高速线材孔型设计

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目录1设计说明 (2)1.1孔型设计概述 (2)1.1.1孔型设计的内容 (2)1.1.2孔型设计的基本原则 (2)2孔型系统的选择及依据 (3)2.1孔型系统的选取 (3)2.1.1粗轧机孔型系统的选取 (3)2.1.2中轧、预精轧及精轧轧机孔型系统的选取 (3)3确定轧制道次 (4)3.1轧机的选择 (4)4分配各道次延伸系数 (5)4.1孔型设计计算 (5)4.1.1确定各道次延伸系数 (5)5确定各道次出口的断面面积 (6)5.1确定各道次轧件的断面面积 (6)6各道次孔型尺寸 (7)6.1孔型设计计算 (7)7孔型在轧辊上的配置 (8)7.1孔型在轧辊上的配置原则 (8)7.1.1孔型在轧辊上的配置 (9)7.2轧辊的平均工作直径及轧辊转速的确定 (9)7.2.1工作辊径的确定 (9)7.2.2轧辊转速的确定 (10)8力能等效计算 (13)8.1力能参数计算 (13)8.1.1轧制温度 (13)8.1.2轧制力计算 (15)8.1.3轧辊辊缝计算 (20)9校核轧辊强度 (21)9.1轧辊强度的校核 (21)9.1.1强度校核 (21)9.1.2第一架轧机轧辊强度校核举例 (24)10电机的选择及校核 (26)10.1电机功率的校核 (26)10.1.1传动力矩的组成 (26)10.1.2各种力矩的计算……………………………………………….....26.10.1.3电机校核 (28)10.1.4第一道次电机功率校核举例 (28)11各孔型图及轧制图表 (30)11.11. 设计说明1.1 孔型设计概述钢坯要在所设计的孔型中轧制若干道次才能获得所要求的断面形状和尺寸,同时孔型设计还与所轧产品的性能、质量及轧机的生产能力、金属消耗、能耗、产品成本、劳动条件都直接相联,所以孔型设计是车间设计重要一环。

1.1.1 孔型设计的内容孔型设计是型钢生产的工具设计。

孔型设计的全部设计和计算包括三个方面:1. 断面孔型设计根据原料和成品的断面形状和尺寸及对产品性能的要求,确定孔型系统、轧制道次和各道次的变形量,以及各道次的孔型形状和尺寸。

2. 配辊确定孔型在各机架上的分配及其在轧辊上的配置方式,以保证轧件能正常轧制、操作方便、成品质量好和轧机产量高。

3. 轧辊辅件设计—导卫或诱导装置的设计导卫装置应保证轧件能按照所要求的状态进、出孔型.或者使轧件在孔型以外发生一定的变形,或者对轧件起矫正或翻转作用等。

1.1.2 孔型设计的基本原则孔型设计是型钢生产中的一项极其重要的工作,它直接影响着成品质量、轧机生产能力、产品成本、劳动条件及劳动强度。

因此,合理的孔型设计应满足以下几点基本要求。

1. 保证获得优质产品所轧产品除断面形状正确和断面尺寸在允许偏羌范围之内外。

应使表面光洁.金属内部的残余内力小,金相组织和力学性能良好。

2. 保证轧机生产率高轧机的生产率决定于轧机的小时产量和作业率。

影响轧机小时产量的主要因素是轧制速度。

作业率取决于工艺的科学、孔型设计的合理、设备的优良、操作的熟练。

3. 保证产品成本最低为了降低生产成本,必须降低各种消耗,由于金属消耗在成本中起主要作用,故提高成材率是降低成本的关键。

因此,孔型设计应保证轧制过程进行顺利,便于调整,减少切损和降低废品率;在用户无特殊要求的情况下,尽可能按负偏差进行轧制。

同时,合理的孔型设计也应保证减少轧辊和电能的消耗。

4. 保证劳动条件好孔型设计时除考虑安全生产外,还应考虑轧制过程易于实现机械化和自动化,轧制稳定,便于调整;轧辊辅件坚固耐用,装卸容易[9]。

2. 孔型系统的选择及依据2.1 孔型系统的选取2.1.1 粗轧机孔型系统的选取1. 1# 轧机的孔型为平箱,2# 轧机的孔型为立箱。

箱形孔型系统的轧件变形较为均匀,角部没有改变,容易温度偏低。

1) 箱形孔型系统的主要优点是:(1) 沿轧件断面宽度变形均匀,孔型磨损较小;(2) 通过这种孔型轧出的轧件比起相同面积的其他孔型来,孔型轧槽切入轧辊深度较小大,故可以允许给以较大的变形量;(3) 可以适应来料断面尺寸的波动,并且在同一孔型中通过调整压下量,可以得到不同断面尺寸的轧件;(4) 在这种孔型中轧制,轧件上的的氧化铁皮易于脱落。

2) 箱形孔型系统的主要缺点是:(1) 在这种孔型中轧出的方形或矩形断面不够规整; (2) 在这种孔型系统中金属只能受到两个方向的轧制加工;(3) 当进入孔型的轧件高度比较大而孔型槽底又较宽时,轧件在孔型中的稳定性不好,易发生倒钢或歪扭现象,这在轧制小断面轧件时尤为严重。

由于箱形孔型系统具有上述特点,在线材生产上它多用于轧制的头几道次,并用于轧制断面尺寸在60× 60毫米以上的轧件。

在400毫米轧机上这种孔型最小轧出断面尺寸为56× 56毫米;在300毫米轧机上这种孔型最小轧出断面为45× 45毫米。

箱形孔型道次延伸系数一般为1. 20 ~ 1.40。

2. 3# ~ 6#轧机的孔型依次为:椭圆—圆—椭圆—圆 这种孔型系统的优点在于:1) 孔型形状能使轧件从一种断面平滑地转换成另一种断面,从而避免金属由于剧烈的不均匀变形面产生局部应力。

2) 在此孔型系统中轧出的轧件没有尖锐的棱角,轧件冷却均匀。

3) 孔型形状及变形特点有利于去除轧件上的氧化铁皮,使轧件具有良好的表面。

4) 必要时可在延伸孔型中获得圆断面成品,从而减少换辊[10]。

2.1.2 中轧、预精轧及精轧轧机孔型系统的选取综合比较各种孔型系统,本设计的中轧、预精轧、精轧及减定径轧机孔型选取椭圆—圆孔型系统。

3. 确定轧制道次由坯料尺寸(150mm×150mm)和所轧制的最小断面的轧件尺寸(Φ6.5mm )确定轧制道次。

考虑到坯料尺寸偏差和热膨胀因素,所以总延伸系数为:68.73645.6]015.1)4150[(220=⨯⨯+==∑πμn F F ……………………………(3) 一般全线平均延伸系数为: 27.1=μ∴轧制道 6.27ln ln ==∑μμN (4)取整得28N,精轧最后两架为减径机。

轧机最后为两架定径机(不考虑在内)。

参考现场实际生产情况及相关资料将26+4架轧机分为粗轧、中轧、预精轧、精轧及减定径五组机组。

其中粗轧6架,中轧6架,预精轧6架,精轧8架,减定径机4架。

3.1 轧机的选择各机组主要参数如表7表1轧机主要技术参数4. 分配各道次延伸系数4.1 孔型设计计算4.1.1 确定各道次延伸系数典型产品(Φ6.5mm)总延伸系数为736.68由延伸系数的分配原则确定各道次延伸系数见表8表2各道次的延伸系数5. 确定各道次出口的断面面积5.1 确定各道次轧件的断面面积按逆轧顺序进行计算:由公式[7]: n n n F F μ=-1112---=n n n F F μ 223---=n n n F F μ. . .221μF F = (5)所以,各道次轧件断面面积如表9表3各道次轧件断面面积6. 各道次孔型尺寸6.1 孔型设计计算由程序计算得各个孔型尺寸如下表:表4 孔型参数在孔型系统及各孔型的尺寸确定后,还要合理地将孔型分配和布置到各机架的轧辊上去。

配辊应做到使轧制操作方便,保证产品质量和产量,并使轧辊得到有效的利用。

7. 孔型在轧辊上的配置7.1 孔型在轧辊上的配置原则为了合理配置孔型,一般应遵守如下原则:1. 孔型在各机架的分配原则是力求轧机各架的轧制时间均衡。

2. 根据各孔型的磨损程度及其对质量的影响,每一道备用孔型的数量在轧辊上应有所不同。

如成品孔和成品前孔对成品的表面质量与尺寸精确度有很大影响,所以成品孔和成品前孔在轧较长度允许的范围内应多配几个,这样当孔型磨损到影响成品质量时,可以只换孔型,而不需换辊。

3. 确定孔型间随即辊环宽度时,应同时考虑辊环强度以及安装和调整轧辊辅件的操作条件:1) 辊环强度取决于轧辊材质、轧槽深度和辊环根部的圆角半径大小。

2) 钢轧辊的辊环宽度应大于成等于槽深高度之半。

3) 铸铁辊的辊环宽度应大于或等于槽深高度。

4) 确定辊环宽度时除考虑其强度外,还应考虑导板的厚度或导板箱的尺才以及调整螺丝的长度和操作所需的位置大小,边辊环宽度中小型轧机取 80~120mm。

7.1.1 孔型在轧辊上的配置孔型在轧辊上的配置包括:垂直方向上的配置和辊身长度方向上的配置。

垂直方向上的配置和轧辊的名义直径、原是直径、工作直径有关;而孔型在辊身长度方向上的配置要考虑的因素有:1. 成品孔和成品前孔应尽量争取单独配置,即不配置在同一架轧机的同一轧线上,以便实观单独调整,保证成品质量。

2. 分配到各架轧机上的轧制道次应力争使各架轧机轧制时间负荷均衡,以便获得较短的轧制节奏,有利于提高轧机产量。

3. 根据各个孔型磨损对成品质量影响程度不同,在轧辊上孔型配置数目也不相同。

成品孔应尽可能多配,成品前孔和再前孔根据条件和可能也应多配一些。

这样做的另一好处是可以减少换辊次数、减少轧辊储备数量,并能降低轧辊消耗。

4. 轧辊相邻孔型间的凸台叫辊环,在轧辊长度方向上要留有足够的宽度,以保证辊环强度和满足安装导卫和调整的要求。

在满足了上述要求的条件下辊环宽度可适当减小。

以便能多安排孔型数目。

铸铁辊环的宽度一般可考虑等于轧槽深度,而钢辊辊环可以小些轧辊两端的辊环宽度对于大中型轧机可取100mm 以上,而对小型轧机~般在50~100mm 的范围内选取。

至于在孔型倾斜配置的情况下,还应考虑设置止推斜面辊环的要求。

本设计轧辊配辊图见附图。

7.2 轧辊的平均工作直径及轧辊转速的确定7.2.1 工作辊径的确定1. 粗中轧机(1~14#轧机)工作辊径的确定箱形孔:h D D w 85.0-= ………………………………………………(6) 01.1)33.1(⨯-=h D D w 椭圆孔: ………………………………………(7) h D D w 56.1-=圆孔: …………………………………………………(8) 式中:w D 为轧辊工作直径D 为辊环直径 h 为孔型高度根据以上公式计算粗中轧机工作辊径如下表。

2. 预精轧、精轧、减定径机(15~30#轧机)工作辊径的确定椭圆孔:01.1)33.1(⨯-=h D D w ………………………………………(9) 圆孔:01.1)35.1(⨯-=h D D w ………………………………………(10) 式中:w D 为轧辊工作直径D 为辊环直径 h 为孔型高度根据以上公式计算预精轧、精轧、减定径机工作辊径如下表。

表5短应力线轧机工作辊平均辊径表6碳化钨悬臂轧机工作辊平均辊径表中27#、28#为减径机孔型,29#、30#为定径机,其孔型与28#相同。

7.2.2 轧辊转速的确定轧辊转速是主要的生产操作参数之一。