钢管课程设计

钢管课程设计辽宁科技大学钢管课程设计说明书学院、系：材料与冶金学院专业班级:材控10-1班学生姓名:聂振中指导教师:2013 年 12 月 30 号一、前言 -3 一二、钢管设计任务书 一 5 一三、140机组生产工艺概述 -6 （一）主要设备 一 6 一（二）工艺流程 7（三）工艺要求 -7-四、轧制表的制定 18（一）轧管机 -19 -_（二）穿孔机 19-（三）均整机-21 -（四）定径机 22-（五）轧制表绘制 26 -五、穿孔机设计、力能参数及强度校核 -29 -5.1 穿孔机的轧辊设计 -29 -5.2穿孔机顶头设计 -32 -5.3 穿孔机能力参数计算 -33 -5.3 加热炉能力校核 - 41 -六、结语 一42一七、重要参考文献 -44-一、前言无缝钢管是一种具有中空截面、周边没有接缝的圆形、方形、矩形钢材。是用钢锭或实心管坯经穿孔制成毛管，然 后经热轧、冷轧或冷拔制成。无缝钢管具有中空截面，大量 用作输送流体的管道，钢管与圆钢等实心钢材相比，在抗弯 抗扭强度相同时，重量较轻。作为一种经济断面钢材，无缝钢管在国民经济中具有很 重要的地位，被广泛应用于石油、化工、锅炉、电站、船舶、 机械制造、汽车、航空航天、能源、地质、建筑及军工等各 个部门。鞍钢无缝钢管厂是新中国第一座无缝钢管厂，是新中国 第一根钢管的诞生地。鞍钢无缝钢管厂自 1953 年 12 月 26 号建成投产至今，为新中国无缝钢管厂工业做出了巨大贡 献。在过去的五十多年里，鞍钢无缝厂从只有一条140自 动轧管机组生产线发展成为具有219自动轧管机组、 133圆盘延伸轧管机组、159MPM 连轧机组、177PQF 连轧机组等多条生产线的钢管厂。我们这次关于钢管的课程 设计，将参照鞍钢的无缝钢管厂的140自动轧管机组进行 设计。钢管的生产工艺及其设计是我们材料成型及控制工程专 业的学生必须掌握的内容。希望通过这课程设计，我们能充 分掌握工艺及设计，并能与具体实践联系起来，为将来的工 作打下基础。通过这次设计也能提高我们的设计能力，同时也有助于 我们深入了解钢管的生产工艺及其原理。但由于时间比较 短，尤其缺乏实际经验，其中错误在所难免请提出指正。二、钢管设计任务书成品尺寸：108X10坯料尺寸：110材质：Q215指导教师：李激光三、140机组生产工艺概述（一）主要设备1.1000 吨剪断机一台（或1600 吨剪断机）2. 定心机两台3. 炮弹风机热定心机一台4. 中径17m的环形加热炉一座5. 850 X500曼氏穿孔机一台6730 X1680自动轧管机一台7. 850 X600桶式均整机一台8. 5600 X11800步进梁式再加热炉一座9. 430 X255五架定径机10. 430 X255二十架减径机11.11000 X168001 号冷却台一个；31500 168002号冷却台一个12.168mm七辊矫直机两台13.115 切管机八台14.6UTH 42. 7 168mm 切管机二台（二）工艺流程原料剪断加热定心穿孔轧管均 整定径冷却矫直吹风切头I f再加热一减径t取样检查包装入库（三）工艺要求1. 原料： 鞍钢无缝钢管厂的原料主要是连铸连轧圆管坯连铸连轧圆管坯具有成本低、能耗少、组织性能稳定等特点，是管坯发展的主流。也是钢管实现连铸连轧的首要条件。钢 管生产对坯料的要求非常严格，加工之前一定要对坯料进行 检查和清理，这样才能提高产品的质量。管坯最常见的缺陷 就是氧化层，生产中常用火焰枪清理或者用砂轮群清理。本次设计采用的原料材质：Q215 尺寸：110Q215 的化学成分及力学性能：钢号化学成分（）CMnSi(W)S(W)P(W)Q215009一015025一0550.300. 050 (A级)0. 045 (B级)0. 045Q215的力学性能牌号拉力强度MPa屈服点MPa伸长率Q215335 45021528注：a为钢材的直径（当a60-150）2. 剪断：目的是将坯料剪切成要求的长度。剪断设备:1000 吨剪断机设备性能：a.公称能力1000吨 b.上剪刃行程140mmc.剪切次数8次/分d.电机功率：95千瓦 n=750转/分e主减速机轴：人字齿轮轴M=10Z=25 D =250mmH剪刃材质：6GrW2S要求：剪断时不允许坯料出现端部裂纹，切斜度前端不允许 超过8mm,后端不允许超过10mm,压扁度不得超过管坯公称 直径 8%.3. 加热:加热的目的是为了提高塑性、韧性,降低变形抗力 减小机械电器负荷,节省能 源消耗。将坯料加热到一定的温度范围对于保 证其穿孔性能是至关重要的。管坯加热时应保 证加热温度在规定的范围内,特别是对加热范 围较窄的合金钢和高合金钢,同时沿管坯纵向 和横向加热要均匀,否则穿孔时容易造成钢管 壁厚不均,穿破或引起轧卡。设备：中径 17m 的环形加热炉决定斜轧穿孔时管坯的加热温度的基本依据是：保毛管穿出温度在该钢号的塑性最好的温度范围内。确定合理的加热温度应该考虑如下因素：1) 温度过高产生过热和过烧，当金属过热时晶粒长 得很大，从而降低了金属的塑性，过烧时使晶界融 化，金属变脆。2) 考虑在自动轧管机上的终轧温度。因为终轧温度 对产品的影响很大。3) 温度过高，钢的表面脱碳严重。4) 考虑金属的烧损和钢管表面质量。温度愈高，氧 化铁皮愈厚，过厚的氧化铁皮不但增加了金属消 耗，也会穿孔带来困难，氧化铁皮扎入金属中，将 降低钢管的表面质量。5) 考虑金属在加热过程中的组织变化。6) 考虑穿孔过程中的升温情况。7) 考虑轧制成品的规格，轧制厚壁管因为温降小一 般加热温度可稍低。8) 管坯加热温度和穿孔顶头材质有关，用钼基顶头穿孔，加热温度要低80 C 90 C。考虑到本设计的典型产品的可穿性，并结合鞍钢的现场的经验，本设计中取加热温度为：t=1250 C。4. 热定心：定心指在管坯前段断面的中心部位形成有一定尺 寸的漏斗形状的孔穴，便于穿孔时顶头对准坯料断面中心， 减少穿孔后毛管的壁厚不均；减少的扭过头的阻力，便于二 次咬入。热定心机一般安装在加热炉与穿孔机之间，利用压 缩空气或液压方式带动冲头冲孔，七结构简单，效率高应用 呢比较广泛。热定心设备：炮弹式风动热定心机设备性能： 1)冲击速度 68m/s2) 定心深度： 1225mm3) 定心直径： 4050mm4) 打眼力： 2400 公斤5. 穿孔：目的是将实心的管坯穿成要求规格的空心毛管。 斜轧穿孔机是目前应用最广泛的穿孔设备，包括曼氏穿孔 机、狄舍尔穿孔机、菌氏穿孔机以及三辊穿孔机。本次设计 采用的是曼氏穿孔机。曼氏穿孔机的特点是对心性能好，毛 管壁厚较为均匀，延伸系数u =12545。设备性能：主电机： N=200KW.n=200400 转/分， U=750V ，I 额 =2850A主减速机传动比： i=2586. 轧管：目的是消除螺旋形壁厚不均，并实现穿孔后的钢管壁厚减薄起延伸作用获得外径，平均壁厚符合要求的钢管。设备性能:压下装置：1. 上压下螺丝，从原位算起向上最大行程 210mm, 向下最大行程 60mm.2. 螺丝升降速度：19m/s3. 减速机传动比：i=1544. 电机功率：N=11KW 转速：n=715转/分回送辊装置： 1.电机功率： N=55KW2. 减速机传动比:i=33. 辊直径 540600mm辊身长 1680mm主电机；功率 P=880KW 转速 n=400500 转/分额定电流I=1270A 允许最大电流I =2700Amax跳闸电流 I=2000A主减速机：主动轴最大力矩M=664吨米飞轮力矩GD2=20吨米2 传动比i=567模数Mn=16主动齿轮数Z1= 30n1被动齿轮数 Z2=70齿轮宽度 B=880mm高速轴及飞轮重 G=10.65 吨人字齿轮机座：传递扭力矩M齿轮转速n齿数Z1=Z2模数Mn宽度B50吨米6611322转/分29201120mm操作：1 按调整规程及轧制表进行调整及选择轧制工具2管应被顺利平稳咬入前端嘴圆，后端平齐 3轧出的管子尺寸与轧制表要相等4 电机负荷未超出规定范围5 用双槽单轧跟踪轧制的方法轧制，第二道轧制需要 将管子翻转 907. 均整： 目的是辗平管壁的局部耳子、直道，使轧管后的 荒管扩径、变圆比并精整内外表面。主要设备及技术要求：主电机：功率P转速n电压U额定电流I 额跳闸电 流I跳闸允许电 流I允许404.25K500750750V750A1300A750AW转/分主减速机：中心距a主动轮齿数被动轮齿数传动比iZiZ2800mm311484.588. 定（减）径机钢管定径、减径（或张力减径）过程是空心体不带芯棒的 连轧。定径的任务是在较小的总减径率条件下，将钢管轧成 具有要求尺寸精度和真圆度的成品管，减径除了起定径作用 外，还有较大的减径率。实现大管料生产小口径钢管的目的 主要用二辊定、减径机。目的是清除均整后的钢管的外径不圆，满足技术条件的规 定。1. 主电机2. 复合减速机3. 连续轴4. 定径机主要设备技术性能：电机功率P机架数n机架间距a产品范围外径D壁厚s55.125KW51200mm89168mm425mm要求：1 按轧机规程进行轧辊安装，各架孔型中心线必须调 整一致，且与轧制线一致。2 机器调整必须按轧制表准确进行，不准两棍倾斜及错位。3 电机不超负荷。9. 冷却：目的是将定径后的热轧管均匀冷却在100160。C 以下，便于矫直。设备能力及技术性能：1）1#、2#冷却台电动机功率 N=4.5KW 转速 n=4501800转/分2）1#、2#冷却台链轮直径 D=650mm 链条间距 a=1200mm轧道间距 b=600mm3）减速机传动比 i=18.244）链条移动速度 v=0.00850.033m/s5）二次冷却温度T=50100 C6） 冷却台尺寸：宽度=16800mm长度：1#=11000mm 2#=31500mm7）冷却时间：1#5.521.5 分钟 2#1621 分钟8）斜度：12%10. 矫直：目的是用来矫直冷却后的钢管并能清除部分钢管 椭圆度，采用“弯曲压扁”方式矫直钢管。严禁用矫直机减 小钢管直径。主要设备技术性能：1）矫直机型号：0168mm矫直机2）矫直速度：1380m/min3）最大矫直力：226吨4）矫直精度Wlmm/m5）主电机：N=90KW V =440V I =221An=01500额额转/分6）减速比 i=1/9.8517）主动辊尺寸：0380 x560mm 被动辊尺寸：0320 x480mm8）轧辊角度可调范围：27359）主动辊间距=900mm 主动辊与被动辊间距 =820mm11. 吹风：目的是用高压气将灰尘吹尽，以便切管。12切头：（一）6uTH切管机作用：切断无缝管端头，并对端头倒棱。可加工管坯范围：钢制 10#45# 及屈服点不超过 95kg/mm 2 的合金钢规格： D0=57168mms=3.540mm l =16mm0前l =5.515mm 重量 Q W 1500kg均后max（二）2115 型切管机 用途及产品范围：本品与附属升降台配合，专门用于切除钢管的两端或 中间切断，并能把钢管截成定尺或倍尺长度。切管规格范围：D =38 195mmsW20mm l=4 14mm外设备技术性能：主轴轴套内孔直径：0180mm主轴中心线离地高度：1100mm刀架最大行程： 75mm进退刀速度：r =36m/minv =38m/minmaxmaxv =15 150mm/mini主传动电机：P=10KW n=960 转/分 刀台倾斜角为10 重量： 6400kg13检查与包装： 它包括横断面尺寸精度的检测，表面质 量检查和无损探伤。取样进行物理机械性能实验、水压试 验、长度测量、打印、表面涂油、打捆、包装和称重。经检 查不合格的钢管，视其缺陷的严重程度或报废或改尺，或重 新返回精整。这是保证质量的重要措施之一。四、轧制表的制定本次设计采用中间开花法制定轧制表：已知条件：成品尺寸：0 108 X 10材质：Q215管坯： 0110一）轧管机轧管机的壁厚：S成15mm时 S轧S成=10mm 外径：D轧刃轧槽高=108mm内径：d =D -2S=108-2x 10=88mm轧轧轧轧管顶头直径：二道次8轧”=d轧=88mm一道次 8 轧=8 轧 ”+（13）=88+2=90mm轧轧（厚壁管取大值，薄壁管取小值）顶杆直径： 8 =8-（815）=88-10=78mm杆轧总延伸系数：(D /2)2 x K (110/2)2 x 0.97卩= 坯二二 2.99总 (D - S ) x S (108 - 10) x 10轧 轧轧K 为烧损系数，碳钢 K=0.970.98(114-14) x 14(108-10) x 10(D - S )xS(穿穿穿=(D S ) x S轧轧轧（二）穿孔机毛管 外径：D 希=(1.031.08)D 斜=1.05x108=113.5mm 穿轧取 D =114mm穿毛管壁厚：s 旁=S+ (35 ) =10+4=14mm 穿轧毛管内径：d穿=D穿-2S穿=114-2x14=86mm顶头直径：b穿=d 穿-k 穿=86-(415)=86-6=80mm(k知：内扩径值 一般机组:415mm 大型机组：1015mm穿小型机组：47mm)轧辊间距: B=D -(1015% )D =110-10%x110=99mm坯坯绝对压下量： h= D -B=110 -99=11mm坯导板间距： l=H+(02)=108+1=109mm椭圆度系数：L二109二1.101B 99顶杆位置：(3 +2S -B) 穿 穿 - 2tanp2l = (118 99)32 tan 3.5y = L +( 穿+2s穿-B) -1 = (d-b)牙牙mmax十 R c 2 2tan p3 2tan p 222+20-10=92mm(80 十 2 x 14 99)2 x tan 3.5(备注：L2轧辊出口锥长换式 3050mm)l3反锥长：固定式515mm更P2出口锥角5 顶头位置：C = 1十丁 l2其中： l 顶头鼻部长0l = (0 8 1.0)0=l +1 +1(3 穿+2S 穿-B)0 1 22tan p2l 穿孔锥长 l 平整锥长12d =08 x17 6 =14 mm0d =(015 025)0d ：顶头鼻部直径0D =016 x 110=176mml =( 10251) D =1.0 x 80=80 mm tD = =80mmDt 5穿l =(1.51.75) Z =(1.51.752xD 坯SX tan a x -xY=1.5 110 X tan10。罟=522汕式中：送进角10。SxY滑动系数=(0.4=52mm0.9)S =(0.5 0.7)Y.c =14+80+52-80 + 2 X 14 -99 =72mm2 x tan 3.5 顶杆长：i = i +1 +1 +1 =14+80+52+10=156 mm 顶 0123过渡圆弧：mo 2顶头压下率：e延伸系数：卩=穿(d = ah-2Ctan3。= 11 -2x72xtan3。=3 坯%110(R)2 K坯(D -S ) S穿 穿 穿552 x 0.97(114-14) x 14u 2.10(三)均整机外径： D 均 =D 轧 -(310)=108+3=111mm壁厚：S均=S轧=10mm内径：d 均=D 均-2S 均=111-2x10=91mm均 均均顶头直径：S =6”轧 + ( 14 ) =88+1=89mm均顶头 轧顶杆直径：6均顶杆=6”均顶头+(215)=89-11=78mm轧辊间距：B=6均顶头+2S均=89+2xl0=109mm导板间距： l=2D -B=2x111-109=113mm均椭圆度系数：丄二 113 二 1.04B 109延伸系数：卩均(D S )xS _ (111-10)x10(D -S均)XS _ (108-10)x10成 成 成（四）定径机热状态尺寸：D =D x定成1.011.015)=108x1.01=109.08mm压缩率： 111 109.08 =1 7%111 .D12=0.58%DD4D D均定DD2D5D3_0_D _058%D _ )ii 1DD _ D )_ 111 x(1-0.29%)_ 110.68mm1 均D1D _ D (1- )=110.68 x (1-0.58%)=11004mm 22DD _ D(1 - )_ 110.04 x (1 - 0.58%)_ 109.40mmD _ DS- )_ 109.40x (1 - 0.29%)_ 109.08mm43D4D _ D _ 109.08mm541椭圆系数：J _ )Di各孔型平均直径：Q215厚壁管q取123轧槽高：1G-0.29% )1G-0.58% )2 Da =i_i 1 + gi2 X 110.681 +1.003二 1.003二 1.006=110.51 mm同理可得：a = 109.71mm2a =109.07mm3a =108.91mm4a =108.91mm5轧槽宽：b = ai i ib = a = 1.003x 110.51 = 110.84mm1 1 1同理可得：b = g a =11037mm2 2 2b = g a =10972mm33 3b = g a =10924mm44 4b = D =10891mm半径： R =i5成 a2+b2ii4aia2 +b2110.512 +110.842R = l = 55.42mm14a4 x 110.511同理可得： R =2a 2 +b 2=55.19mm 4a2偏心距：a 2 + b 2_3= 54.86mm4a3a 2 +b 24 = 54.62mm4_4a 2 +b 2_仝 54.46mm 4_5_ 2 _ 2 e =i_i4_i_2a2e = _Li_i4_1110.842 110.5124 x 110.51 = 0.17mm同理可得：_2a2e = q2_24_2= 0.33mm_2a2e = 3334_30.33mme = _0.17 mm44_4e =05辊缝:A g=1.5 5mm圆角半径： r=3 6mm工作辊直径：D =D+ A g-0.75 a （D：辊环=430mm A : g1i辊缝=1 5mm）本次设计五机架的辊缝分别为5，5，4，3，3。g11同理可得：D = D+A-0.75 a =352.72mm g 2 2D = D+A-0.75 a =352.20mm g 33D = D+A-0.75 a =351.32mmg 44D =D+A-0.75 a =430+5-0.75 x 110.51=352.12mm各机架断面：F =兀1F =兀2D =D+ A -0.75 a =351 32mm；爲-S:S 5ii i i（丁一 S ） x 10 =1006.8 兀 mm2 11S =10mmiF =兀3F =兀4F =兀5（丁 一 S ） x 10=10004 兀 mm22（D-S ） x 10=994 兀mm233（百 一 S ） x 10 =990.844（D 一 S ） x 10=990.855兀mm2兀mm2各架时第一架的延伸系数：同理可得：卩2工作辊转速：=Fi=iF1F= 1.0062F =牙=1.0133F= 1.0164F = 1.0165Dn = ug1 ni i D 1gi=600 1500转/分i=14.9取n=750转/分750/. n = 50.34 转/分1 14.9D352.12n =gi n = 1.006 xx2 2 D1352.72g250.34 = 50.56r/min辽宁科技大学课程设计说明书同理可得：Dn =卩gi n = 50.98 r/min3 3 D1g3Dn = rgi n = 51.26 r/min4 4 D1g4n = n = 51.26 r/min54工具设计：轧辊材质是低铬无限冷硬球墨铸铁转速：n=40 100转/分辊身直径d=350 450mml=255mm架数=5孔型：13架为椭圆孔型45架为圆孔型具体尺寸见轧制表（五）轧制表绘制穿孔机成品规格e 108 X 10mm管坯110mm毛坯外径D穿114mm椭圆度系数1.101壁厚S穿14mm顶头位置c72mm内径d穿86mm顶杆位置yc92mm导板间距1109mm顶头直径80mm轧辊间距B99mm、斗2送进角a10。绝对压下量A H11mm入口锥角013。顶头压下率3.14%出口锥角023.5。穿孔机延伸系 数卩穿2. 10轧管机外径壁厚内径一道二道顶杆总延轧机轧槽DSd次5 次直径伸系系数高D轧轧轧轧mmmmmmmmtt5轧5杆数总卩轧H轧槽高mmmmmm10810889088782.991.43108均整机外径壁厚内径顶头顶杆轧辊导板椭圆延伸D均S均d均直径直径间距间距度系系数mmmmmm5均顶头mm5均顶杆Bimm数g卩均mmmm111109189781091131041.03定径机（5架）热状机轧槽轧槽压缩椭圆偏心工作工作半径态尺架高a宽b率e度系距e直径辐转R寸D宀数iiDi数g.iiD速ni定mmmm径Dmmgiimmmmmm转/分mm1110 5110.8110.60.291.0030.17352.50.3455.42148%12109.082109.7110.3110.00.581. 0060.33352.50.5655.19174%723109.0109.7109.40.581. 0060.33352.50.9854.86720%20410 8.9109.2109.00.291.0030.17351.51.2654.62148%325108.9108.9109.0010351.51.2654.4611832辽宁科技大学课程设计说明书五、穿孔机设计、力能参数及强度校核5.1 穿孔机的轧辊设计工具设计和轧机调整是影响工艺过程的决定性因素之一。对各种穿孔机和轧管机的工具设计和调整要求是：1. 咬入条件良好，穿孔过程进行顺利；2. 毛管或者钢管笔直，内外表面质量好，几何尺寸符合要求；3. 单位能耗小，轧机符合负荷在允许的条件下；4. 工具寿命高，磨损均匀；5. 机组生产率高。工具设计的主要内容是确定工具形状和主要尺寸，并选择工具材质及技术要求。（1）辊径 D辊径：轧辊辊轴直径 D 首先从咬入条件和提高穿孔率的要求 为出发点来选择，然后再复核其强度。根据对现有穿孔机分 析：其中Dp穿孔机的管坯最大直径。本设计中釆用140自动式轧管机组，D =160mm p max11-=6 7.5 ；D = - D = （6 7.5） x 160 = （960 1200）mmii p故取 D=1000mm2）辊身长度 L：以满足工艺对管坯直径压下量和毛管外径量的要求为 依据来确定。L=L 1+L 2+L 3ADL =p max + R ；1 2 tan Pi1(AD + AD )L = k ,、p max + R ；2 2 tan P22式中：A D max 一该穿孔机的管坯直径压下量最大值。pAD max = D max一 B = 160 一 99 = 61mmppck(ADk+ADp)max 该穿孔机的出口处毛管外扩量最大值k p m a x(AD + AD )= (D 一 B ) =114一99 =15mmkp max m ck maxR,R端面圆角半径，取1525mm ,由于aH 0时的变形12区长将比a=0时的短些，因此不考虑R、R。12对于0 140自动轧管机组，入口锥角p =3。3. 5 o,出口1锥角 P =3o3.5o 。2本设计中取： P =3o ， P =3.5 o 。12A D =61mm , ( A D + A D )=15mmPmaxk P ma x代入数据有：AD61L =+ R =+ 20 = 602mm1 2tan p i 2tan3。1(AD + AD )15L = k p max + R =+ 20 = 143mm2 2 tan p2 2tan3.5。轧制带长度L与角B和B的大小有关，L般为020mm,3 1 2 3当B和B值很小时，可取L=0,两锥间用大圆弧过渡。本1 2 3设计 L 取 600mm , L 取 140mm , L =0, & =3, B =35 。12312L=L +L +l =600+140+0=740mm123辊径直径 d= (0.5 0 55 ) D= (500 550 ) mm 取 d=500mm辊径长 1= ( 0.8 1.0 ) d= ( 400 500 ) mm 取 450mm 综上可得，穿孔机轧辊主要参数和形状如表52及图51 。表5.2 穿孔机轧辊主要参数名称参数辊径D1000mm辊身长度L740mm辊径直径d500mm辊径长1450mm入口锥角B13o出口锥角B23.5 o图5.1穿孔机轧辊参数如表5.3所示：表5.3轧辊主要参数项目参数项目参数轧辊材质65Mn重量1.83 （吨/个）轧辊硬度HB141-184生产中倾角5 12 5.2穿孔机顶头设计名称参数顶头直径Dt80mm鼻部直径d017.6mm过度圆弧直径r09mm鼻部长度l014mm穿孔锥长度1180mm辗轧长度1252mm反锥长度1310mm总长度1156mm材质25CrNi4VA具体计算部分见轧制表设定的穿孔机部分5.3 穿孔机能力参数计算已知条件如下：穿孔机成品规格01O8X 10管坯0110毛坯外径D穿114mm椭圆度系数1.101壁厚S穿14mm顶头位置C72mm内径d穿86mm顶杆位置yc92mm导板间距1109mm顶头直径80mm轧辊间距B99mm、斗送进角a10绝对压下量H11mm入口锥角B13顶头压下率3.14%出口锥角B23.5穿孔机延伸系数2.10辊身长 L=740mm 轧辊间距 B=99mm 导板间距 l=109mm 轧 辊 直 径 ： D=1000mm 滑 动 系 数S0.4=丹=0.6摩擦系数:f = 0.005S0.7zyr =3.52辊径长： l=450mm顶头工作锥角：r =12.251辊颈直径： d =500mm径1）变形区长：227.57mm = 228mmD B D - B 110 - 99114 - 99l 二 P+ m二+ 变 2 tan p 2 tan p 2tan32tan3.512D - Bl =p_i 2 tan p1110 -992 x tan 3o= 105 mmD - B 114 - 99m2 tan p2 x tan3.5o2= 123mml = 228mm 变2）单位压下量：Arx(tan P + tan r)11yx 114 x tanlO。x 0.6(tan3。+ tan12.25。) 4.86 mm3）接触宽度：bD (ArB + 2Ar 2)xx:D + B + 2Ar.1000 x (4.86 x 99 + 2 x 4.862) :1000 + 99 + 2 x 4.86 21.83mm4）接触面积：F 0.67bl 0.67x21.83x1051535.74mm211F 0.8bl (1.5 1.8)(通常情况下考虑压扁，故增加22 个压扁数(1.51.8 )，一般取 1.5 )F 1.2bl 1.2x21.83x1233222.11mm222(5)单位轧制压力计算：已知：Q215钢在1200 oC时& =2.2 kg/mm2(鞍钢无缝厂手册)sP = n k = n (1.15b )& & s:入口锥角的平均单位压力：bP = (1.8- )(1 -2.7s2)(1.15b )=(1.8 - 21.83) x99(110 - 99 21 - 2.7 x 0x 1.15 x 2.2(110 丿一= 3.89kg / mm2出口锥的平均单位压力：P = 0.75 p = 0.75 x 3.89 = 2.92kg / mm 2 入口锥轧制压力：p = F -P = 1535.74x3.89 = 5974.03kg1 1 1出口锥轧制压力：p = F -P = 3222.11 x2.92 = 9408.56kg2 2 2(6)总轧制力：P = p + p = 5974.03 + 9408.56 = 15382.59kg 沁 15.38t12(1)轧制力矩 Mzh:Pb=(0.130.27)P=0.2 x 15.38=3.08tE = Pf sin a = 3.08 x 0.3 x sin 100 = 0.16tx b bM = P f cos a - (Lcr)Q = (0.3 0.4) Pb b b2X = (0.5Q + E )cos a - P sine sin axpY= P sin e cos a + (0.5Q + E )sin apxZ = P cosepM = M + Z - a + Y a(6.9)zh b12故： M = M + Z - a + Ya=(0.13 0.27)Pf cosa -(bLckzh b 1 2)+ a P cose + a P sine cosa + a (0.5Q + E )sina1p 2p2x=P(a cose + a sine cosa) + a ( + E )sina + (0.13 0.27)Pf cosa -1p 2p22 xb式中：a 分力Z的力臂，a =0.5 X2183=1092mm11e p力与Z力臂的夹角，e = tan-1 竺=tan-1 f沁纠=12.44。 ppf BcJI 99 丿a 分力 Y，的力臂，a = R 2 - a 2 = ；(00)2 -10.922 = 499.88 mm2 2 1 2R 轧辊半径，R=1000 =500mm2f 金属与导板间的摩擦系数，计算时取 f =f=02 03 取 03 bbf 金属与轧辊间的摩擦系数Q顶头轴向力，Q=(0.3 0.4)P=0.35 乂 1538=538tPb轧件对导板作用力，Pb=(013027)p=02 x 15.38=3.08tEx 一轴向摩擦阻力，Ex= 016ta 送进角, a = 100L 一导板距离，L = H +(0 2)= 108 +1 = 109mmckck代入上式；Mzh=1538259 X (10.92 X cos1244 +499.88 X sin1244 cos10 )+49988(5383.91+16027)sin10 +0.15 X 15382.59 X 0.3cos10 0X 109 =207999973kg mm故:M =2.08t mzh功率计算N：N=2M + MzhT0.975n式中M 一克服轴承摩擦力矩，M =P D fT T 颈 zD 一轴颈直径， D =300mm颈颈f 一滚动摩擦系数； f =0005 zzH 一机械效率；H =0.9n 一轧辊转数； n =100r/min ggM =PD f =15382.59 X 300 X 0005=2307389kg mmT 颈 z故:MT=0.02t mN= 2Mzh + Mt n = 2x 2.o8 + o.o2 xioo = 476.35kw5ab/aPD =500/0.44= 1136.365因此，轧辊强度满足要求。5.3 加热炉能力校核坯料长L : L二Lo +2 p p k - r 总_ 6000+450-2.99 x 0.97u 2224mm式中：l0取 600Omm乩取 450mm，k 取097加热时间T :T _ k D _ 30 x 110 _ 3300s _ 0.92h jr 坯k 加热速度jrk =30s/mmjr小时产量X：360。-a360。-30。根A _n _x 1 _ 165 根卩 2。X - A _ 165 _ 180 根t 0.92取170根每根重量Gp :G _ F L ypp110F ()2 x 2224x 7.85 x 10-62_165.91kg总重量 G： G= G X =165.91 X 170=282t/h50t/hp六、结语用连铸圆管坯轧管是钢管生产的发展趋势之一。这不仅 会带来明显的经济效益，而且使穿孔机的调整有更大的灵活 性，因而提高了产品的产量。在研究中曾进行过穿孔调整参 数对毛管质量影响的对比试验：第一组的轧辊送进角为， 轧辊转速为 r/min ，顶头前伸量为 mm;第二组分别为, r/min和mm（即最恶劣的穿孔条件）。轧 辊距（mm）、导板距（mm）不变。管坯为 mm 钢， 低倍评级为 级和 级。在两组参数下穿孔时各取扎卡件 支 纵剖和环状低倍检验均未发现裂纹等缺陷。可以看出,在保 证连铸圆管坯质量的前提下,二辊鼓形穿孔机不仅可以用于 穿孔,而且于轧坯相比具有更灵活的调整范围。需要说明的 是,本文根据研究成果强调了连铸圆管坯低倍结构的重要 性,但是,同样重要的是冶金质量的控制,如化学成分及成 分偏析、有害元素、气体与夹杂、管坯的机械性能等。这次课程设计在两位李老师的指导下,可以说是圆满成 功。因为经过这次设计,使我不仅掌握了无缝钢管设计的具 体内容和主要方法,更为明年的毕业设计打下坚实的基础。 通过下工厂实习,翻阅有关资料,和老师同学一起讨论,我 对钢管的生产工艺流程、轧钢机械设备、轧制原理、生产方 法等都有了更深的了解,也为以后走上工作岗位奠定基础。在这次设计中，我们发现虽然经过这么多次的实习，我们还 是对实际生产中的具体情况了解太少。下一次实习，我们一 定要珍惜机会，尽量多学到一些知识。同时期待毕业设计的 到来，我会弥补这次设计中的不足。设计中有很多不足之处 希望老师批评指正。辽宁科技大学课程设计说明书七、重要参考文献1. 轧制工艺学冶金工业出版社2. 小型无缝钢管生产冶金工业出版社3. 无缝钢管生产技术重庆大学出版社4. 鞍钢无缝钢管厂技术操作规程5. 0140轧管机组轧钢手册6. 金属塑性加工学冶金工业出版社7. 轧制过程自动化冶金工业出版社8. 钢铁研究武汉钢铁公司主办9. 轧钢中国钢研科技集团公司主办