本科毕业论文-—φ530空间自位型高刚度轧机结构设计及校核说明书.doc

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1、本科毕业设计（论文）530空间自位型高刚度轧机结构设计及校核毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的

2、印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 燕山大学毕业设计(论文)任务书学院： 机械学院 系级教学单位： 机设系 学号学生姓名专 业班 级08级轧钢3班题目题目名称530空间自位型高刚度轧机结构设计及校核题目性质1.理工类：工程设计 （ ）；工程技术实验研究型（ ）；理论研究型（ ）；计算机软件型（ ）；综合型（ ）。2.文管类（ ）；3.外语类（ ）；4.艺术类（ ）。题目类型1.毕业设计（ ） 2.论文（ ）题

3、目来源科研课题（ ） 生产实际（ ）自选题目（ ） 主要内容了解高刚度轧机特点，设计530短应力线高刚度轧机；查阅设计12棒材产品的轧制工艺，进行轧机力能参数计算；就计算力能参数进行轧机辊系关键零部件的强度和刚度校核。基本要求1、设计图纸量：7张A1包括总图、辊系装配图、轴向调整机构图、轴承座和轧辊零件图。2、设计说明书20000字（45页）以上。3、译5000字以上英文论文一篇。参考文献 1、机械设计专业基础书2、轧钢机械设计和轧钢设备及工艺等专业书3、有限元计算相关文献4、机械设计等工具手册周 次14周58周912周1316周17周应完成的内容调研、完成开题报告和文献综述；方案设计；产品工

4、艺设计；绘制草图。完成轧机技术设计；绘制辊系图；翻译英文论文。完成辊系装配图、轴向调节机构图和总图完成轴承座和轧辊零件图；撰写设计说明书完善全部图纸和说明书，答辩指导教师：李明职称：副教授 年 月 日系级教学单位审批： 年 月 日摘 要摘 要小型材在我国国民经济中需求量很大，2003年我国小型材实际产量约为4034万吨。约占钢材总产量的25%。我国中小型轧机1350余套，数量居世界第一。这些轧机中90%左右为横列式轧机，技术水平落后，每套轧机平均年产量不足3万套。但其总产量是小型材的60%左右。随着国内钢铁业的发展和钢材市场由卖方市场转变为买方市场，由国内竞争转变为国际竞争的变化，中小型产品必

5、须做到高质量，高效益，这样才能在激烈的市场竞争中立于不败之地，要做到这一点，我们必须充分发挥以建或在建轧机的作用，在完全消化吸收引进设备的先进即使得前提下，必须加速对现有横列式轧机的技术改造。因此，作者结合江苏永刚集团线材分厂的实际情况，参看现有轧机，对530轧机进行了设计与改造。近几十年来，轧钢生产的技术进步取得了长足发展，尤其是在型钢生产方面，H型钢自由尺度轧制，型钢的多线切分轧制，三辊Y型轧机轧制技术的应用和发展，标志着型钢生产已经发展到一个新阶段。关键词：横列式轧机；H型钢；小型材I燕山大学本科生毕业设计（论文）AbstractSmall section of Chinas natio

6、nal economy in great demand, in 2003 actual production of Chinas small section of about 40.34 million tons. Steel production accounts for about 25%. Small and medium-sized mill in China more than 1350 sets the number of the world. These rolling mill in about 90% for the bar mill, technological backw

7、ardness, the average annual output per mill less than 3 million units. But its output is a small section of around 60%.With the development of the domestic steel industry and steel market from a sellers market into a buyers market, from domestic competition into the changes in international competit

8、iveness, small and medium-sized products must be high quality, high efficiency, so as to in the fierce market competition does not stand lost land, it is necessary to do this, we must bring into full play so as to construction or the role of rolling mill under construction, like found in the complet

9、e digestion of the advanced imported equipment even if the premise of the need to accelerate the existing bar mill of technological transformation. Therefore, the authors combine wire factory in Jiangsu Yonggang Group, the actual situation, see the existing mill, 530 mill for the design and transfor

10、mation.Keywords: H-shaped steel bar, small section目录目 录摘 要IABSTRACTII目 录III第1章 绪论1 1.1 钢材生产概况1 1.2 线材产品1 1.3 线材轧机发展2 1.4 线材生产的新技术4 1.5 短应力线轧机5第2章 轧制力能参数10 2.1 机组组成概况10 2.2 机组孔型10 2.2.1 孔型设计原则11 2.2.2 孔型设计14 2.3 第二十一架轧机轧制力的计算16 2.3.1 平均压下量hm的计算17 2.3.2 变形抗力确定17 2.3.3 轧件粘度系数的计算18 2.3.4 外摩擦影响系数m的确定18 2

11、.3.5 平均单位压力Pm计算19 2.3.6 轧制力P的计算19 2.4 轧制时的咬入角、中性角以及前滑的计算19 2.4.1 咬入角的计算19 2.4.2 中性角的确定20 2.4.3 前滑的计算20 2.5 轧制力矩和电机功率20 2.5.1 计算前后张力差21 2.5.2 前后张力差对摇臂的倾翻力矩22 2.5.3 确定电机功率22 2.6 轧辊强度的校核23 2.6.1 轧辊的结构特点23 2.6.2 轧辊的尺寸确定23 2.6.3 轧辊的强度校核24 2.7 本章小结27第3章 空间自位性28 3.1 轧机轴承短寿损坏及不可靠性28 3.2 轧机轧辊弯曲微尺度等效辊系28 3.2.

12、1 方柱型高刚度轧机29 3.2.2 2050mmCVC 热连轧精轧机29 3.3 KZ轧机自位性能的实现30 3.3.1 530KZ型高刚度轧机特点及主要参数31 3.3.2 空间自适应机构原理33 3.4 轴承寿命计算34 3.4.1轴承寿命的计算34 3.4.2 轧机滚动轴承边界元法简介35 3.5轧机刚度38 3.5.1 轴承座变形量与轧辊挠度38 3.5.2 拉杆及压下螺母的变形38 3.5.3 球面垫压缩量计算39 3.6 平衡弹簧40 3.6.1 下平衡弹簧的设计计算41 3.7 本章小结42第4章 轧机压下43 4.1 轧机压下的种类43 4.2 压下装置的选择43 4.2.1

13、 压下装置传动方案的确定43 4.2.2 压下装置的传动参数43 4.2.3 压下装置传动的几何计算44 4.3 压下装置主要零件的强度校核47 4.3.1 最大及额定阻力矩47 4.3.2 锥齿轮强度的校核48 4.3.3 蜗轮强度的校核49 4.4 压下装置指针盘系统50 4.5 本章小结51第5章 轴向调节装置52 5.1 轴向调节机构52 5.2 轧辊轴向调节端轴承座重心位置计算53 5.3 本章小结54第6章 轧机操作与维护55 6.1 轧机的安装55 6.2 轧机的调整与试车55 6.3 轧机润滑56 6.4 轧机的维修57 6.5 滚动轴承的安装与保护58 6.6 本章小结58小

14、结59参考文献60致谢62附录1 开题报告63附录2 文献综述70附录3 外文译文及外文文献80V第1章 绪论 第1章 绪论1.1 钢材生产概况近年我国小型、线材生产发展很快，其装备既有世界一流水平的，也有具有一定水平的国产先进设备，其产品数量和质量有很大提高。在加入WTO后，面临着更多的机遇与挑战，相信经过轧钢界的努力会取得更大成就。我国小型、线材无论在轧机数量上，还是产量上均为世界第1，而且其产量逐年增长很快。美国同期小型、线材产量占钢材产量总比例分别为17%与5%左右；日本同期小型、线材产量占钢材产量总比例分别为20%与8%左右，几年来产量平稳。而我国小型、线材平均增长速度分别为14.5

15、6%与10.96%，无论是所占钢材比例还是绝对产量均远高于美国与日本。线材是钢铁产品的重要品种之一，广泛应用于建筑和制品工业，线材生产的技术进步离不开轧机的发展。目前世界主要产钢国家普遍采用全连续高速无扭线材精轧机组和控制冷却技术作为线材生产的主要工艺装备手段，它集中了当代线材生产工艺和设备的新成就。其特点是：高速、单线、无扭、微张力、组合结构、碳化钨辊环和自动化，采用了快速换辊和导卫装置，其产品特点是盘重大、精度高、质量好。1.2 线材产品目前我国高速线材产品的主要品种有普碳钢、优碳钢、焊条钢、焊丝钢、弹簧钢、轴承钢、碳结钢、不锈钢、高速工具钢、冷墩钢、低合金钢等。宝钢、武钢、马钢、酒钢等还

16、可生产一部分钢帘线。产品规格一般为5512mm的圆钢或螺纹钢。包钢、武钢、杭钢、马钢等可生产520mm的圆钢，邢钢还可生产大规格的盘卷。目前我国高速线材产品大多数为建筑用材，其次为金属制品焊丝、焊条和各类标准件用钢。线材生产的平均成材率为961，其中唐钢、酒钢的成材率最高达9835；平均单线年产量为40万t左右，其中天钢、湘钢、宣钢、酒钢、昆钢、沙钢、萍钢的单线年产量均已达65万t，有的已接近70万t。目前各地正在筹划和正在建设中的高速线材生产线还有不少，预计2005年至2007年期间将有2630条生产线陆续建成投产，新增产能将在l000万t以上，这对高速线材产品的将会产生较大影响1.3 线材

17、轧机发展高速线材轧机的发展主要体现在精轧机组和控制冷却工艺方面的发展，它提高了线材的产量和质量。现代的高速线材轧机，其终轧速度、产品的产量和质量，以及各项经济指标都是过去任何型式的线材轧机不能与之相匹配的。几年来世界各线材轧机主要生产厂家，已将终轧速度提高到110120ms，在实际使用中个别厂家已达140ms。轧机的架数已增加到28架，轧制坯料可达160mm160ram 以上。一套现代化的高速线材轧机主要由坯料处理、加热、(粗、中、精)轧、控制冷却、精整运输和计算机控制的电气设备等各项设备组成。因而，其现代化的先进程度也就体现在上述诸多方面，但其最主要指标还是体现在终轧速度上。摩根新式精轧机是

18、当今最具有代表性的高速轧机，自1966年第一台无扭精轧机在加拿大投产后，摩根轧机的发展已进入第六代，轧制速度由第一代的43ms发展到120ms。轧线的配置由粗中轧多线有扭轧制发展为单线全无扭轧制，成品卷重已达2000kg以上。1998年摩根公司推出了面向21世纪的线材轧制新技术，其核心是在精轧机后配置定径减径机组，全线单一孔型系列，实现“自由轧制”，产品尺寸范围扩展到中5025mm，定径减径机组实行在线快速更换，离线检修、设定。进一步将精轧机组由单一电机集体传动，发展为每两架一组单独传动，实现在线快速更换。轧机控制方面，将发展粗中轧机孔型自动对中，辊缝自动检测，精轧机尺寸自动反馈调整系统。除了

19、摩根轧机外，德国DMS公司的高速线材轧机也是目前国际上技术先进、具有高生产能力的轧机之一，已在十六、七个国家建成20多条生产线。我国的酒钢和唐钢就引进了该公司生产的高速线材轧机。另外，德国SMS公司制造的高速线材轧机主要是摩根型无扭精轧机组，斯太尔摩控冷线： 主要特点：小辊径、大延伸、成品公差小、精度高、表面质量好：斯太尔摩控冷线对线材的全长冷却处理，使之获得均匀的组织，显著提高了线材的拉伸性能。意大利的达涅利公司已制造了几十套线材轧机，轧制速度最高达120ms。达涅利采用了ESC先进轧制工艺，在粗轧机组中应用了无牌坊轧制新技术，它生产的轧机结构紧凑，轧制程序灵活，快速调定，无扭转轧制，产品质

20、量可靠。目前达涅利用新研制成功的“高压下定径机组 (HRSM)作为预精轧机组和其后布置的“双模块高速精轧机组”配髓成精轧机组，简化了孔型系统，减少换辊时间，轧机利用系数提高到90 以上。我国的南京钢铁厂就引进了达涅利生产的单线HV 配置无扭精轧机组。我国中小型线材的生产与发达的工业国家相比差距很大，尤其是产品质量，品种不能适应市场对中小型线材的需求，主要表现在以下几个方面：1) 横列式轧机数量多，这部分轧机平均产量，大部分不能形成经济规模，导致耗能高劳动生产率低，成本高，经济效益差。2) 生产工艺简单，设备陈旧，多数轧机两火成材，不能与连铸坯衔接。3) 原料断面小，单重低，成材率低，国内横列式

21、轧机的成材率一般为60%80%，而美国可以达到92%，德国则高达94%96%。4) 轧机装备水平低，刚度差，产品精度低。国内多数轧机产品精度一般为250.254mm。5) 车间综合装备水平低，缺乏机械化和自动化。随着国内钢铁工业的发展以及市场竞争的国际化，中小型材产品必须做到高质量，高效益才能在市场中立于不败之地，要做到这一点我们必须在吸收引进设备的先进技术的前提下，对现有轧机进行合理化改造，改造原则是：1) 首先淘汰一批工艺落后，设备陈旧，不能形成经济规模，产量低。2) 对一些具有炼钢，连铸设备的企业，要充分发挥本企业的优势，采用可靠的新工艺，新技术，新设备对现有轧机进行全面改造，争取实现连

22、续化，采用连铸坯，一火成材。3) 对那些改造连轧有困难，但自身条件较好，具有特色的调坯生产的横列式轧机，要提高轧机的装备水平，采用高刚度轧机，提高产品尺寸精度，降低能耗，提高产品在市场上的竞争能力，以最低的产品成本参与市场竞争。4) 小型材轧机改造要立足于国内设计，改造。1.4 线材生产的新技术20世纪80年代以来，世界新建的小型轧机绝大多数为全线无扭转连续式轧机。由于机械和电气控制技术的进步，孔型设计的进步，特别是上游连铸技术的进步，小型线材轧机产生了根本性的变革。现代小型线材轧机的主要特点是：1) 直接以130x130mm-160x160mm，重达1.5-2.5t的连铸坯为原料；2) 设备

23、和布置都比以前大大简化，除合金小线材轧机外，一般小型轧机加热炉前不再复杂的坯料检查和修磨设备；3) 一般步进式加热炉与一套轧机相配；4) 轧线主轧机平/立交替布置，全线无扭转轧制，粗轧4架，中轧5架，精轧6架的组合成为普通线材小型轧机的标准布置形式；5) 采用新型轧机，粗轧机多位悬臂式或短应力线式，中轧机则大部分采用高刚度的短应力线轧机；6) 一般在轧制线上设置两台切头飞剪；7) 各架轧机单独传动，采用微张力或无张力轧制；8) 轧线设置有完备的用于低温轧制和控轧控冷的控温设备；9) 曾在50年代至70年代流行的双面冷床，被一台高效率的单面步进式冷床锁代替；10) 除少数合金钢小型轧机外，一般成

24、品的小型轧机已不需要在线探伤和检查设备；在线矫直和在线飞剪定尺剪切的开发成功，一改70年代繁杂庞大的线材精整系统，使精整线的设备和面积大大减少，把线材生产技术推向了一个新的阶段。现在线材轧机的轧制速度提高到120-140m/s，单线产量达到40-45万t。1.5 短应力线轧机提高轧机的刚性是获得高精度产品, 减少轧制废品和工艺事故,稳定工艺参数, 提高轧机作业率和产品成材率, 尤其是提高轧制速度的必备条件， 提高轧机刚性的最合理途径是尽量缩短轧机应力线长度，为此诞生了一种新型高刚度轧机短应力线轧机,其发展速度十分迅速, 各种类型的短应力线轧机纷纷出现。短应力线轧机又称为无牌坊轧机, 是一种高刚

25、度轧机, 在做为型钢轧机使用时, 它不仅应该具有较高的径向刚度, 而且还应该具有较高的轴向刚度。目前国内已经研制出多种型式的短应力线轧机如GY型,HB型,CW型,SY型,GW型,DW型等, 其中有代表性的有三种,它们是GY型短应力线轧机,HB型无牌坊轧机,SY型高刚度轧机。这几种轧机都是参考了瑞典的P-600型无牌坊轧机, 结合各自不同情况自行研制的, 所以它们主要受力部份的短应力线结构是相似的, 只在支承方式及某些具体结构上有些不同, 各有其特点。据悉, 某些短应力线轧机在使用过程中出现了一些问题, 如轧辊轴向串动大, 轧机轴向刚度差, 对某些厂来说, 轧辊轴向调节量偏小, 轧机调整不灵活等

26、。这些问题的出现, 原因可能是多方面的, 但最主要的还是结构上的问题, 如能从结构上改进, 这些问题是不难解决的。轧机的结构特点及其原理：目前我们称之为短应力线轧机的, 其实就是无牌坊轧机。这种轧机的结构与传统轧机的不同, 为了取得短应力线的效果, 它去掉了牌坊, 上下辊轴承座直接用四根立柱!丝杠浮动球绞联结, 构成平行六面体形状的轧辊组合, 由四根立柱承受轧制力, 当轧辊受力弯曲时, 轧辊轴承自动找正, 减少轴承的边缘压力。立柱的位置紧靠轧辊轴承的外圈, 螺母设置在轴承座应力线上，使得轧辊组合的应力线呈扁椭圆状。此外, 尽量减少应力线上零件的数量和接触面的数量, 加大轧辊平衡力保证接触部位紧

27、密接触, 使轧机的弹性曲线上初始的非线性段减少。轧机设置了从上面对上下轧辊进行调节的径向调节机构, 把受力的立柱与传动丝杠巧妙地结合起来, 立柱一端为右旋螺纹,另一端为左旋螺纹, 均与球面端螺母相配合, 螺母与球面垫浮动联结, 形成球绞, 球面垫放置轴承座上, 依靠轧辊平衡力压紧, 当立柱转动时, 螺母不能转动, 从而使上下辊轴承座沿立柱对称移动, 轧辊分离或靠近, 实现轧辊径向调节。两双蜗轮减速机之间装有离合联轴器,接通离合联轴器时, 两端轴承座同步移动,断开离合联轴器时, 两端轴承座单独调节。在轧辊轴承的非传动侧设置有能够承受双向轴向力的止推轴承机构, 非传动侧轴承座的侧盖与支座立柱相连,

28、 构成了刚度较大的轧辊轴向调节机构。轧辊轴承采用刚度大精度高的内座圈可拆卸的四列短圆柱滚子轴承,轧制力通过轴承向轴承座的两侧传递到立柱上, 改善了轧辊轴承负荷的分布, 延长了轴承的使用寿命。轧辊平衡多数采用同步弹份平衡机构, 封闭在轴承座内, 平衡力大小与辊缝无关。对轴向调节盆很小的轧机, 也可以采用普通的弹黄平衡, 把弹簧放在上下辊轴承座之间。整体轧机（图1）可以拆分为三大部份。 轧辊组合，双蜗轮减速机组， 支座。轧辊组合是轧机的核心, 它包括四个立柱, 上下轧辊轴承座, 螺母和球面垫及轧辊平衡机构等。双蜗轮减速机组是轧辊径向调节机构的传动装置, 它包括两台双蜗轮减速机及相配合的联轴器等。支

29、座是轧辊组合的支承部份, 支承它的重量, 同时对轧辊组合起定位作用。轧辊轴向调节及换辊：短应力线轧机的轧辊调节与传统轧机的不同, 轧辊的径向调节, 如图2所示, 是利用在一根立柱上有正反扣螺纹的方法, 通过双蜗轮减速组带动立柱转动, 使上下轧辊轴承座对称移动, 实现辊缝调节。轧辊轴向调节, 如图3所示, 是利用改变轧辊组合平行六面体形状的方法, 首先, 推动上轧辊轴承座, 使立柱少许倾斜,调节上下轧辊的水平方向的相对位置, 对正孔型。上下轧辊轴向均固定在支座的立柱上。轧辊的换辊, 是采取轧辊组合或者整台轧机成组更换方式, 轧辊组合在轧辊间利用专门设备, 按要求进行予装和予调, 因此大大简化了在

30、线调整工作1。目前短应力线轧机的轧辊轴向调节量都比较小, 一般取23mm。因为这种轧机的制造及装配精度比较高, 轧辊轴承又采用了滚动轴承, 轧辊组合进行予装及予调,所以当轧辊组合装入轧机的支架后勿需更多的调整。轧辊轴向调节量2-3mm就足够了。但我们目前情况是轧机制造厂家很多,水平高低不齐。使用厂家更多, 有的条件很差, 一时还不能适应短应力线轧机的要求。目前为了便于在我国更广泛地推广使用短应力线轧机, 应该适当地增大轧辊轴向调节量。双蜗轮减速机组是轧辊径向调节机构的传动装置是由两台双蜗轮减速机及其联结组合而成。双蜗轮减速机是由一个蜗杆同时与两个蜗轮相啮合的减速机, 其结构与一般的蜗轮减速机相

31、似, 为了同时向四根立柱输入转矩, 必须用联轴器把蜗杆轴联结起来。蜗轮输出端与四根立柱的联接方式, 以及两蜗轮减速机之间的联连方式须要根据立柱机构的动作原理确定。短应力线轧机的轧辊平衡, 是用来消除球面垫与轴承座, 球面垫与螺母球面端及立柱与螺母螺纹之间的间隙。为了能够有效地消除这些间隙, 保证轧机的刚度, 轧辊平衡力的选取比通常要大些, 取轧辊平衡力为被平衡重量的两倍。短应力线轧机的轧辊平衡, 一般是采用弹簧平衡, 同步弹簧平衡或简单弹簧平衡。同步弹赞平衡整个机构放置在轴承座内, 弹簧放在支承垫板与轴承上压盖之间, 支承垫板与立柱之间为螺纹联接, 与球面端螺母同移动。上压盖用螺栓把合在轴承座

32、上, 平衡重量经过弹簧通过支承垫板传递到立柱上。轧辊径向调节时, 转动立柱时支承垫板与轴承座同步移动, 保持弹簧压紧力不变, 从而使轧辊平衡力保持不变。短应力线轧机做为型钢轧机使用时,它的轴向刚度是一项重要指标。轧机的轴向刚度应该是综合性的, 它包括轧辊轴必要的串动量和轧机的轴向受力系统弹性变形量的总和。短应力线轧机在轧辊组合的非传动侧装备有足够双向支承受力的止推轴承组,利用轴承压盖做为受力件, 直接支承在支座的立柱上, 轧制时上下轧辊轴向力相反, 共同作用在支座的立柱上, 一辊推, 一辊拉构成了轴向力的短应力线。在横列式轧机上选用短应力线轧机时,成品前各架次轧机轴向力的支承, 受到轧机布置的

33、限制, 支承点不可能放在轧辊轴线上, 一般是采用悬臂支承机构, 这种支承刚性比较差, 影响轧机的轴向刚度。据了解有些单位的短应力线轧机的轧辊轴向串动量达到了0.3mm。这么大的轴向串动是不正常的, 但是轧辊轴向串动量为0也是不容易办到, 串动量大的原因很多, 有制造上的原因和装配上的原因, 最主要的还是结构上的原因。为了减少轧辊轴向串动, 提高轧机的刚度, 首先是正确选择止推轴承, 其次是轴承部件结构组合。在保证受力条件之下,选择那些结构简单, 便于调整, 必要游隙小的止推轴承, 在结构上保证能够调整轴承间隙,便于调整间隙, 为加强支承的刚性, 可以改变单侧悬臂支承为双侧悬臂支承。轧辊轴承的零

34、部件要保证加工袋配精度, 在装配轴承时要仔细而精确进行调整, 保证其最小必要的间隙, 在经过使用磨损以后, 还可以重复进行调整, 使轧辊具有最小的轴向串动2。41第2章 轧制力能参数第2章 轧制力能参数2.1 机组组成概况本套轧机机组共有21架轧机组成，其中第一架轧机至第四架轧机为粗轧区，第五架轧机至第九架轧机为中轧区，第十架轧机至第十五架轧机为预精轧区第十六架轧机至第二十一架轧机为精轧区。整套连轧机组的布置形式为水平辊立辊水平辊交替布置，应用此种布置形式，可以较大幅度的提高轧制速度，避免了在轧制过程中对轧件的扭转翻钢，在该机组中，最后一架轧机（21）的轧件出口速度可以达到31.7m/s。这样

35、，就可以大大缩短轧制周期，为提高生产率、提高经济效益奠定了坚实的基础。本套连轧机组的坯料为1651651200mm，在加热炉内加热至1030，然后进行连续轧制，最后成品为12的线材，其生产工艺流程如下：原料准备加热连轧吐丝散卷冷却集卷P-F线运输打捆卸卷、称重包装库存由于采用张力单线轧制，这样有利于稳定辊跳值和提高线材的尺寸精度。由于本轧机组采用立辊机座，就造成了其结构复杂、尺寸庞大、设备笨重的缺点，另外，由于采用直流电机进行单机传动，故而投资较大。优点时由于采用连轧，速度高，能量损失小，所以轧制时头尾的温差小，产品机械性能稳定。2.2 机组孔型钢坯在轧机上需经过若干道次的轧制才能成为断面形状

36、和尺寸符合要求的线材。为了使钢坯更有效的进行变形，在轧辊上必须加工出一定形状和尺寸的凹型轧槽。一对轧辊的轧槽按一定条件组合在一起形成使轧件变形的孔腔称为孔型。要顺利获得所要求的线材断面形状和尺寸，孔形的形状和尺寸以及孔型在轧辊上的配置就应符合金属的变形规律并且适应轧机的设备条件。按照金属变形规律及轧机设备条件等确定孔型系统、轧制道次、变形系数、每个孔型的形状与尺寸以及在轧辊上配置孔型的工作称之为孔型设计。2.2.1 孔型设计原则2.2.1.1概述掌握金属在孔型中的变形规律是进行孔型设计的基础，在进行孔型设计时首先应该了解轧制时在孔型里压下、宽展和延伸这三个方向的变形关系，其中压下和宽展的对应规

37、律是孔型设计的核心问题。良好的孔型设计应能1） 保证成品线材具有精确的几何形状尺寸和良好的表面质量及内在质量；2） 使轧制工艺稳定，生产操作简单，轧机调整方便，并且使轧机具有尽可能高的生产能力；3） 使轧制能耗和轧辊消耗最小；4） 便于实现机械化自动化操作。要达到上述要求，孔型设计者除应掌握金属在孔型中的变形规律和孔型设计的方法步骤外，还必须熟悉轧机设备和操作习惯，针对具体轧机和操作条件进行相应的孔型设计，不能机械的照搬别处的孔型设计。2.2.1.2线材孔型分析轧制线材常用的孔型按用途可分为延伸孔型和精轧孔型。按形状分可分为箱型孔型、菱形孔型、方形孔型、六角孔型、椭圆孔型、圆孔形等。轧制线材常

38、用的孔型系统有：箱型孔型系统、菱-方孔型系统、六角-方孔型系统、椭圆-方孔型系统、椭圆-圆孔型系统等。2.2.1.3孔型系统的选择选择孔型系统是孔型设计的重要环节。孔型系统选择的恰当与否直接对轧机的生产率、产品质量、各项消耗指标以及生产操作有决定性地影响。必须按照具体的原料条件（坯料断面尺寸及其波动范围、内在及表面质量、钢种等）、设备条件（轧机布置方式、机架形式、数量及参数、动力情况辅助设备的配置等）、产品情况（产品规格范围、尺寸精度要求等）以及操作条件具体的选择合适的孔型系统。介绍如下：1） 粗轧机组孔型系统对于顺列式布置的、采用连续或半连续方式轧制的粗轧机组，当原料90mm时，多采用菱-方

39、-椭圆-方孔型系统，以减少最初道次的翻钢阻力。2） 中轧机组的孔型系统对于各类中轧机组，通常均采用椭圆-方孔型系统，以尽快延伸。3） 精轧机组的孔型系统对于单独传动的平立交替顺列式连轧机，均多采用椭圆-方-椭圆-圆孔型系统。2.2.1.4轧制道次的确定和延伸率的分配根据金属塑性变形体积不变原理，线材在轧制时每个轧制道次轧制前后轧机断面面积之比等于轧后长度和轧前长度，此比值称为道次延伸系数，即： （2-1）同样，对于有n道次轧制的一个总的轧制过程，其开始轧制时轧件断面积与最终轧出的轧件断面积之比亦等于轧后轧件长度与轧前轧件长度之比，该比值称为n道次轧制的总延伸系数。即： （2-2）的大小标志着n

40、道次轧制的变形程度。显然 （2-3）为了表示n道次轧制中平均每个轧制道次的变形程度，常用平均延伸系数来表示。平均延伸系数定义为： （2-4）对于有n个轧制道次的整个线材轧制过程，即为坯料断面积，即为成品线材断面积。对于某一成品来说，成品断面积是已知的，当选择好了坯料之后，即为已知，则相应的轧制道次即可确定为: （2-5）整个线材轧制过程的平均延伸系数一般为=1.250-1.330之间，在整个轧制过程总的轧制道次和平均延伸系数初步确定之后，按粗、中、精轧机组分配各轧制阶段的轧制变形量及轧制道次时，需按各轧制阶段的不同特点考虑。在粗轧阶段，为充分利用金属在高温阶段变形抗力小、塑性好的特点，同时此阶

41、段对轧件尺寸精度要求不甚严格，通4常给予较大的延伸系数；在中轧阶段既要继续利用金属在此较高温度下变形抗力较小、塑性较好的特点，又要保持轧件尺寸稳定，以保证中精轧工艺稳定，通常给予中等的延伸系数；在精轧阶段，在工艺上主要保持轧件尺寸稳定和尺寸精度，因此给予较小的延伸系数。各类型轧机各机组的平均延伸系数一般为粗轧机1.370-1.450，中轧机1.190-1.350，精轧机1.170-1.250。具体确定各轧制道次的延伸系数是个复杂的问题。因为影响确定各轧制道次的因素较多，它们都在一定程度上限制道次延伸系数值，这些因素主要是：1）孔型的形状尺寸；2) 轧辊强度；3）咬入条件；4）传动能力；5）轧槽

42、磨损的均衡要求；6）连续轧制中的金属秒体积流量基本一致。在不同情况下，这些因素对每道延伸系数的影响作用是不等同的。因此需按照具体情况，根据主要因素初步确定每道次延伸系数，在大致决定了孔型尺寸之后，从其它因素方面进行校验、调整、修正。在实践中往往参照类似的生产条件，按现实生产中的数据来确定每道次延伸系数。2.2.2 孔型设计各道次孔型设计如下图所示：2.3 第二十一架轧机轧制力的计算由于单位压力在接触弧上的分布是不均匀的，为了便于计算，一般均以单位压力的平均值平均单位压力来计算轧制总压力。由于轧件在孔型中轧制，本次轧制平均单位压力的计算将采用S艾克伦德（Ekelund）方法进行计算。艾克伦德提出

43、下列公式计算轧制时的平均单位压力：Pm = (1+m)(k+u) （2-6）式中 m考虑外摩擦式对单位压力的影响系数；k轧制材料在精压缩时的变形阻力，Mpa；轧件粘性系数，kgs/mm；u变形速度，s-1。第二十架及第二十一架轧机孔型尺寸如上图所示。2.3.1 平均压下量hm的计算轧制后断面的面积F1 = (D/2)2 （2-7）所以F1 = 3.14(12/2)2 = 113.097 mm2利用秒流量相等F1 V1 = F0 V0 （2-8）113.09731.6584F025.1161所以轧制前断面面积 F0 = 142.5568 mm2轧制前轧件的高度h0 = F0/Bk = 142.5

44、57/18.72 = 7.62 mm轧制后轧件的高度h1 = F1/Bk = 113.097/12.75 = 8.87 mm平均压下hm = h1 - h0 = 8.87-7.62 = 1.25 mm2.3.2 变形抗力确定大量的实验资料表明，变形抗力数值与变形温度t、变形速度u及变形程度有关，即 = (t, u, ) （2-7）平均变形程度为m = (hm /h)(2/3) = (2/3)(1.25/18.72) = 4.45%变形速度u按下面的公式计算轧件速度vr = 31.7m/s变形速度u = = = 21.99 s-1轧制温度t = 1030，轧件的材料为普通碳素钢A3，根据资料查得 = 88 Mpa所以k = 1.15 = 1.1588 = 101.2 Mpa2.3.3 轧件粘度系数的计算 = 0.01(14-0.01t) c （2-8）由于vr = 31.66m/s 6m/s，故取c = 0.35。所以 = 0.01(14-0.011030) 0.35 = 0.0130KgS/mm2或写为 = 0.0130KgS/mm29