易拉罐罐料或箔材铝合金板带单机架轧制工艺规程制定及其辊型设计说明书

易拉罐罐料或箔材铝合金板带单机架轧制工艺规程制定及其辊型设计说明书,易拉罐,铝合金,板带单,机架,轧制,工艺,规程,制定,及其,设计,说明书 铝合金板带单机架轧制工艺规程制定及其辊型设计 目录 1、 设计题目与要求-----------------------------------------------1 2、 注意事项---------------------------------------------------------2 3、 材料与轧机选择-----------------------------------------------3 4、 热轧工艺制度的确定-----------------------------------------5 1 热轧温度与铸坯的加热---------------------------------------5 2 热轧压下制度----------------------------------------------------5 3 道次分配及轧制力计算---------------------------------------7 4 校核咬入能力----------------------------------------------------9 5 确定速度制度----------------------------------------------------9 6 润滑-----------------------------------------------------------------10 7 辊型设计----------------------------------------------------------11 5、 冷轧工艺制度的确定----------------------------------------13 1 道次加工率的分配---------------------------------------------13 2 张力分配----------------------------------------------------------13 3 冷轧速度----------------------------------------------------------13 4 轧制力计算-------------------------------------------------------14 5 润滑-----------------------------------------------------------------15 6、 车间平面布局图、辊型图---------------------------------16 7、 设计心得总结--------------------------------------------------16 8、 参考文献--------------------------------------------------------16 一 、设计题目与要求 铝合金板带单机架热轧轧制工艺规程制定（优化）、力能计算与辊型设计——易拉罐罐料（罐盖及拉环）、印刷基板等用板带轧制工艺设计 —— （按产品用途2-3人一组，每组员按材料牌号或终轧断面规格不同区分） 给定数据及要求： 1、 设计任务 在了解产品技术要求，工艺流程、工艺制度（规程）设计(变形制度、温度制度、速度制度)（包括力能参数计算）、、辊型设计的有关专业知识基础上，完成： 1）编制指定材质和指定用途铝合金板带产品技术质量要求； 2）设计编制产品生产工艺流程（包括工艺布置图(CAD)）； 3）工艺制度（规程）设计(包括变形制度、温度制度、速度制度以及力能参数计算）； 4）轧制工作辊、支撑辊辊型设计。 板带规格见表1 表1 合金牌号 轧板宽度 轧板厚度（终轧） 轧板厚度（建议） 产品用途 5052 1600mm 2mm 600mm 拉环 备注：轧机根据目前常用四辊轧机有关数据（请查找有关设备手册或设计手册。附后参考资料仅供参考） 2、进度安排（可根据需要调整）3周 课题调研、资料查询与产品技术要求确认，3天 工艺流程分析、对比与选择确定，2天 工艺规程设计（如有，含模具设计）3天 工艺图（如有，含模具图）绘制5天 课程设计报告整理2天 3、基本要求 每个学生要求独立完成工艺流程、规程设计，掌握工艺设计的基本内容、基本步骤和方法，熟练使用AutoCAD进行工程图的绘制，具体要求： 1） 独立完成自己所负责的内容； 2） 熟练收集查阅文献资料； 3） 综合运用所学的专业知识进行设计计算；要求完成装配图及零件图，或工艺平面布置图、辊型图； 4） 熟悉计算机绘图、文字及图表处理； 5） 完成设计报告（设计说明书），要求文字流畅、结构明晰；（5000字） 6） 严格按照课程设计进度和教师要求，高质量完成课程设计工作。 4、考核 每位学生交一份完整的工艺设计报告（打印，含图纸）（70%），平时成绩（30%） 二、注意事项 1、设计说明书的内容 设计计算说明书的内容视设计任务而定，设计内容大致包括： 　 目录（标题及页次）； 　 设计任务书； 　 方案的比较与拟定（简要说明附方案简图）； 　 工艺方案与力能参数计算； 　 设计需要的其他有关计算与说明； 　 参考资料（资料的编号[x]及书名、作者、出版单位、出版年月） 　 说明书还可以包括一些其他技术说明，如工艺过程或设备（模具、工装）等的注意事项，将采取的重要措施：工艺过程的润滑方法和润滑剂的选择，散热和冷却……。 2、其他要求 计算说明书用A4或16开纸并加上封面装订成册，要求计算正确．论述清楚，文字精炼，插图简明，书写整洁。 （1）计算部分的书写，首先列出用文字符号表达的计算公式，再代入各文字符号的数值（不作任何运算和简化），最后写下计算结果（标明单位、注意单位的统一，并且写法应一致，即全用汉字或全用符号，不要混用）。 （2）对所引用的计算公式和数据，应注明来源--参考资料的编号和页次。 （3)对计算结果，应有简短的结论，例如，关于强度计算中应力计算的结论"低于许用应力"、"在（规定范围内"等，也可用不等式表式。如计算结果与实际所取之值相差较大，应作简短的解释，说明原因。 （4）计算部分可用校核形式书写。 （5）为了清楚说明计算内容，应附有必要的插图例如，方案简图、结构简图、受力图、弯矩和扭矩图等。在方案简图中对设备、部件或局部系统等应统一编号，以便在计算中称呼或作注脚之用（注意在全部计算中所使用的符号和注脚，必须前后一致，不要混乱）。 （6）对每一自成单元的内容：都应有大小标题，使其醒目突出。 （7）所选主要参数、尺寸和规格以及主要的计算结果等，可写在每页右侧留出的约25mm宽的长框内，或集中写于相应的计算之中也可采用表格形式；例如工艺参数和力能参数等一类数据可列表写出。 3、绘制图纸工作 ●图纸是设计的最终产品，是后续制造、检验、装配和制订工艺规程所依托的基本技术文件。它反映设计者的设计意图。装配图（包括设备或机器装配图、模具装配图）要反映总体关系和各个关联部分的衔接，要注明装配关系（配合尺寸、装配公差等），以及设计的设备或模具形位之间的关系，特别是影响设计产品使用或运行精度的位置尺寸关系。 ●零件工作图是零件制造、检验和制订工艺规程的基本技术文件。它既要反映出设计意图，又要考虑到制造的可能性和合理性。因此零件工作图应包括制造和检验零件所需全部内容，如图形、尺寸及其公差、表面粗糙度、形位公差、对材料及热处理的说明及其他技术要求、标题栏等。 　●每个零件必须单独绘制在一个标准图幅中，合理安排视图，尽量采用1：1比例尺，用各种视图把零件各部分结构形状及尺寸表达清楚。对于细部结构(如环形槽、圆角等)如有必要可用放大的比例尺另行表示。 　●零件的基本结构及主要尺寸应与装配图一致，不应随意更改。如必须更改，应对装配图作相应的修改。 　●标注尺寸时要选好基准面，标出足够的尺寸而不重复，并且要便于零件的加工制造、应避免在加工时作任何计算。大部分尺寸最好集中标注在最能反映零件特征的视图上。 　●零件的所有表面都应注明表面粗糙度等级，如较多表面具有同样粗糙度等级，可集中在图纸右上角标注、并加"其他"字样，但只允许就一个粗糙度如此标注。粗糙度等级的选择，可参看有关手册，在不影响正常工作的情况下，尽量取低的等级。 　●零件工作图上要标注必要的形位公差。它是评定零件质量的重要指标之一，其具体数值及标注方法可参考有关手册和图册。 　 此外，还要在零件工作图上提出必要的技术要求、它是在图纸上不便用图形或符号表示，而在制造时又必须保证的条件和要求。 　 在图纸右下角应画出标题栏（见国家标准）。 3、 材料与轧机选择 1. 材料 表2 5052铝合金的化学成分及其配比 Si Fe Cu Mn Mg 其他元素 其他杂质 Al 0.25 0.40 0.10 0.10 2.2~2.8 Zn0.10 Cr0.15~0.35 0.15 余量 选用锭坯600mm*1600mm 其屈服强度σ=200~230Mpa 2. 轧机 因为目标板带厚度为2mm，需要冷轧和热轧，先用1+4热连轧机把板带轧至厚度为4mm，再冷轧至2mm，以下是轧机选择。 表3 热轧机参数 轧机型式 四辊可逆式热轧机或1+4热连轧机 轧机规格 粗轧Φ930mm/φ1500mm/2100mm 精轧Φ750mm/φ1500mm/2100mm 轧制材料 （如上表）1xxx~6xxx系列合金 来料厚度范围 （如上表） 来料宽度范围 1060mm~2060mm 来料卷外径范围 Φ610mm~2500mm 来料最大卷重 22000kg 成品厚度 （如上表） 成品宽度范围 1060mm~2060mm 成品最大外径 Φ2500mm 成品最小外径 Φ1200mm 轧制速度 基速/最大速度：0~240/600m/min-1；基速/最大速度：0~600/1500 m/min-1 轧制力 20000 KN 主传动电机功率 4x1500 KW 工作辊 Φ510 mm x 2350 mm 支撑辊 Φ1350 mm x 2300 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 低速：15000~150000 高速：6000~60000 开卷机电机功率/转速 2 x 665KW/1100r/min 卷取机张力（两台电机） 低速：24400~19500KN 高速：9750~7800KN 卷取机电机功率/转速 2 x 1000KW/1100r/min 工艺润滑油量 8000L•min-1 机列外形 32m x 21m x 4.65m 表4 冷轧机参数 轧机型式 四辊可逆式冷轧机 轧机规格 Φ510mm/φ1350mm/2300mm 轧制材料 （如上表）1xxx~6xxx系列合金 来料厚度范围 （如上表） 来料宽度范围 1060mm~2060mm 来料卷外径范围 Φ610mm~2500mm 来料最大卷重 22000kg 成品厚度 （如上表） 成品宽度范围 1060mm~2060mm 成品最大外径 Φ2500mm 成品最小外径 Φ1200mm 轧制速度 基速/最大速度：0~240/600m/min-1；基速/最大速度：0~600/1500 m/min-1 轧制力 20000 KN 主传动电机功率 4x1500 KW 工作辊 Φ510 mm x 2350 mm 支撑辊 Φ1350 mm x 2300 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 低速：15000~150000 高速：6000~60000 开卷机电机功率/转速 2 x 665KW/1100r/min 卷取机张力（两台电机） 低速：24400~19500KN 高速：9750~7800KN 卷取机电机功率/转速 2 x 1000KW/1100r/min 工艺润滑油量 8000L•min-1 机列外形 32m x 21m x 4.65m 4、 热轧工艺制度的确定 1 热轧温度与铸锭的加热 （1）热轧温度 热轧温度一般包括开轧温度和终轧温度。合金的平衡相图、塑性图、变形抗力图、第二类再结晶图确定热轧开轧温度范围的依据。热轧的终轧温度是根据合金的第二类再结晶图确定的，铝和铝合金再热轧开坯轧制时的终轧温度一般控制在再结晶温度以上。根据表5，5052系列合金热粗轧的开轧温度为450~510，终轧温度为350~420，热精轧的开轧温度为350~420，终轧温度为250~300. 表5 5052铝合金热轧开轧和终轧温度 热粗轧温度 热精轧温度 开轧温度 终轧温度 开轧温度 终轧温度 450~510 350~420 350~420 250~300 (2)锭坯加热 绝大多数金属热轧前都要加热，加热制度包括加热温度，加热时间及炉内气氛。 1）加热温度应满足热轧温度的要求。实际生产过程中，为补偿对出炉后的温降，通常金属在炉内温度应高于热轧温度。铝合金高温 下易与工具粘合，故加热温度也不能太高，综合考虑这些因素后一般取加热温度380℃-420℃。 2）加热时间包括升温和均热时间。应综合考虑铝合金的导热特性，锭坯尺寸，加热设备的传热方式及装料方法等因素。按经验公式计算： t=(12－20) ① 注：t-锭坯加热时间（min） H-铸锭厚度（㎜） 铝合金宜取最大值，故t=20×=489.9min 2 热轧压下制度 西姆斯公式普遍适用于热轧，其理论公式： ② 式中： ——轧制力N； B——轧件宽度mm； ——考虑接触弧上摩擦力造成应力状态的影响系数； Lc——考虑压扁后的轧辊与轧件接触弧的水平投影长mm； K ——决定金属材料化学成分以及变形的物理条件－变形温度、变形速度及变形程度的金属变形阻力K=1.15； KT——前后张力对轧制力的影响系数； 由以上公式可知平均单位压力：③ 1） 计算时用西姆斯公式的简化公式克林特里公式 ④ 其中 ⑤ 2）K可以按照粗轧时的计算方法计算，数据如前表 3）KT按下式计算 ⑥ 4）接触弧投影长度计算： 一般以为接触弧长度水平投影长度为 ⑦ 为了方便计算，西姆斯把Qp与R/h和ε的关系绘成曲线，如图1所示，根据R/h和ε的值便可查出Qp 值，从而就可以求出平均单位压力和总压力。 图1 Qp与R/h和ε的关系曲线 3 道次分配及轧制力计算 （1）轧制规程制定 本设计根据坯料厚度为600mm，成品厚度为4mm，取各道次的平均延伸系数为1.23。 ⑧ 根据公式： 其中，N---轧制道次 N=20.2，所以总轧制道次为20道次。 根据前述各项数据制定5052铝合金热轧轧制规程。 热粗轧开轧温度：470±10℃ 热粗轧终轧目标厚度：47 热粗轧终轧温度：370±10℃ 热精轧开轧温度：370±10℃ 热精轧终轧温度：270±10℃ 热精轧目标厚度：4 表6 热粗轧轧制压下规程 轧制道次 轧前厚/mm 轧后厚/mm 压下量/mm 道次加工率 1 600 587 13 2.2 2 587 567 20 3.4 3 567 535 32 5.6 4 535 499 36 6.7 5 499 461 38 7.6 6 461 423 38 8.2 7 423 385 38 9.0 8 385 346 39 10.1 9 346 307 39 11.3 10 307 268 39 12.7 11 268 229 39 14.6 12 229 191 38 16.6 13 191 153 38 20.4 14 153 115 38 24.8 15 115 79 36 31.3 16 79 47 32 40.5 热精轧轧制压下规程 17 47 27 20 42.6 18 27 15 12 44.4 19 15 8 7 46.7 20 8 4 4 50 （2）各道次轧制力分配 1）第一道次 道次坯料咬入，根据稳定轧制咬入条件，确定允许的最大压下量，道次的压下量符合稳定咬入条件，变形率ε，根据西姆斯计算公式， K=1.15 用克林特里公式计算 ⑨ KN ⑩ 2） 以后各道次轧制力计算 与第一道次类似，后面的各道次轧制力分别如下表 表7 道次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 轧制力 13338 13360 13397 13451 13518 13599 13686 13814 13962 14150 道次 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 轧制力 14397 14731 15207 15954 17242 19761 24811 34133 46352 51941 4 校核咬入能力 铝合金热轧咬入角范围为51°-22°，由公式：，算得： 各道次最大咬入角α≈9.31，故校核通过。 5 确定速度制度 （1） 粗轧速度制度 粗轧为保证咬入，采用升速轧制。根据经验资料，取平均加速度a=40rpm/s，平均减速度b=60rpm/s。由于咬入能力很富裕故可采用稳定高速咬入，考虑到粗轧生产能力与精轧生产能力得匹配问题，确定粗轧速度如下：咬入速度为n1=40rpm/s，抛出速度为n2=20rpm/s （2）粗轧轧制延续时间：每道次延续时间 ， 其中为间隙时间，为纯轧制时间， 设v1为t1时间内的轧制速度，v2为t2时间内的平均速度，则 ， (D取平均值) 减速时间 ， 减速段长 ， 稳定轧制段长 ， 。 轧制第一二道次时，以第一架为计算标准，n1=30rpm/s，n2=20rpm/s 按照以上公式可求得粗轧各道次轧制时间。 表8 粗轧各道次轧制时间 道次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 轧制时间 7.0 10.0 13.8 12.8 17.4 19.9 26.9 35.9 42.5 道次 10 11 12 13 14 15 16 轧制时间 49.9 58.7 69.1 75.3 81.3 89.9 97.9 由于单架粗轧机布置，间隙时间可以忽略。 (3)精轧速度制度确定 确定精轧速度制度包括：确定末架的穿带速度和最大轧制速度；计算各架速度及调速范围；选择加减速度等。 精轧末架的轧制速度决定着轧机的产量和技术水平。确定末架轧制速度时，应考虑轧件头尾温差及钢种等，一般薄带钢为保证终轧温度而用高的轧制速度；轧制宽度大及钢质硬的带钢时，应采用低的轧制速度。本设计典型产品4mm，故终轧速度设定为12m/s左右。 末架穿带速度在10m/s左右，带板厚度小，其穿带速度可高些。穿带速度的设定可有以下三种方式： ①当选用表格时，按标准表格进行设定； ②采用数字开关方式时，操作者用设定穿带速度的数字开关进行设定，此时按键值即为穿带速度； ③其它各架轧制速度的确定：当精轧机末架轧制速度确定后，根据秒流量相等的原则，各架由出口速度确定轧件入口速度。根据各架轧机出口速度和前滑值求出各架轧辊线速度和转速。 各道轧件速度的计算： 已预设末架出口速度为12m/s由经验向前依次减小以保持微张力轧制（依据经验设前一架出口速度是后一架入口速度的95%）依据秒流量相等得： 根据以上公式可依次计算得： 表9 各道次精轧速度的确定 道次 1 2 3 4 入口速度 0.86 1.56 3.1 6.23 出口速度 1.48 2.94 5.92 12 6 润滑 1)冷却润滑剂的作用是：减少摩擦，降低能耗：冷却轧辊，控制辊型，改善版型；防止粘辊，改善产品表面质量；减少辊面磨损及龟裂，增加轧辊使用寿命。 2)热轧冷却润滑剂的要求是：润滑油闪点高，高温润滑性好；较高 的油膜强度；有较高比热，冷却性好；乳液存放稳定性好；不腐蚀轧件和轧辊；成本低，使用管理方便，对环境污染小。 3)该设计润滑采用热轧乳化液润滑，可以选用由4.0-4.5%的司班、15-17%的洗涤剂和机油组成的水包油润滑剂，该润滑剂性能稳定，使用周期长，洗涤性好。 7 辊型设计 5、 冷轧工艺制度的确定 （1） 道次加工率的分配 表10 坯料厚度/mm 成品厚度/mm 轧制道次 厚度 厚下量 总压下量 备注 h0/mm h1/mm △h/mm ∑/% △H总/mm ∑总/% 4 2 1 4 3.2 0.8 20 0.8 20 中间退火 2 3.2 2.6 0.6 18.8 1.4 35 3 2.6 2.0 0.6 23.1 2.0 50 （2） 张力分配 根据经验，张力值的计算公式如下： 前张力qh1=（5.67-0.6h1）x 10MPa 后张力qh0=（4.30-0.5h0）x 10MPa 具体情况如下表 表11 道次 1 2 3 前张力 37.5 41.1 44.7 后张力 23 27 30 （3） 冷轧速度 根据经验值，出口速度为20m/s，利用前滑值求轧辊速度： 表12 冷轧速度表 道次 1 2 3 冷轧速度r/min 578 536 522 （4） 轧制力计算 图3 （5） 润滑 此处采用Gemrex 56牌号的润滑油，性能指标如下： 表13 性能 密度15°C/Kg*cm3 粘度40°C/cst 馏程°C 闪点°C 酸值/mg*koh*g-1 芳香值 硫含量/x10-6 芳香烃含量/% 用途 生产厂家 指标 810 1.74 215-255 85 0.03 -- 3 7 薄板、铝箔轧制 美Mobil 6、 车间平面布局图、辊型图 见附件图纸 7、 设计心得总结 通过三周的设计过程，让自己获得了很多知识，得到了很多实际锻炼，从查询各种铝合金热轧相关资料，查询各种图表中学会了如何运用知识，如何采纳合适的信息。在一开始的时间里，遇到了很多困难，也显得很茫然，不知从何下手，在网上查询了一些相关资料，寻找一些思路。也和同组的同学一起交流，规划应该怎么进行如何设计。对于单机架热轧轧制工艺规程的设计，根据老师的要求，一步一步的进行设计，尽量达到要求。我的题目里需要热轧冷轧，这无疑增加了难度和工作量。安排轧制规程道次，校核咬入能力，轧制速度的确定，轧制力的计算，辊型设计都是比较复杂的，需要花费很多的时间来完成这些任务。在此之前也总结了计算方法，以便于更加流畅熟悉。冷轧相对而言就比较轻松了，因为冷轧道次比较少，就4各道次。设计的过程中花费的时间也相对较少。 其中最难的内容就是车间平面布局图和辊型图了，个人对autocad不是很熟悉，因此遇到了很大的麻烦。把老师给的参考图仔细看了个遍，仍然觉得很困难，感觉太复杂了，细节太多，画出来太困难。同时也请教了同学，同样如此，他们也遇到了很大的麻烦。还是得靠自己，在老师给图得基础上，结合自己得实际情况，对长度尺寸，做了一定得修改，加上自己得特色，去除不符合得东西。因此最后还是完成了这两幅图得制作，虽然不是很完美。通过这个也发现了自己得薄弱之处，在以后得空余时间里，也会对cad这个软件加深学习，争取能够熟悉使用。 整个过程中，很多苦难也很多收获，此课程设计锻炼了我得操作设计能力，也学会了如何克服困难，感谢这个过程，感谢黄老师得指导。 8、 参考文献 1、 田荣璋/王祝堂-铝合金及其加工手册-中南大学出版社（第二版） 2、 刘楚明-有色金属材料加工-中南大学出版社 3、 材料成型工艺学-轧制制度得制定 4、 周家祥-轧钢机械-冶金工业出版社 第 16 页