燕山大學(xué)2030五機(jī)架冷連軋機(jī)壓下規(guī)程及機(jī)架設(shè)計(jì)項(xiàng)目報(bào)告.doc
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2030五機(jī)架冷連軋機(jī)壓下規(guī)程及機(jī)架設(shè)計(jì)項(xiàng)目報(bào)告學(xué) 院:機(jī)械工程學(xué)院班 級(jí): 組 員: 指導(dǎo)教師:謝紅飆 張立剛燕山大學(xué)專業(yè)綜合訓(xùn)練(論文)任務(wù)書院(系): 機(jī)械工程學(xué)院 基層教學(xué)單位:冶金系 小組成員 設(shè)計(jì)題目2030五機(jī)架冷連軋機(jī)組壓下規(guī)程設(shè)計(jì)及F1機(jī)座機(jī)架設(shè)計(jì)與分析設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)1、原料: 1.0mm2.5mm1850mm;產(chǎn)品:0.20.5mm1850;材質(zhì):Q235、Q195、合金鋼(20Cr)2、軋制速度v=13m/s;3、開卷機(jī)最大張力10噸,卷取機(jī)最大張力25噸設(shè)計(jì)要求1、制定軋制規(guī)程:計(jì)算道次壓下量,壓下率,軋制力,軋制力矩;2、根據(jù)要求畫機(jī)架三維圖,并對(duì)機(jī)架進(jìn)行有限元分析;3、給出機(jī)架的工程圖4、完成一份不少于5000字的說明書工作量1、完成工程圖至少1張;2、完成設(shè)計(jì)計(jì)算說明書包括有限元分析報(bào)告;3、查閱文獻(xiàn)5篇以上。工作計(jì)劃1、12.2 準(zhǔn)備參考資料;2、12.312.15 計(jì)算;畫草圖;3、12.16 中期檢查;4、12.1712.25 畫三維圖,出工程圖,分析,寫說明書;5、12.26、27 考核答辯;參考資料1、王海文主編 軋鋼機(jī)械設(shè)計(jì) 機(jī)械工業(yè)出版社 1986.62、王廷溥主編 金屬塑性加工學(xué) 冶金工業(yè)出版社 1988.53、機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 機(jī)械工業(yè)出版社 2002.4、曹鴻德 主編塑性變形力學(xué)基礎(chǔ)與軋制原理 機(jī)械工業(yè)出版社5、劉相華等著軋制參數(shù)計(jì)算模型及其應(yīng)用 化學(xué)工業(yè)出版社 2007指導(dǎo)教師張立剛、謝紅飆基層教學(xué)單位主任(簽字)目錄一、前言.4二、原料及成品尺寸.4三、軋輥尺寸的預(yù)設(shè)定.4四、壓下規(guī)程制定.54.1、壓下規(guī)程制定的原則及要求.54.2、壓下規(guī)程預(yù)設(shè)定.5五、軋制力能參數(shù)計(jì)算.75.1確定變形抗力.75.2確定前后張力.85.3單位平均壓力及軋制力的計(jì)算.95.4軋制力矩的計(jì)算.11六、機(jī)架參數(shù)的設(shè)計(jì).136.1窗口寬度的計(jì)算.136.2機(jī)架窗口高度H.136.3機(jī)架立柱的斷面尺寸.13七、機(jī)架強(qiáng)度和剛度的校核.15八、心得體會(huì).17參考文獻(xiàn).19一、 前言冷軋方法生產(chǎn)帶鋼相對(duì)于熱軋方法有許多優(yōu)點(diǎn),例如:帶鋼的板厚和板形精度高,表面質(zhì)量好,力學(xué)性能好等,冷軋帶鋼比熱軋帶鋼的用途更為廣泛。冷軋帶鋼生產(chǎn)的帶鋼的厚度范圍為0.013.5mm,最薄可達(dá)到0.001mm。帶鋼生產(chǎn)的軋機(jī)機(jī)型主要有兩種:連續(xù)式帶鋼冷軋機(jī)和可逆式帶鋼冷軋機(jī)。本設(shè)計(jì)題目為2030五機(jī)架冷連軋機(jī),主要針對(duì)不同的材質(zhì)及不同的原料厚度和不同的成品厚度制定相應(yīng)的壓下規(guī)程及進(jìn)行機(jī)架的參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核。二、 原料及成品尺寸Q235 來料尺寸1.5mm1850mm 成品尺寸0.5mm1850mmQ195 來料尺寸1.0mm1850mm 成品尺寸0.3mm1850mm20Cr 來料尺寸1.2mm1850mm 成品尺寸0.4mm1850mm三、軋輥尺寸的設(shè)定設(shè)計(jì)課題為“2030五機(jī)架冷連軋機(jī)組壓下規(guī)程設(shè)計(jì)及F1機(jī)座機(jī)架設(shè)計(jì)與分析”,則工作輥的輥身長度 L=2030mm,輥身長度確定后即可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)比例值法確定軋輥直徑,精軋機(jī)座設(shè)計(jì)時(shí) 其中L為輥身長度,為工作輥直徑,為支承輥直徑。取L/D1=2.6 D2/D1=2.7 圓整可取D1=780 D2=2110四、壓下規(guī)程制定4.1、壓下規(guī)程制定的原則及要求壓下規(guī)程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是確定由一定來料厚度的板坯經(jīng)過幾個(gè)道次后軋制成為用戶所需求的,滿足用戶要求的板帶產(chǎn)品。在此過程中確定所需采用的軋制方法,軋制道次及每個(gè)道次壓下量的大小,在操作上就是要確定各道次輥縫的位置和轉(zhuǎn)速。因此,還要涉及到各道次的軋制速度,軋制溫度,前后張力及道次壓下量的合理分配。在此過程中,主要考慮設(shè)備能力和產(chǎn)品質(zhì)量,設(shè)備能力主要包括咬入條件,軋輥強(qiáng)度和電機(jī)功率三個(gè)要素,而產(chǎn)品質(zhì)量主要包括幾何精度和力學(xué)性能。壓下規(guī)程制定的原則:在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下,充分發(fā)揮軋機(jī)的設(shè)備生產(chǎn)能力,達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。壓下規(guī)程制定的方法及步驟如下:1)為提高熱軋帶鋼的幾何尺寸精度和表面質(zhì)量,最后一架機(jī)座的相對(duì)壓下量要取得比較小,一般取10%15%。2)為保證金相組織和力學(xué)性能,要保證終軋溫度。3)負(fù)荷的合理分配是制定精軋機(jī)組壓下規(guī)程的關(guān)鍵,它直接影響到生產(chǎn)的穩(wěn)定性和產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。分配方法有:對(duì)數(shù)伸長率法,能耗曲線法,按最大生產(chǎn)率或最佳質(zhì)量的目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化法,動(dòng)態(tài)規(guī)劃法,專家系統(tǒng)分配法。制定精軋機(jī)組壓下規(guī)程除合理的分配各工作機(jī)座的壓下量外,還需要給出各機(jī)座的速度分配和計(jì)算各機(jī)座的溫度變化。4.2、壓下規(guī)程預(yù)設(shè)定 =:壓下率:軋前厚度 mm:軋后厚度 mm: 絕對(duì)壓下量 mm五機(jī)架冷連軋機(jī)組的道次壓下率分配參考分配比表機(jī)架號(hào)12345參考分配比(%)322620148根據(jù)上表初步制定壓下規(guī)程:表1 Q235壓下規(guī)程設(shè)計(jì)道次012345壓下量h 單位mm0.370.290.2050.0950.04出口厚度h 單位mm1.51.130.840.6350.540.5壓下率24.70%25.70%24.40%15.00%7.40%表2 Q195壓下規(guī)程設(shè)計(jì)道次012345壓下量h 單位mm0.270.210.130.060.03出口厚度h 單位mm1.00.730.520.390.330.3壓下率27.00%28.77%25.00%15.38%9.09%表3 20Cr壓下規(guī)程設(shè)計(jì)道次012345壓下量h 單位mm0. 30.230.170.070.03出口厚度h 單位mm1.20.90.670.500.430.4壓下率25.00%25.56%25.37%14.00%6.98%五、軋制力能參數(shù)計(jì)算5.1確定變形抗力經(jīng)過查閱資料,可以得到計(jì)算冷軋過程中Q235、Q195、20Cr的變形抗力公式。對(duì)于Q235變形抗力計(jì)算公式為:對(duì)于Q195變形抗力計(jì)算公式為:對(duì)于20Cr變形抗力計(jì)算公式為:經(jīng)過計(jì)算可以得到各道次三種材料的變形抗力如表4:表4 變形抗力表(單位Mpa)第一道次第二道次第三道次第四道次第五道次Q235394.952399.990393.428342.287294.307Q195324.299328.394319.411290.617263.28620Cr580.911584.240583.153499.618416.8645.2確定前后張力采用較大的軋制張力是冷軋帶鋼的特點(diǎn)之一,采用張力軋制的優(yōu)點(diǎn)如下:(1)張力的拉伸作用會(huì)改變軋制時(shí)金屬的應(yīng)力狀態(tài),有利于金屬的塑形變形,降低變形抗力;(2)張力有利于減少軋件厚度,控制張力可以在一定范圍內(nèi)控制帶鋼厚度;(3)張力在一定程度上改善半板形;(4)張力軋制可以防止帶鋼在軋制過程中跑偏;(5)張力卷曲可以使帶卷卷的更緊密、整齊。軋制張應(yīng)力大小在不超過屈服極限的范圍內(nèi)選擇,一般取(0.10.6)s。軋制帶材越薄,變形抗力越大,張應(yīng)力應(yīng)取較大值。但成品道次考慮到斷帶和罩式退火爐的粘卷問題,張應(yīng)力不能取較大值,一般取50MPa。具體三種材料的張力數(shù)值見表5。表5 各道次的張力數(shù)值(單位t,前張力T1,后張力T0)第一道次第二道次第三道次第四道次第五道次T0T1T0T1T0T1T0T1T0T1Q2355101015151818171716Q195515152222202017171520Cr5101015151818171716所確定數(shù)值均滿足設(shè)計(jì)要求,即開卷機(jī)最大張力10噸,卷取機(jī)最大張力25噸。5.3單位平均壓力及軋制力的計(jì)算斯通在研究冷軋薄板的平均單位壓力計(jì)算問題時(shí),考慮到軋輥直徑與板厚之比甚大,另外,由于冷軋時(shí)軋制壓力較大,軋輥發(fā)生顯著地彈性壓扁現(xiàn)象,近似的將薄板的冷軋過程看作為平行平板間的壓縮。斯通公式:公式中的l值,應(yīng)以考慮軋輥彈性壓縮的變形區(qū)長度l帶入。(赫??驴斯剑┦街?,x0為在載荷不變的情況下軋輥間直接接觸時(shí)的接觸寬度的一半。L和l需要進(jìn)行不斷地迭代計(jì)算,直到計(jì)算出的與上次計(jì)算出的之間的誤差不超過0.001。進(jìn)行人工迭代計(jì)算繁瑣且易出錯(cuò),所以采取編程計(jì)算得方法。編程時(shí)使用Visual Basic進(jìn)行,具體代碼為:Dim r#, h1#, h2#, l#, k2#, o#, x#, p0#, p1#r = Val(Text1.Text) 軋輥半徑h1 = Val(Text2.Text) 壓下量h2 = Val(Text3.Text) 平均厚度l = Val(Text4.Text) 變形區(qū)長度k2 = Val(Text5.Text) 變形抗力2ko = Val(Text6.Text) 平均水平法應(yīng)力Don = n + 1p = (k2 - o) * (Exp(0.05 * l / h2) - 1) / (0.05 * l / h2) 斯通公式x = 8 * r * p * 1.58 * 10 -6 赫希柯克公式中x的求法p0 = p * l * 900 / 1000000p1 = p0l = Sqr(r * h1 + x 2) + xp0 = p * l * 900 / 1000000Loop Until Abs(p1 - p0) / p0 T0時(shí),;當(dāng)T1T0時(shí),;當(dāng)T1T0時(shí),。具體的計(jì)算數(shù)值見表6。表6 各道次的軋制力矩(單位N*m)第一道次第二道次第三道次第四道次第五道次Q23537797.8831729.3322264.257022.4781647.066Q19522410.1115674.086115.123030.281300.2220Cr60901.2152518.6343499.7910984.102765.83六、機(jī)架參數(shù)的設(shè)計(jì)軋鋼機(jī)機(jī)架是工作機(jī)座的重要部件,軋輥軸承座及軋輥調(diào)整裝置等都安裝在機(jī)架上。機(jī)架要承受軋制力,必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。根據(jù)軋鋼機(jī)型式和工作要求,軋鋼機(jī)機(jī)架分為閉式和開式兩種。閉式機(jī)架是一個(gè)整體框架,具有較高強(qiáng)度和剛度,主要用于軋制力比較大的初軋機(jī)、板坯軋機(jī)和板帶軋機(jī)等,在換輥時(shí)軋輥延其軸線方向從機(jī)架窗口中抽出或裝入,一般都設(shè)有專用的換輥裝置。開式機(jī)架由機(jī)架本體和上蓋兩部分組成,主要用在橫列式型鋼軋機(jī)上,主要優(yōu)點(diǎn)是換輥方便。綜上所述,本設(shè)計(jì)采用閉式機(jī)架。機(jī)架的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)包括窗口寬度、窗口高度和機(jī)架立柱的斷面尺寸6.1窗口寬度的計(jì)算四輥軋機(jī)機(jī)架窗口寬度一般為支承輥直徑的1.151.30倍。為換輥方便換輥側(cè)的機(jī)架窗口應(yīng)比傳動(dòng)側(cè)窗口寬510mm,本次設(shè)計(jì)選取窗口寬度B=2532mm。6.2機(jī)架窗口高度H對(duì)于四輥液壓壓下軋機(jī),可取H=(4.04.2)(D1+D2)故取H=9248式中D1、D2工作輥、支承輥直徑,mm。6.3機(jī)架立柱的斷面尺寸機(jī)架立柱的斷面尺寸是根據(jù)強(qiáng)度條件確定的。由于作用于軋輥輥頸和機(jī)架立柱上的力相同,而輥頸強(qiáng)度近似地與其直徑平方()成正比,故機(jī)架立柱的斷面積()與軋輥輥頸(對(duì)于四輥軋機(jī)則是支承輥輥頸)的直徑平方()有關(guān)。在設(shè)計(jì)時(shí),可根據(jù)比值(F/d2)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定機(jī)架立柱斷面積,再進(jìn)行機(jī)架強(qiáng)度驗(yàn)算。根據(jù)軋輥材料和軋鋼機(jī)類型,比值F/d2=1.01.2,可取F=1562500mm2。取機(jī)架立柱的斷面形狀:a、方形斷面b、長方形斷面、c、工字形斷面d、T字形斷面。查手冊可知一般四輥軋機(jī)選擇正方形斷面。故可得到斷面邊長為a=1250mm。其余尺寸根據(jù)老師給定的參考圖以及手冊中相關(guān)軋機(jī)機(jī)架的數(shù)據(jù)試給定,可以設(shè)計(jì)得到機(jī)架,具體二維工程圖見附圖,三維圖如下圖所示:七、 機(jī)架強(qiáng)度和剛度的校核由于機(jī)架式軋機(jī)中最貴重和最重要的零件,必須具較大的強(qiáng)度儲(chǔ)備。一般機(jī)架的系數(shù)不小于10,對(duì)于ZG270-500來說,橫梁的許用應(yīng)力小于5070MPa,立柱的許用應(yīng)力應(yīng)小于4050MPa。此外,對(duì)于冷軋鋼板軋機(jī),機(jī)架的允許變形為0.40.5mm。由于機(jī)架的重要性及其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,在設(shè)計(jì)時(shí)采用了彈性力學(xué)有限單元法來進(jìn)行計(jì)算。用這種方法進(jìn)行計(jì)算,不但計(jì)算結(jié)果精確,還可以求出機(jī)架完整的應(yīng)力場及應(yīng)變場。為獲得合理的結(jié)構(gòu)參數(shù),以保證應(yīng)力均勻,變形最小,還可以對(duì)機(jī)架圓角等處進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)。有限單元法是根據(jù)變分原理(或虛功原理)求解數(shù)學(xué)、物理問題的一種數(shù)值解法。一般可將機(jī)架簡化為二維應(yīng)力分析和三維應(yīng)力分析問題,將彈性連續(xù)體(機(jī)架)離散為有限個(gè)單元組成的集合體。本次采用ansys軟件進(jìn)行機(jī)架受力及變形的分析。具體的分析結(jié)果如下:首先先簡化結(jié)構(gòu),并且取機(jī)架的一半進(jìn)行分析,如圖劃分單元網(wǎng)格:給機(jī)架施加載荷和位移約束,計(jì)算,可以得到y(tǒng)方向的變形如下圖:橫梁部分的米塞斯應(yīng)力云圖為:立柱部分米塞斯應(yīng)力云圖為:由上述分析結(jié)果可知,橫梁處的最大等效應(yīng)力為20.53MPa,小于等于50MPa,強(qiáng)度條件符合要求;立柱除的最大等效應(yīng)力為5.12MPa,強(qiáng)度條件符合要求;機(jī)架的彈性變形量為0.31710-3mm,在允許變形范圍之內(nèi)。綜上所述,本次設(shè)計(jì)完成的機(jī)架強(qiáng)度、變形完全符合要求,可以應(yīng)用。八、心得體會(huì)經(jīng)歷了將近一個(gè)月的課程設(shè)計(jì),使我們學(xué)會(huì)了很多東西,認(rèn)識(shí)到了團(tuán)隊(duì)合作的重要性。由于有上次進(jìn)行輥系設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn),我們從一開始就能很好的進(jìn)行設(shè)計(jì)日程的安排。在進(jìn)行軋制力計(jì)算得時(shí)候,由于變形抗力的大小需要查表,這為以后的調(diào)試工作增加了很大的困難,為了更加精確和簡化后續(xù)工作,我們沒有采取圖表的方法查取變形抗力,而是利用各種參考書等工具查取各種材料的變形抗力的回歸模型。雖然在查取回歸模型的時(shí)候浪費(fèi)了一些時(shí)間,但是這樣使以后的調(diào)試工作變得極其簡便。在計(jì)算平均單位壓力的時(shí)候,由于需要不斷地進(jìn)行迭代計(jì)算,這就使手工計(jì)算變得極其繁瑣,為了簡化工作,我們采用了編程的方式,并且將編程和excel表格結(jié)合起來,使迭代計(jì)算求解變得極其簡便。在整個(gè)設(shè)計(jì)的過程中,我們力爭做到每一個(gè)數(shù)據(jù)都有可靠地來源,不斷地翻閱參考資料,漸漸地培養(yǎng)了我們查閱資料的能力。在計(jì)算結(jié)束后采用等功率原則對(duì)不合理的規(guī)程進(jìn)行了調(diào)試。在后期畫圖的過程中,我們雖然有老師給的例圖,但是有很多不理解的地方,但是經(jīng)過思考,尋味老師以及網(wǎng)上查閱,又學(xué)到了很多的知識(shí)。 通過這次課程設(shè)計(jì),使我明白了很多,以前學(xué)到的知識(shí)也進(jìn)行了鞏固,尤其是用vb語言進(jìn)行編程的時(shí)候,終于在實(shí)踐中的到了具體的應(yīng)用。也認(rèn)識(shí)到自己以前學(xué)到的知識(shí)在實(shí)踐中有很多的不足,知道了以后具體的努力方向。最后,衷心的感謝每一位指導(dǎo)老師,有了他們的細(xì)心指導(dǎo),才有我們最后的成果,謝謝老師。參考文獻(xiàn)1、許石民,孫登月主編.板帶材生產(chǎn)工藝及設(shè)備.冶金工業(yè)出版社2、鄒家祥主編,軋鋼機(jī)械.冶金工業(yè)出版社3、王海文主編.軋鋼機(jī)械設(shè)計(jì).冶金工業(yè)出版社4、軋機(jī)軸承5、曹鴻德主編,塑性變形力學(xué)基礎(chǔ)與軋制原理.機(jī)械工業(yè)出版社6、劉相華著 ,軋制參數(shù)計(jì)算模型及其應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社7、羅朝勝主編.visual basic 6.0 程序設(shè)計(jì)實(shí)用教程.清華大學(xué)出版社8、張文志主編.機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元分析.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社9、王廷溥主編.金屬塑性加工學(xué).冶金工業(yè)出版社10、機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.機(jī)械工業(yè)出版社11、邵曉榮,張艷主編.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ).中國標(biāo)準(zhǔn)出版社- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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