材料成型专业课程设计.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流材料成型专业课程设计.精品文档.铝合金薄材冷轧工艺优化专业课程设计专 业：机械设计制造及其自动化班 级：机械0811班 （材料成型2班）姓 名：杨海亮学 号：0806081219指导老师：吴运新老师目 录一、铝合金薄材冷轧工艺优化题目内容.2二、轧机参数.2三、冷轧工艺制度.31、M.D.斯通公式.32、轧件合金参数.43、道次分配.54、润滑.7四、电机功率校核.81、传动力矩.82、静负荷图.93、主电机校核10五、冷轧车间工艺布置简图.10参考书目.11铝合金薄材冷轧工艺优化一、 铝合金薄材冷轧工艺优化题目内容铝合金薄材冷轧工艺优化（轧

2、制道次、压下量最优化分配）1）、合金牌号：1xxx系列合金、2xxx系列合金、3xxx系列合金、5xxx系列金2）、板宽度：1500mm3）、板厚度：4.56.5mm；成品厚度：0.150.45mm4）、轧机：单机架不可逆轧制；速度：小于1500m/min二、 轧机参数根据轧板宽度为1500mm，选择轧机轧机型式四辊不可逆式铝带冷轧机轧机规格380 mm/960 mm/1600 mm轧制材料1xxx、2xxx、3xxx、5xxx、8xxx系列合金来料厚度范围 8 mm来料宽度范围1000 mm1500 mm来料卷外径范围700 mm1700 mm来料最大卷重7000 kg成品厚度范围0.05

3、mm3.5 mm成品宽度范围940mm1500 mm成品最大外径1700 mm成品最小外径750 mm轧制速度基速：300 m/min-1；最大速度：660 m/min-1轧制力12000 KN主传动电机功率2x730 KW保证值厚度公差0.050.002 mm0.10.005 mm工作辊380 mm x 1650 mm 支撑辊960 mm x 1600 mm轧制方向（站在操作侧看带材前进方向）从右至左开卷机张力范围5.0120 KN开卷机电机功率/转速2 x 197KW/1450r/min卷取机张力3.0120 KN卷取机电机功率/转速3 x 197KW/1450r/min工艺润滑油量400

4、0 Lmin-1工艺润滑油邮箱体积80 m3机列外形32m x 21m x 4.65m三、 冷轧工艺制度1、M.D.斯通公式轧制力是指轧件对轧辊合理的垂直分量，即轧机压下量螺丝所承受的总压力。后滑区内作用于微分体上的力示意图：考虑到冷轧是轧辊弹性压扁，而D/h一般足够大，在计算轧制力时可选用M.D.斯通公式。M.D.斯通公式求轧制力具体步骤：（参考金属压力加工原理 魏立群 第5、6章节）（1）、 根据公式X2=(eX-1)Y+Z2求X其中X=,Y=2CR(K-),Z=式中各参数意义：f为摩擦系数f=tan，为摩擦角l为考虑轧辊弹性压扁轧件与轧辊的接触长度 为轧件平均长度，H为轧件进口厚度，h为

5、轧件出口厚度C=，为轧辊的泊松比，E为轧辊的杨氏模量R即轧辊半径（D代表轧辊直径）K为平面变形抗力，一般冷轧时K=1.15，为轧件屈服强度（0.2或s）为平均单位张应力，冷轧时带入Y、Z及其它参数整理得： （2）、 根据公式求轧制单位压力其中，为考虑外摩擦影响的应力状态系数带入参数有： （3）、 根据公式P=l 求轧制力P其中B为轧件宽度，冷轧时轧件宽度基本不变，l=可根据X的值求，带入参数有： 2、轧件合金参数（1）、 一般刚轧辊=0.3 ，E=2.2x104 kgf/mm2，轧辊滚面粗糙，摩擦系数f=0.09（摩擦角5）。根据公式C=可求得 mm2/kgf轧辊的摩擦系数会影响轧制咬入、轧件

6、成品质量，根据轧件与轧辊接触瞬间的咬入条件，稳定轧制的充分条件M，以及压下量与咬入角的关系式（式中R=190mm，h为压下量），可列出下表：最大咬入角（）摩擦系数f接触咬入时的h（mm）稳定轧制时的h（mm）冷轧（高度光洁并良好润滑）30.050.522.0840.070.933.70冷轧（粗糙滚面）50.091.455.7760.112.088.3070.122.8311.2980.143.7014.72由表可知，冷轧在滚面高度光洁并良好润滑时最大咬入角为34，最大压下量h0.93mm，此时前2道次加工率会很低，从而降低了生产效率，增加了生产成本 。因而取轧辊摩擦角=5，f=tan=0.09

7、，接触时允许最大压下量（h）max=1.45mm（2）、 根据课题要求，定铝合金坯料厚度为4.5mm，成品厚度为0.3mm，宽度B=1500mm， 将以上参数带入X公式，以及轧制力公式有：由上公式知X、轧制力P的值只与H、h、相关，假定冷轧第一道次压下率只有20%，即H=4.5 mm，h=3.6 mm， 可绘出-X-曲线图红色实线表示轧件材料的屈服强度单位Mpa蓝色虚线表示轧制力的千分之一，即图中P的数值单位为KN由上图可知，P与呈正相关性，由于P120KN，则X0.515，348.47Mpa即，选择所轧材料的屈服应尽量低于348.47Mpa。铝合金中7xxx系列属于超高强度，常温常态下硬度一

8、般都大于348.47Mpa；而4xxx系列合金主要合金元素是Si，很脆；6xxx系列主要合金元素为Si、Mg，适合做挤压合金；故只可选1、2、3、5系列合金。其中2xxx系列合金为硬铝合金，某些牌号在一定状态和温度下屈服强度会高于348.47Mpa，所以选2xxx系列时应再次验算轧制力，其他1、 3、5系列属于软铝合金，不成在屈服强度过高的问题。根据以上验算，选5A02铝合金，查表知其=210Mpa。3、道次分配（1）、 等压下率分配5A02合金为软铝合金，其工业冷轧中间总加工率范围一般为60%85%，道次加工率范围一般为20%45%。为了减少加工道次、充分发挥合金塑性、提高生产率，应尽量取大

9、点，初定。根据公式带入值H=4.5mm，h=0.45mm，算得n=4.5，取n=5，再根据公式可求得。由等压下率分配可得道次分配如下：道次入口厚度（mm）出口厚度（mm）道次压下量h道次压下率总压下率平均张力F（KN）轧制力P（KN）14.52.841.66462.427073.2322.841.791.05291.696952.6931.791.130.66183.968183.0041.130.710.42115.92总压下率=84.2%，需要进行中间退火50.710.450.26其中：平均张力，轧制力P根据公式、求得各道次轧制速度v（为电机效率，取0.8）从上表可以看出，按等压下率分配时

10、，前3个道次的轧制力约为最大轧制力12000KN的1/3，前2道的平均张力大于轧机允许最大张力120KN，第一道次的道次压下量1.66大于接触咬入条件所允许的最大值（h）=1.45mm，故压下分配需要继续优化。（2）、 分配优化根据公式、可知，在保证一定压下率的条件下，可以通过调节轧制平均张应力的值来控制平均张力和轧制力的大小；为了稳定工艺、方便调整板型，中间各道次（第2、3、4道次）的轧制力尽量接近；、第一道次根据接触咬入条件所允许的最大值（h）=1.45mm，取定第一道次压下量h=1.4mm；即=31.11%。根据最大张力（F）max120KN，可求得 ,取，则可算得F=114KN，X=0

11、.55，P=10305.39KN，v=4.16m/s、第二道次在保证平均压下率和接触咬入的条件下，改善润滑条件，使f=0.07，取h=1.4mm，即=45.2%。此时根据最大张力（F）max120KN，可求得 ,取，则可算得F=118.8KN，X=0.681.，P=10461.52KN,v=4.03m/s、 第三道次在保证平均压下率和接触咬入的条件下，取h=0.64mm，即=37.6%。此时根据最大张力（F）max120KN，可求得 ,为使轧制力与第二道次接近取，则可算得F=82.8KN，X=1.017，P=10518.96KN，v=5.79m/s、第四道次在保证平均压下率和接触咬入的条件下，

12、取h=0.4mm，即=37.7%。此时根据最大张力（F）max120KN，可求得 ,为使轧制力与第二道次接近取，则可算得F=109.7KN，X=1.539，P=10552.73KN，v=4.38m/s、中间退火第四道次轧制完成后，轧件的中间冷轧总加工率，由于压下率过大，需要中间退火，以消除加工硬化，提高轧件塑性，避免轧件出现裂边或断片。查表知3A21铝合金冷轧板的开始再结晶温度为320C325C，再结晶终了温度为515C 520C，采用空气炉加热退火，温度设为515C 520C，加热时间为30min。、 第五道次成品厚度h=0.45mm，即h=0.21mm，=31.8%。此时根据最大张力（F）

13、max120KN，可求得 ，则可算得F=114KN，X=2.052，P=8430.8KN，v=4.22m/s优化分配参数总表如下：道次入口厚度（mm）出口厚度（mm）道次压下量h道次压下率总压下率平均张力F（KN）轧制力P（KN）速度V（m/s）14.53.11.411410305.394.1623.11.71.445.2%118.810461.524.0331.71.060.6437.6%82.810518.965.7941.060.660.437.7%109.710552.734.38总压下率=85.33%，需要进行中间退火50.660.450.2131.8%1148430.804.224

14、、 润滑润滑采用乳化液润滑，由80%85的机油、10%15%的油酸、5%的三水乙醇胺配成的乳剂与90%97%的水搅拌成。其中水主要起冷却作用，机油为润滑油，油酸即为油性剂，增加矿物油的润滑性能，又能与三水乙醇胺反应形成胺皂，起着乳化剂作用，以获得稳定的乳化液。四、电机校核1、传动力矩要确定主电机功率、必须首先确定传动轧辊的力矩。在轧制过程中，在主电机轴上，传动轧辊所需力矩由以下几个部分构成：M=M/i+Mf+M0+Md式中：M轧制力矩使轧件产生塑性变形 i轧辊与主电机间的传动比 Mf附加摩擦力矩，作用于轴承、传动机构等位置 M0空转力矩。克服空转时的摩擦力距 Md动力距，克服加速、起动等时刻的

15、惯性力矩组成传动辊的力矩的前三项为静力矩，即Mc= M/i+Mf+M0（1）、轧制力矩M的计算按轧件对轧辊的作用力、轧制力矩M=2 Pa式中：a力臂 a=l 力臂系数，冷轧板带时取0.33 l接触弧长度，即M=2P*0.33*（2）、附加摩擦力矩MfMf=Mf1/i+Mf2Mf1=P/2f1d14=Pd1 f1,为轴承中的附加摩擦矩 P轧制力,f1轴承摩擦系数 滚动轴承 f1=0.0030.01 ,为换算到主电机轴上的摩擦力矩 1为传动机构（减速机、齿轮机座）的效率，齿轮传动时1=0.960.98 即有：（3）、空转力矩M0空转力矩：是空载转动轧机主机列所需力矩。空转时轧辊、接轴、齿轮、飞轮等

16、到主电机的传动比不同，因轴颈半径各不相同，因此，应分别计算后再加合。即 M0=MKn=(GnF ndn )/2in通常按经验定： M0=（0.030.06）Mn ，Mn电动机的额定转矩取M0=0.45Mn根据公式、可算出轧制力矩M、附加摩擦力矩Mf、以及空转力矩M0，再求和可得静力矩Mc。各道次各力矩的值如下表：道次轧制力矩M（N/mm）附加摩擦力矩Mf（N/mm）以及空转力矩M0（N/mm）静力矩Mc（N/mm）19.109x1073.916 x1071.359x1069.588x10628.126 x1073.975 x1071.359x1069.713x10637.656 x1073.9

17、97 x1071.359x1067.748x10643.139 x1074.010 x1071.359x1066.887 x10653.515 x1073.204 x1071.359x1065.043 x1062、静负荷图由轧机参数知，卷料最大外径D=1700mm，卷取辊直径为d=380mm，卷料圈数，其中H为来料厚度。则来料总长，出料总长，每道次轧制时间根据工艺定制数据即可计算出各道次轧制所需时间，具体如下表：12345总和tn（min）1.9083.5874.0008.4909.41727.402tn（min）555525其中tn为没道次的间歇时间，具体数值需根据车间实际生产经验来确定，越

18、短越有利于生产效率。根据上表以及每道次的静力矩表可画出主电机静负荷图：3、主电机校核当主电机的传动负荷图确定后，才能对电动机的功率进行计算。此工作由两部分组成：一是由负荷图算出“等效力矩”，它不能超过电机的额定力矩，二是负荷图中的最大力矩不能超过电动机的允许过载负荷和持续时间。若为新选电机，则应依据等效力矩和所要求的转速选择电机。（1）、等效力矩计算轧机工作时电机负荷是间断式的不均匀负荷，而电动机的额定力矩是指电动机在一定负荷下长期工作时其温升在允许的范围内的力矩。因此，校核电机时首先应计算出等效力矩：Me=式中： ti轧制时间内各段纯轧时间 /min ti轧制时间内各段间隙时间 /min M

19、i纯轧时间所对应的力矩 /N.mm Mi间隙时间对应的空转力矩 /N.mm根据公式可算得： Me=2.784x106 N/mm（2）、电机校核校核电动机温升条件学： Me=2.784x106 N/mm Mn=3.021x107 N/mm校核电动机过载条件学： Mmax=9.713x106 N/mmKGMn=（2.53.0）x3.021x107 （交流电机电机允许过载系数 KG =2.53.0）校核数据表明，主电机满足温升条件和过载条件。五、冷轧车间工艺布置简图根据轧机规格、成品参数以及轧制工艺画得冷轧车间工艺布置简图，如下：参考文献：1、魏立群，宋美娟. 金属压力加工原理. 北京：北京冶金工业出版社，20082、肖亚庆，谢水生，刘静安. 铝加工技术使用手册. 北京：冶金工业出版社，20053、陈彦博，赵红亮，翁康荣. 有色金属轧制技术. 北京：化学工业出版社，20074、王祝堂，田荣璋. 铝合金及其加工手册. 湖南：中南工业大学出版社，19895、黄清华. 轧钢机械. 北京：冶金工业出版社，1980年12月