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1、XX 科 技 大 学 钢管课程设计说明书 学院系: 材料学院 专业班级 : 材控 08-4 班 学生姓名 : XX 指导教师 : XV 2012 年 01 月 6 号 http:/ - 1 - 目录 一 前言 - 2 - 二、钢管设计任务书- 4 - 三、 140 机组生产工艺概述.- 5 - （一）主要设备- 5 - （二）工艺流程- 6 - （三）工艺要求- 6 - 四、轧制表的制定.- 17 - （一）轧管机.- 17 - (二 )穿孔机 .- 18 - (三 )均整机 .- 18 - (四 )定径机 .- 19 - (五 )轧制表绘制 - 20 - 五、穿孔机设计、力能参数及强度校核.
2、- 21 - 5.1 穿孔机的轧辊设计.- 21 - 5.2 穿孔机顶头设计- 24 - 5.3 穿孔机能力参数计算- 27 - 5.3 加热炉能力校核.- 34 - 六、结语.- 35 - 七、重要参考文献.- 37 - http:/ - 2 - 一一前前言言 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
3、、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
4、的内容。希望通过这课程设计，我们能充分掌 http:/ - 3 - 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。 http:/ - 4 - 二二、钢钢管管设设计计任任务务书书 成品尺寸： 11410 坯料尺寸： 110 材质： Q195 指导教师：。 。 。 http:/ - 5 - 三三、1 14 40 0 机机组组生生产产工工艺艺概概述述 （一一）主主要要设设备备 1.1000 吨剪断机一台（或1600 吨剪断机） 2.
5、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 5.850500 曼氏穿孔机一台 6.7301680 自动轧管机一台 7.850600 桶式均整机一台 8.560011800 步进梁式再加热炉一座 9.430255 五架定径机 10.430255 二十架减径机 11.1100016800 1 号冷却台一个； 31500 16800 2 号冷却台一个 12.168mm 七辊矫直机两台 13.115 切管机八台 14.6UTH42.7168mm 切管机二台 http:/ - 6 - （二二）工工艺艺流流程程 原料 剪断 加热 定心 穿孔 轧管 均整 定径 冷却 矫直 吹风
6、 切头 再加热 减径 取样 检查 包装 入库 （三三）工工艺艺要要求求 1.原原料料： 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：Q195 尺寸： 110 Q195 的化学成分及力学性能： Q195 的化学成分 化学成分（质量分数） （%） SiSP 牌号等级 CMn Q195- 0.060. 12 0
7、.250.50 0.3 0 0.050.04 5 http:/ - 7 - Q195 的力学性能 牌号拉力强度 Mpa屈服点 Mpa伸长率 % Q195 315430 19533 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 140mm c.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=10 Z=25 DH =250mm 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
8、公称直径 8%. http:/ - 8 - 3.加加热热: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：保证 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
9、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。 http:/ - 9 - 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8090。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
10、验，本设计 中取加热温度为： t=1250。 4.热热定定心心：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/s 2) 定心深度： 1225mm 3）定心直径： 4050mm 4) 打眼力： 2400 公斤 5 5. .穿穿孔孔：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
11、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 http:/ - 10 - 匀，延伸系数 =1.254.5。 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=2.58 6 6. .轧轧管管：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 ：1.9m/s 3.
12、 减速机传动比： i=154 4. 电机功率： N=11KW 转速： n=715 转/分 回送辊装置： 1.电机功率： N=55KW 2.减速机传动比： i=3 3.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 Imax=2700A 跳闸电流 I=2000A 主减速机：主动轴最大力矩M=6.64 吨米 飞轮力矩 GD2=20 吨米 2 传动比 i=5.67 http:/ - 11 - 模数 Mn =16 主动齿轮数 Z1= 30 被动齿轮数 Z2=70 齿轮宽度 B=880mm 高速轴及飞轮
13、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 B 50 吨米66.1132. 2 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 90 7 7. .均均整整：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
14、 流 I 允许 http:/ - 12 - 404.25K W 500750 转/分 750V750A1300A750A 主减速机： 中心距 a主动轮齿数 Z1 被动轮齿数 Z2 传动比 i 800mm311484.58 8 8. .定定（减减）径径机机 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。 http:/ - 13 - 定定径径机机孔孔型型图图 主要设备技术性能： http:/ - 14 - 电机功率 P 机架数 n机架间距 a 产品范围外 径 D 壁厚 s 55.125KW51200mm89168mm425mm 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 9. .冷冷却却：目的是将定径后的热轧管均匀冷却在100160C 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
