确定各道次辊缝的位置和转速。因此，还要涉及到各道次的轧制速度，轧制温度，前后张力及道次压下量的合理分配。在此过程中，主要考虑设备能力和产品质量，设备能力主要包括咬入条件，轧辊强度和电机功率三个要素，而产品质量主要包括几何精度和力学性能。压下规程制定的原则：在保证产品质量的前提下，充分发挥轧机的设备生产能力，达到优质高产。压下规程制定的方法及步骤如下：1）为提高热轧带钢的几何尺寸精度和表面质量，最后一架机座的相对压下量要取得比较小，一般取10%——15%。2）为保证金相组织和力学性能，要保证终轧温度。3）负荷的合理分配是制定精轧机组压下规程的关键，它直接影响到生产的稳定性和产品的产量和质量。分配方法有：对数伸长率法，能耗曲线法，按最大生产率或最佳质量的目标函数优化法，动态规划法，专家系统分配法。制定精轧机组压下规程除合理的分配各工作机座的压下量外，还需要给出各机座的速度分配和计算各机座的温度变化。4.2、压下规程预设定19 燕山大学课程设计说明书ε==ε：压下率：轧前厚度mm：轧后厚度mm:绝对压下量mm五机架冷连轧机组的道次压下率分配参考分配比表机架号12345参考分配比（%）322620148根据上表初步制定压下规程：表1Q235压下规程设计道次012345压下量△h单位mm　0.370.290.2050.0950.04出口厚度h单位mm1.51.130.840.6350.540.5压下率ε　24.70%25.70%24.40%15.00%7.40%19 燕山大学课程设计说明书表2Q195压下规程设计道次012345压下量△h单位mm　0.270.210.130.060.03出口厚度h单位mm1.00.730.520.390.330.3压下率ε　27.00%28.77%25.00%15.38%9.09%表320Cr压下规程设计道次012345压下量△h单位mm　0.30.230.170.070.03出口厚度h单位mm1.20.90.670.500.430.4压下率ε　25.00%25.56%25.37%14.00%6.98%五、轧制力能参数计算5.1确定变形抗力经过查阅资料，可以得到计算冷轧过程中Q235、Q195、20Cr的变形抗力公式。19 燕山大学课程设计说明书对于Q235变形抗力计算公式为：对于Q195变形抗力计算公式为：对于20Cr变形抗力计算公式为：经过计算可以得到各道次三种材料的变形抗力如表4：表4变形抗力表（单位Mpa）第一道次第二道次第三道次第四道次第五道次Q235394.952399.990393.428342.287294.307Q195324.299328.394319.411290.617263.28620Cr580.911584.240583.153499.618416.8645.2确定前后张力采用较大的轧制张力是冷轧带钢的特点之一，采用张力轧制的优点如下：（1）张力的拉伸作用会改变轧制时金属的应力状态，有利于金属的塑形变形，降低变形抗力；（2）张力有利于减少轧件厚度，控制张力可以在一定范围内控制带钢厚度；（3）张力在一定程度上改善半板形；（4）张力轧制可以防止带钢在轧制过程中跑偏；（5）张力卷曲可以使带卷卷的更紧密、整齐。轧制张应力大小在不超过屈服极限的范围内选择，一般取（0.1～0.6）σs19 燕山大学课程设计说明书。轧制带材越薄，变形抗力越大，张应力应取较大值。但成品道次考虑到断带和罩式退火炉的粘卷问题，张应力不能取较大值，一般取50MPa。具体三种材料的张力数值见表5。表5各道次的张力数值（单位t，前张力T1，后张力T0）第一道次第二道次第三道次第四道次第五道次T0T1T0T1T0T1T0T1T0T1Q2355101015151818171716Q195515152222202017171520Cr5101015151818171716所确定数值均满足设计要求，即开卷机最大张力10吨，卷取机最大张力25吨。5.3单位平均压力及轧制力的计算斯通在研究冷轧薄板的平均单位压力计算问题时，考虑到轧辊直径与板厚之比甚大，另外，由于冷轧时轧制压力较大，轧辊发生显著地弹性压扁现象，近似的将薄板的冷轧过程看作为平行平板间的压缩。斯通公式：公式中的l值，应以考虑轧辊弹性压缩的变形区长度l"带入。（赫希柯克公式）式中，x0为在载荷不变的情况下轧辊间直接接触时的接触宽度的一半。19 燕山大学课程设计说明书L和l"需要进行不断地迭代计算，直到计算出的与上次计算出的之间的误差不超过0.001。进行人工迭代计算繁琐且易出错，所以采取编程计算得方法。编程时使用VisualBasic进行，具体代码为：Dimr#,h1#,h2#,l#,k2#,o#,x#,p0#,p1#r=Val(Text1.Text)"轧辊半径h1=Val(Text2.Text)"压下量h2=Val(Text3.Text)"平均厚度l=Val(Text4.Text)"变形区长度k2=Val(Text5.Text)"变形抗力2ko=Val(Text6.Text)"平均水平法应力Don=n+1p=(k2-o)*((Exp(0.05*l/h2)-1)/(0.05*l/h2))"斯通公式x=8*r*p*1.58*10^-6"赫希柯克公式中x的求法p0=p*l*900/1000000p1=p0l=Sqr(r*h1+x^2)+xp0=p*l*900/1000000LoopUntilAbs(p1-p0)/p0<0.001Text7.Text=lText8.Text=p"斯通公式19 燕山大学课程设计说明书Text9.Text=p0"计算轧制力PrintnEndSub具体程序截图如下：原始数据从表格中读取，计算得出的单位平均压力、接触区弧长和总的轧制力直接在表格中进行输出，大大的减少了工作量。5.4轧制力矩的计算现代化的连续式轧机多是驱动工作辊，随着轧制速度的不断提高，为了省去后面几个机座传动系统的增速装置，有时亦采用由电动机直接驱动支承辊的方案。此外，当工作辊直径很小时，轧辊轴头承受不了轧制力矩，亦需驱动支承辊。本设计采用驱动工作辊的方式。传动轧辊所需力矩为轧制力矩MZ，由工作辊带动支承辊的力矩MR与工作辊轴承中摩擦力矩Mf1三部分之和，即：MK=MZ+MR+Mf119 燕山大学课程设计说明书其中，由于由工作辊带动支承辊的力矩MR与工作辊轴承中摩擦力矩Mf1之和较小，相对于轧制力矩MZ来说可以忽略不计。直接计算轧制力矩MZ即可。轧制力矩的计算公式如下：MZ=Pa式中，P表示轧制力；a表示轧制力力臂，其大小与轧制力作用点及前后张力的大小有关。当T1>T0时，；当T1T0时，；当T1