四辊冷轧机设计

毕业设计（论文）任务书专业 机械设计制造及其自动化 班级 姓名 下发日期 2011-3-6题目 四辊冷轧机设计之一190/54专题 轧辊系统设计主要内容及要求1.计算本设计道次（第一道次 2.75mm-1.80mm）的轧制力、轧辊的驱动力矩、选择电动机；2.该系统主要零部件强度、刚度校核并选取轧辊的轴承；3.完成轧辊总图设计；4.工作辊装配图设计；5.撰写设计说明书，要求内容完整、编写规范。主要技术参数1.轧制材料：Q235 2.原料规格： 2.750m3.轧制规程： 4.轧制速度：2.75180.421/s进度及完成日期3 月 6 日3 月 19 日：山东石横特钢集团有限公司参观实习，写实习报告及查阅相关资料。3 月 20 日3 月 27 日： 比较各种结构，选择最优设计方案。3 月 28 日4 月 10 日：对整机及部件进行设计计算。4 月 11 日5 月 21 日：CAD 制图。5 月 22 日6 月 4 日 : 编写设计说明书。6 月 5 日6 月 20 日 : 毕业答辩审查准备。教学院长签字 日 期 教研室主任签字 日 期 指导教师签字 日 期指 导 教 师 评 语指导教师: 年 月 日指 定 论 文 评 阅 人 评 语评阅人: 年 月 日答 辩 委 员 会 评 语指导教师给定成绩(30%)评阅人给定成绩(30%)答辩成绩（40%） 总 评答辩委员会主席签字评定成绩本科毕业设计（论文）说明书I摘 要本轧机为 小型四辊冷轧机，其特点是工作稳定、操作简单、轧制190/54板形好。本设计主要是针对此轧机的轧辊系统，考虑到产品的稳定性、结构布局、使用寿命，进行轧辊的尺寸计算、刚强度校核、弯曲变形校核、轧辊轴承的选择和使用寿命校核。同时采用了工作辊传动，这种形式对轧制过程比较有利。设计中运用斯通公式计算轧制力，由于轴承座的固定性，轴承座要承受偏负荷，轴承磨损严重不但减小使用寿命而且影响轧辊的外形进而对轧制板形产生极大的影响，轧制力大时影响更明显。因此轧辊的尺寸设计、材料选择很重要而且必须对轧辊和轴承进行必要的校核。关键词：四辊冷轧机、轧辊、轧辊轴承、轧制力本科毕业设计（论文）说明书IIAbstractThe mill is small four-high cold rolling mill, characterized by 190/54stability、simple in operation and good shape by rolling. This design main for the mills roller system, take the mills stability、configuration and the service life, its necessary to checkout the intensity、barely and distortion by bending of the rollers and the service life of the bearing besides calculate the sizes of the rollers and choosing the bearings. At the same time, drive work roll is the main drive mode for this mill, which form is more favorable for the rolling process.Its well-off during the design. In the design I have found that due to the fixity of the bearing chock, the biased load will appear in the bearing chock, and the bearings will fray badly, which leads to the short service life of the bearings and influences the rollers shape , and then influence of the sizes of the rolling steels, the infection will be strictness under the heavy roll force. Therefore, its important to design the rollers size and choose of the material, it is must to checkout the rollers and the bearings.Keywords：4-high cold rolling mill、roller、roller bearing、roll force本科毕业设计（论文）说明书III前言50 年代以来，我国的钢铁工业取得了巨大的成就，轧钢生产是将钢锭或钢坯轧制成钢材的生产环节。用轧制方法生产钢材，具有生产率高、品种多、生产过程连续性强、易于实现机械化和自动化等优点。因此，它比锻造、挤压、拉拔等工艺更广泛地应用。目前，约有 90%的钢材都是经过轧制成材的。到 20 世纪 70 年代初，轧机的轧辊直径已增大到了 1500mm。我国从 1959 年开始自行设计制造开坯机，目前已制成 700mm，750mm，850mm，1150mm 初轧机。20 世纪 80 年代以来，轧机得到了飞速发展，从过去单纯追求速度比产量过渡到同时对质量的要求。现在，轧制技术飞速发展，轧制设备趋向于方便、高效，尤其是板材轧制设备趋于多样、适用、易改进等。因此，具有更加灵活性轧制品种多、使用要求低的四辊单机座轧机也得到了不断的改进和发展，在中小型钢厂中得到广泛的应用。它具有如下几个特点：1. 工作稳定性要好；2. 刚性要求要高一些；3. 轧缝的控制简单、便利；4. 轧制板材的质量高、板型好。虽然冷轧板材的生产成本、投资费用虽然很高，但是冷轧板材的性能和质量都比热轧好，在同样的用途下，可以节约金属材料达 30%，某些工业发达国家如美国使用的薄板，几乎 100%是冷轧的，而冷轧板材的板形直接关系到板材的质量。板形的好坏取决于金属在辊缝中塑性变形的一瞬间，而轧辊是直接与金属接触，相接触的部件，所以轧辊的设计成功与否直接影响板形的好坏，轧辊的设计基本上说明了世界各主流轧机板形的调控能力。针对目前的现状和达到本次设计的目的，我有幸去济钢进行了实习，在具有先进技术水平的中板厂、中厚板厂、冷连轧厂、热连轧厂等厂的参观学习中，掌握了一些冶金机械知识并对轧机的结构、工作原理等有了一定的了解认识。本次要做的是 190/ 500 450mm 四辊冷轧机设计之一轧辊系统的设计，要求轧制带宽 200mm，轧制速度 1.5m/s，将板带厚度由 2.75mm 轧制到 1.2mm。本设计书共分四部分：总论部分、确定设计方案部分、设计计算部分和外文资料本科毕业设计（论文）说明书IV部分，并附参考资料、附录等，力求详尽的介绍本设计的内容。在设计中，主要计算了轧制力、轧制力矩、轧机主电动机功率、校核轧辊刚度、强度以及选择轧辊轴承并对轴承进行了校核。新技术、新工艺、新设备的出现，使冶金生产发生了巨大的变化，中国的钢铁工业也在迅速的发展，钢产量已跃居世界第一，但主要还是资源消耗式增长，离世界先进的冶金水平还有一定的差距，这就要求我们要不断地对轧钢机械设备进行改进和创新，只有这样才能使我国的钢铁工业走到世界的前列。由于本人水平有限，错误在所难免，诚恳地欢迎老师指正批评。本科毕业设计（论文）说明书V目录摘要 .IAbstract.II前言III目录 .V第 1 章 绪论 11.1 课题研究的意义及现状 .11.2 冷轧机的类型、工作原理及其特点 .21.3 冷轧带钢的生产工艺 .51.4 轧钢技术的发展前景 .81.5 论文主要研究内容 .9第 2 章 设计方案的确定 102.1 工作制度 .102.2 主传动形式 .102.3 压下装置的结构形式 .122.4 上辊平衡装置 .132.5 轧辊轴承 .142.6 设计方案的确定 .14第 3 章 设计计算 153.1 轧制力能参数的计算 .153.2 咬入条件的校验 .173.3 轧制力计算 .173.4 轧制力在接触弧上作用点的位置.213.5 轧制力矩的计算.223.6 工作辊传动的四辊轧机轧辊的稳定性.243.7 轧机主电动机力矩与电动机功率.253.8 轧辊的基本尺寸及校核.263.9 轧辊轴承的选择及校核.37第 4 章 结论 414.1 设计中存在的问题及改进方法.41本科毕业设计（论文）说明书VI4.2 价值及成本核算.41毕业设计小结 43参考文献 43致谢 43附录 45附件 1 .47附件 2 .52本科毕业设计（论文）说明书1第 1 章 绪论1.1 课题研究的意义及现状20 年代，随着二辊可逆轧机的出现，轧制效率大大提高。四辊可逆轧机出现于 30年代。60 年代末，随着二次冷轧机和箔材轧机，平整轧机光整轧机的出现，使冷轧的可轧厚度大大减少，目前，最小可达 0.001mm。冷轧带钢生产始于 1660 年，在国民经济中占有十分重要的地位。随着容器包装、精密仪器、汽车的制造、房屋建设、机械制造和船舶工业的迅速发展以及家用电器和各种日常生活的需求量成倍增长，对冷轧带钢的需求量也迅速增加。冷轧带钢是在二辊轧机上进行的。自此以后，无论是国内还是国外，冷轧都得到广泛应用，轧辊轴颈和轴承的改进也促进了冷轧机的应用。板带冷轧钢的发展，只是在近代随着技术的进步，才真正得到了推动。冷轧钢板及带钢今年来得到较大的发展。冷连轧机末架出口速度可达 2541.7m/s。为了提高产量，冷卷卷重已达 60t。一套冷连轧机年产量可达 250 万 t。由于冷轧带钢厚度公差要求高，为增加轧机压下装置的响应速度，在冷轧机上采用了全液压压下装置及厚度自动控制装置。因此，在带钢冷连轧机上，广泛地采用液压弯辊装置或抽动工作辊装置来改善板形。对于高速、高产量的带钢冷连轧机，实现了计算机控制。初轧机具有以下特点：1）提高自动化程度，从均热炉到板坯精整均已实现自动控制。2) 提高钢坯质量，改进精整工序，采用大吨位板坯剪切机及在线火焰清理机。3）向重型化方向发展，轧制钢锭重量达 4570t，最高年产量达 500600 万 t。4）万能式板坯初轧机迅速发展，轧机带有立辊，减少轧件翻钢道次和轧制时间。连续铸钢技术的迅速发展，连铸比将达到 80%或更高。这样，初轧机将不会有更大的发展，只能起到配合和补充连铸生产的作用，许多初轧厂都面临改造的任务。进些年来冷轧带钢生产技术及设备又有新的发展：1）板形控制技术。冷连轧及普遍应用了液压弯辊技术，设置板形仪及灵敏的液压系统，改善工艺冷润技术，特别是研制出一批有效控制板形的新轧机，如 HC 轧机、本科毕业设计（论文）说明书2CVC 轧机、UC 轧机等。2）连续退火、全氢罩式退火技术的应用及多种涂镀生产技术的迅速发展，出现了许多新的生产线及新的设备，使轧钢机械在这些领域得到发展。3）酸洗冷轧联合机组。这种机组改变了传统冷轧生产将酸洗和轧钢两个工序分开的方式，而联合为一个机组。这样可提高酸洗、冷轧工序的成材率 1%3%，提高机时产量 30%50% ，减少中间仓库 500010000 ，降低投资及生产成本等优点。2m4）带钢连铸连轧工艺。带钢连铸机浇铸出的钢坯须经热轧或稍经热轧即可进入冷轧机生产冷轧带钢，使这一工艺在今后经进一步完善和推广。因此，冷轧带钢生产的大力发展，逐渐提高冷轧带钢在轧钢产品中的比重，迅速提高冷轧带钢的质量，不断增加冷轧带钢的产品，满足各个工业部门的，特别是与人民生活密切相关的，轻纺织工业和日用电器，生活用品等，以及外贸出口对冷轧带钢急剧增加的需要，可以认为 HC 轧机是板带轧机改造和新建的主选优良机型，可提供具有优良板形 的高精度板带满足工业领域对高精度的要求。HC 轧机正逐步代替具有100 多年历史的普通四辊轧机。1.2 冷轧机的类型、工作原理及特点1.2.1 冷轧机的类型冷轧机构造可以轧辊数目及其在机座中位置为特征进行分类为;具有水平轧辊的轧机，具有互相垂直轧辊的轧机和呈斜角布置及其它的特殊轧机。按照轧辊的配列方案分为二辊式、四辊式、多辊式三种。按机架排列方案分为单机可逆（不可逆）式与连续多机轧制式两种。其灵活性大，适用中小型企业及科研教研学用。连轧机生产效率高，轧制速度快，但产品单一，变动不大时，最能发挥其优越性。其常用类型如图 1-1 所示：本科毕业设计（论文）说明书3图 1-1 常用轧辊类型图1.2.2 各类冷轧机的工作原理及其特点由于轧辊的数目和布置不同，所以各类轧机的特点也不同：1） 二辊式轧机：此轧机结构简单，工作可靠，有直流电动机驱动，用于二辊可逆式初轧机，可将钢锭往复轧制成各种矩形抷。二辊可逆式轧机也可用于轧制轨梁和中厚板。2） 三辊式轧机：其在同一机座上轧件可两向轧制，而轧机无需反转，有一台交流电动机经减速器和齿轮座驱动数台三辊式轧机，可实现轧件往复多道次轧制。三辊轧机广泛应用于轨梁轧机、型钢轧机及小型开坯轧机。3） 四辊式轧机：四辊式轧机是由两个较小工作辊和较大的两个支承辊组成。机座是由四个位于同一垂直平面内的水平轧辊组成，轧制是在两个工作辊中间进行的。支承辊的作用是增强辊系的刚度，所以其直径较工作辊要大上一倍以上。四辊式轧机是带钢冷轧机中最通用的机组，这种轧机采用闭口式机架，两个牌坊有横梁或其它轧机连接形成一个刚体，通常采用工作辊驱动， 但是近来趋向于支承辊驱动。四辊式轧机广泛应用于钢板生产，如中厚板轧机、热轧钢板轧机、冷轧钢板及带钢轧机等。3） 六辊式轧机：工作辊靠另一侧卷行弹簧撑开，压下螺丝有电机通过齿轮传动，工作辊轴承为抗磨式，而支承辊则采用油膜轴承。为使用直径相同的小直径本科毕业设计（论文）说明书4工作辊并提供水平及垂直刚度。六辊式轧机得到了广泛应用通常靠弹簧压力平衡上下辊组件及消除压下螺丝于轴承座间产生的松弛或松动。近年来发展很快的是中间辊可以轴向抽动的六辊轧机，即 HC 轧机通过抽动中间辊或工作辊来改善板形的控制能力，配合使用弯辊装置可使横向刚度无穷大。其主要特点如下：(1) 具有好的控制性。(2) 可显著提高带钢的平整度。(3) 具有较大的刚度，稳定性。(4) 压下量由于不受板形的控制而显著提高。4） 偏八辊式轧机：其工作辊直径约为支承辊直径的六分之一，且中心线相对上下支承辊中心连线有较大偏移。为防止工作辊水平弯曲，在出口方向设有侧中间辊和侧支承辊，使机座水平刚度提高；结构简单，满足防止工作辊水平弯曲增加刚度，通过调节个别支承辊改变工作辊的凸度，工作辊支承系统刚度大，换辊方便，其工作辊直径可自由选择而轧制不同的品种。其轧制力小，压下率高，应用于薄带材生产。5） 多辊式轧机：为适应冷轧板带产品尺寸向高精度和大的宽厚比方向发展需要，出现了十二辊、二十辊及复合式十二辊等多辊轧机型式。由于有多层中间辊和支承辊支承，工作辊的直径可大大减小，而机座的刚度与强度都很高。一般都驱动中间辊，使工作辊不承受扭转负荷。支承辊做成分段式的，可通过专门机构来调整工作辊轴向挠度曲线。二十辊轧机多采用森吉米尔型和罗恩型。多辊轧机多用作生产冷轧薄带钢。我国自主开发的二维中部支撑的多辊轧机，具有使轧制带材横向精度高的特点。 1.3 冷轧带钢的生产工艺冷轧带钢的生产工艺主要体现在以下四点：1.3.1 冷轧中采用张力轧制张力轧制是冷却的一大特点。所谓“张力轧制” ，就是轧件在轧辊中的辗轧变形是有一定的前张力与后张力作用下实现的。单位张力 是作用在带材断面 A 上的平均张z本科毕业设计（论文）说明书5应力：( )zTA2/Kgm式中 T总张力。张力的主要作用有以下几个方面：（1）防止带钢在轧制过程中跑偏（即保证正确对中轧制） ；（2）降低轧件的变形抗力，便于轧制更薄的产品；（3）适当调整冷轧机主电机负荷的作用；（4）使所轧带钢保持平直（包括在轧制过程中的保持板形平直以及轧后板形良好）。防止轧件跑偏是冷轧操作中关系到能否实现轧制的一个重要问题。跑偏将破坏正常板型，引起操作事故甚至设备事故，若不很好加以控制，将不能保证冷轧的正常进行。因此，防止跑偏的方法有：（1）采用张力轧制；（2）采用凸形辊缝；（3）采用导板夹逼。通过改变卷取机，开卷机及轧机主电机的转速以及各架压下可以使轧制力，张力在较大的范围内变动。借助准确可靠的测试仪，并使之与自动控制系统结成闭环，可以按要求实现恒张力控制，配备这种张力闭环控制系统是现代冷轧机的起码要求。生产中张力的选择主要是平均单位 ，从理论上讲，单位张力似乎应当尽量选的z高一些，但是不应超过带钢的屈服极限 ，根据经验，一般轧机 =（0.10.6） ；s zs而冷轧薄带刚 =（0.10.3） 。zs1.3.2 冷轧中产生加工硬化现象在冷轧中，冷轧是在金属再结晶温度以下进行的轧制，金属的晶粒被破碎且不能产生再结晶回复，导致金属产生加工硬化。由于加工硬化，使金属变形抗力增大，轧制压力升高，金属的塑性降低，容易产生脆断。当钢种一定时，加工硬化程度与冷轧的变形程度有关，变形程度愈大，加工硬化愈严重。加工硬化超过一定程度后，因金属过于硬脆而不能继续轧制。因此板带经一定的冷轧总变形量之后，须经热处理（再结晶退火或固溶处理） ，恢复塑性，降低变形抗力，以利于继续轧制。在冷轧生产过程本科毕业设计（论文）说明书6中，每次软化退火之前完成的冷轧工作称为一个“轧程” ，在一定的条件下，钢质愈硬，成品愈薄，所需之轧程愈多。1.3.3 冷轧中采用工艺冷却冷轧过程中变形热与摩擦热使轧件和轧辊温度升高，故需要采用有效的人工冷却。轧制速度越高，冷却问题显得尤为重要。如何合理的强化冷却过程的冷却已成为发展现代冷轧机的重要的研究课题。实验研究与理论分析表明，冷轧板带钢的变形功有84%88%转变为热能，使轧件与轧辊的温度升高。因此我们必须采取适当的措施吸走或控制这部分热量，即便变形发热率，单位时间发出的热量 q 。其表达式为：BqhJA式中 系数 = 0.840.88小于 1 的修正系数；所轧材的宽度；B机械功的热当量；J轧制时的平均单位压力；轧制速度；该道次的绝对压下量。h油的冷却能力比水差得多。水是比较理想的冷却剂，因其比热大，吸热率比较高且成本低廉。水的比热比油大一倍，热传导率为油的 3.75 倍，挥发潜热大 10 倍以上。由于水具有如此优越的吸热的性能， （只有某些特殊的轧机，由于工艺润滑与轧辊轴承共用一种润滑剂，才采用全部油冷，但为了保证冷却效果，需给予足够大油量。 ）固大多数生产轧机都倾向与水或以水为主的冷却剂。从实现强大轧制的角度来看，我们所关心的是如何提高冷却液的冷却能力，即提高冷却效果。有物理学可知一定质量的液体在单位时间内所吸收的热量可表示为：12()qmtc式中 单位时间所需冷却液的体积；m比重；本科毕业设计（论文）说明书7冷却液的比热；c、 冷却液前后的温度。2t1由此可知，在冷却液种类和冷却系统均一定的情况下，为增加 q，只有增加流量m，但这往往受到原有冷却设施的限制，所以通常是改变冷却液的种类和增加冷却液的温度来增加其吸热能力。冷却液简单地喷浇在轧辊和轧件上，与高压冷却液雾化，冷却效果大大不同，实际资料表明，即使在采用有效的工艺冷却的条件下，冷轧板卷在卸卷后的温度优势仍达 130 ，甚至还要高，由此可见在轧制变形区的料温一150oc定比这还要高，辊面温度过高会引起工作辊淬火层硬度的下降，并有可能促使淬火层内发生组织分解（残余奥氏体的分解） ，使辊面出现附加的组织应力。此外，从其对冷轧过程本身的影响来看，辊温的反常现象以及辊温分布规律的反常或突变均导致正常辊面条件的破坏，直接有害于板形与轧制精度。同时，辊面过高也会使冷轧工艺润滑剂失效（油膜破裂） ，使冷轧不能顺利进行。因此，为了保证冷轧的正常生产，对轧辊和轧件必须应采取有效的冷却和控温措施。1.3.4 冷轧中的工艺润滑生产实践与实验表明，采用天然油脂作为冷轧的工艺润滑剂在润滑效果上优于矿物油，这是由于天然油脂与矿物油在分子的结构上与特性上有质的差别所致。冷轧采用工艺润滑的主要作用是减少金属的变形抗力这不但有助于保证已有的设备能力条件下实现更大的压力，而且还可使轧机能够经济上可行的地生产厚度更小的产品。此外，采用有效的工艺润滑也直接对冷轧过程的发热率以及轧辊的温度起到了良好的影响，在轧制某些产品时采用的工艺润滑还可以防止金属粘辊的作用。冷轧润滑效果的优劣诚然是衡量工艺润滑剂的重要指标，但是一种真正有经济实用价值的工艺润滑剂还应来源广，成本低，便于保存。并且易于轧后的板面去除，不留任何影响质量的残渣等特点。目前还只有为数不多的几种工艺润滑剂能满足上述要求。但是，冷轧过程中油的耗用量还是相当大的。现在，可以通过乳化剂的作用把少量油于大量水混合起来制成乳状润液。可以较好的解决油的循环使用问题，在这种情况下水是作为冷却剂与载油剂而起作用的。本科毕业设计（论文）说明书81.4 轧钢技术的发展前景轧钢工业的技术进步主要集中在生产工艺流程的缩短和简化上，最终形成轧材品种规格多样化、性能高品质化、控制管理计算机化等。未来轧钢工艺和技术的发展主要体现在以下几方面：(1) 轧制过程柔性化。板带热连轧生产中压力调宽技术和板形控制技术的应用，实现了板宽的自由规程轧制。棒、线材生产的粗、中轧平辊轧制技术的应用，实现了部分规格产品的自由轧制。冷弯和焊管机也可实现自由规格生产。这些新技术使轧制过程柔性化。(2) 铸轧体化。利用轧辊进行钢材生产，因其过程连续、高效、可控且便于计算机等高新技术的应用，在今后相当一段时间内，以辊轧为特征的连续轧钢技术仍将是钢铁工业钢材成型的主流技术。在2O世纪，由于连铸的发展，已经逐步淘汰初轧工序。而连铸技术生产的薄带钢直接进行冷轧，又使连铸与热轧工序合二为一。铸轧的一体化，将使轧制工艺流程更加紧凑。同时，低能耗、低成本的铸轧一体化，也是棒、线、型材生产发展的方向。(3) 轧制过程清洁化。在热轧过程中，钢的氧化不仅消耗钢材与能源，同时也带来环境的污染，并给深加工带来困难。因此，低氧化燃烧技术和低成本氢的应用都成为无氧化加热钢坯的基本技术。酸洗除鳞是冷轧生产中最大的污染源，新开发的无酸清洁型(AFc)除鳞技术，可使带钢表面全无氧化物、光滑，并具有金属光泽。(4) 钢材的延伸加工。在轧钢生产过程中，要不断扩大多种钢材的延伸加工产业，如开发自润滑钢板用于各种冲压件生产，减少冲压厂润滑油污染；开发建筑带肋钢筋焊网等，把钢材材料生产、服务延伸到各个钢材使用部门。随着工业的发展和轧钢技术的进步，轧钢工艺的装备水平和自动控制水平不断提高，老式轧机也不断被各种新型轧机所取代。按照我国走新型工业化道路的要求，轧钢技术发展的重点转移到可持续发展上来。(5) 高新技术的应用。轧钢技术取得重大进步的主要特征是信息技术的应用。板形自动控制，自由规程轧制，高精度、多参数在线综合测试等高新技术的应用使轧钢生产达到全新水平。轧机的控制已开始由计算机模型控制转向人工智能控制，并随着信息技术的发展，将实现生产过程的最优化，使库存率降低，资金周转加快，最终降低成本。本科毕业设计（论文）说明书91.5 论文主要研究内容本设计主要对 四辊冷轧机的轧辊系统，轧辊是轧钢机在工作中直190/54接与轧件接触并使金属产生塑性变形的重要部件，是轧制板材的作用部件，轧辊的设计制造好坏直接关系到产品的板形、质量以及整个轧钢机的外形尺寸、加工能力等一系列问题。对所需要的尺寸参数进行计算确定，对轧辊进行必要的校核，并且根据轧辊尺寸实际应用情况选择合适的轴承。结合所学知识设计 VB 计算程序，对轧制力的计算建立了模型，使后续道次的计算简便准确。另外根据实习参观和结合以前经验绘出工程图。本科毕业设计（论文）说明书10第 2 章 设计方案的确定2.1 工作制度对于单机座轧机，有可逆式和不可逆的工作制度。本设计为单机座轧机，现分述如下：2.1.1 可逆式工作制度可逆式工作制度是当一道轧完之后，为了能在原来的轧辊间进行下一道轧制，将轧辊反转，这样轧件便在轧辊间反复进行轧制。在这种工作制度下，轧件的咬入和抛出也是在降低扎辊转速的情况下进行的。目前，对单机座小型冷带轧机，采用可逆式有很多有优点，它能大大提高生产效率，以减少板带钢的吊运与安装。2.1.2 不可逆式轧机工作制度不可逆式的工作制度应用最广，在这种工作制度下，每个轧辊的旋转方向不变，而轧辊的转速则有不变与可变的两种。根据轧制速度来分析，不可逆式工作制度在实际生产操作中有以下几种运转方式：（1）几乎保持严格不变的轧制速度；（2）轧件通过时，轧制速度稍微降低；（3）仅在轧机调整时才调节速度；（4）在轧件通过时，在较大范围内调节轧制速度。2.2 主传动形式目前，小型四辊冷轧机的主转动方式有三种：（1） 传动工作辊（2） 传动支撑辊（3） 单辊传动电机通过减速器与齿轮座来直接传递工作辊，这种形式对于轧制过程比较有利，但是对于较小的轧机，它又受到工作辊辊颈和方向接轴所能传递的扭转力矩的限制，而传递工作辊不能达到要求时，就需传递支撑辊，而传递支承辊是靠摩擦力来传递工本科毕业设计（论文）说明书11作辊的。这样将会碰到关于工作辊力的传递问题，这就是要增大轧辊的传动部件。同时还要考虑轧辊与轧件间的打滑问题。因此，为了解决上述问题，防止出现支承辊断辊、工作辊方头扭断等现象，可采用异径轧制、单辊驱动等措施来解决。本次设计由于轧制力与轧制力矩不是很大，故不需考虑此问题，但同时采用单辊驱动又会带来一系列新的问题。由于采用单辊传动，使两个工作辊自然会产生一定的速度差，从而使轧制力有所降低，据实际分析证明，当变形区长度上出现搓扎区，一般可能使轧制压力下降约 520%。由于单传动轧制时上下辊速度的配合是自然的，过程简单易行，无需复杂的控制系统。采用异径轧制，并尽可能的减小空转辊的直径，充分发挥小辊的轧制可降低轧制压力的优点，以保证受力零件的正常工作，同时又有利于增大压下量，减小道次，从而提高轧机的工作效率。对于普通的四辊轧机，尽管其主机列通常是有主电机通过减速机和齿轮座传递两个工作辊，但是在预压力作用下，由于工作辊径的差别等原因，给冷轧薄带钢轧机的传动带来很大的影响，在薄带轧制中常出现量接轴传动力矩的分配不均，某个接触力矩为零或趋近于零。由于辊颈差事实上不可能消除，使用较大的预压力亦是必要。可以认为，轧辊的传动力矩在两轧辊上的分配并不总是大致想当相等的。在运转中的轧机上，即从轧辊空转，压靠以至轧制阶段，辊颈稍大的轧辊接触中传动力矩永为正值，而辊颈稍小者，其传动力矩可在负值至正值的广大范围内变化，者是薄带钢轧制的轧机传动特点，对于这类轧机，在一定的条件下实际上是单辊传动的。一般看来，当轧件较薄时使用预压力较大，直径稍小的轧辊上，其传动接触可能实际上不起作用，甚至反而有害。另一方面，由于轧件较薄，又是成卷轧制的，咬入条件能够保证，有可能实现单辊传动。在主机列中，自然可将齿轮座从设计中取消，减小设备的投资，降低动力传传递的能量消耗，从而取得一定的经济效果，并可充分利用换辊，在操作上也会有许多方便。本科毕业设计（论文）说明书122.3 压下装置的结构形式压下装置目前有液压压下和电动压下两种结构型式。2.3.1 液压压下在冷轧机组和平整机上，可以采用“压下式”也可以采用“压上式” 。采用“压上式”时，在轧机上部可以设置不带刚压下的电动压下机构以便做大行程的调整。 “压下式”的液压缸设置在机架的上部，这种结构造价较高，所需的液压缸行程也很大，它的悬挂装置较为复杂，而且为了适应磨损后的轧辊直径，许配备不同厚度的垫块。但它的最大优点是电液伺服阀可装在液压缸附近，这不仅提高液压缸的反应速度，而且伺服阀的工作条件好，维护也方便。液压压下装置是用液压缸代替传统的压下螺丝、螺母来调整轧辊辊缝的。在这一装置中，除液压缸外，还有与之配套的伺服阀、液压系统及检测仪表及运算控制系统。与电动压下装置相比较，液压压下装置有如下特点：（1）快速响应性好，调整精度高；（2）机械传动效率高；（3）便于快速换辊，提高轧机作业率；（4）过载保护简单，可靠。2.3.2 电动压下电动压下是最常用的上辊调整装置。通常包括：电动机、减速器、制动器、压下螺丝、压下螺母、压下位置指示器、球面垫块和测压仪等，在可逆式板轧机的压下装置中，有的还安装有压下螺丝回松机构，以处理卡钢事故。压下装置的结构与轧辊的移动距离、压下速度和动作频率等有密切的联系。按照压下速度，电动压下装置可分为快速压下装置和板带压下装置两大类。1. 快速压下装置由于其压下速度一般大于 1mm/s，故称为快速压下装置。按照传动的布置形式，快速压下装置有两种类型：（1）采用立式电动机，传动轴与压下螺丝平行的布置形式；（2）采用卧式电动机，传动轴与压下螺丝垂直交叉布置形式。2. 板带轧机电动压下装置本科毕业设计（论文）说明书13冷、热轧板带轧机的电动压下速度约为 0.020.1mm/s。由于板带轧机的轧件既薄又宽又长，而且轧制速度快，轧制精度要求较高，这些工艺特征使其压下装置有如下特点：（1）调整精度高；（2）轧辊调整量小；（3）动作快，灵敏度高；（4）轧辊平行度的调整要求严格；（5）经常的工作制度是“频繁的带钢压下” 。3. 板带轧机电动压下的结构形式：四辊冷轧机的电动压下大多采用圆柱蜗轮副传动或两级蜗轮副传动的形式。在设计中选择压下装置的电动机和减速器配置方案是十分重要的。因为在设计压下机构时，不仅应满足压下的工艺要求（压下速度、加速度、压下能力及压下螺丝的单独调整方式等） ，而且还应考虑其他因素，如：电动机、减速器能否布置得开；换辊、检修和处理事故时，吊车吊钩能否进入；设备检修是否方便等。2.4 上辊平衡装置平衡装置的作用是消除轧制系统间隙，提升上轧辊，用来大大降低咬入轧件时的冲击和工作辊的频繁换辊。上滚平衡装置有重锤平衡、弹簧平衡、液压平衡三种形式。轧机的型式不同，对平衡装置的要求也不一样。液压平衡装置是由液压缸产生的推力来进行工作的，其优点是结构紧凑，工作灵敏度高，平衡效果好，在小型冷轧机上广泛使用。四辊板带轧机上轧辊平衡装置有一下特点：（1）由于工作辊和支承辊之间靠摩擦传动以及工作辊和支承辊的换辊周期不同，故工作辊和支承辊应分别平衡；（2）上辊移动的行程较小（最大行程是按换辊决定的） ，移动的速度不高；（3）工作辊换辊频繁，平衡装置的设计需要使换辊方便；（4）在单张轧制的可逆四辊轧机上，工作辊平衡装置应满足空载加、减速时工作辊和支承辊之间不打滑的要求。本科毕业设计（论文）说明书142.5 轧辊轴承轧辊轴承主要形式是滚动轴承与滑动轴承。滚动轴承主要是用双列球面滚子轴承，四列圆锥滚子轴承。在某些情况下，由于受轧辊轴承尺寸的限制，可采用滚针轴承。板带轧机上多用滚动轴承。轧辊轴承与一般轴承的工作条件差别很大，其特点：（1）工作负荷大；（2）运转速度差别大；（3）工作环境恶劣。2.6 设计方案的确定根据所设计的轧机类型、特点和使用实际情况，经综合比较考虑，本设计采用：不可逆工作制度，驱动工作辊，压下装置为电动压下，上辊为单缸平衡，工作辊轴承选用双列滚针轴承，支承辊轴承选用四列圆柱滚子轴承。本科毕业设计（论文）说明书15第 3 章 设计计算3.1 轧制力能主要参数的确定第一道次加工过程中，钢坯厚度由 2.75mm 被轧制到 1.80mm.（1）本道次压下量 = =2.75mm 1.80mm=0.95mmh01（2）本道次压下率 = =34.55%0%.9527m10（3）平均压下率 由于存在加工硬化现象，在计算冷轧薄板平均单位压力时，轧件材料变形阻力（对冷轧亦可称为屈服极限）需按考虑加工硬化后的选用。由于存在加工硬化影响，各道次的变形阻力不仅与本道次变形程度有关，而且还与前面各道次的总变形程度有关。对本道次来说，沿接触弧也是变化的，出口处比入口处要大，计算时一般把变形区作为圆弧（或抛物线）变化来计算平均总变形程度,按此平均总变形程度来选取平均变形阻力。 m平均总变形程度计算公式： 01mab式中 系数，一般取 0.250.4；a系数，一般取 0.450.6。b（通常取 0.3， 0.5。 ）b本道入口处的总变形程度（从退火状态开始各道次变形程度的积累） ，0；0Hh本道出口处的总变形程度， ；1 11Hh退火状态坯料原始厚度；该道次轧制前轧件厚度；0h该道次轧制后轧件厚度；1（4） 金属材料的屈服极限 s冷轧由于存在加工硬化，各道次的屈服极限不同，由图 3-1 查得低碳钢 Q235 在本科毕业设计（论文）说明书16平均压下率为 20.7%时的屈服极限 =460MPa。 s图 3-1 冷态下变形阻力曲线（5）无润滑剂时的摩擦系数在一定的轧制条件下，轧件速度和轧辊圆周速度是不相等的，轧件出口速度比轧辊圆周速度大，轧件入口速度比轧辊圆周速度小，从而产生前滑和后滑现象。摩擦力将阻碍金属的变形，摩擦系数对轧制力影响较大，并且是变化的。为计算方便取为常数，由表 3-1 查得取 0.9表 3-1 冷轧低碳钢时的摩擦系数（6）金属材料变形抗力 1.5460529skmMPa式中 m板带轧制时取 m=1.15。（7）张应力张力轧制是冷轧带钢的特点，也可以减小轧制力防止带钢跑偏。本科毕业设计（论文）说明书17305190.2.7TMPaS315018.9.2TMPaS3.2 咬入条件的校验进行轧制时，要经过自然咬入阶段和继续咬入阶段，为了完成正常连续的轧制过程，轧件与轧辊之间需要满足一定的咬入角。只有轧件被轧辊咬入变形区，轧制过程才能建立，可分为两个阶段，即开始咬入阶段和已经咬入阶段。根据经验，冷轧薄带钢是允许咬入角为 。由公式510得 2.75180cos .95hD.7310所以满足开始咬人阶段的要求。由图 3-2 可知，当轧件被咬入后，若继续咬入，b则必须满足条件 ，由于 ，所以 ，这说明了轧件一旦咬入，tantant就会继续咬入，轧制过程能建立起来。图 3-2 开始咬入 及咬入后 作用于轧件上的力ab3.3 轧制力计算轧件对轧辊的总压力 为轧制平均单位 与轧件和轧辊接触面积 之积，即PmpF.mpF接触面积 的一般形式为F012bl式中 、 轧制前、后轧件的宽度；0b1本科毕业设计（论文）说明书18接触弧长度的水平投影。l计算接触面积实际是计算接触弧长度。在不考虑轧辊弹性压扁时，当两个轧辊直径相同时，接触弧长度的水平投影为sinlRh式中 轧辊半径； 压下量。Rh冷轧薄板时，由于单位压力较高，因此轧辊产生局部弹性压缩变形，它将使得接触弧长度有较显著的增加，如图 3-3 所示。图 3-3 轧辊弹性压扁后接触弧变化'lq式中 考虑压扁时的接触弧长度；'l不考虑压扁时的接触弧长度；压扁系数。q在轧薄板时可简化为 '51.30mpq式中 咬入角， 。hR、 、 公式联解，一般可采用迭代法，其具体步骤如下：'lR'mp1）选择不考虑弹性压扁 计算公式算出 ；mpmp2）将计算的 代入式 求出 ；m'lq'l本科毕业设计（论文）说明书193）再将 带入 计算公式，再求得 ；'lmp'mp4）又将 代入公式求出 。' 'l这样反复数次，使计算所得的 或 。根据最后 ， 计算轧''1il''1mii'mp'l件与轧辊的接触面积和总轧制力。以第一道次（2.75-1.80）为例，计算步骤如下：根据 M.D.斯通（M.D.Stone）方法求平均单位压力公式如下： ()mPk式中 1.529skMa平均张应力 m 019.138.914.22mMaPaM考虑轧辊弹性压扁接触弧加长对单位压力的影响系数， 1Xe'mlh根据赫奇可克公式 '20lx08(1)mRpCE式中 轧辊半径；R考虑轧辊弹性压扁后的接触弧长度'l接触弧长度的水平投影 ；sinlRh轧制前后轧件平均高度；mh轧辊弹性模数，取 ；E210EMPa泊松比，对于钢轧辊取 ； .3常数， ，对于钢轧辊取 。C28()RE 3/90RCmN将 代入公式 ，经整理后得：0x'20lx本科毕业设计（论文）说明书20' 22()mmllCphh将式 代入上式，整理得：''' 1()lhmmPepkbl''2 2101()(.5)()2mlhsm ml lCeh h因为 ，整理得： ； 'lX01()mkY2()lZ则可综合写成： 2)XeYZ代入数值得： 01 21900.922()()(514.).0390 (7518)mmRYCkkhh 2'222.1(.758)() .0mlZh根据此式以 为右边坐标， 为左边坐标， 为中间曲线坐标，做成诺谟图如图YZX3-4 所示：