小型四輥板材冷軋機設(shè)計

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1、 小型四輥板材冷軋機設(shè)計 作者姓名： 指導(dǎo)教師： 單位名稱： 機械工程與自動化 專業(yè)名稱： 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 摘要 Design of a small four roller p

2、late cold rolling machine 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 小型四輥板材冷軋機設(shè)計 基本內(nèi)容： 1、軋機原理分析； 2、輥系結(jié)構(gòu)設(shè)計； 3、壓下結(jié)構(gòu)設(shè)計； 4、機架結(jié)構(gòu)設(shè)計； 5、編寫設(shè)計書明書； 6、外文科技文翻譯。 畢業(yè)設(shè)計（論文）專題部分： 題目：　　　　

3、 　　　　　　　　 基本內(nèi)容： 學(xué)生接受畢業(yè)設(shè)計（論文）題目日期 　　　　　　　　　　　　　第　1　周 指導(dǎo)教師簽字： 年　　月　　日 I 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 摘要 小型四輥板材冷軋機設(shè)計 摘 要 近年來，隨著冷軋帶鋼生產(chǎn)技術(shù)的的發(fā)展以及社會對冷軋

4、帶鋼需求量的迅速增加，對軋機的性能提出了更高的要求，并且推動了軋機的改進與發(fā)展。 通過對小型四輥板材冷軋機功能理解，熟悉其工作原理及基本機械構(gòu)造；基于其使用要求和使用環(huán)境，設(shè)計出可行的整體布局方案，從中選擇出合理且經(jīng)濟性較好的方案；根據(jù)設(shè)計方案，明確主要設(shè)計參數(shù)，對其進行設(shè)計計算；對主要部件進行強度分析；繪制二維總裝配圖，部分零件圖。設(shè)計的Φ175∕Φ450×450軋鋼機采用原料厚度小于2.75毫米，寬度小于200毫米的薄板，具有生產(chǎn)出厚度大于1.2毫米，最大寬度為300毫米薄鋼板(Q235)的能力；以及對軋鋼機部分功能以及結(jié)構(gòu)方面進行改進，使其能夠高效、平穩(wěn)、精確的生產(chǎn)。設(shè)計主要內(nèi)

5、容包括：（1）軋機整體方案設(shè)計；（2）軋機傳動系統(tǒng)設(shè)計；（3）軋機輥系設(shè)計；（4）軋機輥系調(diào)整及壓下機構(gòu)設(shè)計；（5）軋機機架的結(jié)構(gòu)設(shè)計；（6）繪制裝配圖和零件圖。 該設(shè)計在前人成果與經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)有相關(guān)知識進行分析、比較、篩選、提取加工，同時注入自己的新思想與新方法，優(yōu)化整合設(shè)計。 關(guān)鍵詞：冷軋機，輥系，壓下機構(gòu)，機架 II 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） Abstract

6、 Design of a small four roller plate cold rolling machine Abstract In recent years, with the development of cold-rolled strip steel production technology and the society of the rapid increase in demand for cold rolled steel strip, put forward higher requirements on the perf

7、ormance of the mill, and promote the improvement and development of rolling mill. Through to the small sheet four-roll cold mill function understanding, familiar with its working principle and basic mechanical structure;Based on the requirements of the use and the use of the environment, design a

8、 feasible overall layout plan, select a reasonable and economical good plan;According to the design, the main design parameters, design calculation for its;Strength analysis for main components;Draw 2 d general assembly drawing, parts drawing.Design of Φ 175/450 x 450 rolling mill adopting Φ raw mat

9、erial thickness less than 2.75 mm, width of less than 200 mm sheet, has produced more than 1.2 mm thick, maximum width of 450 mm steel sheet (Q235);Well as part of the function and structure of rolling mill was improved, so it can high efficiency, stable and precise production.Design main content in

10、cludes: (1) the mill overall scheme design;(2) the rolling mill drive system design;(3) mill roll system design;(4) mill roll system adjust parts design;(5) of the mill housing structure design;(6) to draw assembly drawings and detail drawings. The design on the basis of predecessors' achievement

11、s and experience, the analysis and comparison are made on the existing knowledge, screening, extracting and processing, at the same time into their new ideas and new methods, to optimize the design of the integration. Key words：Cold rolling mill, the roll system, screwdown, frame III 東北

12、大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 目錄 目 錄 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 I 摘要 II Abstract III 第1章 緒論 1 1.1課題的背景和意義 1 1.2國內(nèi)外研究進展、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1 1.3冷軋機的類型、特點及工作原理 2 1.3.1軋機的類型 2 1.3.2冷帶軋機各類的特點及工作原理 3 1.4冷軋帶鋼的生產(chǎn)工藝 4 1.4.1冷軋中

13、采用張力軋制 4 1.4.2冷軋中產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象 4 1.4.3冷軋中采用工藝冷卻 4 1.4.4冷軋中的工藝潤滑 5 1.5冷軋帶鋼中存在的問題與改善措施 5 1.6論文主要研究內(nèi)容 6 第2章 軋機的總體設(shè)計 7 2.1軋機的組成 7 2.2軋機的工作原理 8 2.3軋機的工作制度 8 2.3.1可逆式工作制度 8 2.3.2不可逆工作制度 8 2.4主傳動形式 9 2.5設(shè)計方案的確定 9 IV 第3章 軋制力的設(shè)計 10 3.1 原始數(shù)據(jù) 10 3.2 軋制力主要參數(shù)的確定 10 3.2.1 軋制道次的計算 10

14、 3.2.2 咬入條件的校驗 12 3.2.3 軋制力的計算 13 3.3軋制力矩的計算 17 3.4工作輥傳動的四輥軋制機軋輥的穩(wěn)定性 20 3.5軋制主電動機功率的確定與選擇 20 3.5.1電動機與軋輥間的傳動比 20 3.5.2軋制主電動機力矩 21 第4章 軋輥系統(tǒng)的設(shè)計 22 4.1軋輥的基本尺寸及校核 22 4.1.1軋輥的類型與結(jié)構(gòu) 22 4.1.2軋輥的尺寸參數(shù) 22 4.1.3軋輥的材料及輥面硬度 23 4.1.4軋輥的強度校核 23 4.2軋輥軸承的選擇及校核 26 4.2.1 軋輥軸承的

15、類型與特點 27 4.2.2 軋輥軸承的工作特點 27 4.2.3 軋輥軸承的選擇 27 4.2.4軋輥軸承的校核 27 第5章 壓下系統(tǒng)的設(shè)計 29 5.1電動壓下裝置的設(shè)計計算 29 5.1.1壓下速度 29 5.1.2壓下螺絲的設(shè)計計算 30 5.1.3壓下螺母的設(shè)計計算 31 V 5.2壓下螺絲的傳動力矩和壓下電機功率 31 5.3上軋輥平衡裝置 33 第6章 機架的設(shè)計計算 35 6.1機架的類型 35 6.2機架的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 36 6.3機架的材料和許用應(yīng)力 37 6.4機架強度計算 38 第7章 總結(jié) 4

16、2 參考文獻 43 致謝 44 附錄 45 VI 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第1章 緒論 第1章 緒論 1.1 課題的背景和意義 軋鋼生產(chǎn)是將鋼錠或鋼坯軋制成鋼材的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。利用軋制方法生產(chǎn)鋼材，具有生產(chǎn)效率高、品種多、生產(chǎn)過程連續(xù)性強、易于實現(xiàn)機械化自動化等優(yōu)點。因此，它比鍛造、擠壓、拉拔等工藝得到了更廣泛地使用。目前，約有90%的鋼材都是經(jīng)過軋制成材的。有色金屬成材，主

17、要也用軋制方法。 為滿足國民經(jīng)濟各部門的需要，除軋制一般產(chǎn)品外，還生產(chǎn)建筑、造船、汽車、石油化工、礦山、國防用的專用鋼材。板帶材應(yīng)用范圍最廣，工業(yè)先進國家鋼板產(chǎn)量占鋼產(chǎn)量的50%至60%。板帶材按制造方法可分為熱軋板帶和冷軋板帶。隨著汽車的制造、食品罐頭、容器包裝、房屋建設(shè)、機械制造和船舶工業(yè)的迅速發(fā)展以及家用電器和各種日常生活的需求量成倍增長，對冷軋帶鋼的需求量也迅速增加。當(dāng)前，大力發(fā)展冷軋帶鋼的生產(chǎn)，逐漸提高冷軋帶鋼在軋鋼產(chǎn)品中的比重，迅速提高冷軋帶鋼的質(zhì)量，不斷增加冷軋帶鋼的產(chǎn)品，滿足各個工業(yè)部門的，特別是與人民生活密切相關(guān)的，輕紡織工業(yè)和日用電器，生活用具等。以及外貿(mào)出口對冷

18、軋帶鋼急劇增加的需要，是重型機械制造和鋼鐵生產(chǎn)部門面臨的一項重要而有十分緊迫的任務(wù)。 1.2 國內(nèi)外研究進展、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 20年代，隨著二輥可逆軋機的出現(xiàn)，軋制效率大大提高。四輥可逆軋機出現(xiàn)于30年代。60年代末，隨著二次冷軋機和箔材軋機，平整軋機光整軋機的出現(xiàn)，使冷軋的可軋厚度大大減少，目前，最小可達0.001mm。冷軋帶鋼生產(chǎn)始于1660年，在國民經(jīng)濟中占有十分重要的地位。 起初冷軋帶鋼是在二輥軋機上進行的。自此以后，無論是國內(nèi)還是國外，冷軋都得到廣泛應(yīng)用，軋輥軸頸和軸承的改進也促進了冷軋機的應(yīng)用。 板帶冷軋鋼的發(fā)展，只是在近代隨著技術(shù)的進步，才真正得到了推動。

19、冷軋鋼板及帶鋼今年來得到較大的發(fā)展。冷連軋機末架出口速度可達25～41.7m/s。為了提高產(chǎn)量，冷卷卷重已達60t，一套冷連軋機年產(chǎn)量可達250萬t【1】。 由于冷軋帶鋼厚度公差要求高，為增加軋機壓下裝置的響應(yīng)速度，在冷軋機上采用了全液壓壓下裝置及厚度自動控制裝置。因此，在帶鋼冷連軋機上，廣泛地采用液壓彎輥裝置或抽動工作輥裝置來改善板形。對于高速、高產(chǎn)量的帶鋼冷連軋機，實現(xiàn)了計算機控制。 自1979年開始，出現(xiàn)了全連續(xù)冷連軋機這種軋機只需第一次引料穿帶后，就可實現(xiàn)連續(xù)軋制，后續(xù)帶的頭部通過焊接機與前一帶卷尾部焊在一起，軋成后用飛剪機分卷，并有兩臺卷取機交替卷曲帶鋼。全連續(xù)冷

20、軋軋機即使在換輥時，帶鋼依然停留在軋機內(nèi)，換輥后可立即進行軋制。連續(xù)鑄鋼技術(shù)的迅速發(fā)展，連鑄比將達到80%或更高。這樣，初軋機將不會有更大的發(fā)展，只能起到配合和補充連鑄生產(chǎn)的作用，許多初軋廠都面臨改造的任務(wù)。 進些年來冷軋帶鋼生產(chǎn)技術(shù)及設(shè)備又有新的發(fā)展：（1）板形控制技術(shù)。冷連軋及普遍應(yīng)用了液壓彎輥技術(shù)，設(shè)置板形儀及靈敏的液壓系統(tǒng)，改善工藝冷潤技術(shù)，特別是研制出一批有效控制板形的新軋機，如HC軋機、CVC軋機、UC軋機等。（2）連續(xù)退火、全氫罩式退火技術(shù)的應(yīng)用及多種涂鍍生產(chǎn)技術(shù)的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了許多新的生產(chǎn)線及新的設(shè)備，使軋鋼機械在這些領(lǐng)域得到發(fā)展。（3）酸洗—冷軋聯(lián)合機組。這種機組

21、改變了傳統(tǒng)冷軋生產(chǎn)將酸洗和軋鋼兩個工序分開的方式，而聯(lián)合為一個機組。這樣可提高酸洗、冷軋工序的成材率1%～3%，提高機時產(chǎn)量30%～50%，減少中間倉庫5000～10000，降低投資及生產(chǎn)成本等優(yōu)點。（4）帶鋼連鑄—連軋工藝。帶鋼連鑄機澆鑄出的鋼坯須經(jīng)熱軋或稍經(jīng)熱軋即可進入冷軋機生產(chǎn)冷軋帶鋼，使這一工藝在今后經(jīng)進一步完善和推廣。 HC軋機是板帶軋機改造和新建的主選優(yōu)良機型，可提供具有優(yōu)良板形 的高精度板帶滿足工業(yè)領(lǐng)域?qū)Ω呔鹊囊?。HC軋機正逐步代替具有100多年歷史的普通四輥軋機【2】。 1.3 冷軋機的類型、特點及工作原理 1.3.1 軋機的類型 軋鋼機構(gòu)造可以軋輥

22、數(shù)目及其在機座中位置為特征進行分類為：二輥式軋機、三輥式軋機、三輥勞特式軋機、復(fù)二輥式軋機、四輥式軋機等。軋鋼機按布置分類可分為單機座式、橫一列式、連續(xù)式等。連軋機生產(chǎn)效率高，軋制速度快，但產(chǎn)品單一，變動不大時，最能發(fā)揮其優(yōu)越性。其類型如圖所示： 圖1.1 軋輥類型圖 1.3.2 冷帶軋機各類的特點及工作原理 由于軋輥的輥數(shù)不同，則各類軋機的特點也不同： 1、二輥式軋機：此軋機結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，由直流電動機驅(qū)動，用于二輥可逆式初軋機，可將鋼錠往復(fù)軋制成各種矩形坯，也可用于軋制軌梁和中厚板。 2、三輥式軋機：其在同一機座上軋件可兩向軋制，而軋機無需反轉(zhuǎn)，由一

23、臺交流電動機經(jīng)減速器和齒輪座驅(qū)動數(shù)臺三輥式軋機，可實現(xiàn)軋件往復(fù)多道次軋制。它用于開坯和型鋼生產(chǎn)，具有設(shè)備簡單和投資少的特點。 3、三輥勞特式軋機：此軋機中輥直徑較上下輥為小，浮動在上下輥間。軋機由交流馬達經(jīng)減速器和齒輪座驅(qū)動軋機上下兩輥，中輥靠摩擦力轉(zhuǎn)動，軋件可往復(fù)多道次軋制，用于軋制中厚板或薄板開坯。 4、復(fù)二輥式軋機：此軋機作用與三輥式相似，但軋輥調(diào)整、孔型配置較方便，用于橫列式中小型軋機。 5、四輥式軋機：是帶鋼冷軋機中最通用的機組，這種軋機采用閉口式機架，兩個牌坊有橫梁或其它軋機連接形成一個剛體，通常采用工作輥驅(qū)動，但是近來趨向于支承輥驅(qū)動。相比于二輥提高

24、了軋制力，軋制剛度。 6、多輥式軋機：為適應(yīng)冷軋板帶產(chǎn)品尺寸向高精度和大的寬厚比方向發(fā)展需要，出現(xiàn)了六輥、十二輥和二十輥軋機。另外，為提高軋機剛度，簡化軋機結(jié)構(gòu)，又出現(xiàn)了各種類型多輥式軋機。 1.4 冷軋帶鋼的生產(chǎn)工藝 冷軋帶鋼的生產(chǎn)工藝主要體現(xiàn)在以下四點： 1.4.1冷軋中采用張力軋制 張力軋制是冷軋的一大特點。所謂“張力軋制”，就是軋件在軋輥中的輾軋變形是有一定的前張力與后張力作用下實現(xiàn)的。張力的主要作用有以下幾個方面：（1）防止帶鋼在軋制過程中跑偏（即保證正確對中軋制）；（2）降低軋件的變形抗力，便于軋制更薄的產(chǎn)品；（3）適當(dāng)調(diào)整冷軋機主電機負荷的作用；

25、（4）使所軋帶鋼保持平直（包括在軋制過程中的保持板形平直以及軋后板形良好）。 防止軋件跑偏是冷軋操作中關(guān)系到能否實現(xiàn)軋制的一個重要問題。跑偏將破壞正常板型，引起操作事故甚至設(shè)備事故，若不很好加以控制，將不能保證冷軋的正常進行。 通過改變卷取機，開卷機及軋機主電機的轉(zhuǎn)速以及各架壓下可以使軋制力，張力在較大的范圍內(nèi)變動。借助準確可靠的測試儀，并使之與自動控制系統(tǒng)結(jié)成閉環(huán)，可以按要求實現(xiàn)恒張力控制，配備這種張力閉環(huán)控制系統(tǒng)是現(xiàn)代冷軋機的起碼要求。 1.4.2冷軋中產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象 在冷軋中，冷軋是在金屬再結(jié)晶溫度以下進行的軋制，金屬的晶粒被破碎且不能產(chǎn)生再結(jié)晶回復(fù)，導(dǎo)致金屬產(chǎn)

26、生加工硬化。由于加工硬化，使金屬變形抗力增大，軋制壓力升高，金屬的塑性降低，容易產(chǎn)生脆斷。當(dāng)鋼種一定時，加工硬化程度與冷軋的變形程度有關(guān)，變形程度愈大，加工硬化愈嚴重。加工硬化超過一定程度后，因金屬過于硬脆而不能繼續(xù)軋制。因此板帶經(jīng)一定的冷軋總變形量之后，須經(jīng)熱處理（再結(jié)晶退火或固溶處理），恢復(fù)塑性，降低變形抗力，以利于繼續(xù)軋制。在冷軋生產(chǎn)過程中，每次軟化退火之前完成的冷軋工作稱為一個“軋程”，在一定的條件下，鋼質(zhì)愈硬，成品愈薄，所需之軋程愈多。 1.4.3 冷軋中采用工藝冷卻 冷軋過程中變形熱與摩擦熱使軋件和軋輥溫度升高，故需要采用有效的人工冷卻。軋制速度越高，冷卻問題顯得尤為重

27、要。如何合理的強化冷卻過程的冷卻已成為發(fā)展現(xiàn)代冷軋機的重要的研究課題。 冷卻液簡單地噴澆在軋輥和軋件上，與高壓冷卻液霧化，冷卻效果大大不同，實際資料表明，即使在采用有效的工藝冷卻的條件下，冷軋板卷在卸卷后的溫度優(yōu)勢仍達130~，甚至還要高，由此可見在軋制變形區(qū)的料溫一定比這還要高，輥面溫度過高會引起工作輥淬火層硬度的下降，并有可能促使淬火層內(nèi)發(fā)生組織分解，使輥面出現(xiàn)附加的組織應(yīng)力。 此外，從其對冷軋過程本身的影響來看，輥溫的反?，F(xiàn)象以及輥溫分布規(guī)律的反?；蛲蛔兙鶎?dǎo)致正常輥面條件的破壞，直接有害于板形與軋制精度。同時，輥面過高也會使冷軋工藝潤滑劑失效（油膜破裂），使冷軋不能順

28、利進行。因此，為了保證冷軋的正常生產(chǎn)，對軋輥和軋件必須應(yīng)采取有效的冷卻和控溫措施。 1.4.4 冷軋中的工藝潤滑 生產(chǎn)實踐與實驗表明，采用天然油脂作為冷軋的工藝潤滑劑在潤滑效果上優(yōu)于礦物油，這是由于天然油脂與礦物油在分子的結(jié)構(gòu)上與特性上有質(zhì)的差別所致。 冷軋采用工藝潤滑的主要作用是減少金屬的變形抗力這不但有助于保證已有的設(shè)備能力條件下實現(xiàn)更大的壓力，而且還可使軋機能夠經(jīng)濟上可行的地生產(chǎn)厚度更小的產(chǎn)品。此外，采用有效的工藝潤滑也直接對冷軋過程的發(fā)熱率以及軋輥的溫度起到了良好的影響，在軋制某些產(chǎn)品時采用的工藝潤滑還可以防止金屬粘輥的作用。 現(xiàn)在，可以通過乳化劑的作用

29、把少量油于大量水混合起來制成乳狀潤液。可以較好的解決油的循環(huán)使用問題【4】。 1.5 冷軋帶鋼中存在的問題與改善措施 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對冷軋帶鋼質(zhì)量的要求越來越高，特別是帶材的尺寸精度已成為重要的質(zhì)量指標之一。推動現(xiàn)代冷軋板帶軋機發(fā)展的主要動力是板帶的兩大質(zhì)量問題，即帶鋼厚度精度和帶鋼的板形。 帶鋼厚度精度，20世紀50年代開發(fā)出彈跳方程，即將軋機的彈性變形及帶鋼的塑性變形聯(lián)系在一起，從此找到了提高板厚精度的途徑。隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，厚度自動控制技術(shù)(AGC技術(shù))日益完善。AGC的執(zhí)行機構(gòu)：液壓壓下(或壓上)系統(tǒng)的位置控制精度及響應(yīng)速度由于各設(shè)備制造者不斷努力，壓下

30、系統(tǒng)的精度保證值達±1 m，響應(yīng)速度為20 ms。近年來，激光測速廣泛地用于連軋機的流量控制，使連軋機的AGC精度又進一步提高。 帶鋼的板形。隨著汽車和家電工業(yè)的發(fā)展對板形要求愈來愈高，世界各設(shè)備制造商為了改善和控制板形其主要對策是發(fā)明各種各樣的軋機，故當(dāng)今板帶軋機的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜。目前常用的冷軋軋機已形成兩大主流，東方以日立為代表的HC系列；西方以西馬克代表的CVC系列。為了控制板形，各類軋機都采用了工作輥的正負彎曲，但是對寬帶鋼而言(L／D≥ 4)，彎輥力就不能影響到帶鋼中部。同時，支持輥的作用在兩端形成有害接觸區(qū)，基于這種思想，出現(xiàn)了將支持輥端部車成臺階消除有害區(qū)，以至更進一步

31、發(fā)明了有中間支持輥、并可以移動的HC軋機(7O年代初)。HC軋機的中間輥可根據(jù)板寬的不同將中間支持輥移動到板寬的邊緣，這樣不僅可消除有害區(qū)，同時也提高了工作輥彎曲的效果及輥縫的橫向剛度。減少邊部減薄，加之6輥軋機工作輥直徑相對較小，因此可軋得較薄；相同的軋制力可得到較大的壓下量，這樣可減少軋制道次，提高產(chǎn)量。如果中間支持輥增加了彎曲，除具有上述HC軋機的優(yōu)點外，對提高高次方板形缺陷調(diào)控能力大大加強【5】。 縱觀以上冷軋中的問題，應(yīng)該在以下幾個方面進行改善提高： （1）采用先進技術(shù)，加速改造現(xiàn)有舊軋機。 （2）裝備軋機的自動檢測和控制設(shè)施，提高板卷質(zhì)量。不管新建還是改造

32、，或引進國外二手設(shè)備，首先要配AGC裝置，有AGC才能保證帶鋼的縱向厚度精度，在這個基礎(chǔ)上來改善板形，提高帶錒平直度和提高帶材尺寸精度是十分有效的。 （3）改革酸洗系統(tǒng)，例采用先進的臥式全連續(xù)或半連續(xù)鹽酸酸洗系統(tǒng)。 （4）冷軋各工序帶鋼跑偏自動控制。在冷軋帶型各機組上為了不使帶鋼偏離機組中心運行，可根據(jù)各機組的具體情況，設(shè)有較正帶鋼跑偏的自動控制系統(tǒng) （5）在改革冷軋各工序機組工藝和設(shè)備的基礎(chǔ)上，加強生產(chǎn)和管理的現(xiàn)代化，推行生產(chǎn)管理制度，質(zhì)量管理制度和標準化操作，從而有效地提高老軋機的綜合水平。 （6）淘汰單機架不可逆冷軋機。我國對于制作四輥可逆冷軋機積累了一定

33、經(jīng)驗，應(yīng)積極研制新型冷軋機組。 1.6 論文主要研究內(nèi)容 本次設(shè)計對象是Φ175∕Φ450×450四輥板材冷軋機，主要設(shè)計內(nèi)容包括以下方面：（1）軋機整體方案設(shè)計；（2）軋機傳動系統(tǒng)設(shè)計；（3）軋機輥系設(shè)計；（4）軋機輥系調(diào)整及壓下機構(gòu)設(shè)計；（5）軋機機架的結(jié)構(gòu)設(shè)計；（6）對部分結(jié)構(gòu)進行強度校核。 - 65 - 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第2章 軋機的總體設(shè)計 第2章 軋機的總體設(shè)計 2.1軋機的

34、組成 軋機是實現(xiàn)金屬軋制過程的設(shè)備，泛指完成軋材生產(chǎn)全過程的裝備﹐包括有主要設(shè)備﹑輔助設(shè)備﹑起重運輸設(shè)備和附屬設(shè)備等。 軋機的主要設(shè)備有工作機座和傳動裝置。 圖2.1 軋機示意圖 工作機座由軋輥﹑軋輥軸承﹑上軋輥平衡裝置、壓下裝置﹑機架﹑軌座等組成。 軋輥是使金屬塑性變形的部件軋輥軸承支承軋輥并保持軋輥在機架中的固定位置。軋輥軸承工作負荷重而變化大﹐因此要求軸承摩擦系數(shù)小﹐具有足夠的強度和剛度﹐而且要便于更換軋輥。 軋輥調(diào)整裝置用于調(diào)整輥縫﹐使軋件達到所要求的斷面尺寸。上輥調(diào)整裝置也稱“壓下裝置”﹐有手動﹑電動和液壓三種。手動壓下裝置多用在

35、型材軋機和小的軋機上。電動壓下裝置包括電動機﹑減速機﹑制動器﹑壓下螺絲﹑壓下螺母﹑壓下位置指示器﹑球面墊塊和測壓儀等部件﹔它的傳動效率低﹐運動部分的轉(zhuǎn)動慣性大﹐反應(yīng)速度慢﹐調(diào)整精度低。液壓壓下裝置﹐具有板材厚度偏差小和產(chǎn)品合格率高等優(yōu)點。上軋輥平衡裝置用于抬升上輥和防止軋件進出軋輥時受沖擊的裝置。形式有﹕彈簧式﹑多用在型材軋機上﹔重錘式﹐常用在軋輥移動量大的初軋機上﹔液壓式﹐多用在四輥板帶軋機上。 軋機機架由兩片“牌坊”組成以安裝軋輥軸承座和軋輥調(diào)整裝置﹐需有足夠的強度和鋼度承受軋制力。 軋機軌座用于安裝機架﹐并固定在地基上﹐又稱地腳板。承受工作機座的重力和傾翻力矩﹐同時確

36、保工作機座安裝尺寸的精度。 傳動裝置由電動機﹑減速機﹑齒輪座、聯(lián)軸器連接軸等組成。齒輪座將傳動力矩分送到兩個或幾個軋輥上。 2.2 軋機的工作原理 主電機通過聯(lián)軸器帶動減速機高速軸,減速后由低速軸通過齒輪聯(lián)軸器與人字齒輪機座輸入端相聯(lián)，輸出端通過萬向節(jié)軸帶動上下工作輥使其產(chǎn)生線速度相等、旋轉(zhuǎn)方向相反的軋制運動。 軋件通過相對旋轉(zhuǎn)的軋輥產(chǎn)生塑性變形。 工作輥包含有旋轉(zhuǎn)和移動兩種運動。前者靠摩擦力進行軋制運動，由軋機主傳動實現(xiàn)；后者用來調(diào)節(jié)壓下量，控制軋件的變形程度，由軋機壓下裝置實現(xiàn)。 壓下裝置共兩組，安裝在機架上面，經(jīng)左、右各一臺壓下電機及兩級蝸輪、蝸桿副減

37、速后傳遞給壓下螺桿，壓下螺桿由壓下螺母固定在每片機架的窗口中間，調(diào)整兩工作輥之間的距離以保持正確的輥縫開度、給定壓下量、調(diào)整兩工作輥的平行度。 2.3 軋機的工作制度 對于單機座軋機，有可逆式和不可逆的工作制度。 2.3.1可逆式工作制度 可逆式工作制度是當(dāng)一道軋完之后，為了能在原來的軋輥間進行下一道軋制，將軋輥反轉(zhuǎn)，這樣軋件便在軋輥間反復(fù)進行軋制。在這種工作制度下，軋件的咬入和拋出也是在降低扎輥轉(zhuǎn)速的情況下進行的。 目前，對單機座小型冷帶軋機，采用可逆式有很多有優(yōu)點，它能大大提高生產(chǎn)效率，以減少板帶鋼的吊運與安裝。 2.3.2不可逆式工作制度 不

38、可逆式的工作制度應(yīng)用最廣，在這種工作制度下，每個軋輥的旋轉(zhuǎn)方向不變，而軋輥的轉(zhuǎn)速則有不變與可變的兩種。根據(jù)軋制速度來分析，不可逆式工作制度在實際生產(chǎn)操作中有以下幾種運轉(zhuǎn)方式： （1）幾乎保持嚴格不變的軋制速度； （2）軋件通過時，軋制速度稍微降低； （3）僅在軋機調(diào)整時才調(diào)節(jié)速度； （4）在軋件通過時，在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)軋制速度。 2.4 主傳動形式 目前，小型四輥冷軋機的主轉(zhuǎn)動方式有三種：傳動工作、輥傳動支撐輥、單輥傳動。 電機通過減速器與齒輪座來直接傳遞工作輥，這種形式對于軋制過程比較有利，但是對于較小的軋機，它又受到工作輥輥頸和方向接軸所能傳遞的扭轉(zhuǎn)力矩的限制，而傳遞

39、工作輥不能達到要求時，就需傳動支撐輥，而傳動支承輥是靠摩擦力來傳動工作輥的。這樣將會碰到關(guān)于工作輥力的傳遞問題，這就是要增大軋輥的傳動部件。同時還要考慮軋輥與軋件間的打滑問題。因此，為了解決上述問題，防止出現(xiàn)支承輥斷輥、工作輥方頭扭斷等現(xiàn)象，可采用單輥驅(qū)動等措施來解決。由于采用單輥傳動，使兩個工作輥自然會產(chǎn)生一定的速度差，從而使軋制力有所降低。 本次設(shè)計由于軋制力與軋制力矩不是很大，故不需考慮此問題，采用傳動工作輥的形式。 2.5 設(shè)計方案的確定 根據(jù)所設(shè)計的軋機類型、特點和使用實際情況，經(jīng)綜合比較考慮，本設(shè)計采用：可逆工作制度，驅(qū)動工作輥，壓下裝置為電動壓下，上輥為彈簧

40、平衡，采用縱向排布?？傮w布局圖如下：1——工作機座；2——萬向接軸；3——齒輪機座；4、5——聯(lián)軸器；6——減速器；7——電動機 圖2.2 總體布局圖 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第3章 軋制力的設(shè)計 第3章 軋制力的設(shè)計 3.1 原始數(shù)據(jù) 1. 軋制帶材Q235； 2. 原材料帶寬B=200mm,帶厚=2.75mm,成品厚度=1.2mm,軋制規(guī)格：2.75→1.8→1.4→1.2；

41、 3. 軋輥直徑 175/450mm； 4. 軋制速度 v=1.5m/s。 3.2 軋制力主要參數(shù)的確定 3.2.1 軋制道次的計算 第一道次加工過程中，鋼坯厚度由2.75mm被軋制到1.80mm. （1）本道次壓下量 ==2.75mm1.80mm=0.95mm （2）本道次壓下率 ==34.55% （3）平均壓下率 由于存在加工硬化現(xiàn)象，在計算冷軋薄板平均單位壓力時，軋件材料變形阻力（對冷軋亦可稱為屈服極限）需按考慮加工硬化后的選用。由于存在加工硬化影響，各道次的變形阻力不僅與本道次變形程度有關(guān)，而且還與前面各道次的總變形程度有關(guān)。

42、對本道次來說，沿接觸弧也是變化的，出口處比入口處要大，計算時一般把變形區(qū)作為圓?。ɑ驋佄锞€）變化來計算平均總變形程度,按此平均總變形程度來選取平均變形阻力。 平均總變形程度計算公式： （3-1） 式中 ——系數(shù)，一般取0.25～0.4； ——系數(shù)，一般取0.45～0.6。 （通常取0.3，0.5。） ——本道入口處的總變形程度（從退火狀態(tài)開始各道次變形程度的積累）， ；

43、 （3-2） ——本道出口處的總變形程度，； ——退火狀態(tài)坯料原始厚度； ——該道次軋制前軋件厚度； ——該道次軋制后軋件厚度； （4） 金屬材料的屈服極限 冷軋由于存在加工硬化，各道次的屈服極限不同，由圖3.1查得低碳鋼Q235在平均壓下率為 20.7%時的屈服極限=460MPa。 圖3.1 冷態(tài)下變形阻力曲線 （5）無潤滑劑時的摩擦系數(shù) 在一定的軋制條件下，軋件速度和軋輥圓周速度是不相等的，軋件出口速度比軋輥圓周速度大，軋件入口速度比軋輥圓周速度小，從而產(chǎn)生前滑和后滑現(xiàn)象。摩擦力將阻礙金屬的變形

44、，摩擦系數(shù)對軋制力影響較大，并且是變化的。為計算方便取為常數(shù)，由表3.1查得取【6】 表3.1 冷軋低碳鋼時的摩擦系數(shù) 潤滑油 摩擦系數(shù) 無潤滑劑 0.09 煤油潤滑 0.08 乳化液 0.05 （6）金屬材料變形抗力 （3-3） 式中 m—板帶軋制時取m=1.15。 （7）張應(yīng)力 張力軋制是冷軋帶鋼的特點，也可以減小軋制力防止帶鋼跑偏。 （3-4）

45、 3.2.2 咬入條件的校驗 進行軋制時，要經(jīng)過自然咬入階段和繼續(xù)咬入階段，為了完成正常連續(xù)的軋制過程，軋件與軋輥之間需要滿足一定的咬入角。只有軋件被軋輥咬入變形區(qū)，軋制過程才能建立，可分為兩個階段，即開始咬入階段和已經(jīng)咬入階段。根據(jù)經(jīng)驗，冷軋薄帶鋼是允許咬入角為。由公式 （3-5） 得 < 所以滿足開始咬人階段的要求。由圖3.2可知，當(dāng)軋件被咬入后，若繼續(xù)咬入，則必須滿足條件，由于，所以，這說明了軋件一旦咬入，就會繼續(xù)咬入，軋制過程能建立起來。

46、圖3.2 開始咬入及咬入后作用于軋件上的力 3.2.3 軋制力計算 軋件對軋輥的總壓力為軋制平均單位與軋件和軋輥接觸面積之積，即 （3-6） 接觸面積的一般形式為 （3-7） 式中 、——軋制前、后軋件的寬度； ——接觸弧長度的水平投影。 計算接觸面積實際是計算接觸弧長度。 在不考慮軋輥彈性壓扁時，當(dāng)兩個軋輥直徑相同時，接觸弧長度

47、的水平投影為 式中 ——軋輥半徑； ——壓下量。 冷軋薄板時，由于單位壓力較高，因此軋輥產(chǎn)生局部彈性壓縮變形，它將使得接觸弧長度有較顯著的增加，如圖3.3所示?！?】 圖3.3 軋輥彈性壓扁后接觸弧變化 （3-8） 式中 ——考慮壓扁時的接觸弧長度； ——不考慮壓扁時的接觸弧長度； ——壓扁系數(shù)。 在軋薄板時可簡化為

48、 式中 ——咬入角，。 以第一道次（2.75-1.80）為例，計算步驟如下：【8】 根據(jù)M.D.斯通（M.D.Stone）方法求平均單位壓力公式如下： （3-9） 式中 ——平均張應(yīng)力 ——考慮軋輥彈性壓扁接觸弧加長對單位壓力的影響系數(shù)

49、 ， （3-10） 根據(jù)赫奇可克公式 （3-11） （3-12） 式中 ——軋輥半徑； ——考慮軋輥彈性壓扁后的接觸弧長度 ——接觸弧長度的水平投影 ； ——軋制前后軋件平均高度； ——軋輥彈性模數(shù)，取； ——泊松比，對于鋼軋輥?。? ——常數(shù)，，

50、 （3-13） 對于鋼軋輥取。 將代入公式 ，經(jīng)整理后得： （3-14） 將式代入上式，整理得： （3-15） 因為 ，整理得： ； （3-16） 則可綜合寫成： （3-17） 代入數(shù)值得： （3-

51、18） 根據(jù)此式以為右邊坐標，為左邊坐標，為中間曲線坐標，做成諾謨圖如圖3.4所示【9】： 圖3.4 決定壓扁后接觸弧長度諾謨圖 根據(jù)此圖求得值， 則 （3-19） （3-20） 即不考慮彈性壓扁單位壓力。 將代入式求得： 將代入式求得： 再將代入計算公式，再求出，又將代入公式求出。 如是反復(fù)循環(huán)，當(dāng)，當(dāng)時，計算結(jié)束。 最后算得：

52、 則得出軋制過程總軋制力 （3-21） 表3.2 各道次軋制力計算結(jié)果 項目 道次 H(mm) h(mm) △h(mm) (%) (%) k(MPa) f (MPa) 1 2.75 1.80 0.95 34.55 20.7 529 0.09 460 2 1.80 1.40 0.40 22.2 43.25 552 0.09 380 3 1.40 1.20 0.20 14.3 53.20 471.5 0.09 350 項目 道次 hm(mm) (mm) Z Y X M L

53、(mm) 1 2.275 10.11 0.14 0.03 0.40 1.23 509.51 10.143 2 1.60 6.2 0.12 0.03 0.37 1.21 558.01 10.126 3 1.30 4.4 0.09 0.03 0.325 1.182 599.72 10.112 3.3 軋制力矩的計算 工作輥的軋輥的受力情況如下圖3.5所示 圖3.5 帶張力軋制時四輥軋機軋輥受力圖 工作輥上的作用力有三個：軋制力，它與力臂組成軋制力矩；工作輥軸承處的摩擦力，它與摩擦圓半徑相切；支承輥對工作輥的反力?？紤]

54、支承輥軸承處的摩擦及工作輥與支承輥間的滾動摩擦?xí)r，支反力的方向應(yīng)與摩擦圓半徑相切，并在工作輥與支承輥接觸處偏離一個滾動摩擦力臂的距離，一般情況下mm，取mm。 傳動工作輥的四輥冷軋機，傳動軋輥所需力矩有軋制力矩，由工作輥軸承中摩擦力矩與工作輥帶動支承輥的力矩三部分之和，即。 （1）求軋制力矩 （3-21） 式中 ——軋制力； ——軋制力臂，其大小與軋制力作用點及前后張力大小有關(guān)， 時，，其中：

55、 ——工作輥直徑； ——不考慮張力時軋制力作用點對應(yīng)的軋輥中心角； ——前后張力對軋制方向影響的偏轉(zhuǎn)角。 （3-22） （2）求工作輥傳動支承輥的力矩 （3-23） 由于工作輥偏移距的數(shù)值（一般為）相對于工作輥與支承輥直徑來說很小，在計算傳動力矩時，為了簡化，可認為，即工作輥不偏移，此時計算結(jié)果誤差不超過，故可將其忽略不計。 式中 ——工作輥與支承輥連心線與垂直線夾角，； ——軋輥連心線與反力

56、的夾角，，其中： 為當(dāng)量摩擦系數(shù)，，當(dāng)兩接觸面沿整個圓周均勻接觸時， 取 為圓柱滾子軸承內(nèi)徑， ； ——反力對工作輥的力臂 （3-24） ——工作輥直徑，； ——支承輥直徑，； ——工作輥軸線相對支承輥軸線的偏移距。 （3）求工作輥軸承的摩擦力矩 （3-25） 式中 ——工作輥軸承處的反

57、力，當(dāng)時： ——工作輥摩擦圓，； （3-26） （4）傳動兩個工作輥總傳動力矩 （3-27） 3.4 工作輥傳動的四輥軋機軋輥的穩(wěn)定性 在軋制過程中，由于四輥軋機工作輥與軸承間以及工作輥軸承座與支承輥軸承座的形框架間存在著間隙，如無固定的側(cè)向力約束，工作輥將處于不穩(wěn)定狀態(tài)（不能保持固定的工作位置）。工作輥的這種自由狀態(tài)會造成軋件厚度不均，軋輥軸承遭受沖擊，工作輥和支承輥之間正常摩擦關(guān)系將被破壞以及軋輥磨損加劇等不良后果。因此，保持工作輥對于支承輥的穩(wěn)定位置，對提高軋制精度和改善軋輥不見的工作條件

58、十分重要。 保持工作輥穩(wěn)定的方法是使工作輥中心相對支承輥中心線有一個偏移。偏移距的大小應(yīng)使工作輥軸承反力在軋制過程中恒大于零且力的作用方向不變。 根據(jù)工作輥力的平衡條件，正向軋制時，工作輥臨界偏移距 （3-28） 單向帶張力軋制時，工作輥應(yīng)向出口方向偏移，可取 （3-29） 3.5 軋制主電動機功率的確定與選擇 3.5.1 電動機與軋輥間的傳動比 軋制速度m/s 工作輥轉(zhuǎn)速 (r/s)=301.8(r/min)

59、 （3-30） 初選電動機轉(zhuǎn)速為1500r/min 工作輥與電動機傳動比 取 （3-31） 3.5.2 軋制主電動機力矩 主電動機軸上的輸出力矩 （3-32） ——主電動機到軋輥之間的傳動效率。 ——從電機到人字齒輪座間，包括電機，聯(lián)軸器，主軸聯(lián)結(jié)，減速器的傳動效率。=0.93～0.96 取=0.95 ——人字齒輪座間效率。=0.93～0.96 取=0.95 ——萬向接軸的效率。 =0.96～0.98

60、 取=0.97 （3-33） （3-34） 故主電機所需功率為： （3-35） 軋制過程中要求軋機經(jīng)常調(diào)節(jié)速度，此時采用直流電動機來驅(qū)動。查機械設(shè)計手冊，選取主電機型號Z4-250-31,額度功率,額度轉(zhuǎn)速1500r/min。 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第4章 軋輥系統(tǒng)的設(shè)計

61、 第4章 軋輥系統(tǒng)的設(shè)計 4.1 軋輥的基本尺寸及校核 4.1.1 軋輥的類型及結(jié)構(gòu) 軋輥按照軋機類型可分為板軋機軋輥和型鋼軋機軋輥兩大類。板軋機軋輥的輥身呈圓柱形，冷軋板軋輥的輥身微凸，當(dāng)它受力彎曲時，可保證良好板型。 軋輥由輥身、輥頸和軸頭三部分組成。輥頸安裝在軸承中，并通過軸承座和壓下裝置把軋制力傳給機架。軸頭和聯(lián)接軸相連，傳遞軋制扭矩。軸頭有三種主要形式：萬向軸頭、梅花軸頭、帶鍵槽的或圓柱形軸頭?？紤]到本設(shè)計軋機受力相對較小，且為加工方便，采用萬向軸頭。 4.1.2 軋輥的尺寸參數(shù)

62、 軋輥的基本尺寸參數(shù)是：軋輥名義直徑，輥頸直徑，輥身長度和輥頸長度。冷軋板帶軋機中L/ D1 =2.3~3.5， L/ D2 = 0.8~1.8， D1 / D2 =1.9~3.3 （1）軋輥名義直徑和輥身長度。 軋輥名義直徑：工作輥D1=175mm；支承輥D2=450mm 工作輥輥身長度和支承輥輥身長度相同取。 （2）軋輥的重車率 軋輥從開始使用直到報廢，其全部重車輛與軋輥名義直徑的百分比稱為重車率。在軋制過程中，軋輥輥面因工作磨損，需不止一次地重車或重磨。軋輥工作表面的每次重車量為，重本尺磨量為，軋輥直徑減小到一定程度后即不能再使用。一般

63、冷軋機工作輥重車率為3~6%，支承輥可達10%。本軋機工作輥重磨量為，重車量為，支承輥重磨量為，重車量為。 （3）軋輥輥頸尺寸和輥頸長度。 軋輥輥頸尺寸和輥頸長度與軋輥軸承型式及工作載荷有關(guān)。由于受軋輥軸承徑向尺寸的限制，輥頸直徑比輥身直徑小的很多。因此輥頸與輥身過渡處往往是軋輥強度最差的地方。只要條件允許，輥頸直徑與輥身的過渡圓角均應(yīng)選大些。 此設(shè)計軋輥軸承使用滾動軸承，由于軸承外徑較大，輥頸尺寸不能過大，一般取。 （4-1） 對于工作輥：=87.5~96

64、.25mm （4-2） 實際設(shè)計時，考慮軸承的裝置問題，取d1=90mm,l1=176mm 對于支承輥：=225~247.5mm （4-3） 考慮到實際設(shè)計，d2可取大些，取d2=280mm,l2=377mm。 4.1.3 軋輥的材料及輥面硬度 工作輥和支承輥的材料均選用，冷軋帶鋼軋機支承輥面硬度，工作輥面硬度，輥頸。 4.1.4 軋輥的強度校核 軋輥承受軋制力并直接接觸軋件，軋輥的破壞決定于各種應(yīng)力（其中包括彎曲應(yīng)力、

65、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、接觸應(yīng)力，由于溫度分布不均或交替變化引起的溫度應(yīng)力以及軋輥制造過程中形成的殘余應(yīng)力等）的綜合影響。具體來說，軋輥的破壞可能由下列三方面原因造成：1）軋輥的形狀設(shè)計不合理或設(shè)計強度不夠。2）軋輥的材質(zhì)、熱處理或加工工藝不合要求等。3）軋輥在生產(chǎn)過程中使用不合理。冷軋時的事故粘附也會導(dǎo)致熱裂甚至表層剝落；在冬季新?lián)Q上的冷輥突然進行高負荷熱軋或者冷軋機停車，軋熱的軋輥驟然冷卻，往往會因溫度應(yīng)力過大，導(dǎo)致軋輥表層剝落甚至斷輥；壓下量過大或因工藝過程安排不合理造成過負荷軋制也會造成軋輥破壞等。 在設(shè)計軋機時，通常是按工藝給定的軋制負荷和軋輥參數(shù)對軋輥進行強度校核。由于對影響軋輥強度的各

66、種因素（如溫度應(yīng)力、殘余應(yīng)力、沖擊載荷值等）很難準確計算，為此，設(shè)計時對軋機的彎曲和扭轉(zhuǎn)一般不進行疲勞校核，而是將這些因素的影響納入軋輥的安全系數(shù)中（為了保護軋機其他重要部件，軋輥的安全系數(shù)是軋機各部件中最小的）。為防止四輥軋機板帶軋機軋輥輥面剝落，對工作輥和支承輥之間的接觸應(yīng)力應(yīng)該做疲勞校驗。 （1）支承輥強度校核 軋制時的彎曲力矩絕大部分由支承輥承擔(dān)，對支承輥只需計算輥身中部和輥勁斷面的彎曲應(yīng)力。支承輥的彎曲力矩和彎曲應(yīng)力分布見圖4.2。 圖4.2 四輥軋機支承輥計算簡圖 在輥頸的斷面和斷面上彎曲應(yīng)力應(yīng)滿足強度條件，即 （4-4） 式中 ——總軋制； 、——和斷面的直徑，d1-1=280mm，d2-2=450mm、——和斷面至支反力處的距離，C1=140mm，C2=225mm ——許用彎曲應(yīng)力，對于合金鍛鋼軋輥，當(dāng)強度極限時，。 對于斷面：