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1、材料成型课程设计LI I x I xffl.1SSiKb .* i，= 二刘辉0890240842012年1月课程设计简介课程名称：材料成型课程设计课程类型：必修课教学对象：材料成型专业本科生设计目的：材料成型课程设计是材料成型专业必修课之一，是课程教学的一个重要 环节。其轧钢方向的课程设计要求达到以下目的：1）把塑性工程学、塑性加工原理、塑性加工车间设计、 孔型设计等专业课程中所学的知识在实际设计工作中综合加以运用， 巩固所 学的专业知识，提高对专业知识和相关技能的综合运用能力。2）本次设计是毕业设计前的最后一个教学环节，为进一步培养学生工程设 计的独立工作能力，团队协作意识，树立正确的设计
2、思想，掌握工艺设计的基本 方法和步骤，为毕业设计工作打下良好的基础。课时安排：2周设计题目：根据学生人数进行分组，每组一个大题目，题目给出必要的设备参数和工艺 条件，要求每个学生完成不同的任务。题目举例：热轧板带工艺设计热轧中厚板工艺设计热轧棒材工艺设计设计内容：板带工艺：产品技术要求工艺流程规程设计（包括力能参数计算）工艺布置图（AutoCAD ）型钢工艺：产品技术要求工艺流程孔型设计（包括力能参数计算）孔型图（AutoCAD）基本要求：每生要求独立完成工艺流程、规程设计（孔型设计），掌握工艺设计的基本内容，基本步骤和方法，熟练使用AutoCAD进行工程图的绘制。具体要求：1） 独立完成自己
3、所负责的内容；2） 熟练搜集查阅文献资料；3） 综合运用所学的专业知识进行设计计算；4） 熟悉计算机绘图、文字及图表处理；5） 完成设计报告，要求文字通畅，结构明晰；6） 严格按照课程设计进度和教师要求，高质量地完成课程设计工作。考核：每生交一份完整工艺设计报告（打印）（40%）,平时成绩（30%）,课程结 束时就各学生所完成的内容进行答辩（30%）。进度安排：产品技术要求1天工艺流程 0.5天规程设计（孔型设计）5天工艺图（孔型图）绘制1.5天课程设计报告2天题目内容：主要设备参数项目粗轧机出1机轧机型式四辐可逆轧机PC轧机工作辗辗身尺寸/mm?850950 X 3800?850950 X
4、3800支撑辗辗身尺寸/mm?17001800X3700?17001800X3700工作辗辗颈尺寸/mm?500 义 480?450 义420支撑辗辗颈尺寸/加?1200X 1150?1200 X1150工作辗材质合金铸铁合金铸铁支撑辗材质铸钢铸钢最大轧制压力/MN7070最大轧制力矩/MN*m2X2.62X 1.975最大轧制速度/m*s-14.2396.123最大工作开口度/mm500400主电机功率/Kw2 X 50002X5500主电机转速/rpm04590065130压卜速度/mm*s 12515本设计主电机的功率分别选用：粗轧机组Phi =2 ）5000 Kw精轧机组Ph2 =2
5、）5500 Kw计算钢种：Q235坯料及产品规格：坯料采用 2000X1500X200 mm的连铸坯，产品规格如下:6*20008*200010*200012*20006*22008*220010*220012*22006*25008*250010*250012*25006*28008*280010*280012*28006*30008*300010*300012*30006*32008*320010*320012*320014*200016*200018*2000 20*200014*220016*220018*2200 20*220014*250016*250018*2500 20*250
6、014*280016*280018*2800 20*280014*300016*300014*3200 16*3200设计任务：1设计轧制规程；2计算各道轧制力；3画平面布置简图。具体为：1）在咬入能力允许的条件下，按经验分配各道次压下量，这包括直接分配各道次绝对压下量或压下率、确定各道次压下量分配率（&h/ Ah）及确定各道次能耗负荷分配比等各种方法；2）制定速度制度，计算轧制时间并确定逐道次轧制温度;3）计算轧制压力、轧制力矩及总传动力矩；4）检验轧辗等部件的强度和电机功率；5）按前述制定轧制规程的原则和要求进行必要的修正和改进热轧中厚板工艺设计1产品技术要求钢种为 Q235,尺寸规格 1
7、6mm x 2000mm。1.1 成品状态钢板可以采用常规轧制，TMCP控轧，常化或调质处理。1.2 表面钢板的表面状态分为黑皮、喷丸、涂漆、喷丸+涂漆。钢板要求表面缺陷少、光整平坦而洁净，不得有对使用有害的质量缺陷，当钢板表面有缺陷时， 通过修磨或焊接出去缺陷或进行修补。1.3 尺寸、重量、外形尺寸及重量偏差要求在允许偏差范围内，钢板外形要求矩形度良好，四角充满，可采用切边处理或免切边工艺。1.4 性能屈服强度三235MPa,抗拉强度 375500MPa, 16mm厚度时伸长率呈26,碳当量小于0.3%,强度、塑性指标和焊接性能得到较好配合，具有一定的弯曲冲压性能。1.5 化学成分Q235A
8、级含C0.22%Mn1.4%Si0.35%S0.050%P 0.045%Q235B级含C0.20%Mn1.4%Si0.35%S0.045%P 0.045%Q235C级含C0.17%Mn1.4%Si35%S0.040%P 0.040%Q235D级含C0.17%Mn1.4%Si0.35%S 0.035%P 1 ,否则用h/1 1 o平均厚度可通过如下公式计算：h = Rh/ 2 -R2 1 h式中 a =co $1(1 -Ah/D ), rad；R取最大值；3.7.2 各道轧制力忽略宽展，各道次轧制力可按下式计算：P = F p = B1 p式中 B为轧件宽度。3.7.3 计算传动力矩在轧制过程中
9、，传动轧车1所需力矩有下面4个部分组成：MzM z M f Mk Mdi式中 Mz 轧制力矩，使轧件塑性变形所需力矩；Mf 克服轧制时发生在轧辐轴承，传动机构等的附加摩擦力矩；Mk 空转力矩，克服空转时的摩擦力矩；Md 动力矩，克服轧辐不匀速运动时产生的惯性力；轧辐与主电机间的传动比，使用人字齿轮传动，传速比为1。1）轧制力矩轧制力矩计算式：Mz = 2P l式中 p轧制压力；4力臂系数，热轧中厚板取0.400.50,粗轧道次取0.50,精轧取0.40;l变形区长度2）附加摩擦力矩组成附加摩擦力矩的基本数值有两大项：轧辐轴承的摩擦力矩和传动机构的摩擦力矩。MfiM f = iDt )Mz式中
10、M fi 轧辐轴承中白摩擦力矩，Mfi = pX d1M fi ；di 支撑辐辐颈直径;fi轧辐轴承摩擦系数，油膜轴承取0.003;传动机构效率，齿轮传动取0.97。3）空转力矩一般轧机的空转力矩按经验办法确定，取电机额定力矩的3%6%。Mk = （0.030.06）Mh式中 M H 电动机额定转矩，M H =9549PH , N m;nHPH 电机额定功率，kW；nH 电机额定转速， rpm。对新式轧机取下限，旧式轧机取上限。4)动力矩本设计粗轧阶段采用变速轧制，故须产生克服惯性力的动力矩。其数值可由下式确定:Md2GD2 dnX 375 dt2式中 GD 转动部件的飞轮矩；dn dt角加速
11、度，rpm/s飞轮矩的确定：GD2 = 4gJ = 4gmR2 /2 = mgD2 /2式中 m工作车!质量，kg, m = PV ,铸铁P = 7.4g/cm3；2g重力加速度， g =9.8m/sD工作辐直径轧制阶段道次变形抗力仃(MPa)单位压力p(MPa)轧制力P(MN )轧制力矩Mz( MN m)传动力矩M(MN m)粗轧1104.0221135.894635.043954.5184954.8117662107.1358132.909733.280554.166724.4456563111.2565134.831133.246184.0988654.3756354113.365614
12、5.577632.97263.7340653.9990175118.0612168.794736.787944.0088734.289798精轧6121.9315194.824136.029282.6651932.8828357124.2112212.251929.256911.6131151.7849528120.0614192.755716.804050.5859770.7016554轧辐强度校核四辐轧机由于支撑辐的作用负荷分配发生变化，支撑辐抗弯截面系数较工作辐大，因此轧制时的弯曲力矩绝大部分由支撑辐承担。在校核支撑辐强度时， 按全部载荷考虑。工作辐 只传递扭矩，计算强度时忽略弯曲强度只
13、考虑扭转切应力。辐系受力图:工作辐强度校核:粗轧机辐颈扭转切应力:4.82 2Wn= 96.4MPa一一 一 30.2 0.53Mn精轧机辐颈扭转切应力:292 一一一Wn3 = 79.56MPa0.2 0.453工作辐材质为合金铸铁，其许用应力为140MPa,强度校核通过。支撑辐强度校核:由图可知，辐身危险截面位于轧辐中央处，最大弯矩为:3700）=27.6MN 8a L4855 :小（4 一 L）: 36.工Mmax0.1D3辐身中央弯曲应力:27.63 = 56.18MPa0.1 1.73辐颈危险截面位于辐颈辐身联接处，最大弯矩为:_ a - L M max = Pmax = 36.8m
14、ax max44850 - 37004=10.58MN m该处弯曲应力:0.1D310.580.1 1.23=61.23MPa支撑辐材质为铸钢，其许用应力为160MPa,强度校核通过。5车间平面布置图1一板坯二次切割线；2连续式加热炉；3一高压水除鳞箱；4一粗轧机；5PC轧机；6ACC快冷装置；7热矫直机；8宽冷床；9特厚板冷床；10一检查修磨台架；11超声波探伤装置；12切头剪；13双边剪和剖分剪；14一定尺剪；15横移修磨台架；16冷矫直机；17一压力矫直机；18热处理线；19涂漆线；20成品库6结语本次课程设计使我重新熟悉了曾经学过的内容，比如轧制理论、轧钢工艺学、冶金机械等等。在设计过程中我又把控制轧制的理念融合了进去，走了一些弯路，得到了很多教训。设计初始，过于强调细化晶粒提高强韧性，采用低温轧制，强化压下的办法，却忽略了轧机和主电机本身的局限，造成轧制力急剧上升，轧制力矩远远超出电机能力。还有一点， 课题给出的钢种为 Q235,采用控制轧制虽能提高性能，但也付出了成本大幅增加的代价, 从生产的角度来说，得不偿失。教训即是收获。除此以外，通过本次设计，我熟练的掌握了中厚板压下规程的编排方法, 也熟悉了 AutoCAD制图的使用，同时在查阅资料的过程中，也了解到了中厚板生产的相关 知识，受益良多。最后，感谢曹杰老师对我的指导。
材料成型课程设计——热轧中厚板工艺设计
