冷轧轧制规程设计

课程设计说明书

设计题目：冷轧学院、系：专业班级：学生姓名：指导教师：成 绩： *1000 mm轧制规程设计

年 月 日

冷轧 mm轧制规程设计

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一、冷轧产品及用途

冷轧产品主要有超低碳、超深冲IF钢系列、链条用钢系列、低碳低硅冷板系列、搪瓷钢系列、自行车用钢系列、烘烤硬化钢系列、含磷钢系列、客车车厢用钢板系列、家用电器钢板系列、低合金钢系列等。

产品主要用于建筑、桥梁、机车车辆、汽车、压力容器、锅炉、电器等。 二、冷轧薄板生产工艺流程

原料（热轧板卷） 酸洗 淬火、碱、酸洗 冷轧 检查、清洗 淬火、碱、酸洗 电解清洗平整 连续镀锡镀锡板 退火 退火 脱碳退火 连续镀锌 平整 平整 成品退火 剪切 矫直 横剪纵剪检查重卷拉伸热平整瓦垄机组横剪涂层机抛光 横剪镀锌板酸洗热轧带钢 普通深冲板 电工硅钢板 涂层板不锈钢板

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三、规格

根据鞍钢冷轧一号线1700连轧机组进行设计。 1、采用四辊轧机五机架连轧

（1）工作辊直径：（520～600）mm ，选600 mm ； （2）支承辊直径：（1400～1526）mm ,选1500 mm 。 2、成品尺寸：*1000 mm 3、原料规格：

（1）选取钢种：Q215；

（2）根据经验资料，选取原料尺寸为*1000 mm 的热轧板卷。 四、轧制规程制定 1、压下规程的制定

根据经验采用分配压下系数表1，令轧制中的总压下量为∑Δh，则各道的压下量

hi为：

hibih

式中：bi－压下分配系数。

各种冷连轧机压下分配系数

机架数 1 2 3 4 5 2 bi 道次（机架）号 3 —— 4 —— —— 5 —— —— —— 根据表中的bi计算出各道次压下量为：

h10.6,h20.5,h30.5,h40.5,h50.1

在确定各架压下分配系数，亦确定各架压下量或轧后厚度的同时，还需根据经验分析选定各机架之间的单位张力。

参考经验数据，初步制定压下量及前、后张力如表2所示：

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表2 产品压下量及前、后张力

道次 Hi/mm hi/mm hi/mm 前张力后张力/MPa 1 2 3 4 5 2、计算轧制力

70 80 90 100 50 /MPa 50 70 80 90 100 各机架摩擦系数的选取：因第一道次要保证顺利咬入，不喷油，故取，以后喷乳化液，取值。

本设计采用公式计算平均单位压力：

ex1(KQ) pxfl'Hh上式中：x；h

2hl'——考虑轧辊弹性压扁的变形区长度；

K——平面变形抗力，K1.15s；

Q——前后张力平均值，Qq1q0(q1前张力、q0后张力) 2计算步骤如下： (1)确定变形抗力

由于在变形区内各断面处变形程度不等，因此，通常根据加工硬化曲线取本道次平均总压下率所对应的变形抗力值s。平均总压下率按下式计算：

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=0.400.61

式

中

：

——本道次轧前的预变形量；

1(H0h)H0——本道次轧后的总变形量；

H0——冷轧前轧件的厚度；

H——本道次轧前轧件的厚度；

——本道次轧后轧件的厚度。

根据Q215典型产品的含碳量，由加工硬化曲线查出对应于的s值，然后计算平面变形抗力：K1.15s。

由

Qq1q02求出平均单位张 力

Q，则可

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得到

K'KQ的值。

(2)求x的值

x的值根据轧辊压扁时平均单位压力图解（斯通图解法）得到。先根据具体轧制条

件计算出参数z2和y的值：

z2（fl/h)2

式中：f——摩擦系数； l—

—

接触弧长，lRh，R—工ZX作辊半径。

y2af(KQ)h

8(1u2)R式中：a

Eu——泊松比，取；E——弹性模量，取E=210GPa，代入计算得：

8(10.252)300a0.0034 53.142.110然后在斯通图解中z2尺和y尺上分别找出对应其值的两点，连成一条直线，此直

ex1线与S形曲线的交点即为x的值。根据x值查表便可得的值。

x(3)求平均单位压力p及总压力P

ex1ex1(KQ)即可算出平均单位压力p。 将KQ的值和的值代入pxx总压力为：

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PBl'p

式中：l'——由l'xh 计算得到； f B——轧件宽度，B1000mm

对各道次依次按上述步骤进行计算，计算结果如表3所示。

表3 各道次计算结果

道次 1 2 3 4 5 道次 1 2 3 4 5

0 /% 0 39 57 68

z

1 /% 39 57 68 71



/% 13 32 50 64 70

s

/MPa 390 510 625 725 770

x

Q

K'

/MPa

l'

l

/mm

p

h

/MPa 60 75 85 95 75

/mm

z

2y

ex1 x

P

/KN

/mm 15

/MPa

3、轧辊转速的确定

根据经验值，轧件由末架轧机轧制完成后的出口速度一般为19～25m/s,选取末架轧机轧件的出口速度为22m/s，根据秒流量体积条件：

hV11h2V2h3V3h4V4h5V5

求出轧件在各架轧机的出口速度V。 利用前滑值计算轧辊的转速： 计算步骤如下：

（1）先计算出咬入角：arccos(1h) D7

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（2）利用咬入角计算出中性角：2(12f)2180(12f180)

（3）通过中性角求出前滑值Sh：ShV 1Sh2hiR

（4）计算轧辊线速度v：v（5）计算轧辊转速n：nv D对各道次依次按上述步骤进行计算，计算结果如表4所示：

表4 各机架计算结果

机架号 1 2 3 4 5   Sh V/ms1 v/ms1 n/rmin1 表5 压下规程

22 道次 Hi/mm hi/mm hi/mm % 轧速前张力后张力p/MPa _P/KN /ms1 /MPa /MPa 1 2 3 4 5 25 70 80 90 100 50 50 70 80 90 100 五、设备校核 1、轧辊各部分尺寸确定

轧辊直接承受轧制力和转动轧辊的传动力矩，属于消耗性零件，就轧机整体而言，轧辊安全系数最小，轧辊强度往往决定整个轧机负荷能力，因此，要对轧辊进行校核。

轧辊材质为合金锻钢，许用应力=200MPa，许用接触应力=2400MPa；许用接触

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剪应力=730MPa。

轧辊各部分尺寸分别为：

工作辊：辊身直径D=600mm，辊身长度Ls=1600mm，；支撑辊：辊身直径Dz=1500mm，辊身长度Ls=1600mm 。据此确定轧辊其它参数已备校核。

工作辊辊颈直径：dg(0.50.55)Dg0.55600330mm； 工作辊辊颈长度：lg(0.831.0)dg0.9330297mm； 工作辊压下螺丝间的中心距：LgLslg2lg216002972971897mm； 22支撑辊辊颈直径：dz(0.50.55)Dz0.551500825mm； 支撑辊辊颈长度：lz(0.831.0)dz0.9825743mm； 支撑辊压下螺丝间的中心距：LzhLslzlz74374316002343mm。 2222辊头均采用扁头万向接轴辊头，其主要尺寸如下：

DDg(515)60010590mms(0.250.28)D0.28590165.2mma(0.50.6)D0.6590354mmb(0.150.20)D0.2590118mmc(0.51.0)b0.611870.8mm

2Ds5902165.22b2()2()22()()566.4mm2222a354x1177mm220.208轧件宽度B1000mm。

表6 五机架连轧机各机架校核所需数据

机架号 1 2 轧制压力P/KN 转速n/ 电机功率/KW 14000 15500 张力差/MPa 20 10 9

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3 4 5 15500 15500 14000 10 10 50 由上表可看出，第四架轧机的总压力最大，所以以第四架轧机为例进行校核： 四辊轧机支撑辊与工作辊承受的弯矩之比等于直径比的四次方，其弯曲力的分配也和弯矩一样，即

4PzDz1500 39PgDg6004而PzPgP16166.56KN，得到

PgP16166.56404.16KN 4040PzPPg16166.56404.1615762.40KN

2、支撑辊强度校核

Mz(KNm) Pz2 Pz2 6080.35KNm

图1 支撑辊弯矩图

(1)辊身中央处承受最大弯矩：

LL2.3431.6MzPzzhs15762.406080.35KNm 4848辊身中央处产生的最大弯曲应力为：

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maxMz6080.3518.02MPa[]200MPa 330.1Dz0.11.5所以，支撑辊辊身满足强度要求。

(2)辊颈的危险断面在辊颈与辊身接触处，该处弯矩为： MdPl15762.400.743zz2927.87KNm 44则该危险断面出的弯曲应力为： dMd2927.8752.14MPa[']2400MPa 330.1dz0.10.825所以，支撑辊辊颈强度满足要求。 3、工作辊强度校核

Mg1 30.312KNm

Mg2 0.524KNm

Mg 30.317KNm

图2 工作辊弯矩图 (1)工作辊辊身中央处承受的垂直弯矩为：

LB1.6130.312KNm Mg1Pgs404.168888Pg2 Pg2 水平带张力差作用在辊身中央产生的水平弯矩为：

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Mg2LgB1.8971T100.310.524KNm

816816辊身中央处的合成弯矩为：

MgMg12Mg2230.31220.524230.317KNm 则工作辊辊身中央处的最大弯曲应力为： gMg0.1Dg330.3171.4MPa[]200MPa 30.10.6所以，工作辊辊身强度满足要求。 (2)工作辊辊头强度校核

D

a

图3 工作辊辊头图 N155001000Mn9550955088.38KNm

n594.3辊头采用扁头万向接轴辊头，工作辊端部用键和万向接头连接，则：

x0.5(b22b)sinx10.5(566.4118)sin2177185.5mm 33其中：x——合力P的力臂，mm; x1——铰链中心1-1断面的距离。

工作辊辊头接轴扁头(带切口)强度按梅耶洛维奇经验公式计算：

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j1.1Mnb3x9x2()226(bb)bs231.188.3810001000118223185.59185.5() 260.208(566.4118)118165.22369.39MPa200MPa辊头接轴叉头的最大应力按下式计算： 27.5Mn(2.5k0.6)27.588.3810001000(2.51.080.6)39.05MPa 33D59023其中：k10.0510.05231.08

2所以辊头强度满足要求。 (3)支撑辊与工作辊接触应力校核 工作辊与支撑辊材料相同，所以

''0.3,E200GPa,2400MPa,730MPa

接触表面单位长度上的负荷： q接触应力：

P16166.5610104.1KN/m Ls1.6max0.418 0.418qE(r1r2)r1r210104.110000.30.752001000 0.30.75'1283.64MPa2400MPa'max0.304max0.3041283.64390.23MPa730MPa

所以，轧辊满足强度要求。

根据以上结果，轧辊各部分均满足强度要求。 4、电机功率校核

以第四架为例进行校核：

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(1)轧制力矩

Mz2xPgl20.3404.163000.32300.52Nm 其中：x——力臂系数，取； Pg——轧制压力；

l——接触弧长度，lRh。 (2)摩擦力矩

Mm1Pgdgf1404.160.330.056668.64Nm Mm21MzMm112300.526668.6411155.71Nm i0.971.7856其中：dg——工作辊辊颈直径：

f1——轧辊轴承中摩擦系数，f10.050.08，取； ——粘性系数，取； i——传动比，其值为。 Mm(3)空转力矩

Mm1iMm26668.64155.713890.39Nm

1.7856Mk0.030.06MH0.06MH0.0688.381035302.8Nm

式中：MH——电机额定转矩，MHMn88.38KNm 所以传动轧辊电动机轴上所需的力矩为:

MMz2300.52MmMk3890.395302.810.48KNmMH i1.7856所以第四架电机功率满足要求。

同理可算得其它各机架电机功率均满足要求。 六、咬入能力校核

轧机要能够顺利进行轧制，必须保证咬入符合轧制规律，所以要对咬入条件进行校

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核。

hD1cos式中： D——工作辊直径；

h——轧件的压下量； ——咬入角； ——摩擦角。

原料在第一架轧机咬入比较困难，所以对第一架进行咬入能力的校核。校核如下： 由公式hD1cos得到： arccos(1h) D已知D600mm，f0.08，h0.60mm，所以：

arccos(1而ftan，得到：

0.60)2.563 600 arctanfarctan0.084.57

由于2.5634.57，因此，第一架轧机可以实现带钢顺利咬入。

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