中厚板課程設計

1、<p><b>　　材料成型課程設計</b></p><p>　　中厚板14*2800工藝設計</p><p><b>　　姓 名: </b></p><p><b>　　學號：</b></p><p><b>　　班級：</b></p&g

2、t;<p><b>　　指導老師：</b></p><p>　　完成時間：2013年1月10日</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　設計題目</b></p><p><b>　　設計目的</b></p&

3、gt;<p><b>　　設計任務</b></p><p><b>　　設計要求</b></p><p><b>　　設計方法及步驟</b></p><p>　　5.1 制定生產(chǎn)工藝</p><p>　　5.2 制定壓下規(guī)程</p><p>

4、;　　5.2.1 確定板坯料的尺寸</p><p>　　5.2.2 確定軋制方法</p><p>　　5.2.3 分配各道次壓下量</p><p>　　5.2.4 校核咬入條件</p><p>　　5.3 確定速度制度</p><p>　　5.3.1 確定速度圖形式</p><p>　　5.3.

5、2 選擇各道咬入、拋出轉速</p><p>　　5.3.3 計算各道純軋時間</p><p>　　5.3.4 確定各道間隙時間</p><p>　　5.3.5 繪制速度圖</p><p><b>　　5.4 校核軋機</b></p><p>　　5.4.1 計算各道軋制溫度</p>

6、<p>　　5.4.2 計算各道變形程度</p><p>　　5.4.3 計算各道平均變形速度</p><p>　　5.4.4 確定各道變形抗力</p><p>　　5.4.5 確定各道變形區(qū)長度</p><p>　　5.4.6 計算各道平均單位壓力及各道總壓力</p><p><b>　　5.5

7、校核電機</b></p><p>　　5.5.1 計算各道軋制力矩</p><p>　　5.5.2 計算各道附加力矩</p><p>　　5.5.3 計算空轉力矩</p><p>　　5.5.4 計算動力矩</p><p>　　5.5.5 確定各道總傳動力矩</p><p>　　5.

8、5.6 繪制電機負荷圖</p><p><b>　　6. 總結與收獲</b></p><p><b>　　7. 參考資料</b></p><p><b>　　8. 附錄</b></p><p>　　8.1 本設計過程中主要為參數(shù)計算的Matlab 程序</p>&

9、lt;p>　　8.2 Matlab 程序計算結果</p><p>　　9. 軋機速度制度圖1、電機負荷圖2.</p><p><b>　　設計內容</b></p><p><b>　　一、設計題目： </b></p><p>　　題目內容：用鋼種為、坯料為的連鑄坯軋制產(chǎn)品規(guī)格為的板料的壓下規(guī)程

10、設計。 </p><p>　　主要設備數(shù) </p><p>　　項目 粗軋機 精軋機 </p><p>　　軋機型式

11、 四輥可逆軋機 PC 軋機</p><p>　　工作輥輥身尺寸 </p><p>　　支撐輥輥身尺寸 </p><p>　　工作輥輥頸尺寸 </p><

12、;p>　　支撐輥輥頸尺寸 </p><p>　　工作輥材質 合金鑄鐵 合金鑄鐵</p><p>　　支撐輥材質 鑄鋼 鑄鋼</p><

13、p>　　最大軋制壓力 70 70</p><p>　　最大軋制力矩 2×2.6 2×1.975</p><p>　　最大軋制速度 4.239

14、 6.123</p><p>　　最大工作開口度 500 400</p><p>　　主電機功率 2×5000 2×5500</p><p>　　主電機轉速

15、 </p><p>　　壓下速度/mm s-1 25 15 </p><p>　　本設計主電機的功率分別選用：</p><p>　　粗軋機組 精軋機組 </p><

16、;p>　　計算鋼種： 坯料：的連鑄坯； </p><p>　　產(chǎn)品規(guī)格：已知條件：開軋溫度1200℃，縱軋時開軋溫度1150℃；軋機為單機架四輥可逆式，設有大立輥及高壓水除鱗裝置，機前還設有回轉板坯的錐形輥道；工作輥輥身直徑850～950毫米，支持輥輥身直徑1700～1800毫米、輥頸直徑1200毫米，輥身長度3700毫米；工作輥軸承為滾動軸承,支承輥

17、軸承為油膜軸承；軋機最大允許軋制壓力70MN；主電機功率2×5000KW，轉速0～45～90rpm，最大允許扭轉力矩2×2.6MN*m。 </p><p>　　二、設計目的：通過這個課程設計應達到下列幾個目的： 1、 通過本次設計，把在專業(yè)理論課程中所學得的知識在實際的設計工作中綜合地加以運用，使這些知識得到鞏固、加深和發(fā)展。 2、通過本次設計，進一步培養(yǎng)學生對工程設計的獨立工作能力，樹

18、立正確的設計思想，掌握軋鋼工藝設計的基本方法和步驟，為以后進行設計工作打下良好的基礎。 3、理論聯(lián)系實際，將學過的理論知識加以分析，比較和研究，結合設計課題運用到實踐中去解決各種問題。</p><p>　　三、設計任務： 1、確定生產(chǎn)工藝流程。 2、制定壓下規(guī)程。 3、確定速度制度。 4、校核軋機。</p><p>　　校核電機。 6、繪制軋機速度制度圖一份。 7、繪制電機負

19、荷圖一份。</p><p>　　四、設計要求:1、設計中應靈活運用基礎理論知識、刻苦鉆研、認真思考、獨立完成設計。禁止盲目抄襲。 2、要求設計方法正確，方案選擇合理，各種參數(shù)選擇恰當，計算結果無誤，圖紙整潔無誤，整個設計能保證產(chǎn)品產(chǎn)量質最。 3、設計過程中應細致認真，有條不紊，按事先擬定的設計進度計劃完成要求內容，從設計開始即應注意底稿整潔、保存好原始數(shù)據(jù)，以方便指導教師檢查，并避免造成不必要的返工和整理說明

20、書時發(fā)生困難。 4、設計說明書用文字處理軟件進行編輯和排版，用B5紙或相當大小的設計說明書專用紙張打印，并裝訂成冊。要求句子簡明扼要、標點正確、層次分明、圖文并茂，除設計內容外，還要求前面有目錄、后面附有參考資料，圖表要有編號說明。也可以手工書寫，但要求字體端正清楚、紙面清潔、不得有錯寫、漏寫及涂改等現(xiàn)象。 5、速度圖和電機負荷圖采用CAD或Windows系統(tǒng)附件中的“畫圖”軟件或其它繪圖軟件繪制，并打印、裝訂；若用鉛筆手工繪制，圖

21、面必須符合制圖標準，并清潔美觀。</p><p>　　五、設計方法及步驟：</p><p>　　§1．制定生產(chǎn)工藝 </p><p>　　根據(jù)車間設備條件及原料和成品的尺寸，生產(chǎn)工藝過程一般如下：</p><p>　　其實物車間平面布置圖如下頁所示：</p><p>　　加熱的目的是為了提高塑性，降低變形抗力

22、；板坯加熱時宜采用步進底式連續(xù)加熱爐；加熱溫度應控制在1250℃左右，以保證開軋溫度達到1200℃的要求。另外，為了消除氧化鐵皮和麻點以提高加熱質量，可采用“快速、高溫、小風量、小爐壓”的加熱方法。該法除能減少氧化鐵皮的生成外，還提高了氧化鐵皮的易除性。 </p><p>　　除鱗是將坯料表面的爐生和次生氧化鐵皮清除干凈以免軋制時壓入鋼板表面產(chǎn)生缺陷，它是保證鋼板表面質量的關鍵工序。爐生氧化鐵皮采用大立輥側壓并配

23、合高壓水的方法清除，沒有大立輥時采用高壓水除鱗箱除鱗也能滿足除鱗要求。次生氧化鐵皮則采用軋機前后的高壓水噴頭噴高壓水的方法來清除。 板坯的軋制有粗軋和精軋之分，但粗軋與精軋之間無明顯的劃分界限。在單機架軋機上一般前期道次為粗軋，后期道次為精軋；對雙機架軋機通常將第一架稱為粗軋機，第二架稱為精軋機。粗軋階段主要是控制寬度和延伸軋件。精軋階段主要使軋件繼續(xù)延伸同時進行板形、厚度、性能、表面質量等控制。精軋時溫度低、軋制壓力大，因此壓下量不

24、宜過大。 中厚板軋后精整主要包括矯直、冷卻、劃線、剪切、檢查及清理缺陷，必要時還要進行熱處理及酸洗等，這些工序多布置在精整作業(yè)線上，由輥道及移送機縱橫運送鋼板進行作業(yè)，且機械化自動化水平較高。</p><p>　　§2．制定壓下規(guī)程 1）、確定板坯料的尺寸</p><p>　　采用的坯料為的連鑄坯。2）、確定軋制方法 根據(jù)設備條件及板坯與毛板尺寸關系，確定軋制方法為：綜合

25、軋法。先經(jīng)立輥側壓一道及縱軋兩道次，使板坯長度等于毛板寬度后，回轉，橫軋直至完成。 3）、分配各道壓下量，排出壓下規(guī)程表，如下表1所示：根據(jù)經(jīng)驗，取最大壓下量為：，軋制道次選擇為：道次。</p><p>　　表1、壓下規(guī)程編排1</p><p>　　4）、校核咬入條件 </p><p>　　熱軋鋼板時咬入角一般為，各道次咬入角（如表4所示）可據(jù)公式：得到（其中，

26、D常取平均值），此時的，故咬入不成問題。</p><p>　　§3．確定速度制度 1）、確定速度圖形式 中厚板生產(chǎn)中，由于軋件較長，為方便操作，采用梯形速度圖。 如下圖所示：</p><p>　　圖1、速度圖形式2）、選擇各道咬入、拋出轉速根據(jù)經(jīng)驗資料可取平均加速度，平均減加速度。由于咬入能力比較富余，故可采用穩(wěn)定高速咬入，對第1道次，咬入速度取，對2、3道次，咬入速度取

27、，對于4、5道次，咬入道次取，對于6～12 道次，咬入道次取，對于最后兩道次取。為減少反轉時間，一般采用較低的拋出速度，例如取，但對間隙時間長的個別道次可取。3）、計算各道純軋時間</p><p>　　如上圖1所示，每道軋制延續(xù)時間，其中為間隙時間，。設</p><p>　　為時間內的軋制速度，為時間內的平均速度， 及為在及時間內軋過的軋</p><p>　　件長

28、度，為該道次軋后軋件長度，則，，，故減速段長，而，其中D取平均值即。</p><p><b>　　對于1道次??；</b></p><p>　　對于2、3道次取，；</p><p>　　對于4、5道次取，；</p><p>　　對于6～12道次取，；</p><p>　　對于最后兩道次取，。<

29、/p><p>　　、確定各道間隙時間根據(jù)經(jīng)驗資料在四輥軋機上往返軋制過程中，不用推床定心時，取；若用推床定心，則當時，取，當時，取。已知及，則軋制延續(xù)時間便可據(jù)</p><p>　　、繪制速度圖 見附圖1所示。 </p><p>　　§4．校核軋機 1）、計算各道軋制溫度為了確定各道軋制溫度，必須求出逐道的溫度降。高溫是軋件溫度降可以按輻射散熱計算，而

30、認為對流和傳導所散失的熱量大致可與變形功所轉化的熱量相抵消。由于輻射散熱所引起的溫度降在熱軋板、帶時，可用以下公式近似計算：</p><p><b>　　道次間的溫降。</b></p><p>　　輻射時間，即該道次軋制時間。</p><p><b>　　軋件厚度。</b></p><p>　　前一

31、道次軋件的絕對溫度（）。</p><p>　　通過以上公式可求下列各參數(shù)如下表所示：</p><p>　　表2、壓下規(guī)程編排2</p><p>　　2）、計算各道的變形程度可據(jù)公式得到：3）、計算各道平均變形速度，式中軋輥半徑及線速度。4）、確定各道變形抗力周紀華等采用碳鋼和合金在高溫、高速下測定得到的變形溫度、變形速度和變形程度對變形阻力影響的大量實測數(shù)

32、據(jù)而建立了非線性回歸模型。它是以各種鋼種為單位，得到各回歸系數(shù)值，結構如下式：</p><p><b>　　式中：；</b></p><p>　　基準變形阻力，即和時的變形阻力；</p><p><b>　　變形溫度（）；</b></p><p><b>　　變形速度；</b>

33、</p><p>　　變形程度（對數(shù)應變）；</p><p>　　回歸系數(shù)，其值取決于鋼種。普通碳鋼變形抗力數(shù)學模型回歸系數(shù)如表3所示：</p><p>　　表3、普通碳鋼變形抗力數(shù)學模型回歸系數(shù)</p><p>　　、計算各道變形區(qū)長度變形區(qū)長度可據(jù)公式 ： 6）、計算各道平均單位壓力及軋制力</p><p>

34、　　Sims 公式是目前應用最為廣泛的板帶材熱軋軋制力理論計算公式，它以Orowan理論為基礎，采用塑性條件： ，最終推出平均單位壓力公式為：</p><p><b>　　其中,</b></p><p>　　從而有: 其中：</p><p>　　這里我采用志田茂公式計算：；故可得到 ：</p><p><b

35、>　　平均單位壓力</b></p><p><b>　　軋制力</b></p><p><b>　　應力狀態(tài)系數(shù)</b></p><p><b>　　軋輥半徑</b></p><p><b>　　軋后厚度</b></p>&

36、lt;p><b>　　壓下量</b></p><p>　　考慮軋輥壓扁后變形區(qū)長度</p><p><b>　　材料的平面變形抗力</b></p><p><b>　　軋件寬度</b></p><p><b>　　咬入角</b></p>

37、<p>　　通過上面的計算便可得到表4中的參數(shù)：</p><p>　　表4、Matable程序計算結果1</p><p>　　§5．校核電機 1）、計算各道軋制力矩 Sims 認為：熱軋扁鋼及中厚板時，軋制力矩為：</p><p>　　其中力臂系數(shù)：2）、計算各道附加摩擦力矩傳動工作輥所需要的靜力矩，除軋制力矩以外，還有附加摩擦力矩,附

38、加摩擦力矩由軋輥軸承中的摩擦力矩和軋機傳動機構中的摩擦力矩兩部分組成，即，其中在本四輥軋機可近似由下式計算：</p><p>　　式中：支撐輥軸承的摩擦系數(shù)，??；</p><p><b>　　支撐輥輥頸直徑，；</b></p><p>　　工作輥及支撐輥直徑，取,。</p><p><b>　　代入后，可求得：

39、</b></p><p><b>　　可由下式：</b></p><p>　　式中：傳動效率系數(shù)，取，故得：；</p><p><b>　　3）、計算空轉力矩</b></p><p>　　軋機的空轉力矩根據(jù)實際資料可取為電機額定力矩的，現(xiàn)取，故得到： 粗軋時，;精軋時，4）、計

40、算動力矩 當軋輥轉速發(fā)生變化時要產(chǎn)生動力矩。此處由于采用穩(wěn)定速度咬入，即咬鋼后并不加速，而減速階段的動力矩使電機輸出力矩減小。故在計算最大電機力矩時都可以忽略不計。 5）、確定各道總傳動力矩由以上分析可知：各道次總傳動力矩</p><p>　　通過上面的公式則可得到表5所示參數(shù)：</p><p>　　表5、Matlab程序計算結果2</p><p>　　由計算

41、結果看出，最大軋制壓力在第12道P12=36.92N，且P4<[P]（[P]=70KN），故軋機強夠。 </p><p>　　最后經(jīng)綜合分析可得到表6的主要力能參數(shù)：</p><p>　　表6、軋制工藝主要力能參數(shù)計算結果匯總</p><p>　　、繪制電機負荷圖 表示電機傳動力矩()隨時間而變化的圖示即為電機負荷圖。當軋機轉速n大于電機額定轉速時，電機將在

42、弱磁狀態(tài)下工作，此時在相應階段的傳動力矩值應當按修正。修正后的傳動力矩如表7所示：</p><p>　　表7、電機能力校核表</p><p>　　根據(jù)以上分析和計算繪制的電機負荷圖如附圖2所示。由表7及電機負荷圖2可以看出，電機最大輸出力矩為4276．6Mn*m，小于電機最大允許力矩2×2.6Mn*m，所以電機能力足夠。</p><p><b>

43、　　六、總結與收獲</b></p><p>　　1） 提高了搜集查閱文獻資料的能力。</p><p>　　2） 綜合運用了所學幾個本專業(yè)課程的知識并進行設計計算，復習和鞏固了《塑性工程學》、《塑性加工原理》、《塑性加工車間設計》、《塑性加工設備》等專業(yè)課程的知識。</p><p>　　3） 熟悉了使用周紀華變形抗力模型計算變形抗力。</p>

44、<p>　　4） 熟悉了使用Sims公式計算熱軋軋制力的方法。</p><p>　　5） 進一步掌握了軋輥強度校核的方法。</p><p>　　6） 再次熟悉了解了文字處理軟件Word，數(shù)據(jù)處理軟件Excel、Matlab，繪圖軟件autoCAD等的使用。</p><p>　　7） 對中厚板軋制工藝設計有了初步的認識。</p><p&

45、gt;　　8） 不足：由于本人在軋制工程，特別是中厚板軋制方面知識的局限及時間上的倉促，本設計還有很多問題沒有考慮到，還有很多計算不夠精細和到位。有不足及謬誤的地方，請讀者不吝斧正。</p><p>　　9） 在這次設計中，非常感激老師的悉心教導及循循善誘,一有問題，老師都會細心的教導我們，很和藹！</p><p>　　10) 在這次設計中,同時，非常感謝我們班同組的同學給我共享了一些資料

46、和方法，找出了一些錯誤并提出了修改意見，可以說我的這次設計是我跟我們組的同學通過不斷的交流、討論、研究和修改后得出來的結果。</p><p><b>　　七、參考資料</b></p><p>　　1. 王廷溥．金屬塑性加工學[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，1988，5．</p><p>　　2. 趙松筠，唐文林．型鋼孔型設計[M]．北京：冶金工業(yè)

47、出版社，2000，4．</p><p>　　3.上?？仔驮O計組編，《孔型設計（上、下冊）》，上?？茖W技術出版社；</p><p>　　4. 溫景林．金屬壓力加工車間設計[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，1991，11．</p><p>　　5、趙志業(yè)主編. 金屬塑性變形與軋制理論. 北京: 冶金工業(yè)出版社. 1980.</p><p>　　6、鄒

48、家祥主編. 軋鋼機械. 北京: 冶金工業(yè)出版社. 1989.</p><p>　　7、袁康. 軋鋼車間設計基礎. 北京鋼鐵學院壓力加工系. 1985</p><p>　　8、楊節(jié)主編. 軋制過程數(shù)學模型. 北京: 冶金工業(yè)出版社. 1983</p><p>　　9、劉相華主編. 軋制參數(shù)計算模型及其應用. 北京. 化學工業(yè)出版社. 2007，9</p>

49、<p><b>　　附錄</b></p><p>　　1、本設計過程中主要為參數(shù)計算的Matlab程序</p><p>　　說明：程序中各字母的意義如下</p><p>　　sigma0——基準變形阻力。 T——變形溫度（℃）。</p><p>　　Ebsiondot（）

50、——變形速度（s-1）。 Ebsion（）——變形程度（對數(shù)應變）。</p><p>　　sigma0（ ）、alfa1（）～alfa6（）——回歸系數(shù)，其值取決于鋼種。</p><p>　　eve_P（ P ）——平均單位壓力。 P——軋制力。</p><p>　　nsigmadot（）——應力狀態(tài)系數(shù)。

51、 R——軋輥半徑。</p><p>　　H——軋后厚度。 delta_h（）——壓下量。</p><p>　　Ldot——（）考慮軋輥壓扁后變形區(qū)長度。 K——材料的平面變形抗力。</p><p>　　B——軋件寬度。 alfa（）——咬入角

52、。</p><p>　　Matlab程序如下：</p><p><b>　　clc</b></p><p><b>　　close all</b></p><p><b>　　clear all</b></p><p><b>　　R=0.45

53、0;</b></p><p><b>　　D=2*R;</b></p><p>　　H=0.001*[200 178.00 160.00 131.20 107.58 88.22 72.34 59.32 48.64 39.88 32.70 26.82 21.99 18.69]';</p><p>　　h=0.001*[178.

54、00 160.00 131.20 107.58 88.22 72.34 59.32 48.64 39.88 32.70 26.82 21.99 18.69 18]';</p><p>　　B=0.001*[2500,2500,2500,2500,2500,2500,2500,2500,2500,2500,2500,2500,2500,2500]';</p><p>　　de

55、lta_h=0.001*[22.00 18.00 28.80 23.62 19.36 15.88 13.02 10.68 8.76 7.18 5.89 4.83 3.30 0.69]';</p><p>　　t=[1159.27 1158.79 1159.09 1157.31 1156.19 1154.82 1152.86 1150.06 1146.03 1140.24</p><p&

56、gt;　　1131.93 1120.04 1106.84 1093.20]';</p><p>　　%向量中的每一個值對應每一道次中的每一個溫度值，以下的向量同樣對應每一道次的</p><p><b>　　參數(shù)值。</b></p><p>　　T=(t+273)/1000;</p><p>　　sigma0=15

57、6.7;</p><p>　　alfa1=-2.723;</p><p>　　alfa2=3.446;</p><p>　　alfa3=0.2545;</p><p>　　alfa4=-0.2197;</p><p>　　alfa5=0.4658;</p><p>　　alfa6=1.556;&

58、lt;/p><p>　　ebsion=[0.11 0.10 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18 0.15 0.03833 ]';</p><p>　　v=0.001*[942.00 1884.00 1884.00 2826.00 2826.00 3768.00 3768.00 3768.00 3768.00</p&g

59、t;<p>　　3768.00 3768.00 3768.00 4710.00 4710.00]';</p><p>　　ebsiondot=2*v*sqrt(delta_h/R)/(H+h)% 現(xiàn)在還不知道這個參數(shù)怎么取，先取10,即不考</p><p><b>　　慮變形速率的影響。</b></p><p>　　sig

60、ma=sigma0.*exp(alfa1.*T+alfa2).*((ebsiondot./10).^(alfa3.*T+alfa4)).*(alfa6.*(ebsion./0.4).^alfa5-(alfa6-1).*ebsion./0.4)</p><p>　　%計算變形抗力，參考沈老師給的變形抗力模型算出來的單位是MPa,在一些參考書上稱為周紀華變形抗力模型。</p><p>　　K=

61、1.155.*sigma %平面變形抗力。</p><p>　　nsigmadot=0.8+(0.45.*ebsion+0.04).*(sqrt(R./H)-0.5) %志田茂公式。</p><p>　　eve_P=nsigmadot.*K %計算平均單位

62、軋制壓力。</p><p>　　alfa=arccos(1-delta_h/D) %計算咬入角。</p><p>　　alfa1=180*alfa/3.14</p><p>　　ldot=(1+1.1510-4*eve_P./alfa).*sqrt(R*delta_h) %考慮彈性壓扁時的變形區(qū)長度。</p><p>　　P=eve_P.*

63、ldot.*B %計算軋制力單位是MN,即10^6 牛。</p><p>　　%（軋制力計算模型參考了劉相華等主編的《軋制參數(shù)計算模型及其應用》）</p><p>　　chi=0.78+0.017*R./h-0.163*(R./h).^0.5</p><p>　　Mz=2*P.*chi.*ldot %計

64、算軋制力矩，單位是MNm。</p><p>　　Mm=0.06*Mz+0.003275*P %摩擦力矩。</p><p>　　Mh=2*[2.6,2.6,2.6,2.6,2.6,2.6,2.6,2.6,2.6,1.975,1.975,1.975,1.975,1.975]';</p><p>　　%軋機額

65、定力矩，前面幾個值為粗軋機的，后面幾個為精軋機的。</p><p>　　Mk=0.05*Mh %空轉力矩。</p><p>　　M=Mz+Mm+Mk %總傳動力矩。</p><p>　　Matlab 程序計算結果