一． 制定生产工艺及工艺制度
1.生产工艺：选择坯料——原料清理——加热——除鳞——纵轧一道（使宽度接近成品宽度）——转90˚横轧到底——矫直——冷却——表面检查——切边——定尺——表面尺寸形状检查——力学性能试验——标记——入库——发货
2.工艺制度：在保证压缩比的条件下，坯料尺寸尽量小。加热时出炉温度应在1120˚—1150˚，温度不要过高，以免发生过热或过烧现象；用高压水去除表面的氧化铁皮，矫直时选用辊式矫直机矫直，开始冷却温度一般要尽量接近终轧温度，轧后快冷到相变温度以下，冷却速度大多选用5—10˚C或稍高一些。切边用圆盘式剪切机进行纵剪，然后用飞剪定尺。
二． 选择坯料
1． 根据生产经验和实践，目前生产中厚板选择连铸坯已成为主流，所以选择 连铸坯
2． 坯料尺寸的确定坯。
（1） 坯料厚度的确定：根据经验，压缩比在6—10之间较好，本设计取10，由成品厚度h=13mm知H=10h=130mm。
（2） 坯料宽度的确定
假设先轧两道，压下量分别为20mm和10mm，且设两道轧后其长度等于宽度。假设轧后金属烧损不计，考虑切头尾，切边。在我国切头尾一般为500mm—2500mm取Δl=500mm,切边Δb=100mm,由体积不变定理得
Bˊ×Lˊ×[H-(20＋10)]=(l＋2×500)×(b＋2×100)×13
因为Bˊ=Lˊ所以Bˊ=Lˊ=(9000＋2×500)(1900＋2×100)×13/[130－（20＋10）]=1650mm
(3) 坯料长度的确定 由H,B,Bˊ,Lˊ 由体积不变定理得
H×B×L=Hˊ×Bˊ×Lˊ 得L=1270mm
三． 变形量分配
1.根据经验，中厚板压下量在 Δh=12mm左右,这里取Δh=12mm
2.分配各道次压下量，计算各道次变形程度，轧件尺寸及轧制道次
（1）由H=130mm,h=13mm,取轧制道次n=12(二辊7道四辊五道)
（2）第一道，先用展宽轧制把坯料的宽度B轧成b（或接近b）且不考虑长度变化
由体积不变定理得B×L×H=B×L×(H－Δh1)得Δh1=17mm
则变形程度ε1=Δh/H×100%=13.08%
轧后轧件尺寸为113×1900×1270mm
同理其余道次压下量分配，变形程度，轧件尺寸如下表所示
道次 h(mm) b(mm) l(mm) Δh(mm) ε(%)
1 113 1270 1900 17 13.08
2 96 1900 1494 17 15.0
3 80 1900 1792 16 16.7
4 65 1900 2206 15 18.75
5 54 1900 2655 11 16.9
6 45 1900 3186 9 16.67
7 38 1900 3773 7 15.6
8 28 1900 5121 10 26.3
9 21 1900 6827 7 25.0
10 16 1900 8961 5 23.8
11 14 1900 10241 2 12.5
12 13 1900 11030 1 7.14
四． 设计变形工具
1. 设计二辊
（1） 辊身长度L：由L=bmax＋a bmax=1900mm 当b=1000-2500mm a=150-200mm 取a=200mm
所以L=1900＋200=2100mm
(2) 辊径尺寸 中厚板轧机L/D=2.2-2.8 取L/D=2.6 得D=808mm 取810mm
(3) 辊颈尺寸 查表3-5 取d/D=0.75(轧钢机械 邹家祥主编) 得d=608mm取d=600mm
辊颈长度l 取d/l=1 得l=600mm
（3） 辊头设计 因为对于中厚板轧机来说轧辊调整行程比较大，倾角在8˚-12˚间所以应选择万向辊头。
（4） 各部分的尺寸关系如下
（5） Dmin=Dmax－Dmax×重车率 中厚板轧机最大重车率5%-8% 取5% Dmin=810－810×5%=767mm
D1=Dmin－(5-15mm) 取D1= Dmin－5=762 mm
S=（0.25-0.28）D1 取S=0.25D1=197.5 mm
a=(0.5-0.6) D1 取a=0.5 D1=381 mm
b=(0.15-0.2) D1取 b=0.2 D1=152mm
c=b=152mm
（6） 辊颈与辊身的过度圆角r由r/D=0.1—0.12 取0.1 得r=0.1×810=81mm
2. 设计四辊
（1）支撑辊设计
1）辊身长度设计和二辊一样 L=2100 mm
2) 辊径D2 查表3-3 (轧钢机械 邹家祥主编)取L/D2=2.0 得D2=1050mm
3) 辊颈尺寸 取d2/D0.75 d2=1050×0.75=788mm 取d2=800mm
4）辊颈长度l2 l2 /d2=1.0 得l2=800mm
5) 辊头设计 选择万向辊头 选择原因同二辊
各部分的尺寸关系如下所示
Dmin=Dmax－Dmax×重车率 中厚板轧机最大重车率5%-8% 取5% Dmin=1050－1050×5%=998
D1=Dmin－(5-15mm) 取D1= Dmin－5=993mm
S=（0.25-0.28）D1 取S=0.25D1=248 mm
a=(0.5-0.6) D1 取a=0.5 D1=497 mm
b=(0.15-0.2) D1取 b=0.2 D1=100mm
c=b=100mm
6) 辊颈与辊身的过度圆角r2 取r2=0.1D2=105mm
（2） 工作辊设计
1） 辊身设计同前 L=2100 mm
2) 辊径尺寸 据经验当轧件较厚时 由于要求较大工作辊直径，取D2/D1较小值 由表3-3得(轧钢机械 邹家祥主编) 取D2/D1=1.5 得D1=700mm
3) 辊颈尺寸 取d1/D1=0.6 d1=420mm 取l1/d1=1 得l1=420mm
4) 辊颈与辊身的过度圆角r1取r1=0.1D1=70mm
辊头设计（略）
五．计算力能参数
1.选择速度图：由于整个轧制过程中，轧件较长，所以选择梯形速度图较理想。
2.设计轧制速度（n1 n2 n3 a b）
目前，可逆式中厚板轧机粗轧机的轧辊咬入和抛出转速一般在10-20r/min和15-25r/min范围内选择 ，精轧机的轧辊咬入和抛出转速一般在20-60r/min和20-30r/min范围内选择。
而且轧制时是低速咬入和抛出。
所以在二辊轧机上轧制时，取咬入转速n1=10r/min n2<nH(nH-电机的最大转速)取n2=30 r/min 取n3=20r/min.
在四辊轧机上轧制时，取咬入转速n1=20r/min n2<nH(nH-电机的最大转速)取n2=40 r/min 取n3=25r/min.
现代化轧机起动加速度a=30-80r/miṇ.s,速度b=60-120r/min.s 取a=40r/min.s b=80r/min.s
3. 速度图和轧制图表见附图
4. 计算每道次各组成时间
第1道 设等速轧制时间为t3加速轧制时间为t2减速轧制时间为t4，空载加速时间为t1空载减速时间为t5
对于二辊轧机
等速轧制时间t3=1/n2[60l/ΠD＋n²2/2a＋n²3/2b－(a＋b)n²2/2ab]=1.03s
加速轧制时间t2= （n2 －n1）/a=0.5s
减速轧制时间t4= （n2 －n3）/b=0.17s
空载加速时间t1= n1/a=0.25s
空载减速时间t5=n3/b=0.33s
所以纯轧时间tz=t2＋t3＋t4=0.5＋1.03＋0.17=1.7s
如果轧件长度l≤3.5m 取间隙时间tj=2.5s
如果轧件长度3.5m <l<8m取间隙时间tj=6s
如果轧件长度l>8m取间隙时间tj=4s
所以tj1=2.5s
t间隔1=tj1－t1－t4=1.92s
其他道次的各组成时间如下表所示
道次 t1 t2 t3 t4 t5 tj t间隔 tz
1 0.25 0.5 1.03 0.17 0.33 2.5 1.92 1.70
2 0.25 0.5 0.70 0.17 0.33 2.5 1.92 1.37
3 0.25 0.5 0.94 0.17 0.33 2.5 1.92 1.61
4 0.25 0.5 1.26 0.17 0.33 2.5 1.92 1.93
5 0.25 0.5 1.61 0.17 0.33 2.5 1.92 2.28
6 0.25 0.5 2.03 0.17 0.33 2.5 1.92 2.70
7 0.25 0.5 2.49 0.17 0.33 6.0 5.08 3.16
8 0.50 0.5 2.9 0.25 0.42 6.0 5.08 3.65
9 0.50 0.5 4.08 0.25 0.42 6.0 5.08 4.33
10 0.50 0.5 5.54 0.25 0.42 4.0 3.08 6.29
11 0.50 0.5 6.41 0.25 0.42 4.0 3.08 7.16
12 0.50 0.5 6.95 0.25 0.42 4.0 3.08 7.70
5. 计算各道次轧制温度
根据经验，双机架中厚板轧机轧制碳素钢和低合金钢出炉温度为1150-1200˚C 粗轧机开轧温度为1100-1150˚C，粗轧的精轧温度为1000-1050˚C 精轧机的开轧温度为950-1000˚C 终轧温度为780-880˚C。
取开轧温度1150˚C，逐道计算温降
第一道温降Δt1=12.9Z/h(T1/1000) Z—该道次的轧制时间与与上道次间隙时间之和
则Δt1=12.9Z/h(T1/1000)=12.9×(1.7/113)[（1150＋273）/1000]=1˚C
精轧开轧温度取950˚C
则Δt8=12.9Z/h(T8/1000)=10˚C 所以第8道轧后轧件的温度为950-10=940˚C
所有道次轧制温度如下表所示
道次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Z 1.7 3.87 4.11 4.43 4.83 5.2 5.66 9.65 10.33 12.29 11.16 11.70
温度 1150 1120 1119 1116 1113 1109 1103 950 926 906 886 865
6. 计算各道次变形抗力
轧件在二辊轧机上轧制时平均轧制速度为V=ΠDn/60=1227mm/s
在四辊轧机上V=ΠD1n/60=1446mm/s n为稳定轧制速度
故平均变形程度έ=2V∆h/R/(H＋h)
所以έ1=2×1.227×113/405/(130＋113)=2.1 由έ1和t1查17-3图得
σs1=80Mpa再由ε1=13.08%得修正系数K=0.90
所以变形抗力σsT1=Kσs1=72Mpa 其他道次变形抗力如下表所示
道次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
έ 2.1 2.9 3.5 3.5 3.42 3.85 4.3 7.6 9.57 9.51 7.3 4.9
ε 13.08 15.0 16.7 18.75 16.9 16.67 15.6 26.3 25.0 23.8 12.5 7.14
T 1150 1120 1119 1116 1113 1109 1103 950 926 906 886 865
σsT 68.2 69 69.6 70.1 72.0 74.1 77.8 99.0 104 113 113 104
7.选用Sims公式计算各道次轧制力
求第一道轧制力 因为变形抗力K=1.155σsT 所以K1=1.155×68.2=78.771Mpa
接触弧长l=√R•∆h=√405×17=83mm
R/h=405/113=3.58 查曲线5-24求外摩擦影响系数n΄σ1
由ε1与R/h查得n΄σ1=0.8
又因为为无张力轧制 所以张力影响系数n΄΄΄σ1=1.0
求外端影响n΄΄σ1由l/h查图5-22
由上图得n΄΄σ1=1.1 由轧制力计算公式P= n΄σ×n΄΄σ×n΄΄΄σ×K×b×l
得P1= n΄σ1×n΄΄σ1×n΄΄΄σ1×K1×b1×l1=0.8×1.1×1.0×78.771×1.270×0.083=7.31MN同理其它道次轧制力如下表所示
道次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
轧制力P 7.31 11.88 12.24 12 12.67 10.7 11.78 14.2 19.3 19 12.37 5.47
六． 轧辊强度校核
1.二辊轧机强度校核 由上面计算知二辊轧机最大轧制力Pmax=P5
(1) 求辊身弯曲力矩Msh
Msh=Pmax(a/4－b/8) a—辊身长度 b—轧件长度
则Msh=Pmax(a/4－b/8)=12.67×（2.1/4－1.9/8）=3.64MN•m
(2) 求辊颈的弯曲力矩Mj
则Mj=Pmax•l/4=1.9MN•m
(3) 求辊身的弯曲应力σsh= Msh/(0.1D )=68.5Mpa
(4) 求辊颈的弯曲应力σj=Mj/0.1d =88Mpa
(5) 求辊颈的扭转力矩Mn
Mn=P/√R∆h=0.43MN•m Δh—最大轧制力时的压下量
(6) 求辊颈的扭转应力τn
τn= Mn/0.2d =9.95Mpa
(7) 求合成应力σh
对于钢轧辊σh=√σ²j＋3τ²n=90Mpa
对于铁轧辊σh=0.375σj＋0.652√σ²j＋4τ²n=89.65Mpa
(8) 辊头的扭转应力（略）
（9）轧辊材料选择
已知σsh=68.5Mpa ；σj=88Mpa；σh=89.65Mpa；σh=90Mpa所以由表2-9（轧钢车间设备 潘慧勤主编）
合金锻钢 碳素锻钢 铸钢 铸铁 球墨铸铁
强度极限σb 686—735 588—637 490—588 343—392 392—588
许用应力[σ] 137.2—149 117.6—127.4 98—117.6 68.6—78.4 78.4—117.6
材料的抗拉强度σb=392—588Mpa 取σb=500 Mpa
因为σb/σsh=7.14>3 所以辊身安全符合要求；
σb/σj=500/88=5.56>3所以辊颈安全符合要求
σb/σh=500/90=5.5>3所以安全
2.四辊轧机强度校核 选工作辊材质为9Cr σb=833Mpa 支撑辊材料选40Cr σb=686 Mpa
由上面计算知四辊轧机最大轧制力Pmax=19.3 MN
(1) 支撑辊强度校核
1） 辊身Msh2=P(a2/4－L/8)=5.55MN•m; σsh2= Msh2/(0.1D2)=48 Mpa
因为σb/σsh2=686/48=14>3 所以辊身安全；
2） 辊颈Mj2=(P/2)•l2= 6.08 MN•m ;σj2= Mj2/0.1d2g=118 Mpa ;σb/σj2=686/118=5.9>3 所以辊颈安全
3） 辊头无校核内容
（2）工作辊强度校核
1） 辊身 Msh1=P(a2/4－L/8)=5.55MN•m；σsh1= Msh1/(0.1D1)=228 Mpa 因为σb/σsh1=866/228=3.8>3 所以辊身安全。
2） 辊颈Mn=P/2•√∆h•R =0.48 MN•m 其中∆h—轧制力最大时的压下量
所以辊颈处的扭转剪应力τn=Mn/(0.2d1)=19.2 Mpa 因为σb/τn=866/19.2=45>3 所以辊颈安全
3）因为作用在工作辊上的弯曲力矩很小，只是作用在支撑辊上弯曲力矩的2.56%，所以工作辊的弯曲应力可以不予计算
4）辊头无计算内容
5) 接触应力计算 σmax=0.318√(qmax/ө)[(r1•r2)/(r1＋r2)] r1— 工作辊辊颈半径r2—支撑辊辊颈半径ө=0.263×10 ；qmax=1.5P/L=1.5×19.3/2.1=13.8 Mpa
所以σmax=1685.4 Mpa；τmax=0.304σmax=512.4 Mpa 材料为40Cr HB=241—286 由表2-10(轧钢车间设备 潘慧勤主编) 知[σ]=2000 Mpa；[τ]=610 Mpa
因为1685.5<[σ]; 512.4 Mpa<[τ] 所以验算通过。
七． 主电机容量校核
1. 计算各道次轧制力矩MZ=2Pφ√R•∆h=2Pφl;φ—力臂系数，一般取0.4—0.6，这里取0.5 l—接触弧长
所以MZ1=2×7.31×0.5×0.083=0.61MN•m
2. 附加摩擦力矩确定：附加摩擦力矩分为两部分，即轧辊轴承中的摩擦力矩Mm1和传动机构中的摩擦力矩Mm2.
Mm1=P/2•f1•d•4 ;f1—轧辊轴承摩擦系数 因为此轧制为热轧应选滑动金属衬轴承f1=0.07--0.1 取0.07所以Mm11=7.31×0.6×0.07=0.2193 MN•m
Mm2=(1/ －1)•(MZ ＋Mm1)/i 用一级齿轮传动 =0.96—0.98 取0.98；i=1
所以Mm21=0.017 MN•m
所以附加摩擦力矩Mm= Mm1/i＋Mm2
则Mm1=0.2193/1＋0.017=0.2363 MN•m
3. 空转力矩的确定Mk=(0.03—0.06)MH; MH—电动机额定扭矩Mk=0.03MH
二辊Mk=0.03MH=0.03×1.2×2=0.072 MN•m
四辊Mk=0.03MH=0.03×0.83×2=0.05 MN•m
4. 所以其他道次的轧制力矩，附加摩擦力矩，空转力矩列表 如下
道次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
MZ 0.61 0.99 0.98 0.94 0.85 0.64 0.62 0.85 0.95 0.8 0.3 0.1
Mm1 0.2193 0.356 0.367 0.36 0.38 0.321 0.589 0.284 0.386 0.38 0.247 0.11
Mm2 0.017 0.027 0.027 0.026 0.025 0.019 0.024 0.022 0.027 0.024 0.011 0.004
Mm1 0.2363 0.383 0.394 0.386 0.405 0.340 0.613 0.306 0.413 0.404 0.258 0.111
Mk 0.072 0.072 0.072 0.072 0.072 0.072 0.072 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
5.轧辊力矩图
在各个期间内转动的总力矩为：
加速轧制期:M2=Mj＋Md 不考虑动力矩则M2=Mj=Mz/i＋Mm＋Mk=0.61＋0.2363＋0.072=0.873MN•m
等速轧制期M3=Mj=0.873 MN•m
减速轧制期M4= Mj－Md=Mj=0.873 MN•m
空载加速期M1= Mk＋Md=Mk=0.072 MN•m
空载减速期M5=Mk－Md=Mk=0.072 MN•m 其它道次的各期间总力矩如下表所示
道次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
M1 0.072 0.072 0.072 0.072 0.072 0.072 0.072 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
M2 0.873 1.445 1.446 1.398 1.326 1.052 1.302 1.206 1.413 1.254 0.608 0.265
M3 0.873 1.445 1.446 1.398 1.326 1.052 1.302 1.206 1.413 1.254 0.608 0.265
M4 0.873 1.445 1.446 1.398 1.326 1.052 1.302 1.206 1.413 1.254 0.608 0.265
M5 0.072 0.072 0.072 0.072 0.072 0.072 0.072 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
轧制力矩图见附图
6. 求两机架的等效力矩 Mjum=√(∑M²ntn＋∑M΄²n)/ (∑tn＋∑t΄n)
Mjum—等效力矩
∑tn—轧制时间内各段纯轧时间的总和
∑t΄n—轧制周期内各段间隙时间的总和
Mn—各段轧制时间所对应的力矩
M΄n—各段间隙时间所对应的空转力矩
∑tn= tn1＋…＋…＋tn12=43.88s
∑t΄n= t΄n1＋…＋…＋t΄n12=45s
Mjum=√(∑M²ntn＋∑M΄²n)/ (∑tn＋∑t΄n)=0.76 MN•m
7.校核各机架主电机容量
（1） 校核二辊各机架主电机容量
1） 校核电动机的温升条件为：Mjum=0.76 MN•m<MH=1.2×2 MN•m
2） 校核电动机的过载条件为：由力矩图知Mmax=1.446 MN•m<KG×MH=2.25×1.2×2
3） 电动机功率N=0.105Mjum•n/ Kw 取n=30r/min则N=2520 Kw<NH=2×2500 Kw 校核通过
(2)校核二辊各机架主电机容量
1）校核电动机温升条件为：Mjum=0.76 MN•m<MH=0.83×2 MN•m
2）校核电动机过载条件为：由力矩图知Mmax=1.413 MN•m
则Mmax=1.413 MN•m< KG×MH=2.5×0.83×2 MN•m
3) 电动机功率N=0.105Mjum•n/ Kw 取n=40r/min
则 N=0.105Mjum•n/ Kw=3325Kw<2050×2 Kw 校核通过
八．参考文献
1. 邹家祥 轧钢机械第三版北京：冶金工业出版社，2006
2. 奇克敏 金属塑性加工学第二版北京：冶金工业出版社，2001
3. 康永林 轧制工程学 北京：冶金工业出版社，2006
4. 潘慧勤 轧钢车间设备 北京：冶金工业出版社，2006
5. 王景进 中厚板生产 北京：冶金工业出版社，2005
6. 陈秀宁 机械设计基础 浙江大学出版社，1992
7. 郭纪林等 机械制图 大连理工大学出版社，2005
目录
一．制定生产工艺和工艺流程……………………………1
二．选择坯料………………………………………………1
三．变形量分配……………………………………………1
四．设计变形工具…………………………………………2
五．计算力能参数…………………………………………3
六．轧辊强度校核…………………………………………7
七．主电机容量校核………………………………………8
八．参考文献………………………………………………10 |
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