四辊冷轧机设计之轧辊系统毕业设计说明书

四辊冷轧机设计之轧辊系统毕业设计说明书内容摘要：

常板型，引起操作事故甚至设备事故，若不很好加以控制，将不能保证冷轧的正常进行。 因此， 防止跑偏的方法有： （ 1） 采用张力轧制 ； （ 2） 采用凸形辊缝 ； （ 3） 采用导板夹逼。 通过 改变卷取机，开卷机及轧机主电机的转速以及各架压下可以使轧制力，张力在较大的范围内变动。 借助准确可靠的测试仪，并使之与自动控制系统结成闭环，可以按要求实现恒张力控制，配备这种张力闭环控制系统是现代冷轧机的起码要求。 生产中张力的选择主要是平均单位 z ，从理论上讲，单位张力似乎应当尽量选的高一些，但是不应超过带钢的屈服极限 s ，根据经验，一般轧机 z =（ ~） s ；而冷轧薄带刚 z =（ ~） s。 冷轧中产生加工硬化现象 在冷轧中， 冷轧是在金属再结晶温度以下进行的轧制 ， 金属的晶粒被破碎且不能产生再结晶回复，导致金属产生加工硬化。 由于加工硬化，使金属变形抗力增大，轧制压力升高，金属的塑性降低，容易产生脆断。 当钢种一定时，加工硬化程度与冷轧的变形程度有关，变形程度愈大，加工硬化愈严重。 加工硬化 超过一定程度后，因金属过于硬脆而不能继续轧制。 因此板带经一定的冷轧总变形量之后，须经热处理（再结晶退火或固溶处理），恢复塑性，降低变形抗力，以利于继续轧制。 在冷轧生产过程本科毕业设计（论文）说明书 6 中，每次软化退火之前完成的冷轧工作称为一个“轧程”，在一定的条件下，钢质愈硬，成品愈薄，所需之轧程愈多。 冷轧中采用工艺冷却 冷轧过程中变形热与摩擦热使轧件和轧辊温度升高，故需要采用有效的人工冷却。 轧制速度越高，冷却问题显得尤为重要。 如何合理的强化冷却过程的冷却已成为发展现代冷轧机的 重要的研究课题。 实验研究与理论分析表明，冷轧板 带钢的变形功有 84%~88%转变为热能，使轧件与轧辊的温度升高。 因此我们必须 采取适当的措施 吸走或控制这部分热量，即便变形发热率，单位时间发出的热量 q。 其表达式为： BqhJ     式中 系数 = ~ —— 小于 1 的修正系数； B—— 所轧材的宽度 ； J —— 机械功的热当量 ；  —— 轧制时的平均单位压力 ； —— 轧制速度； h —— 该道次的绝对压下量。 油的冷却能力比水差得多。 水是比较理想的冷却剂，因其比热大，吸热率比较高且成本低廉。 水的比热比油大一倍，热传导率为油的 倍，挥发潜热大 10 倍以上。 由于水具有如此优越的吸热的性能， （只有某些特殊的轧机，由于工艺润滑与轧辊轴 承共用一种润滑剂，才采用全部油冷，但为了保证冷却效果，需给予足够大油量。 ）固大多数生产轧机都倾向与水或以水为主的冷却剂。 从实现强大轧制的角度来看，我们所关心的是如何提高冷却液的冷却能力，即提高冷却效果。 有物理学可知一定质量的液体在单位时间内所吸收的热量可表示为： 12()q m t t c 式中 m—— 单位时间所需冷却液的体积 ；  —— 比重； c—— 冷却液的比热 ； 本科毕业设计（论文）说明书 7 2t 、 1t —— 冷却液前后的温度。 由此 可知，在冷却液种类和冷却系统均一定的情况下，为增加 q，只有增加流量m，但这往往受到原有冷却设施的限制，所以通常是改变冷却液的种类和增加冷却液的温度来增加其吸热能力。 冷却液简单地喷浇在轧辊和轧件上，与高压冷却液雾化，冷却效果大大不同，实际资料表明，即使在采用有效的工艺冷却的条件下 ，冷轧板卷在卸卷后的温度优势仍达 130~150oc ，甚至还要高，由此可见在轧制变形区的料温一定比这还要高，辊面温度过高会引起工作辊淬火层硬度的下降，并有可能促使淬火层内发生组织分解（残余奥氏体的分解），使辊面出现附加的组织应力。 此 外，从其对冷轧过程本身的影响来看，辊温的反常现象以及辊温分布规律的反常或突变均导致正常辊面条件的破坏，直接有害于板形与轧制精度。 同时，辊面过高也会使冷轧工艺润滑剂失效（油膜破裂），使冷轧不能顺利进行。 因此 ，为了保证冷轧的正常生产，对轧 辊和轧件必须应采取有效的冷却和控温措施。 冷轧中的工艺润滑 生产实践与实验表明，采用天然油脂作为冷轧的工艺润滑剂在润滑效果上优于矿物油，这是由于天然油脂与矿物油在分子的结构上与特性上有质的差别所致。 冷轧采用工艺润滑的主要作用是减少金属的变形抗力这不但有助于保证已有的设备能力条件下实现更大的压力，而且还可使轧机能够经济上可行的地生产厚度更小的产品。 此外，采用有效的工艺润滑也直接对冷轧过程的发热率以及轧辊的温度起到了良好的影响，在轧制某些产品时采用的工艺润滑还可以防止金属粘辊的作用。 冷轧润滑效果 的优劣诚然是衡量工艺润滑剂的重要指标，但是一种真正有经济实用价值的工艺润滑剂还应来源广，成本低，便于保存。 并且易于轧后的板面去除，不留任何影响质量的残渣等特点。 目前还只有为数不多的几种工艺润滑剂能满足上述要求。 但是，冷轧过程中油的耗用量还是相当大的。 现在，可以通过乳化剂的作用把少量油于大量水混合起来制成乳状润液。 可以较好的解决油的循环使用问题，在这种情况下水是作为冷却剂与载油剂而起作用的。 本科毕业设计（论文）说明书 8 轧钢技术的发展前景 轧钢工业的技术进步主要集中在生产工艺流程的缩短和简化上，最 终形成轧材 品种规格多样化、 性能 高品质化、控制管理计算机化等。 未来 轧钢工艺和技术的发展主要体现在以下几方面： (1) 轧制过程柔性化。 板带热连轧生产中压力调宽技术和板形控制技术的应用，实现了板宽的自由规程轧制。 棒、线材生产的粗、中轧平辊轧 制 技术的应用，实现了部分规格产品的自由轧制。 冷弯和焊管机也可实现自由规格生产。 这些新技术使轧制过程柔性化。 (2) 铸轧 — 体化。 利用轧辊进行钢材生产，因其过程连续、高效、可控且便于计算机等高新技术的应用，在今后相当一段时间 内，以辊轧为特征的连续轧钢技术仍将是钢铁工业钢材成型的主流技术。 在 2O世纪，由于连铸 的发展，已经逐步淘汰初轧工序。 而连铸技术生产的薄带钢直接进行冷轧，又使连铸与热轧工序合二为一。 铸轧的一体化，将使轧制工艺流程更加紧凑。 同时，低能耗、低成本的铸轧一体化，也是棒、线、型材生产发展的方向。 (3) 轧制过程清洁化。 在热轧过程中，钢的氧化不仅消耗钢材与能源，同时也带来环境的污染，并给深加工带来困难。 因此，低氧化燃烧技术和低成本氢的应用都成为无氧化加热钢坯的基本技术。 酸洗除鳞是冷轧生产中最大的污染源，新开发的无酸清洁型 (AFc)除鳞技术，可使带钢表面全无氧化物、光滑，并具有金属光泽。 (4) 钢材 的延伸加工。 在轧钢生产过程中，要不断扩大多种钢材的延伸加工产业，如开发自润滑钢板用于各种冲压件生产，减少冲压厂润滑油污染；开发建筑带肋钢筋焊网等，把钢材材料生产、服务延伸到各个钢材使用部门。 随着工业的发展和轧钢技术的进步，轧钢工艺的装备水平和自动控制水平不断提高，老式轧机也不断被各种新型 轧机所取代。 按照我国走新型工业化道路的要求，轧钢技术发展的重点 转移到可持续发展上 来。 (5) 高新技术的应用。 轧钢技术取得重大进步的主要特征是信息技术的应用。 板形自动控制，自由规程轧制，高精度、多参数在线综合测试等高新技术的 应用使轧钢生产达到全新水平。 轧机的控制已开始由计算机模型控制转向人工智能控制，并随着信息技术的发展，将实现生产过程的最优化，使库存率降低，资金周转加快，最终降低成本。 本科毕业设计（论文）说明书 9 论文主要研究内容 本设计 主要对 19 0 / 50 0 45 0  四辊冷轧机的轧辊系统， 轧辊是轧钢机在工作中直接与轧件接触并使金属产生塑性变形的重要部件 ，是轧制板材的作用部件，轧辊的设计制造好坏直接关系到产品的板形、质量以及整个轧钢机的外形尺寸、加工能力等一系列问题。 对 所需要的尺寸参数进行计算确定，对轧辊进行必要的校 核， 并且 根据轧辊尺寸 实际应用情况选择合适的轴承。 结合所学知识设计 VB 计算程序，对轧制力的计算建立了模型，使后续道次的计算简便准确。 另外根据实习参观和结合以前经验绘出工程图。 本科毕业设计（论文）说明书 10 第 2 章 设计方案的确定 工作制度 对于单机座轧机，有可逆式和不可逆的工作制度。 本设计为单机座轧机， 现分述如下： 可逆式工作制度 可逆式工作制度是当一道轧完之后，为了能在原来的轧辊间进行下一道轧制，将轧辊反转，这样轧件便在轧辊间反复进行轧制。 在这种工作制度下，轧件的咬入和抛出也是 在降低扎辊转速的情况下进行的。 目前，对单机座小型冷带轧机，采用可逆式有很多有优点，它能大大提高生产效率，以减少板带钢的吊运与安装。 不可逆式轧机工作制度 不可逆式的工作制度应用最广，在这种工作制度下，每个轧辊的旋转方向不变，而轧辊的转速则有不变与 可变的两种。 根据轧制速度来分析，不可逆式工作制度在实际生产操作中 有以下几种运转方式 ： （ 1） 几乎保持严格不变的轧制速度； （ 2）轧件通过时，轧制速度稍微降低； （ 3） 仅在轧机调整时才调节速度 ； （ 4） 在轧件通过时，在较大范围内调节轧制速度。 主 传 动形式 目前，小型四辊冷轧机的主转动方式有 三种： （ 1） 传动 工作辊 （ 2） 传动 支撑辊 （ 3） 单辊传动 电机通过减速器与齿轮座来直接传递工作辊，这种形式对于轧制过程比较有利，但是对于较小的轧机，它又受到工作辊辊颈和方向接轴所能传递的扭转力矩的限制，而传递工作辊不能达到要求时，就需传递支撑辊，而传递支承辊是靠摩擦力来传递工本科毕业设计（论文）说明书 11 作辊的。 这样将会碰到关于工作辊力的传递问题，这就是要增大轧辊的传动部件。 同时还要考虑轧辊与轧件间的打滑问题。 因此， 为了解决上述问题，防止出现支承辊断辊、工作辊方头扭断等现象，可采用异径轧制、单辊驱动等措施来解决。 本次设计由于轧制力与轧制力矩不是很大，故不需考虑此问题，但同时采用单辊驱动又会带来一系列新的问题。 由于采用单辊传动，使两个工作辊自然会产生一定的速度差，从而使轧制力有所降低，据实际分析证明，当变形区长度上出现搓扎区，一般可能使轧制压力下降约 5~20%。 由于单传动轧制时上下辊速度的配合是自然的，过程简单易行，无需复杂的控制系统。 采用异径轧制，并尽可能的减小空转辊的直径，充分发挥小辊的轧制可降低轧制压力的优点，以保证受力零件的正常工作，同时又有利于增大压下量，减小道次，从而提高轧机的工作效率。 对于普通的四 辊轧机 ，尽管其主机列通常是有主电机通过减速机和齿轮座传递两个工作辊，但是在预压力作用下， 由于工作辊径的差别等原因，给冷轧薄带钢轧机的传动带来很大的影响， 在薄带轧制中常出现量接轴传动力矩的分配不均，某个接触力矩为零或趋近于零。 由于辊颈差事实上不可能消除，使用较大的预压力亦是必要。 可以认为，轧辊的传动力矩在两轧辊上的分配并不总是大致想当相等的。 在运转中的轧机上，即从轧辊空转，压靠以至轧制 阶段，辊颈稍大的轧辊接触中传动力矩永为正值，而辊颈稍小者，其传动 力矩可在负值至正值的广大范围内变化，者是薄带钢轧制的轧机传动特 点，对于这类轧机，在一定的条件下实际上是单辊传动的。 一般看来，当轧件较薄时使用预压力较大，直径稍小的轧辊上，其传动接触可能实际上不起作用，甚至反而有害。 另一方面，由于轧件较薄，又是成卷轧制的，咬入条件能够保证，有可能实现单辊传动。 在主机列中，自然可将齿轮座从设计中取消，减小设备的投资，降低动力传传递的能量消耗，从而取得一定的经济效果，并可充分利用换辊，在操作上也会有许多方便。 本科毕业设计（论文）说明书 12 压下装置的结构形式 压下装置目前有液压压下和电动 压下两种结构型式。 液压压下 在冷轧机组和平整机上，可以 采用“压下式”也可以采用“压上式”。 采用“压上式”时，在轧机上部可以设置不带刚压下的电动压下机构以便做大行程的调整。 “压下式”的液压缸设置在机架的上部，这种结构造价较高，所需的液压缸行程也很大，它的悬挂装置较为复杂，而且为了适应磨损后的轧辊直径，许配备不同厚度的垫块。 但它的最大优点是电液伺服阀可装在液压缸附近，这不仅提高液压缸的反应速度，而且伺服阀的工作条件好，维护也方便。 液压压下装置是用液压缸代替传统的压下螺丝、螺母来调整轧辊辊缝的。 在这一装置中，除液压缸外，还有与之配套的伺服阀、液压系统及检测仪表及运 算控制系统。 与电动压下装置相比较，液压压下装置有如下特点： （ 1） 快速响应性好，调整精度高 ； （ 2） 机械传动效率高； （ 3） 便 于快速换辊，提高轧机作业率； （ 4）过载保护简单，可靠。 电动压下 电动压下是最常用的上辊 调整装置。 通常包括：电动机、减速器、制动器、压下螺丝、压下螺母、压下位置指示器、球面垫块和测压仪等，在可逆式板轧机的压下装置中，有的还安装有压下螺丝回松机构，以处理卡钢事故。 压下装置的结构与轧辊的移动距离、压下速度和动作频率等有密切的联系。 按照压下速度，电动压下装置可分为快速压下装置 和板带压下装置两大类。 1. 快速压下装置 由于其压下速度一般大于 1mm/s，故称为快速压下装置。 按照传动。