【正文】 機械軸類零件中有廣泛的應(yīng)用，在軋制加工的基礎(chǔ)上，熱處理性能極為優(yōu)良，可以經(jīng)過淬火，達到相當高的強度和韌性。118河北聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計說明書第1章 文獻綜述在現(xiàn)代社會的國民生產(chǎn)中，棒材作為鋼鐵產(chǎn)品的組成部分，即便是在當前國際經(jīng)濟危機的大環(huán)境下，由于我國采取擴大內(nèi)需，建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施，鼓勵發(fā)展房地產(chǎn)業(yè)的政策，棒材的生產(chǎn)仍然十分重要。鋼鐵材料以其所具有的特性———較高的強度和韌性、易加工成型性、綠色可循環(huán)性在未來時期內(nèi)仍將是重要的結(jié)構(gòu)材料。 產(chǎn)能高我國線棒材無論是軋機數(shù)量,還是產(chǎn)量均居世界第一位,而且其產(chǎn)量還在以較快速度增長(年平均增長速度為15 %左右),目前我國線棒材占鋼材總產(chǎn)量的48 %～50 %。到目前為止,全國共投產(chǎn)高速線材軋機約70 臺套(含線棒材復(fù)合軋機) ,設(shè)計產(chǎn)能超過1 700 萬t/ a [2]。 管理水平逐年提高近年來,我國線棒材廠總體生產(chǎn)管理水平不斷提高,一般連續(xù)小型及高速線材軋機投產(chǎn)后2 年左右即能達到或超過設(shè)計產(chǎn)量。最近新投產(chǎn)的幾套高速線材軋機,可提供Ф5～25 mm線材,直徑公差達177。我國雖然線材產(chǎn)量占鋼材總產(chǎn)量的21. 9 %(居世界第一位) ,可用于金屬制品的只占線材產(chǎn)量的30 % ,很多高質(zhì)量要求的產(chǎn)品仍靠進口。一個完整的金屬壓力加工車間設(shè)計，其內(nèi)容包括生產(chǎn)、工藝、設(shè)備、土建、供水和排水、供氣、供電、運輸、采暖與通風等設(shè)計[2]。棒材的斷面形狀最主要的還是圓形。深加工的方式有熱緞、溫鍛、冷鍛、拉拔、擠壓、回轉(zhuǎn)成形和切削等，為了便于進行這些深加工，加工之前需要進行退火、酸洗等處理。總的要求是：提高內(nèi)部質(zhì)量，根據(jù)深加工的種類，材料本身應(yīng)具有合適的性能，以減少深加工工序，提高最終產(chǎn)品的使用性能。預(yù)計隨著我國經(jīng)濟現(xiàn)代化程度的逐漸提高。長度定尺交貨，使得可有多種生產(chǎn)方式進行軋制。 坯料棒材的坯料現(xiàn)在各國都以連鑄坯為主，對于某些特殊鋼種有使用初軋坯的情況。生產(chǎn)棒材的坯料一般較長，最長達22 m。對機械結(jié)構(gòu)用鋼，由于中心偏析和延伸比等問題，連鑄質(zhì)量較難保證，由于電磁攪拌、低溫鑄造等技術(shù)的顯著進步，使這些鋼種也可以采用連鑄進行生產(chǎn)。采用連鑄坯熱裝爐或直接軋制工藝時，必須保證無缺陷高溫鑄坯的生產(chǎn)。棒材斷面大，軋制時間短，而且冷床散熱慢，故一般棒材軋制的加熱溫度較低，出口速度也不太高。為適應(yīng)熱裝熱送和連鑄直軋，有的生產(chǎn)廠采用電感應(yīng)加熱、電阻加熱以及無氧化加熱等[4]。在棒材軋制的過程中，前后孔型應(yīng)該交替地壓下軋件的高向和寬向。3) 控制軋制。余熱淬火軋件的外表面具有很高的強度，內(nèi)部具有很好的塑性和韌性，建筑鋼筋的平均屈服強度可提高約1/3。今后隨著精煉技術(shù)、連鑄無缺陷技術(shù)、坯料熱狀態(tài)表面缺陷和內(nèi)部質(zhì)量檢查技術(shù)的發(fā)展，連鑄坯熱裝熱送將會很快應(yīng)用于生產(chǎn)實踐，以充分利用能源。 柔性軋制技術(shù)實現(xiàn)了連鑄熱裝熱送甚至連鑄坯直接軋制等先進的工藝以后，對于小批量、多品種的生產(chǎn)，在規(guī)格和品種改變時，會增加軋機停機的時間。棒材在軋制時，軋件高度上的尺寸是由孔型高度來保證，但寬度上的尺寸卻是算出來的或者是根據(jù)經(jīng)驗確定的，孔型不能嚴格限制寬度方向的尺寸。發(fā)展的目標是使棒材產(chǎn)品的尺寸精度達到177。 低溫軋制在棒材連軋機上，從開軋到終軋，軋件溫降很小，甚至會升溫。一種是利用連軋機軋件溫降很小或升溫的特點，降低開軋溫度，從1050～1100℃降至850～950℃，終軋溫度與開軋溫度相差不大，主要目的是節(jié)能。本設(shè)計負荷留有較大余量，為控制軋制作準備。棒材廣泛用于被廣泛用于民用建筑、高層建筑、重點工程：機場、港口、高速公路、橋梁、電廠等建設(shè)，是一種非常重要的鋼材。同時，設(shè)計采用全連軋生產(chǎn)線，縮短了軋制周期，提高了軋機產(chǎn)量、軋制精度和成品質(zhì)量，降低了成本。高強度鋼在市場上所占的比重會越來越大，用小規(guī)格產(chǎn)品替代原來的中大規(guī)格已經(jīng)成為必然的趨勢。棒材廣泛用于機械、汽車、船舶、建筑等工業(yè)領(lǐng)域。廠址選擇工作實際包括兩個方面：一是建廠地區(qū)的確定，一般由上級主管部門在設(shè)計任務(wù)中規(guī)定；二是建廠地址的選擇，由設(shè)計者會同有關(guān)部門共同進行實際調(diào)查研究提出幾個初步方案進行比較，然后選取最優(yōu)方案。要能滿足生產(chǎn)和生活的水質(zhì)和量；3 適當靠近產(chǎn)品銷售地區(qū)；4 自然條件好，有適宜的氣候環(huán)境；5 能就近取得足夠的建筑材料；6 與其它企業(yè)協(xié)作方便。大型企業(yè)多采用鐵路運輸，因此應(yīng)在鐵路支線段最短；中、小型企業(yè)多為汽車運輸，廠址應(yīng)靠近汽車運輸干線； 5 離電源、水源最近；6 在公用設(shè)施與生產(chǎn)方面，搞好環(huán)保措施(例如三廢處理)，不致造成環(huán)境污染；7 選擇合適的居民點，作為職工生活區(qū)。唐山鐵路、公路網(wǎng)發(fā)達，有京唐港，并毗鄰秦皇島港、天津港，隨著曹妃甸大型工業(yè)園區(qū)的不斷完善，為鐵礦石的進口和鋼材的出口帶來極大的便利。綜合以上信息，得出結(jié)論將廠址選擇在河北鋼鐵集團唐山鋼鐵集團二鋼軋廠內(nèi)部。2. 性能標準：規(guī)定產(chǎn)品的化學(xué)成分、物力機械性能、熱處理性能、晶粒度、抗腐蝕性、工藝性能及其他特殊的性能要求等。2 考慮各類產(chǎn)品的平衡，尤其是地區(qū)之間產(chǎn)品的平衡。有條件的要爭取軋機向?qū)I(yè)化和產(chǎn)品系列化方向發(fā)展，以利提高軋機的生產(chǎn)技術(shù)水平。Φ31～Φ50mm177。彎曲：，%。3 成品交貨狀態(tài)成品棒材以直條成捆狀態(tài)交貨。鋼錠是煉鋼生產(chǎn)的最終產(chǎn)品，也是鋼材生產(chǎn)的原料。連鑄坯是直接將鋼水鑄成軋機所需要的各種規(guī)格和斷面形狀的鋼坯的生產(chǎn)過程，省去了初軋生產(chǎn)過程。能耗和產(chǎn)品成本提高，比用連鑄坯金屬消耗大得多，成材率低大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)以及生產(chǎn)品種較多的各種車間連鑄坯金屬消耗少，成材率可提高6～12%，不用初軋，縮短工藝流程，可節(jié)能降耗，降低成本鋼種受到一定限制（主要用于鎮(zhèn)靜鋼），壓縮比較小，對有些產(chǎn)品受到限制，另外連鑄坯規(guī)格較少，不適用于多品種小批量生產(chǎn)的要求，連鑄工藝要求嚴格適合于大、中、小多類鋼鐵企業(yè)，生產(chǎn)品種較少，毗連較大的情況；適用于壓縮比要求不特別嚴格的產(chǎn)品通過上述比較，本設(shè)計選用連鑄坯作為生產(chǎn)原料。壓縮比，一般表示（鋼坯）連鑄坯的平均變形量?！?.（1） 式中：——錠到成品的壓縮比；——坯料斷面積, mm2；——成品斷面積, mm2。5165177。連鑄坯質(zhì)量提高后，對高質(zhì)量產(chǎn)品的要求，坯料探傷主要有表面探傷和內(nèi)部探傷。第3章 軋機選擇及工藝流程這種機架的上蓋（上橫梁）可以拆卸，其優(yōu)點主要是更換軋輥方便，因此它主要用在換輥比較頻繁的橫列式布置的型鋼軋機上，主要缺點是剛性較差，軋出的產(chǎn)品精度不高[8]。主要缺點是換輥不便。軋輥采用液壓柱塞平衡或彈簧平衡，軋輥受力彎曲時，軋輥軸承座可以隨軋輥彎曲而浮動，從而使軸承受力均勻機架有液壓缸移動進行換輥。圖1 牌坊軋機與短應(yīng)力線軋機應(yīng)力回線比較a，牌坊軋機；b，短應(yīng)力線軋機懸臂式機架結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示，采用芯軸夾套Norco熱處理輥環(huán)，油膜軸承結(jié)構(gòu)，有水平機架、立式機架、平/立可轉(zhuǎn)換機架。所以坯料表面缺陷的清理是提高鋼材合格率，保證鋼材質(zhì)量的重要措施，也是軋鋼生產(chǎn)分成二個階段的重要原因。機加工清理是軋制重要用途的合金鋼時需要用剝皮消除鋼錠和鋼坯的表面缺陷，加工方法包括：刨、銑和車等。圖2 懸臂式軋機的結(jié)構(gòu)圖采用平立交替式布置是為了滿足靈活的軋制工藝而設(shè)計的。立輥軋制時為了平衡軋輥質(zhì)量，在軋輥輥系中增加了止推軸承。其結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。由替換輥道代替，此時中軋機組的作用和精軋機組一樣成為成品軋機。立活套的優(yōu)點：設(shè)施少、占地面積小，更易檢測和控制；如果采用立平布置，就必須采用側(cè)活套，因為立軋機上軋出的扁軋件是立著的，對水平壓輥或水平推輥磨損嚴重，所以采用平立布置且使用立活套效果更好；3. 易控制成品質(zhì)量。其結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。橫列式布置的軋機，同一機列軋輥的轉(zhuǎn)速相同，軋制速度并不隨軋件長度增加而提高，因而產(chǎn)量小，軋機勞動生產(chǎn)率低，軋制產(chǎn)品的質(zhì)量也差，不易實現(xiàn)自動控制，國外已淘汰。但是軋件軋出的長度隨道次的增加而加長。由于連續(xù)式布置的軋機易于實現(xiàn)軋制過程的機械化和自動化。而坯料斷面小，軋件溫降快，頭尾溫差大，在給定坯料尺寸、成品規(guī)格時，為盡量減少軋制道次，需盡可能選用快速延伸孔型系統(tǒng)。連續(xù)棒線材軋機把提高軋機作業(yè)率及產(chǎn)量，保證坯料內(nèi)外質(zhì)量和成品尺寸精度，以及降低軋輥消耗和成本等作為增強產(chǎn)品市場競爭力的主要手段。粗、中軋機組的微張力控制系統(tǒng)，不僅需要各道次軋件斷面相對穩(wěn)定，而且需軋輥工作直徑相對穩(wěn)定，即需要孔型磨損均勻，從而縮短軋機自適應(yīng)過程，降低微張力控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)頻率；就活套控制而言，活套器的設(shè)置及其工況與軋件斷面形狀和大小密切相關(guān)。對于每架只軋一道的連續(xù)式軋機，確定其機架數(shù)是比較容易的。箱形孔平均延伸系數(shù)= ～；橢圓圓平均延伸系數(shù)= ～；根據(jù)以上經(jīng)驗數(shù)據(jù)，再參考同類棒材車間，=?？ūP式機架、四拉桿機構(gòu)短應(yīng)力線軋機軋制分為粗、中、精軋三部分。因此生產(chǎn)方案是編制生產(chǎn)工藝流程的依據(jù)。因此，滿足產(chǎn)品標準要求是設(shè)計生產(chǎn)工藝流程的基礎(chǔ)。產(chǎn)品成本：成品是生產(chǎn)效果的綜合反映，是各種因素影響的結(jié)果。當然，成本還與產(chǎn)量大小、生產(chǎn)技術(shù)水平等其它因素有關(guān)的。正確制定工藝過程是軋鋼車間工藝設(shè)計的重要內(nèi)容，它直接關(guān)系到整個設(shè)計能否滿足設(shè)計任務(wù)書的要求。工藝流程如下圖5：圖5 生產(chǎn)工藝連鑄坯或初軋坯廢料剔除上料稱量加熱爐加熱高壓水除鱗粗軋機組1飛剪機及事故碎斷剪中軋機組2飛剪機及事故碎斷剪精軋機組倍尺剪取樣剪冷床冷卻、齊頭成排收集冷飛剪剪切計數(shù)、自動打捆、標記稱量發(fā)貨冷卻打捆標記稱量存放取卷打包收集稱重存放 生產(chǎn)工藝特點1. 軋制工藝：1～10架軋機為微張力軋制，10～18架為立活套控制，實現(xiàn)無張力軋制，保證產(chǎn)品尺寸精度，產(chǎn)品尺寸偏差可達到1/3 DIN標準公差范圍的水平。最大剪切直徑72 mm, 2旋轉(zhuǎn)式飛剪置于中軋機組后，作用同1飛剪，最大剪切直徑 38 mm. 3旋轉(zhuǎn)式飛剪置于精軋機組后，也叫倍尺剪，是將棒材在上冷床前成倍尺分段，同樣起事故碎斷處理作用。4. 冷床和棒材分組系統(tǒng)：齒條式冷床長度120 m，寬度15 m，棒材經(jīng)倍尺飛剪剪切后進入撥入裙板的冷床輸入輥道，電氣傳動的制動裙板使棒材降速并將他們撥入冷床，冷床的初始部分為矯直板，使棒材保持平直。齒條末端設(shè)置對齊輥道用于產(chǎn)品端部的對齊，經(jīng)冷飛剪將棒材按定尺剪切[10]。所以坯料表面缺陷清理是提高鋼材合格率，保證鋼清理和火焰清理的方法。各種清理方法中，費用比較砂輪清理是風鏟清理的3倍，二機床與火焰清理費用是風鏟清理的1/2。對金屬進行酸洗或堿洗屬于化學(xué)法清除。正確的選擇軋鋼加熱設(shè)備，制定合適的加熱工藝制度對提高車間生產(chǎn)能力，改善產(chǎn)品質(zhì)量有重要影響。1. 加熱速度鋼的加熱速度指在單位時間內(nèi)鋼的溫度的變化。但一般的碳素鋼和低合金鋼在低溫導(dǎo)熱性和塑性較好，就沒必要采取過低的速度。所以合理確定加熱時間對實現(xiàn)正確加熱、提高爐子產(chǎn)量、保證加熱質(zhì)量和改善爐子的各種技術(shù)經(jīng)濟指標具有重要意義。連續(xù)式加熱爐的加熱時間計算的估算公式：式中：T—加熱時間，h；B —鋼料厚度，cm； K1— 考慮鋼的化學(xué)成分和其他因素影響的修正系數(shù)。 鋼的加熱溫度范圍主要是根據(jù)鋼的性質(zhì)、化學(xué)成分和壓力加工工藝要求來確定的。 鋼材的軋制鋼的軋制是整個工藝過程的核心，從工藝設(shè)計角度來說，它包括幾個方面的內(nèi)容：制定變形規(guī)程、速度規(guī)程和溫度規(guī)程。確定變形量的大小和分配要進行綜合的分析和比較。沿道次實現(xiàn)軋制速度的變化是一些軋機（如初軋機、連軋機）速度規(guī)程的主要內(nèi)容，這些軋機每道次速度的變化是通過傳動軋機的主電機的速度變化而實現(xiàn)的，目前從技術(shù)上實現(xiàn)軋機主傳動調(diào)速有三種方法：直流驅(qū)動、串級調(diào)速、差動調(diào)速。通常在設(shè)計和生產(chǎn)過程中，開軋溫根據(jù)鋼料的出爐溫度以保證必須的終軋溫度為依據(jù)；而終軋溫度主要考慮保證產(chǎn)品的組織與性能，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，主要與鋼種有關(guān)。 鋼材的冷卻與精整精整是軋鋼生產(chǎn)工藝過程中最后一個工序，它包括下述幾個內(nèi)容。冷卻過程對產(chǎn)品最終性能有很重要的影響，因此冷卻制度的確定是控制產(chǎn)品實物質(zhì)量的不可缺少的重要環(huán)節(jié)。控制冷卻是指軋后的軋件冷卻過程進行有目的人為控制，以達到預(yù)期的產(chǎn)品內(nèi)部組織和力學(xué)性能。2. 鋼材的切斷將鋼材切斷成定尺長度，其目的是便于鋼材的運輸和用戶的使用。軋輥的主要參數(shù)尺寸就工藝設(shè)計來說是輥身直徑和輥身長度。軋輥性能一般考慮保證軋輥的強度和抗熱裂性兩個方面。同時，帶肋鋼筋的成品前孔因受橫肋的影響，使用過程中極易產(chǎn)生熱裂或為裂紋，重車量較大，最好選擇高速鋼復(fù)合輥。綜合以上資料，粗軋機組選用石墨鋼軋輥；中軋機組選用珠光體球磨鑄鐵軋輥；精軋機組選用高速鋼復(fù)合軋輥，預(yù)切分孔選用高速鋼復(fù)合輥，切分孔型選用高鎳鉻合金球磨鑄鐵軋輥。D＝KH = 165=660mm，但在實際設(shè)計時由于考慮到軋機制造和備品備件的管理使用方便。這樣選擇軋輥直徑有利于減少設(shè)備重量和減少能量消耗。軋輥的輥身長度與輥徑比小的軋制時軋輥能承受較大彎曲應(yīng)力，另外軋機的剛性也增加了，為提高產(chǎn)品精度及壁材也提供了可能，故現(xiàn)代化軋機隨著對產(chǎn)品精度要求的提高L/D值正逐漸減小，本車間為短應(yīng)力線軋機，為提高其剛度，一般輥身長度較短，其尺寸按軋機制造廠商提供的參數(shù)并從中選取，一般近似地選d=(～)D, l/d=～，一般根據(jù)輥身長度與輥徑的比值(L／D)來選定。2) 工作環(huán)節(jié)惡劣，軋輥溫度高，溫度變化大，并且常有水及氧化鐵皮的侵入。如果具備適當?shù)臐櫥瑮l件，其最高速度可達25～45m/s。4) 安裝拆卸方便。因此具有較高的負重能力，且能保持較長的壽命。通常對輥身僅計算彎曲，對輥徑計算彎曲和扭轉(zhuǎn)，對傳動端輥頭僅計算扭轉(zhuǎn)強度。另外，軋機上還設(shè)計了手動驅(qū)動機構(gòu)，可進行方便的調(diào)整。徑向調(diào)整調(diào)整機構(gòu)。軸向調(diào)整裝置主要就是一個調(diào)整箱。每個蝸輪與一根螺桿以滑鍵組合，螺桿的頂頭則與輥系的軸承端蓋相接。對短應(yīng)力線軋機，通常采用上輥手動調(diào)整，其調(diào)整機構(gòu)多為渦輪蝸桿或齒輪傳動驅(qū)動帶螺紋的軸套，從而推動軋輥滾動軸承的內(nèi)圈移動，實現(xiàn)軋輥的