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1、会计学1材料成形工艺学轧制材料成形工艺学轧制(zh zh)制的确定制的确定第一页，共70页。第1页/共70页第二页，共70页。第2页/共70页第三页，共70页。第3页/共70页第四页，共70页。第4页/共70页第五页，共70页。第5页/共70页第六页，共70页。2）在保证操作稳定(wndng)方便的条件下提高质量；第6页/共70页第七页，共70页。第7页/共70页第八页，共70页。n n轧制工艺的制订步骤轧制工艺的制订步骤n n 制定压下规程的方法很多，一般为经验制定压下规程的方法很多，一般为经验法和理论法两大类。经验方法是参照现有法和理论法两大类。经验方法是参照现有类似轧机行之有效的实际压下
2、规程（经验类似轧机行之有效的实际压下规程（经验资料）进行压下分配及校核计算。理论方资料）进行压下分配及校核计算。理论方法就是从充分满足前述制定的轧制规程的法就是从充分满足前述制定的轧制规程的原则要求出发，按预设的条件通过数学模原则要求出发，按预设的条件通过数学模型计算或图表方法，以求最佳型计算或图表方法，以求最佳(zu ji)(zu ji)的轧的轧制规程。这是理想和科学的方法。制规程。这是理想和科学的方法。第8页/共70页第九页，共70页。通常板带生产制订压下规程的方法(fngf)和步骤为1）根据原料、产品和设备条件，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
3、量或压下率、确定各道次压下量分配率及确定各道次能耗负荷分配比等各种方法(fngf)；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）校核轧辊等部件的强度和电机过载过热能力；5）按前述制订轧制规程的原则和要求进行必要的修正和改进。第9页/共70页第十页，共70页。设计题目：用钢种为Q235、断面尺寸为1151600毫米的板坯轧制8290017500毫米钢板的压下规程设计。已知条件：开轧温度(wnd)1200，横轧时开轧温度(wnd)1120；轧机为单机架四辊可逆式，设有大立辊及高压水除鳞装置，机前还设有回转板坯的锥形辊道；工作辊辊身直径930980
4、毫米，支持辊辊身直径16601800毫米、辊颈直径1300毫米，辊身长度4200毫米；工作辊轴承为滚动轴承，支承辊轴承为油膜轴承；轧机最大允许轧制压力42000KN；主电机功率24600KW，转速03060rpm，a=40rpm/s,b=60rpm/s，最大允许扭转力矩22240KJ。第10页/共70页第十一页，共70页。第11页/共70页第十二页，共70页。2、制定压下规程 1）确定板坯长度：板坯长度依据毛板尺寸和板坯断面尺寸按体积不变定律求出。确定毛板尺寸时一般取轧件轧后两边剪切余量为b=100 mm2，头尾剪切余量为l=500 mm2。2）确定轧制方法：主要是确定粗轧操作方法。粗轧操作方
5、法主要有：全纵轧法当板坯宽度达到毛板宽度要求时采用。它的优点是产量高，但钢板组织和性能存在严重的各向异性，横向性能特别是冲击韧性太低。横轧-纵轧法当板坯宽度小于毛板宽度而长度又大于毛板宽度时采用。其优点是板坯宽度与钢板宽度可灵活(ln hu)配合，钢板的横向性能有所提高（因横向延伸不大），各向异性有所改善；缺点是轧机产量低。纵轧-横轧法当板坯长度小于毛板宽度时采用。由于两个方向都得到变形且横向延伸大，钢板的性能较高。角轧-纵轧法当轧机强度及咬入能力较弱（如三辊劳特轧机）时或板坯较窄时采用。全横轧法当板坯长度达到毛板宽度要求时采用。第12页/共70页第十三页，共70页。3）分配各道压下量，排出压
6、下规程表：采用按经验分配压下量再校核、修正的设计方法。4）校核咬入条件：按 计算最大压下量，并使 。热轧钢板(gngbn)时最大咬入角为1522，并按最小工作直径计算。第13页/共70页第十四页，共70页。一、限制压下量的因素 限制压下量的因素：金属塑性、咬入条件(tiojin)、轧辊强度及接轴叉头等的强度条件(tiojin)、轧制质量。最大咬入角与轧制速度的关系见表。轧制速度/m.s-1 00.51.01.52.02.53.5最大咬入角/0252322.522211711第14页/共70页第十五页，共70页。二、道次压下量的分配规律 1）开始道次受到咬入条件的限制，同时(tngsh)考虑到热
7、轧的破鳞作用及坯料的尺寸公差等，为了留有余地，给予小的压下量。2）以后为了充分利用钢的高温给予大的压下量。3）随着轧件温度下降，轧制压力增大，压下量逐渐减小。最后为了保证板形采用较小的压下量，但这个压下量又必须大于再结晶的临界变形量，以防止晶粒过粗大，如图所示。第15页/共70页第十六页，共70页。3、确定速度制度 1）选择各道咬入、抛出转速、限定转速：结合现场经验确定。当轧制速度较高时，为了减少空转时间，抛出转速可适当取低些。最后一道由于与下一板坯第一道轧辊转向相同，轧辊不需反转而只需调整辊缝即可，故可取npnd。2）确定各道间隙时间：根据经验资料，在四辊轧机上往返轧制过程中，不用推床定心（
8、l8米时，取tj4秒。当轧件需回转时，间隙时间要取大些。3）确定速度图形式：中厚板生产中，由于轧件较长，为方便操作，采用(ciyng)梯形速度第16页/共70页第十七页，共70页。4）计算各道纯轧时间，确定轧制延续时间：纯轧时间tzh=加速轧制时间稳定轧制时间减速轧制时间。若轧件是在稳定转速下咬入、轧制、抛出(po ch)的，即整个轧制过程中转速不变。第17页/共70页第十八页，共70页。4、校核轧机 1）计算各道轧制温度：要计算各道次轧制温度，首先必须计算各道次的温度降：另外，由于轧件头部和尾部温度降不同(b tn)，为设备安全着想，确定各道温度降时应以尾部（因尾部轧制温度比头部低）为准。2
9、）计算各道变形程度：压下率3）计算各道平均变形速度：第18页/共70页第十九页，共70页。4）确定各道变形抗力：变形抗力的确定可先根据相应道次的变形速度、轧制温度由该钢种的变形抗力曲线查出变形程度为30时的变形抗力，再经过修正计算即可得出该道次实际变形程度时的变形抗力。5）计算各道平均单位压力：热轧中厚板生产时，平均单位压力用西姆斯公式计算：。式中 应力状态(zhungti)影响系数，可由美坂佳助公式计算：6）计算各道总压力，校核轧机能力：各道次轧制总压力为。若PmaxP，则轧机强度足够。第19页/共70页第二十页，共70页。5、校核电机：1）计算各道轧制力矩：2）计算各道附加摩擦(mc)力矩
10、：附加摩擦(mc)力矩由轧辊轴承中的摩擦(mc)力矩Mm1和轧机传动机构中的摩擦(mc)力矩Mm2两部分组成。在3）计算空转力矩：轧机空转力矩MK根据实际资料可为电机额定力矩的（36）。4）计算动力矩：当轧辊转速发生变化时要产生动力矩。此处由于采用稳定速度咬入，即咬钢后并不加速，而减速阶段的动力矩使电机输出力矩减小。故在计算最大电机力矩时都可以忽略不计。5）确定各道总传动力矩：总传动力矩MMz/iMmMKMd。6）绘制电机负荷图：表示电机传动力矩（负荷）随时间而变化的图示即为电机负荷图。当轧机转速n大于电机额定转速nH时，电机将在弱磁状态下工作，此时在相应阶段的传动力矩值应当修正。第20页/共
11、70页第二十一页，共70页。粗轧第21页/共70页第二十二页，共70页。第22页/共70页第二十三页，共70页。第23页/共70页第二十四页，共70页。第24页/共70页第二十五页，共70页。ABCEFDGHtZHtjnynpndt,sn,r/m粗轧出口(ch ku)速度：2-4.5m/s粗轧机组能力参数计算：采用单件轧件宽度的轧制压力估算值（如1.0-1.1）104N/mm乘以轧件的宽度和钢种修正系数(xsh)简单大致求出。第25页/共70页第二十六页，共70页。连轧机组轧制规程设定的主要内容：确定空载辊缝和速度。也就是压下、速度、温度制度。方法：1、人工操作，试制规格 2、计算机自动控制系
12、统数学模型 第一次计算：精轧之前，利用数学模型预测计算负荷分配、压下规程、轧制力、各架空载辊缝及出后厚度、活套张力。第二次计算：带坯到达精轧入口时，再次计算温降，进行轧制规程的调整。第三次计算：带钢进入精轧第一、二机架后，利用实测数据进行“自适应”计算，进一步修正(xizhng)以后各机架的设定值。第26页/共70页第二十七页，共70页。第27页/共70页第二十八页，共70页。能耗负荷分配法能耗负荷分配法连轧机组轧制规程连轧机组轧制规程(guchng)设计常采用能耗负荷分配法。设计常采用能耗负荷分配法。(1)等功耗分配法。让每架轧机轧制(zh zh)时所消耗的功率相等。利用能耗曲线资料进行负荷
13、分配的方法(fngf)通常有：(2)等相对功率分配法。连轧机组各轧机的主电机容量并不相等。(3)按负荷分配系数或负荷分配比进行分配的方法。第28页/共70页第二十九页，共70页。以七架热连机为例的设计步骤如下：(1)输入给定数据。粗轧带坯的厚度和宽度由粗轧末架后面的射线测厚仪及光电测宽仪测得。同时测得出口温度。(2)确定轧制总功率。当精轧温度和钢种已知时，便可利用能耗曲线确定由带坯轧成成品所需的总轧制功率。(3)分配负荷。将求得精轧机组的总功率消耗(xioho)分配到各机架上去。可根据具体设备条件及制订规程的原则要求，采用负荷分配方法确定出各种产品在各机架上的负荷分配比。(4)确定各机架出口厚
14、度。可根据各机架的负荷分配比，用数学模型计算出各机架的出口厚度。也可由负荷分配比表计算出各机架的累积能耗，据此由能耗曲线即可查出对应的各机架的轧出厚度。第29页/共70页第三十页，共70页。(5)确定最末机架F7的出口速度v7。(6)确定其他各机架轧制速度。末架轧制速度确定之后，便可按秒体积流量相等(xingdng)原则，按各架轧出厚度(h17，)和前滑率(S 17)(见前滑)求出各架轧辊速度(v 17)。前滑率S主要为压下率的函数，可通过理论公式或经验公式进行计算。连轧机各架轧制速度应有较大的调整范围。根据流量方程，连轧机组的速度范围v 1/v7)应为速度(sd)锥图第30页/共70页第三十
15、一页，共70页。(7)校核功率。各机架轧制速度确定以后，用能耗曲线(qxin)进行功率校核。各机架所需功率(Ni)为式中(Q-Qi-1)为单位能耗，即每轧一吨钢所消耗的千瓦时数；V为金属秒体积(tj)流量，V=Bh7v7(为钢的密度)。第31页/共70页第三十二页，共70页。(8)计算(j sun)轧制力考虑压扁后轧辊半径R为式中E、为轧辊材料的弹性模量及泊松数。则压扁后的变形区长度为第32页/共70页第三十三页，共70页。(9)设定各机架压下位置(wi zhi)即空载辊缝值。生产中为了提高预报精度，实际控制(kngzh)时还需加进轧机刚度补偿和轴承油膜厚度补偿，即其实际压下位置设定值应为式中
16、L为辊身长度；B、分别为板带宽度及宽度修正系数(可预先(yxin)实测求出)；、G分别为油膜厚度修正项及测厚仪常数项。第33页/共70页第三十四页，共70页。第34页/共70页第三十五页，共70页。冷轧板带钢冷轧板带钢(di n)轧制工艺轧制工艺制度的制定制度的制定n n1.变形制度(压下规程)的制定n n制定的工艺(gngy)特点和方法n n现代冷连轧机的设定计算n n2.速度制度的制定n n3.张力制度的制定第35页/共70页第三十六页，共70页。工艺工艺(gngy)特点特点n nA.A.冷轧变形冷轧变形(bin xng)(bin xng)程度的确定主要取决于：所轧钢种的特性，原料程度的确
17、定主要取决于：所轧钢种的特性，原料及成品的厚度，所采用的冷轧工艺及轧机能力等及成品的厚度，所采用的冷轧工艺及轧机能力等.应充分考虑到各种提应充分考虑到各种提高冷轧效率的手段与可能性高冷轧效率的手段与可能性.n n各道次压下量的分配，如前述原则各道次压下量的分配，如前述原则.n nB.B.制定压下规程必须确定与之相应的张力制度制定压下规程必须确定与之相应的张力制度.n n方法：先按经验并按规程设计的一般原则和要求，对各道次压下进行方法：先按经验并按规程设计的一般原则和要求，对各道次压下进行分配；进而按工艺要求并参考经验资料，选定各道次间的单位张力；分配；进而按工艺要求并参考经验资料，选定各道次间
18、的单位张力；最后校核设备的负荷及各限制条件，并作适当修正最后校核设备的负荷及各限制条件，并作适当修正.第36页/共70页第三十七页，共70页。第37页/共70页第三十八页，共70页。例题：由退火原料开始轧制，带钢原始厚度为1.85mm，轧制0.38mm的产品，钢种为Q215，轧辊直径为400/1300,最大允许轧制力为18MN,卷取机最大张力为0.1MN,拆卷张力为34KN,摩擦系数第一道不喷油取0.08，以后(yhu)喷乳化液去0.05-0.06。计算其压下规程。Q215F钢种的加工硬化曲线如图3-11所示。第38页/共70页第三十九页，共70页。冷轧时的带钢冷轧时的带钢(din)变形阻变形
19、阻力力 冷轧时，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来选用。由于存在加工硬化的影响，各道次的变形阻力不仅与各道次变形程度有关，而且还与前面各道次的总变形程度有关。对各道次来说，沿接触弧上金属变形阻力也是变化的，出口处比入口处要大。计算时一般(ybn)把变形区作为圆弧(或抛物线)变化来计算平均总变形程度总，按此平均总变形程度来查出变形阻力(即0.2)。平均总变形程度总用下式计算：第39页/共70页第四十页，共70页。平均总变形程度(chngd)总用下式计算：第40页/共70页第四十一页，共70页。第1道：ho=1.85
20、mm，h1=1.0mm，h=0.85mm，由于为退火状态进行轧制，故入口压下率0为零，出口(ch ku)压下率为：平均总压下率总为：总=O.40+0.61=0.40+0.646=28 斯通平均单位压力(yl)公式写成下式：第41页/共70页第四十二页，共70页。斯通平均单位压力公式斯通平均单位压力公式斯通平均单位压力公式斯通平均单位压力公式(gngsh)(gngsh)(gngsh)(gngsh)计算图表计算图表计算图表计算图表n n利用利用(lyng)(lyng)弹性弹性压扁接触弧长公式压扁接触弧长公式经数学变换，可得经数学变换，可得下式：下式：按上式可作出图表，根据具体轧制(zh zh)条件
21、计算出y,z，值,两点连成一条直线，直线与S形曲线的交点即为所求x.第42页/共70页第四十三页，共70页。n n再根据再根据x x值可解出压扁弧长度，代入斯通平均值可解出压扁弧长度，代入斯通平均(pngjn)(pngjn)单位压力公式解出平均单位压力公式解出平均(pngjn)(pngjn)单位单位压力值。压力值。n n为计算方便，下表给出外摩擦影响系数值。为计算方便，下表给出外摩擦影响系数值。第43页/共70页第四十四页，共70页。什么什么(shnme)叫最小可轧厚度？怎样使轧机轧出更薄的叫最小可轧厚度？怎样使轧机轧出更薄的产品产品?极薄带生产极薄带生产 在一定轧机上轧制某种产品时，随着带钢
22、的逐渐变薄，压下愈来愈困难(kn nn)，当带钢厚度薄到某一限度后，不管如何旋紧压下螺丝或加大液压压下的压力，不管反复轧制多少道，也不可能再使产品轧薄。这时带钢的极限厚度称为最小可轧厚度。在轧制中，轧件与轧辊相互作用,轧件在轧辊作用下产生塑性变形。当然，轧件也伴有微小的弹性变形，通过轧辊后有一极小的弹性变形量恢复，增加了轧件厚度。轧机、轧辊等受轧件的反力产生弹性变形。如图所示，厚度为H的轧件经过轧辊压下h总，但轧辊弹性变形使轧件减少压下h1，同时轧件出轧辊后，弹性变形恢复又使轧件压下减少h2，结果，轧件实际压下量为：第44页/共70页第四十五页，共70页。由上式可知，当时，轧件通过轧辊将不产生
23、(chnshng)压下。这时的轧件的厚度就叫最小可轧厚度。第45页/共70页第四十六页，共70页。带钢最小可轧厚度不仅仅由轧机工作辊直径这一因素所决定(judng)，还取决于金属材料的性质、张力、润滑情况、轧辊材料等。带钢最小可轧厚度为：公式(gngsh)一般工作辊辊径与成品带材厚度的比例(bl)关系按下式来选取或确定：第46页/共70页第四十七页，共70页。要想轧制厚度更薄的带钢，采取的措施：(1)有效地减小金属在轧制过程中的实际变形抗力，适当安排软化热处理。（2）减小工作辊直径，多辊轧制。（3）采用高效率的工艺润滑剂，（4）适当采用张力轧制，(5)增加轧机的刚性，主要是要有效地减小轧辊的弹
24、性(tnxng)压扁。例如，二十辊冷轧机采用直径小达10mm的碳化钨工作辊，其弹性(tnxng)模量E几乎是一般合金锻钢辊的30倍，可轧制厚度小达 0001mm的极薄带钢。第47页/共70页第四十八页，共70页。日本(r bn)森吉米尔公司1969年 轧制(zh zh)1250mm宽的软钢带时，普通四辊冷轧机的最小可轧厚度为0.25mm，而用森吉米尔轧机可轧到O.06mm。第48页/共70页第四十九页，共70页。16 热轧无缝管材的主要加工形式和基本工艺过程16.1 管材生产(shngchn)概述一、钢管的特性及分类第49页/共70页第五十页，共70页。第50页/共70页第五十一页，共70页。
25、第51页/共70页第五十二页，共70页。第52页/共70页第五十三页，共70页。第53页/共70页第五十四页，共70页。第54页/共70页第五十五页，共70页。天津天津(tin jn)钢管钢管250限动芯棒连轧管机限动芯棒连轧管机组组宝钢宝钢140连轧管机组连轧管机组(jz)第55页/共70页第五十六页，共70页。第56页/共70页第五十七页，共70页。第57页/共70页第五十八页，共70页。第58页/共70页第五十九页，共70页。第59页/共70页第六十页，共70页。热轧穿孔方法热轧穿孔方法热轧穿孔方法热轧穿孔方法(fngf(fngf)一、斜轧穿孔一、斜轧穿孔一、斜轧穿孔一、斜轧穿孔 对称性
26、好，壁厚均匀，由实心坯成毛管。对称性好，壁厚均匀，由实心坯成毛管。对称性好，壁厚均匀，由实心坯成毛管。对称性好，壁厚均匀，由实心坯成毛管。一般用锻、轧坯。一般用锻、轧坯。一般用锻、轧坯。一般用锻、轧坯。1.13 1.13度二辊斜轧穿孔度二辊斜轧穿孔度二辊斜轧穿孔度二辊斜轧穿孔 2.18 2.18度二辊斜轧穿孔度二辊斜轧穿孔度二辊斜轧穿孔度二辊斜轧穿孔(菌菌菌菌式式式式)第60页/共70页第六十一页，共70页。3.3.三辊斜轧穿孔三辊斜轧穿孔 二辊斜轧穿孔与三辊斜轧穿孔的比较：二辊斜轧穿孔与三辊斜轧穿孔的比较：二辊斜轧穿孔：在压应力和拉应力交变作用二辊斜轧穿孔：在压应力和拉应力交变作用(zuyn
27、g)(zuyng)下下进行进行三辊斜轧穿孔：在压应力作用三辊斜轧穿孔：在压应力作用(zuyng)(zuyng)下进行下进行第61页/共70页第六十二页，共70页。斯蒂菲尔盘式穿孔机第62页/共70页第六十三页，共70页。第63页/共70页第六十四页，共70页。第64页/共70页第六十五页，共70页。二、压力二、压力(yl)(yl)穿孔穿孔 内、外表面无刮伤，有利于钢锭中心粗大或疏松组织细化，内、外表面无刮伤，有利于钢锭中心粗大或疏松组织细化，偏心严重，生产率低，对坯料无限制。偏心严重，生产率低，对坯料无限制。1.1.压力压力(yl)(yl)挤孔挤孔 2.2.推轧穿孔推轧穿孔 压力压力(yl)(
28、yl)挤孔挤孔 推轧穿孔推轧穿孔 第65页/共70页第六十六页，共70页。推轧穿孔机 ppm第66页/共70页第六十七页，共70页。2.2 轧管一、轧管设备 1.自动轧管机 生产400mm以下的管材(un ci)：两个道次的轧制，第一道变形，第二道消除壁厚偏差，总延伸系数为2.3。优点：采用短芯头，调整方便。缺点：延伸系数小，回送，第二道要翻90度，壁厚偏差大。第67页/共70页第六十八页，共70页。2.2.连续轧管机连续轧管机 生产生产250-400mm250-400mm以下以下(y(y xi)xi)的管材的管材 7-9 7-9个机架，总延伸系数为个机架，总延伸系数为6.06.0，采用连铸管坯。，采用连铸管坯。有两种形式：有两种形式：早期为：浮动芯棒，现为：限动芯棒早期为：浮动芯棒，现为：限动芯棒.第68页/共70页第六十九页，共70页。3.3.高精度轧管机高精度轧管机 A.A.阿塞尔轧管机：长芯棒三辊斜轧阿塞尔轧管机：长芯棒三辊斜轧 长：长：1214m 1214m，最大管径，最大管径270mm270mm，壁厚偏差，壁厚偏差(pinch)(pinch)6%6%(其它其它8%)8%)。D D：t=3.520 t=3.520 第69页/共70页第七十页，共70页。