材料成型专业课程设计

《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：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》题目容 (2)

二、轧机参数 (2)

三、冷轧工艺制度 (3)

1、M.D.斯通公式 (3)

2、轧件合金参数 (4)

3、道次分配 (5)

4、润滑 (7)

四、电机功率校核 (8)

1、传动力矩 (8)

2、静负荷图 (9)

3、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》题目容

铝合金薄材冷轧工艺优化（轧制道次、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：1500mm

3）、板厚度：4.5~6.5mm；成品厚度：0.15~0.45mm

4）、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

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》立群第5、6章节）

（1）、根据公式X2=(e X-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=tanβ，β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为轧件出口厚度

C=，υ为轧辊的泊松比，E为轧辊的氏模量

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=1.15σ，σ为轧件屈服强度（σ0.2或σs）

为平均单位应力，冷轧时

带入Y、Z及其它参数整理得：

······①（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：······②

（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：······③

2、轧件合金参数

（1）、一般刚轧辊υ=0.3 ，E=2.2x104 kgf/mm2，轧辊滚面粗糙，摩擦系数f=0.09（摩擦角β≈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、轧件成品质量，根据轧件与轧辊接触瞬间的咬入条件α<β，稳定轧制的充分条件αM<β，以及压下量与咬入角的关系式

（式中R=190mm，Δh为压下量），可列出下表：

最大咬入角α（°）摩擦系数

f

接触咬入时的

Δh（mm）

稳定轧制时的

Δh（mm）

冷轧（高度光洁并良好润滑）3 0.05 0.52 2.08

4 0.07 0.93 3.70

冷轧（粗糙滚面）5 0.09 1.45 5.77

6 0.11 2.08 8.30

7 0.12 2.83 11.29

8 0.14 3.70 14.72

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3°~4°，最大压下量Δh<0.93mm，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β=5°，f=tanβ=0.09，接触时允许最大压下量（Δh）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①，以及轧制力公式③

有：

由上公式知X、轧制力P的值只与H、h、σ、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-σ曲线图

红色实线表示轧件材料的屈服强度σ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σ呈正相关性，由于P≦120KN，则X≦0.515，σ≦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σ=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围一般为60%~85%，道次加工率围一般为20%~45%。为了减少加工道次、充分发挥合金塑性、提高生产率，ε

应尽量取大点，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Δh

道次压

下率ε

总压下

率ε`

平均力F

（KN）

轧制力

P（KN）

1 4.5 2.84 1.66 462.4

2 7073.23

2 2.84 1.79 1.05 291.69 6952.69

3 1.79 1.13 0.66 183.96 8183.00

4 1.13 0.71 0.42 115.92

总压下率ε`=84.2%，需要进行中间退火

5 0.71 0.45 0.26

其中：平均力，轧制力P根据公式①、③求得各道次轧制速度v······④（η为电机效率，取0.8）

从上表可以看出，按等压下率分配时，前3个道次的轧制力约为最大轧制力12000KN的1/3，前2道的平均力大于轧机允许最大力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（Δh）=1.45mm，故压下分配需要继续优化。

（2）、分配优化

根据公式①、③可知，在保证一定压下率的条件下，可以通过调节轧制平均应力

的值来控制平均力和轧制力的大小；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；