畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）四輥冷軋機(jī)壓下系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第35頁 四輥冷軋機(jī)壓下系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 軋輥調(diào)整裝置的作用主要是調(diào)整軋輥在機(jī)架中的相對(duì)位置，以保證要求的壓下量、精確的軋件尺寸和正常的軋制條件。壓下裝置也稱上輥調(diào)整裝置，它是用途最廣的一種軋輥調(diào)整裝置，安裝在所有的二輥、三輥、四輥和多輥軋機(jī)上，就驅(qū)動(dòng)方式而言，壓下裝置可分為手動(dòng)的、電動(dòng)的、和液壓三類。本論文介紹了軋機(jī)的發(fā)展歷史和未來，介紹并分析了軋機(jī)的幾種壓下形式，列舉了其各自的優(yōu)缺點(diǎn)以及各種壓下形式的工作原理。首先通過實(shí)習(xí)和所查資料確定設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行方案評(píng)述，根據(jù)實(shí)際情況選擇了電動(dòng)壓下方式

2、。其次根據(jù)所給定的基本參數(shù)計(jì)算軋制力以及選擇電動(dòng)機(jī)容量，設(shè)計(jì)壓下螺絲和壓下螺母并進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核;選擇軸承并進(jìn)行壽命校核，設(shè)計(jì)蝸桿傳動(dòng)和減速器中的齒輪傳動(dòng)，并進(jìn)行環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性分析等。 關(guān)鍵詞: 冷軋機(jī)；電動(dòng)壓下；壓下螺絲；蝸桿傳動(dòng)；齒輪 Design on Pressure System of Four-roller cold rolling mill Abstract The role of roller adjustment device to adjust roll mainly

3、 the relative position in the rack to ensure that the requirements reduction, precise size and normal rolling Rolling. Reduction device, also known as the roller adjustment device, which is the most widely used as a roller adjustment device, installed in all of the two rollers, three rollers, four r

4、ollers and multi-roll rolling mill, the drive mode, the pressure device divided manually, electric, and hydraulic three. This paper describes the history and future of the mill, rolling mill introduced and analyzed several pressure form, listed with their respective advantages and disadvantages, and

5、 various forms of pressure works. First of all, to find information through the established practice and the design and conduct programs reviewed, according to the actual way to choose a power reduction. Second, according to the calculation of basic parameters of a given choice of rolling force and

6、motor capacity, design pressure once again screws and screw down nuts and check the strength and rigidity; choice for life bearings and check the design of the worm drive and gear box transmission, and for environmental protection and economic analysis. Key words: cold rolling mill; electric pres

7、sure; pressure nut; worm; Gear 目錄 1 緒 論 1 1.1 選題背景 1 1.2 國(guó)內(nèi)外研究成果 1 1.3 課題研究的內(nèi)容 3 2總體方案設(shè)計(jì) 4 3 壓下電機(jī)的選擇 6 3.1 軋制力的計(jì)算 6 3.1.1 第一道次的軋制力計(jì)算 6 3.1.2 第二道次的軋制力計(jì)算 7 3.1.3 第三道次的軋制力計(jì)算 9 3.1.4 第四道次的軋制力計(jì)算 10 3.1.5 第五道次的軋制力計(jì)算 12 3.2 壓下螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì) 14 3.2.1 材料選擇 14 3.2.2 壓下螺絲和螺母主要尺寸的確

8、定 14 3.3 驅(qū)動(dòng)壓下螺絲的力矩 15 3.4 壓下螺絲的強(qiáng)度計(jì)算 16 3.5 螺母的強(qiáng)度計(jì)算 17 3.6 壓下電機(jī)的容量選擇 18 3.7 速比分配 19 4. 圓柱齒輪的設(shè)計(jì) 20 4.1 選定齒輪相關(guān)參數(shù)及工作情況 20 4.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 20 4.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 22 4.4 幾何尺寸計(jì)算 23 5 蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 25 5.1 選擇蝸桿傳動(dòng)類型 25 5.2 選擇材料 25 5.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 25 5.4 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 26 5.5 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 27 5.6 受力分析 28 5

9、.7支撐蝸輪軸承的選擇計(jì)算 28 6．設(shè)備可靠性與經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) 32 結(jié)論 33 致謝 34 參 考 文 獻(xiàn) 35 1 緒 論 1.1 選題背景 鋼產(chǎn)量是一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的體現(xiàn)，為了生產(chǎn)更多的鋼材就要有更先進(jìn)的煉鋼軋鋼技術(shù)，現(xiàn)代軋機(jī)發(fā)展的趨向是連續(xù)化、自動(dòng)化、專業(yè)化和大型化,產(chǎn)品質(zhì)量高,消耗低。這是對(duì)鋼材要求不斷提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低原材料和能源消耗以及產(chǎn)品成本的發(fā)展結(jié)果，這也是和軋鋼設(shè)備制造水平有關(guān)的重型機(jī)器制造，電機(jī)制造，計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制以及液壓等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)的。所以制造優(yōu)秀的軋機(jī)是是提高鋼產(chǎn)量的一個(gè)重要方式，為了軋制出理想的軋件必須有良好的壓下

10、裝置進(jìn)行軋輥的調(diào)整，所以我選擇的課題是設(shè)計(jì)冷軋機(jī)壓下系統(tǒng)，良好的壓下系統(tǒng)能夠確保軋制出精度高質(zhì)量好的軋件。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究成果 60年代以來軋機(jī)在設(shè)計(jì)、研究和制造方面取得了很大的進(jìn)展，使帶材冷熱軋機(jī)、厚板軋機(jī)、高速線材軋機(jī)、H型材軋機(jī)和連軋管機(jī)組等性能更加完善，并出現(xiàn)了軋制速度高達(dá)每秒鐘 115米的線材軋機(jī)、全連續(xù)式帶材冷軋機(jī)、5500毫米寬厚板軋機(jī)和連續(xù)式 H型鋼軋機(jī)等一系列先進(jìn)設(shè)備。軋機(jī)用的原料單重增大，液壓 AGC、板形控制、電子計(jì)算機(jī)程序控制及測(cè)試手段越來越完善，軋制品種不斷擴(kuò)大。一些適用于連續(xù)鑄軋、控制軋制等新軋制方法，以及適應(yīng)新的產(chǎn)品質(zhì)量要求和提高經(jīng)濟(jì)效益的各種特殊結(jié)構(gòu)的軋

11、機(jī)都在發(fā)展中。1480年意大利人 達(dá)芬奇（Leonardo da Vinci）設(shè)計(jì)出軋機(jī)的草圖。1553年法國(guó)人布律列爾(Brulier)軋制出金和銀板材,用以制造錢幣。此后在西班牙、比利時(shí)和英國(guó)相繼出現(xiàn)軋機(jī)。圖1為1728年英國(guó)設(shè)計(jì)的生產(chǎn)圓棒材用的軋機(jī)。英國(guó)于1766年有了串列式小型軋機(jī)，19世紀(jì)中葉，第一臺(tái)可逆式板材軋機(jī)在英國(guó)投產(chǎn)，并軋出了船用鐵板。1848年德國(guó)發(fā)明了萬能式軋機(jī)，1853年美國(guó)開始用三輥式的型材軋機(jī)（圖2），并用蒸汽機(jī)傳動(dòng)的升降臺(tái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。接著美國(guó)出現(xiàn)了勞特式軋機(jī)。1859年建造了第一臺(tái)連軋機(jī)。萬能式型材軋機(jī)是在1872年出現(xiàn)的；20世紀(jì)初制成半連續(xù)式帶鋼軋機(jī)，由兩架三

12、輥粗軋機(jī)和五架四輥精軋機(jī)組成。 四輥軋機(jī)現(xiàn)在很普遍，在熱軋鋼板，冷軋板帶中廣泛應(yīng)用。四輥軋機(jī)機(jī)座由四個(gè)位于同一垂直平面內(nèi)的水平軋輥組成，軋制是在兩個(gè)工作輥中間進(jìn)行的，多數(shù)為工作輥驅(qū)動(dòng)，支承輥則靠與工作輥相摩擦旋轉(zhuǎn)。近年，冷軋帶鋼開始采用支承輥傳動(dòng)。機(jī)架剛度大,輥系采用軋機(jī)專用軸承,壓下蝸輪為二次包絡(luò)面,壓下力大 ,適用于開坯中軋及精軋,是軋制普碳鋼、合金鋼、不銹鋼、銅、鋁等理想的軋機(jī)設(shè)備。軋輥的位置需要調(diào)整以保證軋件按給定的壓下量軋出所要求的斷面尺寸，尤其在初軋機(jī)，板坯軋機(jī)，萬能軋機(jī)上，幾乎每軋一道都需要調(diào)整軋輥輥縫。調(diào)整軋輥與輥道水平面間的互相位置，在連軋機(jī)上還要調(diào)整各機(jī)座間軋輥的相互位置

13、，以保證軋線高度一致，保證有槽軋輥對(duì)準(zhǔn)孔型。在板帶軋機(jī)上要調(diào)整軋輥輥型以減小板帶材的橫向厚度差并控制板型。 軋輥調(diào)整裝置的作用主要是調(diào)整軋輥在機(jī)架中的相對(duì)位置，以保證要求的壓下量、精確的軋件尺寸和正常的軋制條件。壓下裝置也稱上輥調(diào)整裝置，它是用途最廣的一種軋輥調(diào)整裝置，安裝在所有的二輥、三輥、四輥和多輥軋機(jī)上，就驅(qū)動(dòng)方式而言，壓下裝置可分為手動(dòng)的、電動(dòng)的、和液壓三類。 手動(dòng)壓下裝置大多數(shù)用于型鋼軋機(jī)上，也用于小型熱軋或者冷軋鋼板的帶鋼軋機(jī)上。軋輥的手動(dòng)調(diào)整通?？捎靡苿?dòng)楔塊，轉(zhuǎn)動(dòng)壓下螺絲或轉(zhuǎn)動(dòng)壓下螺母等方法來實(shí)現(xiàn)。手動(dòng)壓下裝置的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉。缺點(diǎn)是體力勞動(dòng)繁重，壓下速度和壓下能力

14、較小。 電動(dòng)壓下裝置是由電動(dòng)機(jī)通過齒輪減速箱或蝸輪減速箱或行星輪減速箱傳遞運(yùn)動(dòng)，它可以用于所有的軋機(jī)上，其優(yōu)點(diǎn)是移動(dòng)距離可以較大的數(shù)值，速度和加速度亦可達(dá)到一定的要求，壓下能力較大。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)、效率較低。 液壓壓下裝置主要用于冷、熱板帶軋機(jī)上，其主要特點(diǎn)是具有較高的響應(yīng)速度，很短的反應(yīng)時(shí)間，很高的調(diào)整精度。但其費(fèi)用較高，控制的行程有限。 20多年來,我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)金屬加工工業(yè)的快速發(fā)展,也促進(jìn)了國(guó)內(nèi)軋制技術(shù)的不斷進(jìn)步。目前國(guó)內(nèi)的軋制生產(chǎn)企業(yè)正進(jìn)入一個(gè)重整狀態(tài),大量的投資用于更新技術(shù)和設(shè)備。除大、中型軋制企業(yè)引進(jìn)先進(jìn)的國(guó)外加工設(shè)備外,更多的中、小型軋制企

15、業(yè)購(gòu)買的是國(guó)產(chǎn)設(shè)備,從而大大刺激和促進(jìn)了我國(guó)鋁加工設(shè)備的自主設(shè)計(jì)和研制,也不同程度地促進(jìn)了國(guó)產(chǎn)軋制設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步。 近年來由于強(qiáng)力冷軋機(jī)的發(fā)展(主電機(jī)功率 及壓下能力加大),單機(jī)架可逆冷軋及雙機(jī)架可逆冷軋機(jī)已成為發(fā)展趨勢(shì).由于機(jī)架數(shù)目的減少,儀表配置容易齊全,因而控制方案靈活多變,不僅設(shè)備投資大為減少,而且保證了產(chǎn)品質(zhì)量.北京科技大學(xué)高效軋制國(guó)家工程研究中心的"小冷軋項(xiàng)目" 就是在這種背景下確立的目的是對(duì)冷軋機(jī)組的國(guó)產(chǎn)化摸索一些經(jīng)驗(yàn)和作法,以供國(guó)內(nèi)鋼廠新建 或改造時(shí)鑒和參考.機(jī)組由左右卷取機(jī),左右張力計(jì),中間張力計(jì),4輥冷軋機(jī),4/18輥可換冷軋機(jī),上卷,卸卷小車,聯(lián)合齒箱,左右測(cè)厚儀及激光

16、測(cè)速儀等組成.機(jī)組并設(shè)有液壓壓下專用液壓站和通用液壓站及工藝潤(rùn)滑站. 帶鋼張力的控制精度對(duì)帶鋼冷連軋機(jī)軋制穩(wěn)定性和成品帶鋼的質(zhì)量有著極大的影響.它一般可分為直接張力控制和間接張力控制兩種類型前者是通過張力計(jì)直接檢測(cè)張力的實(shí)際值,經(jīng)張 力控制器送人系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)控制;后者則是通過控制其他參數(shù)而間接達(dá)到恒張力控制,它包括最大力矩法和恒電流恒電勢(shì)兩種控制法. 1.3 課題研究的內(nèi)容 本次研究的課題為四輥可逆軋機(jī)壓下系統(tǒng)設(shè)計(jì)，本次主要設(shè)計(jì)電動(dòng)壓下系統(tǒng)。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：首先通過實(shí)習(xí)和所查資料確定設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行方案評(píng)述; 其次根據(jù)所給定的基本參數(shù)計(jì)算軋制力以及選擇電動(dòng)機(jī)容量;設(shè)計(jì)壓下螺絲和壓下螺母并進(jìn)

17、行強(qiáng)度和剛度校核;選擇軸承并進(jìn)行壽命校核；設(shè)計(jì)蝸桿傳動(dòng)和減速器中的齒輪傳動(dòng)，并進(jìn)行環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性分析。 2總體方案設(shè)計(jì) 四輥軋機(jī)現(xiàn)在很普遍，在熱軋鋼板，冷軋板帶中廣泛應(yīng)用。四輥軋機(jī)機(jī)座由四個(gè)位于同一垂直平面內(nèi)的水平軋輥組成，軋制是在兩個(gè)工作輥中間進(jìn)行的，多數(shù)為工作輥驅(qū)動(dòng)，支承輥則靠與工作輥相摩擦旋轉(zhuǎn)，近年，冷軋帶鋼開始采用支承輥傳動(dòng)。軋輥調(diào)整裝置的作用主要是調(diào)整軋輥在機(jī)架中的相對(duì)位置，以保證要求的壓下量、精確的軋件尺寸和正常的軋制條件。壓下裝置也稱上輥調(diào)整裝置，它是用途最廣的一種軋輥調(diào)整裝置，安裝在所有的二輥、三輥、四輥和多輥軋機(jī)

18、上，就驅(qū)動(dòng)方式而言，壓下裝置可分為手動(dòng)的、電動(dòng)的、和液壓三類。 手動(dòng)壓下裝置大多數(shù)用于型鋼軋機(jī)上，也用于小型熱軋或者冷軋鋼板的帶鋼軋機(jī)上。軋輥的手動(dòng)調(diào)整通常可用移動(dòng)楔塊，轉(zhuǎn)動(dòng)壓下螺絲或轉(zhuǎn)動(dòng)壓下螺母等方法來實(shí)現(xiàn)。手動(dòng)壓下裝置的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉。缺點(diǎn)是體力勞動(dòng)繁重，壓下速度和壓下能力較小。 電動(dòng)壓下裝置是由電動(dòng)機(jī)通過齒輪減速箱或蝸輪減速箱或行星輪減速箱傳遞運(yùn)動(dòng)，它可以用于所有的軋機(jī)上，其優(yōu)點(diǎn)是移動(dòng)距離可以較大的數(shù)值，速度和加速度亦可達(dá)到一定的要求，壓下能力較大。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)、效率較低。 液壓壓下裝置主要用于冷、熱板帶軋機(jī)上，其主要特點(diǎn)是具有較高的響應(yīng)速度，很短的反應(yīng)時(shí)

19、間，很高的調(diào)整精度。但其費(fèi)用較高，控制的行程有限。 由于此次設(shè)計(jì)為小型軋機(jī)考慮到成本和效率，所以采電動(dòng)壓下裝置。 電動(dòng)壓下也有許多的傳動(dòng)方式，有蝸輪蝸桿傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)等，下圖顯示了兩種壓下裝置一種是雙電機(jī)的電動(dòng)壓下，一種是單電機(jī)的電動(dòng)壓下。 圖2.1 冷軋機(jī)電動(dòng)壓下裝置示意圖（雙電機(jī)） 圖2.2 冷軋機(jī)電動(dòng)壓下裝置示意圖（單電機(jī)） 本次設(shè)計(jì)課題的冷軋機(jī)是比較小型的冷軋機(jī)所以選用單電機(jī)的電動(dòng)壓下裝置，圖2.2為本次設(shè)計(jì)的壓下裝置簡(jiǎn)圖。 3 壓下電機(jī)的選擇 3.1 軋制力

20、的計(jì)算 3.1.1 第一道次的軋制力計(jì)算 h————軋制前軋件厚度，h=0.5 mm h————軋制后軋件厚度，h=0.33mm R————工作輥半徑，R=45mm L————接觸弧水平投影長(zhǎng)度，可以認(rèn)為L(zhǎng)= = h- h=0.17mm L==2.77mm h===0.415mm T————前張力N，T=15000N T ————后張力N,T=14000N B————軋制力寬度，B=160mm 入口斷面實(shí)際張力===175 Mpa (3.1) 出口斷面實(shí)際張力===284 Mpa 平均張力===229.5 Mpa ,為軋制前后軋件材料的變形阻

21、力。 軋前無變形由文獻(xiàn)【1,37】圖2-12得=250Mpa 軋制后=34%由【1,37】圖2-12得=525Mpa K=1.15=1.15=445.6Mpa 由文獻(xiàn)【1，52】表2-3查得冷軋時(shí)乳化液潤(rùn)滑摩擦系數(shù)=0.05 Z=（）=0.11 (3.2) 對(duì)于鋼輥C=mm/N則 Y=2C（K-）=0.026 (3.3) 由文獻(xiàn)【1,53】圖2-25，可知當(dāng)Z=0.11 Y=0.026時(shí)X=0.34 將X=0.34帶入下式得 m===1.19

22、 (3.4) 由m=1.19帶入下式得 P=（K-）m=(445.6-229.5)1.19=257.16Mpa 因?yàn)閤=則有l(wèi)===2.822 第一道次總軋制力P=PBl=257.161602.822=272.2KN 3.1.2 第二道次的軋制力計(jì)算 h————軋制前軋件厚度，h=0.33 mm h————軋制后軋件厚度，h=0.22mm R————工作輥半徑，R=45mm L————接觸弧水平投影長(zhǎng)度，可以認(rèn)為L(zhǎng)= = h- h=0.11mm L==2.22mm h===0.275mm T————前張力N，T=11000N

23、T ————后張力N,T=10500N B————軋制力寬度，B=160mm 入口斷面實(shí)際張力===198.9 Mpa 出口斷面實(shí)際張力===312.5 Mpa 平均張力===255.7 Mpa 軋前=34%，軋制后=33.3% 由文獻(xiàn)【1,55】得 =a+b a為系數(shù)a=0.25~0.4取a=0.4 b為系數(shù)a=0.75~0.6取b=0.6 =a+b=0.136+0.1998=0.3358 由文獻(xiàn)【1,37】圖2-12得 =234MPa K=1.15=269MPa 由文獻(xiàn)【1，52】表2-3查得冷軋時(shí)乳化液潤(rùn)滑摩擦系數(shù)=0.05 Z=

24、（）=0.163 對(duì)于鋼輥C=mm/N則 Y=2C（K-）=0.013 由文獻(xiàn)【1,53】圖2-25，可知當(dāng)Z=0.163 Y=0.013時(shí)X=0.41 將X=0.34帶入下式得 m===1.24 由m=1.24帶入下式得 P=（K-）m=87.42 因?yàn)閤=則有l(wèi)==2.255 第二道次總軋制力P=PBl=72.2KN 3.1.3 第三道次的軋制力計(jì)算 h————軋制前軋件厚度，h=0.22 mm h————軋制后軋件厚度，h=0.155mm R————工作輥半徑，R=45mm L————接觸弧水平投影長(zhǎng)度，可以認(rèn)為L(zhǎng)= = h- h=0.065mm L==

25、1.71mm h===0.1875mm T————前張力N，T=8500N T ————后張力N,T=9500N B————軋制力寬度，B=160mm 入口斷面實(shí)際張力===383 Mpa 出口斷面實(shí)際張力===241 Mpa 平均張力===312Mpa 由文獻(xiàn)【1,55】得 =a+b a為系數(shù)a=0.25~0.4取a=0.4 b為系數(shù)a=0.75~0.6取b=0.6 =a+b=0.3125 由文獻(xiàn)【1,37】圖2-12得 =220MPa K=1.15=253MPa 由文獻(xiàn)【1，52】表2-3查得冷軋時(shí)乳化液潤(rùn)滑摩擦系數(shù)=0.05

26、Z=（）=0.21 對(duì)于鋼輥C=mm/N則 Y=2C（K-）=0.0665 由文獻(xiàn)【1,53】圖2-25，可知當(dāng)Z=0.21 Y=0.0665時(shí)X=0.49 將X=0.34帶入下式得 m===1.29 由m=1.19帶入下式得 P=（K-）m=324Mpa 因?yàn)閤=則有l(wèi)==1.8375 第三道次總軋制力P=PBl=60.525KN 3.1.4 第四道次的軋制力計(jì)算 h————軋制前軋件厚度，h=0.155 mm h————軋制后軋件厚度，h=0.115mm R————工作輥半徑，R=45mm L————接觸弧水平投影長(zhǎng)度，可以認(rèn)為L(zhǎng)= = h- h=0.040m

27、m L==1.34mm h===0.135mm T————前張力N，T=7500N T ————后張力N,T=8000N B————軋制力寬度，B=160mm 入口斷面實(shí)際張力===322.5 Mpa 出口斷面實(shí)際張力===407 Mpa 平均張力==364.8 Mpa 由文獻(xiàn)【1,55】得 =a+b a為系數(shù)a=0.25~0.4取a=0.4 b為系數(shù)a=0.75~0.6取b=0.6 =a+b=0.3075 由文獻(xiàn)【1,37】圖2-12得 =210MPa K=1.15=241MPa 由文獻(xiàn)【1，52】表2-3查得冷軋時(shí)乳化液潤(rùn)滑摩擦系數(shù)=0.05

28、 Z=（）=0.11 對(duì)于鋼輥C=mm/N則 Y=2C（K-）=0.026 由文獻(xiàn)【1,53】圖2-25，可知當(dāng)Z=0.11 Y=0.026時(shí)X=0.34 將X=0.34帶入下式得 m===1.09 由m=1.19帶入下式得 P=（K-）m=195Mpa 因?yàn)閤=則有l(wèi)==1.77mm 第四道次總軋制力P=PBl=50.654KN 3.1.5 第五道次的軋制力計(jì)算 h————軋制前軋件厚度，h=0.115mm h————軋制后軋件厚度，h=0.09mm R————工作輥半徑，R=45mm L————接觸弧水平投影長(zhǎng)度，可以認(rèn)為L(zhǎng)= = h- h=0.025

29、mm L==1.06mm h===0.1025mm T————前張力N，T=5500N T ————后張力N,T=6000N B————軋制力寬度，B=160mm 入口斷面實(shí)際張力===326 Mpa 出口斷面實(shí)際張力===381Mpa 平均張力===353 Mpa 由文獻(xiàn)【1,55】得 =a+b a為系數(shù)a=0.25~0.4取a=0.4 b為系數(shù)a=0.75~0.6取b=0.6 =a+b=0.2997 由文獻(xiàn)【1,37】圖2-12得 =200Mpa K=1.15=230MPa 由文獻(xiàn)【1，52】表2-3查得冷軋時(shí)乳化液潤(rùn)滑摩擦系數(shù)=0

30、.05 Z=（）=0.14 對(duì)于鋼輥C=mm/N則 Y=2C（K-）=0.015 由文獻(xiàn)【1,53】圖2-25，可知當(dāng)Z=0.14 Y=0.015時(shí)X=0.46 將X=0.34帶入下式得 m==1.02 由m=1.02帶入下式得 P=（K-）m=423Mpa 因?yàn)閤=則有l(wèi)==1.13mm 第五道次總軋制力P=PBl=31.432KN 表3.1 各道次軋制力表 道次 第一道次 第二道次 第三道次 第四道次 第五道次 軋制力 272.2KN 72.2KN 60.525KN 50.654KN 3

31、1.432KN 則由上表可知軋制力最大的是第一道次軋制力取272.2KN 3.2 壓下螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì) 3.2.1 材料選擇 材料選擇：由于壓下螺絲所受軋制力并不是很大，所以一般壓下螺絲材料選擇鍛造碳鋼。在這里選用45鋼：壓下螺母是軋鋼機(jī)座中重量較大的易損零件，通常選用貴重的高強(qiáng)度青銅，在這里選用ZQSn8-12 3.2.2 壓下螺絲和螺母主要尺寸的確定 d=(0.55~0.62)d (3.5) 式中： d————壓下螺絲外徑 d————支承輥輥頸直徑 d=100mm

32、 d——螺紋受力直徑（中徑） d=58.5mm 則有 d=(0.55~0.62)100=(55~62)mm 取d=60mm t=tan (3.6) 式中：t——螺紋螺距 ——螺紋升角，按自鎖條件要求230，取=1.15帶入公式（3.9）,得 t=tan1.1558.5=3.78mm 取 t=3mm(標(biāo)準(zhǔn)) H=（1.2~2）d=(1.2~2)58.5=(72~120) mm (3.7) 取H=110 mm D=(1.

33、5~1.8)d 式中： D——螺母外徑 D=(1.5~1.8)58.5=（90~108）mm (3.8) 因?yàn)樾⌒屠滠垯C(jī)壓下系統(tǒng)，螺母外徑D需要大一些，所以D=120mm 3.3 驅(qū)動(dòng)壓下螺絲的力矩 壓下螺紋的靜力矩就是壓下螺絲的阻力矩，包括螺紋處阻力矩和止推軸承的阻力矩。 M=M+M 圖4.1 壓下螺絲受力矩分析圖 M=p 式中； =0.1 P——作用在壓下螺絲上的載荷 P= p取150MPA d——壓下螺絲止推軸直徑 d=50mm

34、 M——止推軸承的阻力矩 M=p=0.11.51.5=2.510Nmm M=Ptan() 式中： d——螺紋受力直徑（中徑） d=58.5mm ——螺紋上的摩擦角 即=arctan= arctan0.1=5.71 ——螺紋升角，壓下時(shí)用正號(hào)，提升時(shí)用負(fù)號(hào)， =，t為螺距。 M——螺紋摩擦阻力矩 ===0.91 M=ptan()=1.510tan(5.710.91) =5.0910Nmm 所以 M=M+M=2.510+5.0910=7.5910Nmm 3.4 壓下螺絲的強(qiáng)度計(jì)算 螺桿工作時(shí)承受軸向壓力（拉力）F和扭轉(zhuǎn)T的作用，螺桿危險(xiǎn)截面上既

35、有壓縮（或拉伸）應(yīng)力，又有切應(yīng)力。因此，校核螺桿強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)根據(jù)第四強(qiáng)度理論求出危險(xiǎn)截面的計(jì)算應(yīng)力，其強(qiáng)度條件 =【】 式中； F——螺桿所受的軸向壓力（或拉力），單位N； d——螺桿螺紋小徑，單位為mm; A——螺桿螺紋斷的危險(xiǎn)截面積，A=，單位為N 【】——螺桿材料的許用應(yīng)力，單位為Mpa,由文獻(xiàn)【5,86】表5-8選取為4.8級(jí)，=320Mpa,由文獻(xiàn)【5,98】表5-13查得【】===64Mpa. d=56.5mm A==(56.5)=2507.19mm d=58.5mm =arctan=arctan=0.94 由文獻(xiàn)【5,93】表5-

36、12查得，f=0.1 =arctan arctan=5.72 F=2.110N T=Ftan(+)=1.9910tan(0.94+5.72)=6.810Nmm ==0.86Mpa<【】 滿足強(qiáng)度要求。 3.5 螺母的強(qiáng)度計(jì)算 螺紋牙危險(xiǎn)截面的剪切強(qiáng)度條件為 =【】 螺紋牙危險(xiǎn)截面的彎曲強(qiáng)度條件為 =【】 式中； b——螺紋牙的根部的厚度，單位為mm,此螺紋為梯形螺紋，b=0.65P; L——彎曲力臂，單位為mm(l=) 【】——螺母材料的許

37、用切應(yīng)力；單位為Mpa;由文獻(xiàn)【5,98】表5-13查得【】=30~40Mpa 【】——螺母材料的許用彎曲應(yīng)力，單位Mpa,由文獻(xiàn)【5,98】表5-13查得【】=40~60Mpa D=60.5mm,D=58.5mm L===1mm H=110mm, P=3mm ===37 b=0.65P=0.653=1.95mm 所以 ==0.13Mpa<[] ==0.4Mpa<[] 3.6 壓下電機(jī)的容量選擇

38、 n===6 式中：n——壓下螺絲的轉(zhuǎn)數(shù) v——壓下速度 v=0.3 t——螺距 驅(qū)動(dòng)一個(gè)螺絲的功率 N= = 式中; ——聯(lián)軸器傳動(dòng)效率由文獻(xiàn)【2,109】表4.2-9查得=0.99 ——一級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)效率，=0.99 ——蝸桿傳動(dòng)效率，由文獻(xiàn)【2,109】表4.2-9查得=0.75 ==0.990.990.75=0.74 N===0.644KW 驅(qū)動(dòng)壓下螺絲所需總功率 N=2N=20.644kw=1.288kw 由文獻(xiàn)【3,40——1

39、50】選 壓下電機(jī)Z2——41 N=1.5KW n=1000 3.7 速比分配 i===166.66 取168 i——減速機(jī)傳動(dòng)比 i——蝸輪蝸桿的傳動(dòng)比 取i=5.6 i=30 i= i i=5.630=168 4. 圓柱齒輪的設(shè)計(jì) 4.1 選定齒輪相關(guān)參數(shù)及工作情況 1．減速機(jī)采用一級(jí)圓柱斜齒輪傳動(dòng)。 2. 閉式減速機(jī)，故選用7級(jí)精度（GB1095——88）。 3．材料選擇,由文獻(xiàn)[5,19]表10——1，選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS,大齒輪材料為45鋼（調(diào)

40、質(zhì)），硬度為240HBS,二者材料硬度差40HBS。 4．選擇小齒輪齒數(shù)Z=24，大齒輪齒數(shù)Z=uZ=5.624=134 5.初選螺旋角=14 6．齒輪由電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作壽命16年，每年工作300天，兩班制。 4.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由文獻(xiàn)【5.218】可知 d 1. 確定公式內(nèi)的各計(jì)算值。 （1） 試選載荷系數(shù)K=1.6 （2） 由文獻(xiàn)[5,217]圖10——30選取區(qū)域系數(shù)Z=2.433 （3） 由文獻(xiàn)【5,215】圖10——26查得=0.78 =0.91 則有=+0.78+0.91=1.69 （4） 由文獻(xiàn)【5,205】表10——7選取齒寬系

41、數(shù)=1 （5） 由文獻(xiàn)【5,201】表10——6可知材料的彈性影響系數(shù)Z=189.8Mpa （6） 由文獻(xiàn)【5,209】圖10——21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限=740Mpa,大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限=580Mpa （7） 由文獻(xiàn)【5,206】公式10——13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N=60njL=601001(2830015)=4.3210 N==1.0810 （8）由文獻(xiàn)【5,207】圖10——19取接觸疲勞壽命系數(shù)K=0.90, K=0.95 （9）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1，安全系數(shù)S=1由文獻(xiàn)【5,205】公式10-12得 []==0.9074

42、0Mpa=666MPa []==0.95580Mpa=551MPa []===608.5MPa （10） 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T===14325Nmm 2． 計(jì)算 （1）試計(jì)算小齒輪分度圓直徑d,由公式（5.1）得 d= =26.41mm （2）計(jì)算圓周速度 V===1.382m/s （3）計(jì)算齒寬b及模數(shù)m b==126.93=26.41mm m===1.07 h=2.25 m=2.251.07=2.41mm ==10.96 (4) 計(jì)算縱向重合度 =0.318Ztan=

43、0.318124tan14 (5) 計(jì)算載荷系數(shù)K 已知使用系數(shù)K=1,根據(jù)文獻(xiàn)[5,194]圖10——18查得動(dòng)載荷系數(shù)K=1.05.，由文獻(xiàn)【5.196】表10——4查K=1.413 由文獻(xiàn)【5,198】圖10——14查得K=1.18 故載荷系數(shù) K= K K K K=11.051.21.413=1.78 （6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算的分度圓直徑 d=d=27.37mm (7) 計(jì)算模數(shù)m m===1.11 4.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由文獻(xiàn)[5.216]式10——17得 m (1) 計(jì)算載荷系數(shù)K K= K

44、 K K K=11.051.21.18=1.49 (2) 根據(jù)重合度=1.903 由文獻(xiàn)【5.217】圖10-28查得螺旋角影響系數(shù)Y=0.88 (3) 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) Z===26.27 Z===146.69 (4) 查取 齒形系數(shù) 由文獻(xiàn)[5,200]表10-5查得 Y=2.592 Y=2.138 （5）查取應(yīng)力校正系數(shù)， 由文獻(xiàn)【5,200】表10-5查得Y=1.598 Y=1.828 （6）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力，取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4 由文獻(xiàn)【5.208】圖10-20C得=620Mpa =480Mpa 由文獻(xiàn)【5.2

45、06】圖10-18.，彎曲疲勞壽命系數(shù)K=0.83 ，K=0.87 【】===367.57Mpa 【】===298.29Mpa （7） 計(jì)算大小齒輪的并加以比較 ==0.0113 ==0.0131 大齒輪數(shù)值大，所以選用大齒輪數(shù)值計(jì)算。 （8） 設(shè)計(jì)計(jì)算 m==0.78 取m=1.0mm Z===26.56 Z取 27 Z=iZ=5.6=151.2 Z取151 4.4 幾何尺寸計(jì)算 （1）計(jì)算中心距 a===91.72mm 將中心距圓整為 92mm

46、 (2)按圓整后的中心距修正螺旋角 =arccos=arccos=152132 (3)計(jì)算大小齒輪分度圓直徑 d==27.91 d== 156.09 (4)計(jì)算齒輪寬度 b =d=1=27.91mm 圓整后 取 B=35mm B=30 mm 5 蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 5.1 選擇蝸桿傳動(dòng)類型 根據(jù)GB/T10085-1988的推薦采用阿基米德（ZC） 5.2 選擇材料

47、 根據(jù)工作等情況考慮到蝸桿傳動(dòng)功率不大，速度只是中等，故蝸桿用45鋼；因希望效率高些，耐磨性好些，故蝸桿蝸旋齒面要求淬火，硬度為45-55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅ZcuSn10P1，金屬模鑄造，為了節(jié)約貴重金屬，僅齒圈用青銅制造，兩輪芯用灰鑄鐵HT100制造。 5.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 根據(jù)閉式蝸桿傳送的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度由文獻(xiàn)【5,254】式11-12可知傳動(dòng)中心距 a (1). 確定作用在渦輪上的轉(zhuǎn)矩T T=9.5510=9.5510=1.02510Nmm (2)

48、. 確定載荷系數(shù)K 因工作載荷比較穩(wěn)定，故載荷分布不均系數(shù)K=1,由文獻(xiàn)【5,253】表11-5得選用系數(shù)K=1.15.，由于轉(zhuǎn)速不高沖擊不大，可取動(dòng)載荷系數(shù)K=1.05，則 K= K K K=1.21 （3）. 確定彈性影響系數(shù)Z 因選用的是鑄錫青銅蝸輪和鋼蝸桿配合；故Z=160Mpa (4). 確定接觸系數(shù)Z 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d和傳動(dòng)中心距a的比值=0.35，由文獻(xiàn)【5,253】圖11-18中可得Z=2.9 （5）確定許用接觸應(yīng)力【】 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫青銅，金屬模鑄造，蝸桿蝸旋內(nèi)硬度為745GEC，可由文獻(xiàn)【5,254】表11-7中查得蝸輪的基本許用應(yīng)力【】=2

49、68Mpa 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N=60jnL 假設(shè)L=16000h N=0.576 10 壽命系數(shù)K==1.07 則【】=【】K=1.07268=268.76Mpa (6) 計(jì)算中心距 a=148.08mm 取中心距a=160 mm 因i=30,故文獻(xiàn)【5,245】表11-2可知取模數(shù)m=8mm,蝸桿分度圓直徑d=80mm.這時(shí)d/a=0.5,由文獻(xiàn)【5,250】圖11-18可查接觸系數(shù)Z=2.6 因?yàn)閆

50、徑d=d+2hm=80+28=96mm 齒根圓直徑d= d-2(h+c)=80-2(18+2)=60mm c=cm=0.258=2mm 分度圓導(dǎo)程角=54238 蝸桿軸向齒厚s=m=8=12.5664mm (2) 蝸輪 蝸輪齒數(shù)Z=30 變?yōu)橄禂?shù)x=-0.500 蝸輪分度圓直徑d=mz=830=240mm 蝸輪喉齒圓直徑 h=m(h +x)=8(1-0.500)=4mm d= d+2h=240+8=248mm 蝸輪齒根圓直徑 d=d-2h=240-214=212mm h=m(h- x+c)=14mm 蝸輪咽喉母圓半徑r=

51、a-d=160-0.5248=36mm 5.5 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 =[] 當(dāng)量齒數(shù) z===30.45 根據(jù)x=-0.500, x=30.45,由文獻(xiàn)【5,255】圖11-19查得齒形系數(shù)Y=3.3 螺旋角系數(shù)Y=1-=0.9 許用彎曲應(yīng)力【]=[]K 由文獻(xiàn)【5,255】表查得ZCUSn10P1制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力[]=56Mpa 壽命系數(shù)K==0.8 【]=560.8=45Mpa =3.30.9=43Mpa<【] 彎曲強(qiáng)度是滿足的。 5.6 受力分析 圖5.1蝸輪蝸桿受力分析 T=Ti=143255.60.9

52、9=79417.8Nmm F=F===1.99KN F=F===8.54KN F=Ftan=8.54tan20=3.11KN 5.7支撐蝸輪軸承的選擇計(jì)算 根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸，由文獻(xiàn)【2,146】表4.6.3選取軸承30216 （1）. 求兩軸承受到的徑向載荷F和F 在水平面內(nèi)（H面） F==4.27KN F=F-F=8.54-4.27=4.27KN 在水平面內(nèi)（H面） F===4.27KN F=F-F=8.54-4.27=4.27KN 在垂直平面內(nèi)（V面） F

53、88=F44+F120 F===4.26KN F=F-F=3.11-4.26=-1.15KN 圖5.3軸承受力分析圖 F===6.03KN F===4.42KN （2）計(jì)算軸承的軸向載荷F和F 有文獻(xiàn)【2,146】表4.6.3查得軸承30216；C=150.8KN，e=0.42, Y=1.4根據(jù)文獻(xiàn)【5,322】表13-7計(jì)算派生軸向力 F===2.15KN F===1.58KN F=max{F,F+F}=max{2.15,1.58+1.99}=3.57KN F=max{F

54、,F+F}=max{1.58,2.15-1.99}=1.58KN (3). 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷 ==0.59>e=0.42 由文獻(xiàn)【5.321】表13-5查得X=0.4，Y=1.4；又由文獻(xiàn)【5,321】表13-6查得載荷系數(shù)f=1.2 P=f(XF+YF)=1.2(0.46.03+1.43.57)=8.89KN F==0.36P,

55、所以取P=8.89KN計(jì)算 L=（） 式中； ——指數(shù)，對(duì)于圓錐滾子軸承取=， f——溫度系數(shù)，由文獻(xiàn)【5,320】表13-4查取f=1.00 L=()=31529498 h 6．設(shè)備可靠性與經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) 對(duì)于可修復(fù)設(shè)備，由于發(fā)生故障之后，可以修理恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。因此，從開始工作到發(fā)生故障階段即可靠度，從發(fā)生故障后進(jìn)行維修恢復(fù)到正常工作階段即維修度。把兩者結(jié)合起來，就是機(jī)械設(shè)備的有效度（有效利用率） （

56、9.1） 式中：—平均故障間隔期，h； —平均維修時(shí)間，h。 設(shè)備工作時(shí)間10000h，可能發(fā)生8次故障，每次處理故障時(shí)間平均為10h，檢修時(shí)間為280h。 h h 結(jié)論 本文是我對(duì)四輥可逆冷軋機(jī)壓下系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)及計(jì)算的全過程。在該設(shè)計(jì)中和計(jì)算過程中涉及、運(yùn)用了

57、許多基礎(chǔ)及專業(yè)知識(shí)，如：機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、軋鋼機(jī)械、材料力學(xué)、工程經(jīng)濟(jì)等。并且通過文獻(xiàn)對(duì)壓下這部分也有了比較深的了解，擴(kuò)展了我的知識(shí)面，提高了自己查閱資料，整理資料的能力。通過此次設(shè)計(jì)中計(jì)算軋制力選擇電機(jī)選擇齒輪以及蝸輪蝸桿等過程使我能夠親自去理解冷軋機(jī)壓下裝置的原理和和注意事項(xiàng)。計(jì)算機(jī)繪圖和說明書使我對(duì)這些工作軟件有更加熟練的掌握，通過此次設(shè)計(jì)中計(jì)算軋制力選擇電機(jī)選擇齒輪以及蝸輪蝸桿等過程使我能夠親自去理解冷軋機(jī)壓下裝置的原理和和注意事項(xiàng)對(duì)今后的工作、學(xué)習(xí)有很大的幫助。但由于知識(shí)水平有限，在計(jì)算、設(shè)計(jì)及繪圖過程中不可避免地出現(xiàn)錯(cuò)誤，請(qǐng)各位老師和專家們給予批評(píng)指正。

58、 致謝 畢業(yè)設(shè)計(jì)暫告收尾，這也意味著我在遼寧科技大學(xué)的大學(xué)的四年的學(xué)習(xí)生活既將結(jié)束。回首既往，自己一生最寶貴的時(shí)光能于這樣的校園之中，能在眾多學(xué)富五車、才華橫溢的老師們的熏陶下度過，實(shí)是榮幸之極。在這四年的時(shí)間里，我在學(xué)習(xí)上和思想上都受益非淺。這除了自身努力外，與各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵(lì)是分不開的 設(shè)計(jì)的寫作是枯燥艱辛而又富有挑戰(zhàn)的。冷軋機(jī)是工業(yè)界一直探討的熱門話題，老師的諄諄教導(dǎo)、同學(xué)的出謀劃策及家長(zhǎng)的支持鼓勵(lì)，是我堅(jiān)持完成設(shè)計(jì)的動(dòng)力源泉。在此，我特別要感謝我的導(dǎo)師張曉君老師。從設(shè)計(jì)的選題、文獻(xiàn)的采集、框架的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)的布局到最終的設(shè)計(jì)定稿

59、，從內(nèi)容到格式，從標(biāo)題到標(biāo)點(diǎn)，她都費(fèi)盡心血。沒有張老師的辛勤栽培、孜孜教誨，就沒有我論文的順利完成。 感謝經(jīng)濟(jì)機(jī)械系的各位同學(xué)，與他們的交流使我受益頗多。最后要感謝我的家人以及我的朋友們對(duì)我的理解、支持、鼓勵(lì)和幫助，正是因?yàn)橛辛怂麄?，我所做的一切才更有意義；也正是因?yàn)橛辛怂麄儯也庞辛俗非筮M(jìn)步的勇氣和信心。 時(shí)間的倉促及自身專業(yè)水平的不足，整篇論文肯定存在尚未發(fā)現(xiàn)的缺點(diǎn)和錯(cuò)誤。懇請(qǐng)閱讀此篇論文的老師、同學(xué)，多予指正，不勝感激！ 參 考 文 獻(xiàn) [1] 周國(guó)盈. 帶鋼卷取設(shè)備[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，1982，37—123. [2

60、] 鄒家祥. 軋鋼機(jī)械[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，2000，401—423. [3] 澲良貴，紀(jì)明鋼. 機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 北京：高等教育出版社，2004. [4] 鞏云鵬，田萬祿，張祖立，黃秋波. 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M]. 沈陽：東北大學(xué)出版社，2000. [5] 劉鴻文. 材料力學(xué)[M]. 北京：高等教育出版社，1991. [6] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 第四版 第 2 卷[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008. [7] 孫 桓，陳作模. 機(jī)械原理[M]. 北京：高等教育出版社，2000. [8] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 第四版 第 4 卷[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008. [9] 陳錫璞. 工程經(jīng)濟(jì)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994. [10] Tsuyoshi INOUE,Development of Cold Rolling Mill of Hing Speed Steel Type By Using Continuous Pouring Process for Cladding [J].ISIJ international,vol.42(2002),NO.9,PP.982-989