材料成形工艺学轧制制度的确定PPT学习教案.pptx

会计学 1材料(cilio)成形工艺学轧制制度的确定第一页，共71 页。第1 页/共71 页第二页，共71 页。第2 页/共71 页第三页，共71 页。第3 页/共71 页第四页，共71 页。第4 页/共71 页第五页，共71 页。第5 页/共71 页第六页，共71 页。第6 页/共71 页第七页，共71 页。2）在保证操作稳定(wndng)方便的条件下提高质量；第7 页/共71 页第八页，共71 页。第8 页/共71 页第九页，共71 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规程有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。（经验资料）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理论方法就是从充分满足前述制定的轧制规程的原则要求出发，按预设的条件制规程的原则要求出发，按预设的条件通过通过(tnggu)(tnggu)数学模型计算或图表方法，数学模型计算或图表方法，以求最佳的轧制规程。这是理想和科学以求最佳的轧制规程。这是理想和科学的方法。的方法。第9 页/共71 页第十页，共71 页。通常板带生产制订压下规程的方法和步骤为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；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(jnxng)必要的修正和改进。第10 页/共71 页第十一页，共71 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930 980 毫米，支持辊辊身直径1660 1800 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0 30 60rpm，a=40rpm/s,b=60rpm/s，最大允许扭转力矩22240KJ。第11 页/共71 页第十二页，共71 页。第12 页/共71 页第十三页，共71 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(y lin)为 b=100 mm2，头尾剪切余量(y lin)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13 页/共71 页第十四页，共71 页。3）分配各道压下量，排出压下规程表：采用按经验(jngyn)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。热轧钢板时最大咬入角为15 22，并按最小工作直径计算。第14 页/共71 页第十五页，共71 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、轧辊强度及接轴叉头等(tudng)的强度条件、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 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.5最大咬入角/0 25 23 22.5 22 21 17 11第15 页/共71 页第十六页，共71 页。二、道次压下量的分配(fnpi)规律 1）开始道次受到咬入条件的限制，同时考虑到热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16 页/共71 页第十七页，共71 页。3、确定速度制度(zhd)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np nd。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（l8 米时，取tj 4 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，采用梯形速度第17 页/共71 页第十八页，共71 页。4）计算各道纯轧时间，确定轧制延续(ynx)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、抛出的，即整个轧制过程中转速不变。第18 页/共71 页第十九页，共71 页。4、校核轧机 1）计算各道轧制温度(wnd)：要计算各道次轧制温度(wnd)，首先必须计算各道次的温度(wnd)降：另外，由于轧件头部和尾部温度(wnd)降不同，为设备安全着想，确定各道温度(wnd)降时应以尾部（因尾部轧制温度(wnd)比头部低）为准。2）计算各道变形程度：压下率3）计算各道平均变形速度：第19 页/共71 页第二十页，共71 页。4）确定各道变形抗力(kn l)：变形抗力(kn l)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(kn l)曲线查出变形程度为30 时的变形抗力(kn l)，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(kn l)。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20 页/共71 页第二十一页，共71 页。5、校核电机：1）计算各道轧制力矩：2）计算各道附加摩擦力矩：附加摩擦力矩由轧辊轴承中的摩擦力矩Mm1 和轧机传动机构中的摩擦力矩Mm2 两部分组成。在3）计算空转(kngzhun)力矩：轧机空转(kngzhun)力矩MK 根据实际资料可为电机额定力矩的（3 6）。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M Mz/i Mm MK Md。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21 页/共71 页第二十二页，共71 页。粗轧第22 页/共71 页第二十三页，共71 页。第23 页/共71 页第二十四页，共71 页。第24 页/共71 页第二十五页，共71 页。第25 页/共71 页第二十六页，共71 页。AB CE FDG HtZH tjnynpndt,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(gngzhng)修正系数简单大致求出。第26 页/共71 页第二十七页，共71 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(shzh)规格 2、计算机自动控制系统 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，进一步修正以后各机架的设定值。第27 页/共71 页第二十八页，共71 页。第28 页/共71 页第二十九页，共71 页。能耗负荷(fh)分配法 连轧机组轧制规程设计常采用能耗负荷(fh)分配法。(1)等功耗分配法。让每架轧机(zh j)轧制时所消耗的功率相等。利用能耗曲线资料(zlio)进行负荷分配的方法通常有：(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29 页/共71 页第三十页，共71 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分配到各机架上去。可根据具体设备(shbi)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30 页/共71 页第三十一页，共71 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原则(yunz)，按各架轧出厚度(h1 7，)和前滑率(S 1 7)(见前滑)求出各架轧辊速度(v 1 7)。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31 页/共71 页第三十二页，共71 页。(7)校核(xio h)功率。各机架轧制速度确定以后，用能耗曲线进行功率校核(xio h)。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(jnsh)秒体积流量，V=Bh7v7(为钢的密度)。第32 页/共71 页第三十三页，共71 页。(8)计算轧制力考虑压扁后轧辊(zhgn)半径R 为式中E、为轧辊(zhgn)材料的弹性模量及泊松数。则压扁后的变形区长度为第33 页/共71 页第三十四页，共71 页。(9)设定(sh dn)各机架压下位置即空载辊缝值。生产中为了提高预报精度，实际控制时还需加进轧机刚度补偿(bchng)和轴承油膜厚度补偿(bchng)，即其实际压下位置设定值应为式中L 为辊身长度；B、分别为板带宽度及宽度修正系数(可预先实测求出)；、G 分别为油膜厚度(hud)修正项及测厚仪常数项。第34 页/共71 页第三十五页，共71 页。第35 页/共71 页第三十六页，共71 页。冷轧板带钢轧制(zh zh)工艺制度的制定n n 1.变形制度(压下规程(guchng)的制定n n 制定的工艺特点和方法n n 现代冷连轧机的设定计算n n 2.速度制度的制定n n 3.张力制度的制定第36 页/共71 页第三十七页，共71 页。工艺(gngy)特点n n A.A.冷轧变形程度的确定主要取决于：所轧钢种的特性，原料及成品的 冷轧变形程度的确定主要取决于：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 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高冷轧效 应充分考虑到各种提高冷轧效率的手段与可能性 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 n B.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，选定各道次间的单位张力；最后校核设备的负荷及各限制条件 最后校核设备的负荷及各限制条件(tiojin)(tiojin)，并作适当修正，并作适当修正.第37 页/共71 页第三十八页，共71 页。第38 页/共71 页第三十九页，共71 页。例题：由退火(tu hu)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39 页/共71 页第四十页，共71 页。冷轧时的带钢(din)变形阻力 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(jnsh)变形阻力也是变化的，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 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40 页/共71 页第四十一页，共71 页。平均(pngjn)总变形程度 总用下式计算：第41 页/共71 页第四十二页，共71 页。第1 道：ho=1.85mm，h1=1.0mm，h=0.85mm，由于为退火状态进行轧制，故入口(r ku)压下率0 为零，出口压下率为：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42 页/共71 页第四十三页，共71 页。斯通平均单位斯通平均单位(dnwi)(dnwi)压力公式计算图表压力公式计算图表n n 利用弹性 利用弹性(tnxng)(tnxng)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43 页/共71 页第四十四页，共71 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，代入斯通平均单位压力公式 单位压力公式(gngsh)(gngsh)解出平均单位压力值。解出平均单位压力值。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44 页/共71 页第四十五页，共71 页。什么叫最小可轧厚度？怎样使轧机(zhj)轧出更薄的产品?极薄带生产 在一定轧机上轧制某种产品时，随着带钢的逐渐变薄，压下愈来愈困难，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(wixio)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45 页/共71 页第四十六页，共71 页。由上式可知，当时，轧件通过(tnggu)轧辊将不产生压下。这时的轧件的厚度就叫最小可轧厚度。第46 页/共71 页第四十七页，共71 页。带钢(di n)最小可轧厚度不仅仅由轧机工作辊直径这一因素所决定，还取决于金属材料的性质、张力、润滑情况、轧辊材料等。带钢(di n)最小可轧厚度为：公式(gngsh)一般工作(gngzu)辊辊径与成品带材厚度的比例关系按下式来选取或确定：第47 页/共71 页第四十八页，共71 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(zhgn)的弹性压扁。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48 页/共71 页第四十九页，共71 页。日本(r bn)森吉米尔公司 1969 年 轧制1250mm 宽的软钢带时，普通(ptng)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49 页/共71 页第五十页，共71 页。16 热轧无缝管材的主要加工形式(xngsh)和基本工艺过程16.1 管材生产概述一、钢管的特性及分类第50 页/共71 页第五十一页，共71 页。第51 页/共71 页第五十二页，共71 页。第52 页/共71 页第五十三页，共71 页。第53 页/共71 页第五十四页，共71 页。第54 页/共71 页第五十五页，共71 页。第55 页/共71 页第五十六页，共71 页。天津(tinjn)钢管250 限动芯棒连轧管机组宝钢140 连轧管机组(jz)第56 页/共71 页第五十七页，共71 页。第57 页/共71 页第五十八页，共71 页。第58 页/共71 页第五十九页，共71 页。第59 页/共71 页第六十页，共71 页。第60 页/共71 页第六十一页，共71 页。热轧穿孔方法热轧穿孔方法一、斜轧穿孔一、斜轧穿孔 对称性好，壁厚均匀对称性好，壁厚均匀(jnyn)(jnyn)，由实心坯成，由实心坯成毛管。毛管。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 2.18 2.18度二辊斜轧穿孔度二辊斜轧穿孔(菌菌式式)第61 页/共71 页第六十二页，共71 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(b(b jio)jio)：二辊斜轧穿孔：在压应力和拉应力交变作用下进行 二辊斜轧穿孔：在压应力和拉应力交变作用下进行三辊斜轧穿孔：在压应力作用下进行 三辊斜轧穿孔：在压应力作用下进行第62 页/共71 页第六十三页，共71 页。斯蒂菲尔盘式穿孔机第63 页/共71 页第六十四页，共71 页。第64 页/共71 页第六十五页，共71 页。第65 页/共71 页第六十六页，共71 页。二、压力穿孔 二、压力穿孔 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 偏心严重(ynzhng)(ynzhng)，生产率低，对坯料无限制。，生产率低，对坯料无限制。1.1.压力挤孔 压力挤孔 2.2.推轧穿孔 推轧穿孔 压力挤孔 压力挤孔 推轧穿孔 推轧穿孔 第66 页/共71 页第六十七页，共71 页。推轧穿孔机 ppm第67 页/共71 页第六十八页，共71 页。2.2 轧管一、轧管设备 1.自动轧管机 生产400mm 以下的管材：两个道次的轧制(zh zh)，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68 页/共71 页第六十九页，共71 页。2.2.连续轧管机 连续轧管机 生产 生产250-400mm 250-400mm 以下的管材 以下的管材 7-9 7-9 个机架，总延伸系数为 个机架，总延伸系数为6.0 6.0，采用连铸管坯。，采用连铸管坯。有两种形式：有两种形式：早期 早期(z(z oq)oq)为：浮动芯棒，现为：限动芯棒 为：浮动芯棒，现为：限动芯棒.第69 页/共71 页第七十页，共71 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270mm 270mm，壁厚偏差，壁厚偏差(pinch)6%(pinch)6%(其它 其它8%)8%)。D D：t=3.520 t=3.520 第70 页/共71 页第七十一页，共71 页。