轧钢机械设计
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Abstract
Ring rolling and rolling of ring with a hole, it is by means of the ring rolling equipment of ring rolling mill (also known as the rolling machine or reaming machine) increases as the ring wall thickness to reduce, increase the diameter and section contour forming of plastic processing technology. Ring rolling is a continuous local plastic forming technology, which has the advantages of great reduction of equipment tonnage and investment, low vibration, low vibration, energy saving and low cost, etc.. Widely used in machinery, automobiles, trains, ships, aviation, aerospace, petrochemical, nuclear energy industry and other fields.
（2）根据轧辊的空间位置分类。根据轧辊的空间位置，轧环机分为径向、径向—轴向及特殊用途轧环机。
（3）根据芯辊的数量分类。轧环机还可根据芯辊的数量分为单芯辊和多芯辊两种。
台式多芯辊轧环机用于生产一些小的和中等尺寸的环件，外径最大为500mm,最大质量为40kg。这种轧机有一个相对于主轧辊偏心的回转台，其轧制力可达320kn,4个芯辊安装在回转台上连续旋转，旋转轴线的偏心距离取决于环件的厚度。KFRMW是一种由瓦格纳公司改造的径向多芯辊轧环机，它的特点是配有测量和控制系统，与轧制恒壁厚环件的KFRW系列轧环机不同的是，这种轧环机既能使环壁厚均匀，又能使环径符合要求，避免由于环坯尺寸上的误差，导致环直径的不均匀，班宁公司的MIRA系列轧环机和瓦格纳公司的RWM系列轧环机，都有一个主轧辊和两个各自用液压缸驱动的芯辊，一个芯辊主要用于装和取环件，另一个芯辊则用于轧制。瓦格纳公司的HRW系列轧环机也有两个芯辊，它主要用于轧制斜齿轮这一类有内法兰的环件。
此后，我国又陆续研制成功3000mm、2000mm、800mmCNC轧环机，CNC系统的软硬件也在不断完善和发展。目前，国内拥有轧环机100多台，最大辗扩直径为5500mm。轧环机在大型化、数控化和系列化生产方面取得显著成绩。
1.2
1.2.1
轧环机按不同的方式分类如下：
（1）根据工件在轧制状态下的空间放置形式分类。按照该方法可以将轧环机分为卧式轧环机和立式轧环机两种类型。立式轧环机虽然能提供较大的轧制力，但由于外径受到空间高度的限制，应用范围相应受到限制。不过大多数中小型轧环机因操作方便而采用立式轧环机，如生产中小型轴承圈的轧环机。而卧式轧环机如果配备有完善的支撑装置，轧环外径可不受任何限制，所以大型轧环机一般采用卧式。
型号
环件外径/mm
环件高度/mm
径向轧制力/kN
滑块行程/mm
轧制速度/
主电机功率/kW
D51-1200
200
800
500
1.59
240
3、完成的工作内容
完成辊系选型及力能参数计算（各辊轧制压力、传动力矩、主电机容量等），完成辊系设计。
（三）设计的方法和步骤：
1、查阅资料，熟悉题目，明确设计任务和要求，综合分析相关知识、资料，了解行业新动态；
2、比较、确定总体与机构方案，选择各零部件形式；
3、具体设计、计算、分析、绘图等；
4、总结并撰写设计说明书。
（四）成绩考核办法：
1、日常出勤情况考核；
2、中期进度情况、完成情况考核；
3、课程设计答辩，考核任务完成数量与质量，评价学生课程设计成绩。
摘
环件轧制又称环件辗扩或扩孔，它是借助环件轧制设备——轧环机（又称辗扩机或扩孔机）使环件产生壁厚减小、直径扩大、截面轮廓成形的塑性加工工艺。环件轧制是连续局部塑性加工成形工艺，与整体模锻成形工艺相比，它具有大幅度降低设备吨位和投资、振动冲击小、节能节材、生产成本低等显著技术经济优点。广泛应用在机械、汽车、火车、船舶、航空、航天、石油化工、核能工业等领域。
2、学生应认真阅读和理解课程设计任务书，搜集与分析有关轧钢机械设计参考图纸与最新的专业文献资料，熟悉和学习有关各种最新设计标准和规范的内容，了解与设计内容相关的行业动态，在教师指导下，独立、认真、按时完成任务书规定的设计内容。
3、课程设计的计算说明书应不少于1万字，绘图量不少于折合A0图1.5张。
4、要求计算说明书计算准确、公式与图表格式规范、文字通顺、书写工整。说明书为打印文档时，须避免抄袭，应独立完成。
姓名
性别
出生年月
班级
学科专业
学号
二、课程性质与考查方式
在学习《轧钢机械设计》后，进行的课程大作业，主要目的是掌握轧钢机械设计所学内容。
成绩考核办法：
1、日常出勤情况考核，为期3周（11月18日至12月9日）；
2、中期进度情况、完成情况考核；
3、课程设计答辩，考核任务完成数量与质量，评价学生课程设计成绩。
分析了轧环机力能参数计算、轧环机工作原理、卧式轧环机的主要结构，确定轧环机轧辊的尺寸、咬入条件。学习轧环机机构的典型形式、各零部件的作用与装配关系、承载特点和设计计算方法。
关键词：轧环机；工作参数；计算
Roll system design of D51-1200 horizontal ring rolling mill
课程设计说明书
D51-1200卧式轧环机辊系设计
Roll system design of D51-1200 horizontal ring rolling mill
学院（系）：
专业：机械设计制造及其自动化
学生姓名：
学号：
指导教师：
评阅教师：
完成日期：2015.12.09
y
课程设计任务书-轧钢机械
一、学生基本信息
The calculation of force energy parameters, working principle and main structure of the rolling mill are analyzed, and the dimension and biting condition of the roller are determined. The typical form of the mechanism of the rolling mill, the relationship between the components and the assembly, the bearing characteristics and the design calculation method.
环件轧制成形是一个逐步变形的过程。在轧制过程中，金属的晶粒排列逐步与环件的周线相一致，因此得到的周向纤维致密均匀，而且在与环件横截面的外轮廓一直保持平行的状态下，沿周线扩展，最后形成与要求形状相接近的晶粒连接体，即环件。此外，由于轧环的生产具有效率高、尺寸精确，尤其是能显著降低材料消耗(一般材料利用率可达到90%)等许多的优点，所以轧环机得到了广泛的应用。
通过改变轧辊形状及生产工艺，可以生产出多种断面形状的盘环件。横断面形状为矩形的环件叫矩形断面环件，沿横断面周边上任一点所做的切线交于断面之中的环件为异形断面环件。
轧制盘环件的尺寸范围较大，外径在75~8000mm、高度在15~2mm、质量在0.4~82000kg范围内的盘环件都可以采用轧制方法生产。其中，大约90%的环件尺寸范围为：外径240~980mm，高度70~210mm，壁厚16~48mm。经过改造的轧机还可以轧制壁厚与高度比为 的盘类环件，以及高度与壁厚比为 的筒类环件。
图1.1环件变形过程[1]
1-工件；2-芯辊；3-主轧辊；4-导向辊；5-测量辊
图1.2径向-轴向轧环过程[1]
a-轧制开始；b-随动开始；c-轧制结束
环件轧制与板带生产过程相比起步较晚，自19世纪火车车轮的大量使用才开始了轧环生产过程。1842年英国人保曼（Bodmer）为曼彻斯特一家公司设计出第一台轧环机。1849年由德国的Alfred Krupp率先试验火车车轮轧制生产， 年制造出由他设计的轧环机。1854年英国也有了火车车轮轧机，此时的轧环机主要是用来拓展毛坯的外径。到了1864年，俄罗斯的奥布霍夫工厂利用同样的工艺生产出了火车轮毂。当时铁路运输业的大力发展促进了车轮和轮毂的迅速发展，使得轮毂轧机的作用也有了显著地提高，这样轮毂就得到了进一步的校准和成形。到了20世纪初，用来控制高度的辅助轧辊的出现，基本上奠定了轧环机的模式。到了20世纪60年代用油压机来代替水压机，以及计算机的发展与先进的自控系统在轧环机上的应用，使得轧环机的性能、产品的精度得到了很大的提高，较小的环件生产率可达到 。目前，随着技术的进一步发展，生产率已提高到 。今天，为更好地满足市场的需求，轧环机上配备了各种辅助设备，尽最大可能完善环件产品质量，提高市场竞争力。
Keywords:rolling mill;working parameter; calculation
1
1.1
盘环件轧制是生产无缝环件的主要方法，盘环件轧制设备可以根据环件的形式和用途，分别称为轧环机（轧轴承环、套、盘类环件等）、车轮轧机和齿轮轧机等。盘环件轧制设备的用途很多，像轴承环、齿圈、轮毂、回转轴承、法兰、航空器用环形部件、阀体、核反应堆部件等，都可以采用盘环件轧制方法生产。可轧制环件的金属种类众多，如碳素钢、低合金钢、工具钢、不ห้องสมุดไป่ตู้钢、耐热合金、高强度和抗高温镍合金、钛合金、铝合金及其他一些非铁合金等。
目前，世界上主要开展轧环机设备研制和环件技术开发的国家有德国、美国、日本、英国、俄罗斯、中国等，其中德国在该领域的研发水平较高，其产品品种规格全、使用范围广。在我国，济南铸锻研究所在轧环机的研究和生产方面的工作较为全面。
为了满足国内对大型环件，特别是航天航空工业对高温合金和钛合金大型环件的需求，我国在20世纪80年代中期开始开发重型数控径向—轴向轧环机。1990年由济南铸锻研究所设计的1800mm数控径向—轴向轧环机研制成功。该机采用径向—轴向轧制原理，工件断面平直，棱角清晰；采用CNC和电液比例技术实现碾轧过程自动化；采用余量重新分配的控制系统，可以分别控制工件的外径、内径或中径尺寸，减少由于坯料超差所产生的废品。该轧机的轧制精度高，外径公差 mm，高度公差 mm。
5、要求设计图的图面布局恰当、字体端正，尺寸与公差标注合理，技术要求、标题栏与明细栏内容周全等满足工程图的要求。装配图与零件图都应符合最新制图标准及有关规定。当采用电子绘图工具完成绘图工作时，须避免抄袭，应独立完成。
（二）设计内容
1、题目：D51-1200卧式轧环机辊系设计
2、原始数据
国产D51卧式轧环机主要技术参数
三、课程目标
（一）设计的目的及要求
1、机自专业冶金机械方向轧钢机械课程设计的目的是综合运用所学机械制图、理论力学、材料力学、机械原理、结构力学、机械零件及其课程设计等专业基础课的理论知识，按照《轧钢机械设计》专业课及其行业相关标准要求，对轧钢机的主要部分如轧辊、机架、压下装置、平衡装置等进行设计。学习轧钢机机构的典型形式、各零部件的作用与装配关系、承载特点和设计计算方法，熟悉机构的安全要求与相关技术等方面的知识，培养学生在轧钢机械设计中分析问题和解决问题的能力。
通常的环件轧制工艺是在生产开始时，将圆钢锯切或剪切成所需体积的钢坯，加热后用锻锤（压力机）拍扁，然后冲孔，再放置于轧环机上进行轧制。随着轧制过程中芯辊朝主轧辊方向的进给运动，毛坯壁厚减小，环件沿周向延伸，径向尺寸最终扩大到所需尺寸。图1.1是环件变形示意图。在工件的轴向（主轧辊对面）再布置一组轧辊，对工件施加轴向变形，控制环件的高度，协调轧辊和被轧环件的速度差，这种轧制方式为径向——轴向轧环过程，如图1.2所示。
Ring rolling and rolling of ring with a hole, it is by means of the ring rolling equipment of ring rolling mill (also known as the rolling machine or reaming machine) increases as the ring wall thickness to reduce, increase the diameter and section contour forming of plastic processing technology. Ring rolling is a continuous local plastic forming technology, which has the advantages of great reduction of equipment tonnage and investment, low vibration, low vibration, energy saving and low cost, etc.. Widely used in machinery, automobiles, trains, ships, aviation, aerospace, petrochemical, nuclear energy industry and other fields.
（2）根据轧辊的空间位置分类。根据轧辊的空间位置，轧环机分为径向、径向—轴向及特殊用途轧环机。
（3）根据芯辊的数量分类。轧环机还可根据芯辊的数量分为单芯辊和多芯辊两种。
台式多芯辊轧环机用于生产一些小的和中等尺寸的环件，外径最大为500mm,最大质量为40kg。这种轧机有一个相对于主轧辊偏心的回转台，其轧制力可达320kn,4个芯辊安装在回转台上连续旋转，旋转轴线的偏心距离取决于环件的厚度。KFRMW是一种由瓦格纳公司改造的径向多芯辊轧环机，它的特点是配有测量和控制系统，与轧制恒壁厚环件的KFRW系列轧环机不同的是，这种轧环机既能使环壁厚均匀，又能使环径符合要求，避免由于环坯尺寸上的误差，导致环直径的不均匀，班宁公司的MIRA系列轧环机和瓦格纳公司的RWM系列轧环机，都有一个主轧辊和两个各自用液压缸驱动的芯辊，一个芯辊主要用于装和取环件，另一个芯辊则用于轧制。瓦格纳公司的HRW系列轧环机也有两个芯辊，它主要用于轧制斜齿轮这一类有内法兰的环件。
此后，我国又陆续研制成功3000mm、2000mm、800mmCNC轧环机，CNC系统的软硬件也在不断完善和发展。目前，国内拥有轧环机100多台，最大辗扩直径为5500mm。轧环机在大型化、数控化和系列化生产方面取得显著成绩。
1.2
1.2.1
轧环机按不同的方式分类如下：
（1）根据工件在轧制状态下的空间放置形式分类。按照该方法可以将轧环机分为卧式轧环机和立式轧环机两种类型。立式轧环机虽然能提供较大的轧制力，但由于外径受到空间高度的限制，应用范围相应受到限制。不过大多数中小型轧环机因操作方便而采用立式轧环机，如生产中小型轴承圈的轧环机。而卧式轧环机如果配备有完善的支撑装置，轧环外径可不受任何限制，所以大型轧环机一般采用卧式。
型号
环件外径/mm
环件高度/mm
径向轧制力/kN
滑块行程/mm
轧制速度/
主电机功率/kW
D51-1200
200
800
500
1.59
240
3、完成的工作内容
完成辊系选型及力能参数计算（各辊轧制压力、传动力矩、主电机容量等），完成辊系设计。
（三）设计的方法和步骤：
1、查阅资料，熟悉题目，明确设计任务和要求，综合分析相关知识、资料，了解行业新动态；
2、比较、确定总体与机构方案，选择各零部件形式；
3、具体设计、计算、分析、绘图等；
4、总结并撰写设计说明书。
（四）成绩考核办法：
1、日常出勤情况考核；
2、中期进度情况、完成情况考核；
3、课程设计答辩，考核任务完成数量与质量，评价学生课程设计成绩。
摘
环件轧制又称环件辗扩或扩孔，它是借助环件轧制设备——轧环机（又称辗扩机或扩孔机）使环件产生壁厚减小、直径扩大、截面轮廓成形的塑性加工工艺。环件轧制是连续局部塑性加工成形工艺，与整体模锻成形工艺相比，它具有大幅度降低设备吨位和投资、振动冲击小、节能节材、生产成本低等显著技术经济优点。广泛应用在机械、汽车、火车、船舶、航空、航天、石油化工、核能工业等领域。
2、学生应认真阅读和理解课程设计任务书，搜集与分析有关轧钢机械设计参考图纸与最新的专业文献资料，熟悉和学习有关各种最新设计标准和规范的内容，了解与设计内容相关的行业动态，在教师指导下，独立、认真、按时完成任务书规定的设计内容。
3、课程设计的计算说明书应不少于1万字，绘图量不少于折合A0图1.5张。
4、要求计算说明书计算准确、公式与图表格式规范、文字通顺、书写工整。说明书为打印文档时，须避免抄袭，应独立完成。
姓名
性别
出生年月
班级
学科专业
学号
二、课程性质与考查方式
在学习《轧钢机械设计》后，进行的课程大作业，主要目的是掌握轧钢机械设计所学内容。
成绩考核办法：
1、日常出勤情况考核，为期3周（11月18日至12月9日）；
2、中期进度情况、完成情况考核；
3、课程设计答辩，考核任务完成数量与质量，评价学生课程设计成绩。
分析了轧环机力能参数计算、轧环机工作原理、卧式轧环机的主要结构，确定轧环机轧辊的尺寸、咬入条件。学习轧环机机构的典型形式、各零部件的作用与装配关系、承载特点和设计计算方法。
关键词：轧环机；工作参数；计算
Roll system design of D51-1200 horizontal ring rolling mill
课程设计说明书
D51-1200卧式轧环机辊系设计
Roll system design of D51-1200 horizontal ring rolling mill
学院（系）：
专业：机械设计制造及其自动化
学生姓名：
学号：
指导教师：
评阅教师：
完成日期：2015.12.09
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课程设计任务书-轧钢机械
一、学生基本信息
The calculation of force energy parameters, working principle and main structure of the rolling mill are analyzed, and the dimension and biting condition of the roller are determined. The typical form of the mechanism of the rolling mill, the relationship between the components and the assembly, the bearing characteristics and the design calculation method.
环件轧制成形是一个逐步变形的过程。在轧制过程中，金属的晶粒排列逐步与环件的周线相一致，因此得到的周向纤维致密均匀，而且在与环件横截面的外轮廓一直保持平行的状态下，沿周线扩展，最后形成与要求形状相接近的晶粒连接体，即环件。此外，由于轧环的生产具有效率高、尺寸精确，尤其是能显著降低材料消耗(一般材料利用率可达到90%)等许多的优点，所以轧环机得到了广泛的应用。
通过改变轧辊形状及生产工艺，可以生产出多种断面形状的盘环件。横断面形状为矩形的环件叫矩形断面环件，沿横断面周边上任一点所做的切线交于断面之中的环件为异形断面环件。
轧制盘环件的尺寸范围较大，外径在75~8000mm、高度在15~2mm、质量在0.4~82000kg范围内的盘环件都可以采用轧制方法生产。其中，大约90%的环件尺寸范围为：外径240~980mm，高度70~210mm，壁厚16~48mm。经过改造的轧机还可以轧制壁厚与高度比为 的盘类环件，以及高度与壁厚比为 的筒类环件。
图1.1环件变形过程[1]
1-工件；2-芯辊；3-主轧辊；4-导向辊；5-测量辊
图1.2径向-轴向轧环过程[1]
a-轧制开始；b-随动开始；c-轧制结束
环件轧制与板带生产过程相比起步较晚，自19世纪火车车轮的大量使用才开始了轧环生产过程。1842年英国人保曼（Bodmer）为曼彻斯特一家公司设计出第一台轧环机。1849年由德国的Alfred Krupp率先试验火车车轮轧制生产， 年制造出由他设计的轧环机。1854年英国也有了火车车轮轧机，此时的轧环机主要是用来拓展毛坯的外径。到了1864年，俄罗斯的奥布霍夫工厂利用同样的工艺生产出了火车轮毂。当时铁路运输业的大力发展促进了车轮和轮毂的迅速发展，使得轮毂轧机的作用也有了显著地提高，这样轮毂就得到了进一步的校准和成形。到了20世纪初，用来控制高度的辅助轧辊的出现，基本上奠定了轧环机的模式。到了20世纪60年代用油压机来代替水压机，以及计算机的发展与先进的自控系统在轧环机上的应用，使得轧环机的性能、产品的精度得到了很大的提高，较小的环件生产率可达到 。目前，随着技术的进一步发展，生产率已提高到 。今天，为更好地满足市场的需求，轧环机上配备了各种辅助设备，尽最大可能完善环件产品质量，提高市场竞争力。
Keywords:rolling mill;working parameter; calculation
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1.1
盘环件轧制是生产无缝环件的主要方法，盘环件轧制设备可以根据环件的形式和用途，分别称为轧环机（轧轴承环、套、盘类环件等）、车轮轧机和齿轮轧机等。盘环件轧制设备的用途很多，像轴承环、齿圈、轮毂、回转轴承、法兰、航空器用环形部件、阀体、核反应堆部件等，都可以采用盘环件轧制方法生产。可轧制环件的金属种类众多，如碳素钢、低合金钢、工具钢、不ห้องสมุดไป่ตู้钢、耐热合金、高强度和抗高温镍合金、钛合金、铝合金及其他一些非铁合金等。
目前，世界上主要开展轧环机设备研制和环件技术开发的国家有德国、美国、日本、英国、俄罗斯、中国等，其中德国在该领域的研发水平较高，其产品品种规格全、使用范围广。在我国，济南铸锻研究所在轧环机的研究和生产方面的工作较为全面。
为了满足国内对大型环件，特别是航天航空工业对高温合金和钛合金大型环件的需求，我国在20世纪80年代中期开始开发重型数控径向—轴向轧环机。1990年由济南铸锻研究所设计的1800mm数控径向—轴向轧环机研制成功。该机采用径向—轴向轧制原理，工件断面平直，棱角清晰；采用CNC和电液比例技术实现碾轧过程自动化；采用余量重新分配的控制系统，可以分别控制工件的外径、内径或中径尺寸，减少由于坯料超差所产生的废品。该轧机的轧制精度高，外径公差 mm，高度公差 mm。
5、要求设计图的图面布局恰当、字体端正，尺寸与公差标注合理，技术要求、标题栏与明细栏内容周全等满足工程图的要求。装配图与零件图都应符合最新制图标准及有关规定。当采用电子绘图工具完成绘图工作时，须避免抄袭，应独立完成。
（二）设计内容
1、题目：D51-1200卧式轧环机辊系设计
2、原始数据
国产D51卧式轧环机主要技术参数
三、课程目标
（一）设计的目的及要求
1、机自专业冶金机械方向轧钢机械课程设计的目的是综合运用所学机械制图、理论力学、材料力学、机械原理、结构力学、机械零件及其课程设计等专业基础课的理论知识，按照《轧钢机械设计》专业课及其行业相关标准要求，对轧钢机的主要部分如轧辊、机架、压下装置、平衡装置等进行设计。学习轧钢机机构的典型形式、各零部件的作用与装配关系、承载特点和设计计算方法，熟悉机构的安全要求与相关技术等方面的知识，培养学生在轧钢机械设计中分析问题和解决问题的能力。
通常的环件轧制工艺是在生产开始时，将圆钢锯切或剪切成所需体积的钢坯，加热后用锻锤（压力机）拍扁，然后冲孔，再放置于轧环机上进行轧制。随着轧制过程中芯辊朝主轧辊方向的进给运动，毛坯壁厚减小，环件沿周向延伸，径向尺寸最终扩大到所需尺寸。图1.1是环件变形示意图。在工件的轴向（主轧辊对面）再布置一组轧辊，对工件施加轴向变形，控制环件的高度，协调轧辊和被轧环件的速度差，这种轧制方式为径向——轴向轧环过程，如图1.2所示。