毕业设计（论文）-旋转式变长度冷轧辊（350-650mm）淬冷装置设计.doc

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1、毕业设计设计题目：旋转式变长度冷轧辊（350-650mm）淬冷装置设计作 者： 学 号： 院 （系）： 机械工程系 专 业： 包装工程 指导老师： 年 月第一章 前言1.1 冷轧辊热处理的意义及重要性冷轧辊是轧钢设备最重要的零件之一，是一种冷变形模具。在工作过程中，由于被挤压材料的变形抗力比较大，模具的工作部分受到强烈的摩擦和挤压，故模具应具有高强度、硬度和耐磨性，以及较好的韧性。轧辊的质量和使用寿命，直接关系到轧制生产的生产效率、产品质量及生产成本，如何提高轧辊的使用寿命，一直是轧辊制造业面临的重大问题。轧辊的寿命主要取决于轧辊的内在性能和工作状态，内在性能包括强度和硬度等方面。硬度通常是指

2、轧辊工作表面的硬度，它决定轧辊的耐磨性，在一定程度上也决定轧辊的使用寿命，通过合理的材料选用和热处理方式可以满足轧辊的硬度要求。因其热处理工艺有一定的难度，故探索冷轧辊的热处理工艺有着积极的意义。1.2 冷轧辊旋转淬火工艺冷轧辊旋转淬火工艺的基本原理： 轧辊旋转淬火工艺装置构思科学、轧辊硬度较均匀、硬化层硬度梯度较小、深度较深。轧辊旋转淬火装置主要包括可变水位器、主动轴轮、被动辊、变频调速装置等设备，轧辊摆放在主动轴轮与被动辊的上面，由主动轴轮驱动轧辊旋转，并具备变频调速装置动能；可变水位器能够使轧辊浸入水中一定的深度，轧辊以一定的转速旋转，这样达到淬火的目的。一种钢管淬火旋转支撑轮，包括轮盘

3、、轮盘架，轮盘固定在轮盘架上，轮盘架固定在淬火台架底座上，轮盘架上开有一组螺栓孔，轮盘架通过螺栓固定在淬火台架底座上，淬火台底座上开有若干组螺栓孔。1.可变水位器 2.主动轴轮 3.被动轮 4.变频调速装置图（1-1）如图（1-1）所示，当轧辊进入水淬热处理时，需要将轧辊放置在若干组可以旋转的支撑轮上，每组支撑轮包括2片轮盘和轮盘架，轮盘固定在轮盘架上，轮盘架固定在淬火台架底座上。2片轮盘直径相同，轮盘中心间隔一定距离，钢管放置在两片轮盘之间的凹陷处，使钢管与两轮盘的正压力方向保持适当角度，为110左右。当两片轮盘转动时，通过摩擦力带动钢管一起转动。现有的两片轮盘间距是固定的，钢管直径过大则不

4、能稳定放置，在旋转中易飞出淬火台架；钢管直径过小则钢管易卡在两片轮盘间，不易转动，这些情况都会影响正常生产，也不适应于直径变化范围较大的不同规格钢管淬火热处理的需要。轧辊旋转淬火工艺克服了现有支持轮间距固定、无法调节的缺陷，提供一种可调间距的钢管淬火旋转支撑轮。 不同尺寸规格的轧辊在淬火前要进行水位标识，在所需要的水位高度位置作好标记，然后在可变位器的蓄水槽里存入相应的水量，保证能使水位迅速达到所标记的高度；车轮加热至奥氏体温度Ac，+3 05 0并充分保温后，将其吊放在车轮旋转淬火装置的主动轴轮与被动辊上面，控制变频调速装置使主动轴轮带动车轮旋转起来，达到一定的转速，然后通过可变水位器调整水

5、位，迅速让水位达到预定的高度对车轮进行旋转淬火；调整可变水位器能控制车轮入水深度，使车轮踏面获得一定深度的硬度层，而调整车轮旋转转速则可控制要求的冷却速度，车轮中心部位与车轮踏面的温差使得热量不断地传导向踏面，保证贝氏体组织形成所需的温度条件，使车轮踏面生成均匀的贝氏体组织；淬火时间根据车轮尺寸而定，约持续1 03 0分钟。轧辊旋转淬火工艺的实现原理：一种轧辊淬火旋转支撑轮，包括轮盘、轮盘架，轮盘固定在轮盘架上，轮盘架固定在淬火台架底座上，轮盘架上开有一组螺栓孔，轮盘架通过螺栓固定在淬火台架底座上，淬火台底座上开有若干组螺栓孔，轮盘架与淬火台架采用螺栓连接固定，实现两片轮盘中心距离可调节的目的

6、。当需要处理较小直径轧辊时，壳缩小两片轮盘间的距离；当需要处理较大直径钢管时，则放大两片轮盘间的距离，以适应不同规格轧管淬火的需要。而横向导板通过T螺栓与底座联接，当需要处理长度较短的轧辊时，缩小横向导板之间的间隔，从而达到缩短两边托轮之间距离的目的；当需要处理长度较大的轧辊时，增大横向导板之间的距离即可，这样就可以满足处理不同长度轧辊淬火的需要。1.3 主要研究内容轧辊旋转淬火工艺方法及装置与现有技术相比，具有构思科学、工艺制造容易、设备结构简单、可以满足零件局部并且指定深度的硬化层要求、是整体淬火无法达到的、相对于表面淬火工艺、其硬度较均匀、硬化层硬度梯度较小、深度较深、是一种很优越且实用

7、的热处理工艺、整个淬火工艺过程操作简便、控制灵活、能较好地满足轧辊旋转淬火工艺要求、提高了产品质量、硬度的分布比较平缓、克服了表面淬火加热速度快、淬硬层浅、硬度分布梯度较陡的缺点、使零件整体性能达到较高水平等优点，将广泛地应用于机械零部件热处理工艺技术领域中。这个设计的的目地就要解决目前一些淬火装置只能完成某一些或者一种尺寸轧辊的热处理，往往不适应于目前尺寸多变的轧辊热处理的要求，这样就要求增加成本，引进对不同尺寸的轧辊热处理的装置是不划算的，增加了成本，而且效率不高。因此，设计一个能够适应于变化尺寸的轧辊热处理的装置是符合实际，节约了成本，又提高了效率的。使用这个装置无需对工件采取局部绝热或

8、屏蔽措施，操作方便。本装置可以在一定范围内调节淬火冷却区域尺寸及冷却速度。淬火硬度高而且均匀；硬化层深度大，简化了生产工艺。通过本项目的研究，为该装置的制造及工程应用必要的提供技术支持；提高我们分析和解决工程问题的能力，尤其是大型工程软件的运用；熟悉机械零部件的实体建模技术与科学论文的基本常识。本课题的研究任务主要有以下几点：（1） 根据轧辊旋转速度要求和轧辊与拖轮间的摩擦力大小来选择合适的电机功率和转速。（2） 根据轧辊的尺寸要求以及旋转淬火装置的的尺寸大小来进行传动结构设计和装置结构设计。（3） 运用Auto CAD软件，对旋转淬火装置进行二维设计。（4） 加载初始条件，对主要零部件进行强

9、度校核。（5） 根据实际生产条件对旋转淬火装置进行改良分析。为论证轧辊旋转淬火工艺的可操作性，本课题对工件使用计算机平面辅助设计， 并且对生产过程进行模拟。在模拟过程中，对操作过程中的电机，拖轮，轧辊，轴承，键，轴等的参数进行分析评估，最后讨论使用该装置工艺来实现操作的可行性。因此，该课题的展开能够为该装置工艺实际的生产过程提供可靠的理论依据，以及对实际的生产提供良好的支撑，对旋转淬火工艺的改良有着积极的推动作用。1.4 研究意义与目的 研究的意义：这个设计的的目地就要解决目前一些淬火装置只能完成某一些或者一种尺寸轧辊的热处理，往往不适应于目前尺寸多变的轧辊热处理的要求，这样就要求增加成本，引

10、进对不同尺寸的轧辊热处理的装置。目前的这些做法不划算，增加了成本，而且效率不高。因此，开发一套能够适应于变化尺寸的轧辊热处理的装置是既符合实际，节约了成本，又提高了效率的。使用这套设备无需对工件采取局部绝热或屏蔽措施，操作方便。本装置可以在一定范围内调节淬火冷却区域尺寸及冷却速度。淬火硬度高而且均匀；硬化层深度大，简化了生产工艺。这台淬火装置，制造起来并没有因为功能的增加而变得困难，也没有增加成本，对传统的淬火设备是一个很好的改进。研究的目的：1.通过本项目的研究，为该装置的制造及工程应用必要的提供技术支持；2.提高我们分析和解决工程问题的能力，尤其是大型工程软件的运用；3.熟悉机械零部件的实

11、体建模技术与科学论文的基本常识。1.5 研究方法及步骤本设计将Auto CAD、材料物理性能、机械设计和铸造工艺等基础知识为基础，结合实习期间在鄂州石油机械厂和武汉重冶机修厂参观和学习的实际生产条件和生产过程，以大量的科学资料和参考文献为依据和基础，运用Auto CAD软件，对旋转淬火装置进行平面图设计，以及各零部件的设计，使其合理的满足装配条件，并对实际生产过程进行适当的模拟并结合现场实验，解决旋转淬火装置的各个工艺问题，最后根据实际情况进行优化。具体的步骤如下：1. 通过Auto CAD绘制出各零部件的平面图，整体装配的三视图。2. 绘制各部件零件的二维视图，其中两轴承座间的间距可调以及两

12、导轨的间距也可调动，满足使用于在一定尺寸范围内不同尺寸大小的轧辊淬火。3. 通过水箱的侧边铁板来适时的控制水箱里液面的深度，合理的调节轧辊浸入的尺寸，更好的完成淬火过程。4. 由于轧辊的重量，使得在生产过程中，对轴承和拖轮以及定位螺栓所施加的力很大，使得对轴承，拖轮和螺栓要求的性能很高，可承受载荷要大。5. 对加工性零件实行可行性分析以及理论值的计算。6. 对轴承的寿命进行理论评估，使得在满足一定寿命的基础上正常运转。7. 对整个装置进行可操作性分析，给出可改良的建议。第二章 结构设计与校核2.1 底板、横向导板、定位板、轴承座、带轮材料：灰铸铁HT150强度极限 b=145MPa灰铸铁的性能

13、:、优良的铸造性能由于友铸铁的化学成分接近共晶点，所以铁水流动性好，可以铸造非常复杂的零件。另外，由于石墨比容较大，使铸件凝固时的收缩量减少，可简化工艺，减轻铸件的应力并可得到致密的组织。2、优良的耐磨性和消震性石墨本身具有润滑作用，石墨掉落后的空洞能吸附和储存润滑油，使铸件有良好的耐磨性。此外，由于铸件中带有硬度很高的磷共晶，又能使抗磨能力进一步提高，石墨可以阻止后动的传播，灰铸铁的消夸大能力是钢的10倍，常用来制作承受振动的机床底座。3、较低的缺口敏感性和良好的切削加工性能灰铸铁中由于石墨的存在，相当于存在很多小的缺口时表面的缺陷、缺口等几乎没有敏感性，因此，表面的缺陷对铸铁的疲劳强度影响

14、较小 ，但其疲劳强度比钢要低。由于发铸铁中的石墨可以起断屑作用和对刀具的润滑起减障作用，所以其可切削加工性是优良的。4、灰铸铁的机械性能友铸铁的抗拉强度、塑性、韧性及弹性模量都低于碳素锈钢，如表所示。灰铸铁的抗压强度和硬度主要取决于基体组织。灰铸铁的抗压强度一般比抗拉强度高出三四倍 ，这是灰铸铁的一种特性。因此，与其把灰铸铁用作抗拉零件还不如做耐压零件更适合。这就是广泛用作机床床身和支柱受耐压零件的原因。其铸造性能好，工艺简单，铸造应力小，不用人工时效处理，有一定的机械强度和良好的减振性能。用于对强度无要求的零件承受中等弯曲应力，摩擦面间压强高于500kPa的铸件，如多数机床的底座，有相对运动

15、和磨损的零件。如溜板、工作台等，汽车中的变速箱、排气管、进气管等。拖拉机中的配气轮室盖、液压泵进、出油管，鼓风机底座，后盖板，高炉冷却壁，热风炉篦，流渣槽，渣缸，炼焦炉保护板，轧钢机托辊，夹板，加热炉盖，冷却头，内燃机车水泵壳，止回阀体，阀盖，吊车阀轮，泵体，电机轴承盖，汽轮机操纵座外壳，缓冲器外壳。2.2 托轮材料：耐热钢铸件 5Ni35Cr36耐热钢铸件与轧辊材料表面的干摩擦系数为 0.10-0.15。轧辊在淬火时，轴颈温度很高，因此需要采用耐热钢铸件支撑。特性及应用：屈服应力 0.2235；最高适用温度1150；抗氧化及抗渗碳性良好，高温强度高，用于乙烯裂解管、辐射管，弯管，接头，管支架，炉辊以及热处理用夹具等。 2.3 轴材料：合金结构钢40CrNi材料状态：热处理或不热处理强度极限 b 980MPa屈服应力 s 785 MPa特性及应用：属高强度，高韧性的中碳合金调质结构钢，具有高淬透性，临界淬透直径；油界中约为10-52mm，水中约为 23-82mm；有回火脆性倾向，水淬易开裂，热切加工时对白点敏感性较高，良好的综合机械性能，良好的低温冲击韧性，回火脆性倾向小。故锻后应缓冷，主要在调质状态下使用，用途；适用于制造截面尺寸