课程设计(论文)2300轧钢机辊系设计.doc
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1、课程设计报告 课程设计任务书设计题目:2300轧钢机辊系设计设计内容及要求设计2300轧钢机辊系,包括传动方案制定、典型道次轧制力、传动功率计算、传动件参数计算及结构设计。制定传动方案3种,选择其中一种进行具体设计,进行参数计算及结构设计,完成总装图的绘制(2#图幅),计算机绘制,提交设计说明书1份(字数不少于5000字)。设计参数 已知:轧制速度:120rpm轧制温度:1000轧制钢种:45h=6mm, =21mm进度要求第12天熟悉题目,提出设计基本方案第38天进行参数计算及基本结构设计第913修正参数计绘图第1415天提交设计成果及回答问题参考资料轧钢机械、机械设计手册、机械设计、材料力
2、学等方面教材或参考文献其它计算机计绘图软件说明.本表应在每次实施前一周由负责教师填写二份,学院审批后交学院教务办备案,一份由负责教师留用。.若填写内容较多可另纸附后。3.一题多名学生共用的,在设计内容、参数、要求等方面应有所区别。目 录第1章 绪论1第2章 传动系统的制定7第3章2300轧钢机辊系设计计算73.1 轧辊尺寸计算83.2 轧制力的计算93.3 轧制力矩的计算103.4 轧钢机主电动机力矩的计算103.5 轧辊的强度校核103.6 减速器的传动功率的计算123.7 减速器的齿轮设计12第4章 安装及维护要点14第5章 设计心得16参考文献17 第1章 绪论 一 .生产工艺对于轧钢来
3、说主要分为原料的选择、原料的加热、钢的轧制、钢材的轧后冷却与精整以及钢材质量的检查。现在就来大概说一下:1、原料的选择和准备一般轧钢常用的原料为钢锭、轧坯及连铸坯三种。而采用连铸坯是发展的方向,现在真的到迅速推广;而直接以钢锭为原料的古老方法,除某些钢种以外,正处于日益收缩之势。原料种类、尺寸和重量的选择,不仅要考虑它对产品质量的影响(例如,考虑压缩比及终轧温度对性能质量及尺寸精度的影响),而且要综合考虑生产技术经济指标的情况及生产的可能条件。连铸坯的选择应在技术可囊的条件下,按照所需压缩比的要求,尽量使坯料尺寸接近于成品的尺寸,以得到最少的轧制道次和最大的产量。为保证成品质量,原料应满足一定
4、技术要求,尤其是表面质量的要求。因而原料一般必须经过表面清理,并且对于合金钢锭往往在清理之前还要进行退火。2、原料的加热 在轧钢之前,要将原料进行加热,其目的是提高钢的塑性,降低变形抗力及改善金属内部组织和性能,以便于轧制加工。一般要将钢加热到奥氏体单相固溶体组织的温度范围内,并时有较高的温度和足够的时间以均化组织及溶解碳化物,从而得到塑性搞、变形抗力低、加工性能好的金属组织。一般为了更好的降低变形抗力提高塑性,加工温度应该尽量高一些好。但是,高温及不正确的加热制度可能引起钢的强烈氧化、脱碳、气泡暴露、过热、过烧等缺陷,败坏钢的质量,导致废品。因此,钢的加热温度主要应根据各种钢的特性和压力加工
5、工艺要求,从保证刚才的质量及多快好省地生产刚才出发来进行确定。3、钢的轧制轧钢工序的两大任务是精确成型及改善组织和性,因此轧制是保证产品质量的一个中心环节。在精确成型方面,要求产品形状正确、尺寸精确、表面完整光洁。对精确成型又决定性影响的因素是轧辊孔型设计和轧机调整。变形温度、速度规程和轧辊工具的磨损等也对精确成型产生很重要的影响。为了提高产屏尺寸的精确度,必须加强工艺控制,这就不仅要求孔型设计,压下规程比较合理,而且也要尽可能保持轧制变形条件稳定,主要是温度、速度及前后张力等条件的稳定。例如,在连续轧制小型线材和板带钢材时,这些因素的波动直接影响到变形抗力,从而影响到轧机弹跳和辊缝的大小,影
6、响到厚度的精确。这就要求对扎制工艺过程就行高度的自动控制。只有这样,才可能保证刚才成型的高度精确。在改善刚才性能方面又决定性影响的因素是变形的热动力因素,主要是变形温度、速度和变形程度。所谓变形程度主要体现在压下规程和孔型设计也同样对性能有重要影响。4、钢材的轧后冷却与精整如前所述,对于某种钢在不同的冷却条件下会得到不同的组织结构和性能,因此,扎后冷却制度对钢材组织性能有很大的影响。实际上,扎后冷却过程就是一种利用扎后余热的热处理过程。实际生产终究是经常利用控制轧制和控制冷却的手段来控制钢材所需要的组织性能。显然,冷却速度或过冷度,对奥氏体转化的温度及转化后的组织要产生显著的影响。随着冷却速度
7、的增加,由奥氏体转变而来的铁素体-渗碳体混合物耶变得愈来愈细,硬度也有所增高,相应的形成细珠光体及贝氏体等组织结构。对于某些塑性和导热性差的钢种,在冷却过程中容易产生冷却裂纹或白点。白点和冷裂的形成原因并不完全相同,前者的形成虽然是钢种内应力的存在,但主要还是由于氢的析出和聚集;而后者却主要是由于钢中内应力的影响。钢的冷却速度愈大,钢的导热性和塑性愈差,内应力愈大,就愈容易产生裂纹。凡导热性差的钢种,尤其是高合金钢如高速钢、高铬钢、高碳钢等,都特别容易产生冷却裂纹。但如前所述,这些高合金钢却往往并不容易产生白点,所以易于产生冷裂的钢并不一定容易形成白点。5、钢材质量的检查生产工艺过程和产品质量
8、的检查,对于保证成品质量具有很重要的意义。现代轧钢生产的检查工作可分为熔炼检查、轧钢生产工艺过程的检查及成品质量检查三种。熔炼检查和轧钢过程的检查主要应以生产技术规程为依据,特别应以技术规程中与质量有密切关系的项目作为检查工作的重点。熔炼及轧制过程检查的目的包括:1)协助生产工人经常认真地贯彻生产技术规程和按炉送钢制度;2)在生产过程中及时发现废品,向生产工人预告并及时采取措施加以防止;3)按熔炼情况及实际化学成分,确定钢的用途。二.中板的轧制 一般有除磷、辗平、展宽、轧长及控制钢板厚度精度等几个阶段。 在轧前及轧制过程中,必须干净的清楚轧件的氧化铁皮,以保证钢板的表面质量。 氧化铁皮的清除,
9、常利用其塑性较金属基体低,依靠轧件在轧制时延伸而破碎,接着用压力为120-175公斤/厘米2的高压水冲除。一般在轧机前设有专门的破鳞机座或不设破鳞机座,而在开始轧制的前几道中,采用较小的压下量(5-15%),并在高压水冲除的前一道次,采用较大的压下量,以破碎在加热炉中形成的氧化铁皮。对氧化铁皮粘性较大的合金钢,应采用高压水喷射,大力辊侧压与轧机在除磷道次选择适当当轧制参数的工艺相配合,也能得到显著的除磷效果。 轧制开始的纵向轧平,是为了消除钢锭锥度;或使钢板端部产生扇形延伸,以减少横轧时板坯端部的收缩。展宽是使钢板获得所需要的宽度,通常采用角轧或横轧。当轧件达到要求的宽度时,便拨正位置进行轧长
10、。轧至钢板所需要的厚度。因板坯尺寸及产品厚度不同,此时根据咬入条件、轧辊强度和主电机功率,尽量增大压下量,减少道次。但为了控制成品钢板厚度精度及表面质量,在最后几道中,根据轧辊辊型及磨损情况,所轧钢种和终轧温度等,来选择适当的压下量。终轧温度一般低于800。轧钢工序的两大任务是精确成型及改善组织和性,因此轧制是保证产品质量的一个中心环节。在精确成型方面,要求产品形状正确、尺寸精确、表面完整光洁。对精确成型又决定性影响的因素是轧辊孔型设计和轧机调整。变形温度、速度规程和轧辊工具的磨损等也对精确成型产生很重要的影响。为了提高产屏尺寸的精确度,必须加强工艺控制,这就不仅要求孔型设计,压下规程比较合理
11、,而且也要尽可能保持轧制变形条件稳定,主要是温度、速度及前后张力等条件的稳定。例如,在连续轧制小型线材和板带钢材时,这些因素的波动直接影响到变形抗力,从而影响到轧机弹跳和辊缝的大小,影响到厚度的精确。这就要求对扎制工艺过程就行高度的自动控制。只有这样,才可能保证刚才成型的高度精确。在改善刚才性能方面又决定性影响的因素是变形的热动力因素,主要是变形温度、速度和变形程度。所谓变形程度主要体现在压下规程和孔型设计也同样对性能有重要影响。精整和热处理钢板轧制后要进行精整,有时候根据要求的机械性能而进行必要的热处理。一般精轧工艺过程,包括钢板的矫正和冷却、划线并剪成定尺、检查和消除表面缺陷。钢板趁余热进
12、行矫正。一般矫35道次。最终矫正温度为600650。中板的矫正一般采用9辊或11辊辊式矫正机。有些钢板热矫正后,因冷却或运输不好产生弯曲时,还要进行冷矫。一般轧制后的钢板,加快冷却至临界点Ar3以下,以获得细化的晶粒组织。故有时喷水加快冷却。但在温度降至450600以下时,要缓慢冷却,以防止内应力,钢板在辊道及冷床上进行冷却。某些合金钢如奥氏体铬不锈钢扎后,立刻装坑缓冷,以防发生淬火现象。钢板应冷却至200以下,以便进行表面检查。钢板检查进行划线。按划线进行剪切。要保证钢板尺寸的正确和尽量减少金属切损。划线时还可进一步检查钢板表面,并划出改尺品和试样的剪切线。划线可用人工,也可用专门的划线设备
13、。钢板划线后,在铡刀剪上切头尾、切边及定长。厚度在20mm以下长度较大时,也可在圆盘剪上剪切边,以提高生产率。有些铡刀剪前设有鹅头轧辊,剪切时采用机械拉钢和对正钢板。此外,有的厂也有用一台双边剪同时剪切两侧边的。钢板剪切后,进行尺寸及表面质量检查。不超过成品厚度负公差的表面缺陷,用砂轮打磨修正。有时将钢板进行酸洗,以除去氧化铁皮,并检查较隐蔽的缺陷。 根据钢板的用途和要求的不同,有时还必须进行热处理。主要是常化与调质处理,还有回火和退火处理。 一般碳素钢钢板和低合金钢钢板,由于终轧温度过低而引起的加工硬化,常采用常化处理来获得均匀的细小晶粒组织和提高塑性,强度及加工特性。但钢板厚度大于10-2
14、0毫米时,由于在辊道上冷却较慢,常化处理不能达到要求,则采用淬火处理及随后在650回火处理的办法来代替。这样可以提高钢板在低温条件下的冲击韧性。采用调质处理,可以得到特别高质量的钢板。如果用于特殊船只,高要求的机械及桥梁结构用的中板。优质碳素结构钢钢板用680-700摄氏度回火处理来改善金属的塑性和韧性,以保障良好的工工艺性能,某些高碳工具钢,滚珠轴承钢,铁素体铬钢,中锰钢及其他特殊合金钢,必须进行退火处理,以提高相对延伸率和降低强度极限及硬度,精整及热处理后的钢板,经检查合格后,按尺寸分类,打印,堆垛,过磅,入库,然后发给用户。第2章 传动方案的制定 传动方案A:轧辊由电动机单独驱动。这种型
15、式的传动装置主要用于大型的可逆式轧钢机,如初轧机、板坯轧机、厚板轧机等。在这种可逆式轧钢机上,轧辊经常启动、制动和反转,要求传动系统有较小的飞轮力矩。轧辊由电动机单独驱动,可使传动系统的飞轮力矩大为减小。 传动方案B:轧辊通过电动机和齿轮座驱动。这种型式的传动装置在可逆式和不可逆式轧钢机上都有应用。对某些可逆式轧钢机,如受结构限制能采用轧辊由电动机单独驱动时,就采用这种型式的传动,如以下的初轧机等。在不可逆式的轧钢机上,如果轧钢转速大于,采用低速电动机的投资费用与采用高速电动机带有减速机的投资费用相差不打时,也采用这种型式的传动装置,如带钢轧机的粗轧机座等。 传动方案C:轧辊通过电动机、减速机
16、和齿轮座驱动。这种型式的传动装置一般用于不可逆式轧钢机,如二辊钢坯,型钢轧机,四辊板带轧机等,也可用于速度较低的四辊可逆式轧钢机等。综合考虑以上三个方案,C方案较适合2300轧钢机的传动系统。第3章 2300轧钢机辊系设计计算3.1 轧辊尺寸计算已知:轧制速度:120rpm 轧制温度:1000 轧制钢种:45 h=6mm =21mm 3.1.1轧辊的名义直径D和滚身长度L的确定 轧辊的基本尺寸参数有:轧辊的名义直径D,辊身长度L,辊颈直径d以及辊颈长度l。 2300轧钢机的轧辊辊身长度L应大于所轧钢板的最大宽度即L=+a 取a=200 则 L=2300+200=2500mm 对于四辊轧机,为减
17、少轧制力,应尽量使工作辊直径小一些,但工作辊的最小直径受着轴颈和轴头扭转强度和咬入条件的限制。工作辊直径D1和支承辊直径D2参考表3-2 各种四辊轧机的L/D1 ,L/D2,,及D2/D1 选择宽带钢轧机精轧机座L/D1 =2.5 得 D1=1000mmL/D2=1.25 D2=2000mmD2/D1=2.0 3.1.2轧辊的重车率 在轧制过程中,轧辊辊面因工作磨损,需不止一次地重车或重磨。轧辊工作表面的每次重车量为0.5-5mm。 查表3-4 各种轧机的重车率 取重车率为8%。3.1.3轧辊辊颈直径d和长度l的确定 辊颈直径d和长度l与轧辊轴承型式及工作载荷有关。由于受轧辊轴承径向尺寸的限制
18、,辊颈直径比辊身直径要小得多。因此辊颈与辊身过渡处,往往是轧辊强度最差的地方。只要条件允许,辊颈直径和辊颈与辊身的过渡圆角r均应选大些。 使用滚动轴承时,由于轴承外径较大,辊颈尺寸不能过大,一般近似取d=(0.50.55)D,l/d=0.831.0本设计中取工作辊 d1=0.5D1=0.5X1000=500mm. L1=d1=500mm支承辊 d2=0.5D2=0.5X2000=1000mm L2=d2=1000mm3.1.4轧辊传动端的型号与尺寸 选择滑块式万向联轴器 D1=D-10mm=990mm S= 0.25D1 =247.5mm a = 0.5D1 =495mm b= 0.2D1 =
19、198mm c= b=198mm选择轧辊材料:工作辊的材为55Cr 支承辊的材料为55Mn23.2 轧制力的计算 3.2.1 轧制压力轧件对轧辊的总压力P为轧制平均压力与轧件和轧辊接触面积F之乘积,即 P=F式中 Pm 平均单位压力; F轧件与轧辊接触面积在水平方向的投影。接触面积F的一般形式为 F= 式中、轧制前、后轧件的宽度l 轧件与轧辊接触弧的水平投影对于轧制中厚板、板坯、方坯及异型断面轧件一般不考虑轧制时轧辊产生弹性压扁现象。轧制板材(中厚板)、板坯、方坯时在两个轧辊直径相同的情况下,接触弧长度的水平投影为 l=Rsin式中 R轧辊半径; 压下量。将R=500mm =6mm得 l=54
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