型钢孔型设计

型材生产及孔型设计第二篇孔型设计之基础知识•孔型及孔型设计基本概念–孔型–孔型组成–孔型分类–孔型设计•孔型设计程序和基本原则–孔型设计基本原则–孔型设计程序（步骤）•孔型在轧辊上的配置–孔型沿辊身长度方向的配置–孔型在垂直方向的配置第二篇孔型设计之基础知识1.1孔型及孔型的设计孔型的定义两个或两个以上轧辊的轧槽在轧制面上所组成的断面【说明】轧制面：通过两个或两个以上轧辊轴线的垂直平面，即轧辊出口的垂直平面轧槽：刻在一个轧辊上的槽子，轧制时轧辊与轧件接触部分辊环：沿轧辊轴线方向用来把轧槽与轧槽分开的轧轧辊辊身部分辊缝：在型钢轧机上，同一孔型两侧的上下轧辊两个辊环之间的距离常叫做辊缝侧壁斜度：指孔型侧壁对轧辊轴线垂直线的倾斜程度圆角：位于孔型内的称内圆角，外的为外圆角辊环：隔开相邻孔型的轧辊凸缘锁口：闭口孔型中用来隔开孔型与辊缝的两轧辊间的缝隙内圆角外圆角孔型的组成及作用辊缝侧壁斜度1.1孔型及孔型的设计各组成部分的作用1.辊缝的作用a.获得精确的断面形状与尺寸b.提高孔型共用性c.减少轧槽的刻入深度，提高轧辊强度d.简化轧机调整e.使辊环或者上下辊之间不摩擦大辊缝不利好处a.切槽浅b.重车次数多c.调整量大a.轧制不稳地b.影响轧件尺寸和形状辊缝的确定辊缝与轧辊直径D有这密切的关系大中型轧机辊缝尺寸（㎜）小型轧机辊缝尺寸（㎜）开坯轧机8～20开坯轧机6～10毛轧机6～10毛轧机5～6精轧机4～6精轧机1～3也可以：成品机：s=0.01D粗轧：s=0.02D开坯：s=0.03D辊缝S≥弹跳值+调整值+磨损量使用大辊缝2.孔型侧壁斜度的作用a.有利于咬入和脱槽（入口与出口形成喇叭口）b.延长轧辊使用寿命（减少了重车量）c.提高孔型的共用性d.增大时，可以提高腿部侧压下量，减少道次孔型侧壁斜度的确定y—孔型侧壁斜度；φ—孔型侧壁倾斜角；Bk—孔型槽口宽度；bk—槽底宽度；hp—孔型高度。有时侧壁斜度也可用角度表示。开坯用箱形孔型：10％～25％，最大不超过30％钢轨、槽钢成型孔：5％～10％闭口扁钢延伸孔：5％～17％成品的孔型取：1％～2％3.辊环的作用a.承受金属给轧辊的侧向压力b.为安装导板留有余地c.端辊环可以防止氧化铁皮进入轴承取值原则a.在保证强度和安装导板的条件下越小越好b.辊环≥0.5槽深（钢）c.辊环≥槽深（铸铁）具体取值轧辊类型取值范围（㎜）初轧机轧辊50～100轨梁或大型轧机100～150三辊开坯轧机60～150中小型轧机50～1004.孔型圆角内圆角R外圆角r作用作用a.防止轧件角部急剧冷却，消除角裂产生b.改善轧辊强度，防止因尖角部分引起应力集中而削弱轧辊强度c.改变孔型的实际面积，从而改变变形量和充满度a.防止形成折叠缺陷b.防止刮丝现象c.增加轧辊强度5.锁口的作用控制轧件断面形状，便于闭合孔型的调整孔型的分类按形状分简单断面（方、圆、扁）异形断面（工、槽、H等）按用途分延伸孔型预轧孔型成品前孔按车削方式分开口孔型闭口孔型半开（闭）口型成品孔abcd孔型辊缝在孔型周边之内，其水平辊缝一般位于孔型高度中间对角开口孔型孔型辊缝在孔型周边之外通常称为控制孔型，其辊缝常处在孔型的顶部或底部孔型的辊缝位于孔型的对角线孔型设计孔型设计定义将钢锭或钢坯在轧辊孔型中经过若干道次轧制变形，获得所需要的断面形状、尺寸和性能的产品，为此而进行的设计、画图、计算等工作称为孔型设计孔型设计的任务断面孔型设计确定孔型系统，轧制道次，变形量以及各个道次的孔型形状、尺寸配辊确定孔型在各机架上分配及在轧辊上的配置形式，以保证轧件能正常轧制，操作方便，成品质量高轧辊辅件设计孔型设计的要求优质高产低成本便于操作便于调整注：孔型设计时，必须考虑各轧钢车间设备的性能及其布置。机械地将与轧钢车间的孔型设计搬到另一车间往往是要失败的，另外，由于机型设计目前正处于经验设计阶段，孔型设计的合理与否取决于型钢设计工作者的经验水平。导卫及诱导装置的设计断面孔型设计程序及基本原则将选择孔型系统、分配道次延伸率、确定轧制道次、计算孔型尺寸、验算、画孔型图等一系列工作称为断面孔型设计孔型设计基本原则•选择合理的孔型系统•利用钢的高温塑性，把变形量和不均匀变形集中在前几道，顺轧制道次减少变形量•轧件在孔型中的状态要稳定•生产多品种时要尽量考虑孔型的共用性选择合理的孔型系统总轧制道次数的确定各道次变形量的分配确定轧件的断面形状和尺寸确定孔型的形状和尺寸绘制配辊图进行校核轧辊附件设计孔型设计基本条件储备2.孔型设计程序及基本原则1.产品的技术条件产品断面形状、尺寸及其允许偏差，对产品表面质量、金相组织和性能的要求，对某些产品还应了解用户使用情况及其特殊要求2.原料条件3.车间设备条件1.孔型设计基本条件储备钢锭或钢坯形状和尺寸，或者按孔型设计要求重新选定原料规格轧机布置、机架数、辊径、辊身长度、轧制速度、电机能力、加热炉、移钢和翻钢设备、工作辊道和延伸辊道、延伸台、剪机或锯机性能以及车间平面布置情况等2.选择合理的孔型系统新产品旧产品多种产品单一产品设计孔型之前应该了解类似产品的轧制情况及其存在问题，作为新产品孔型设计的依据应了解在其他轧机上轧制该产品情况及存在问题产量要求不高的轧机上应采用共用性大的孔型系统，这样可以减少换辊次数及轧辊的储备量专业化较高的轧机上应尽量采用专用的孔型系统，可以排除其他产品的干扰并使产量提高3.总轧制道次数的确定已知钢锭或钢坯的断面尺寸压下量法延伸系数法压下量法β—宽展系数β=0.15～0.25H、h—轧制前、后轧件高度B、b—轧制前、后轧件宽度Fi—各道轧后的轧件横断面面积主要参数延伸系数法成品延伸系数法举例：例：702→φ7.5㎜，在φ400/φ250轧机上轧制111.4)27.5π(70u223.1cu取：96.173.1lg4.111lgn则：可取18，19道次，根据布置方式两列，所以取偶数18到如果有几种钢坯尺寸可以任意挑选时，应根据轧机的具体情况选择最适合的轧制道次，然后根据钢坯的横断面积：钢坯的边长为：根据钢坯边长选择与其接近的钢坯尺寸ncnuFF00F4.各道次变形量的分配考虑的条件金属的塑性咬入条件轧辊强度电机能力孔型磨损确定的原则轧件温度高，金属的塑性、轧辊强度和电机能力不成为限制因素，而炉生氧化铁皮和咬入条件成为限制变形量的主要因素，一般取较大值随着炉生氧化铁皮的剥落，咬入条件得到改善，而此时轧件温度降低不多，故变形系数可不断增加，并达到最大值随着轧制过程继续进行，轧件断面面积逐渐减小，轧件温度降低，变形抗力增加，轧辊强度和电机能力成为限制变形量的主要因素，因此变形系数降低最后几道中，为了减少孔型磨损，保证成品断面形状和尺寸精确度，应采用较小的变形系数变形系数按道次分配的典型曲线连轧机上延伸系数按道次分配曲线5.确定轧件的断面形状和尺寸根据轧件断面形状和尺寸确定孔型形状和尺寸，并构成孔型。有时孔型设计是根据经验数据直接确定孔型尺寸及其构成，可不事先确定轧件尺寸。6.确定孔型的形状和尺寸根据各道延伸系数确定各道次轧件横断面面积，然后按照轧件横断面面积及其变形关系确定轧件断面形状和尺寸。7.绘制配辊图把设计出的孔型按一定规则配置在轧辊上，并绘制配辊图。8.进行校核对咬入条件和电机负荷进行校核，必要时，也要对轧辊强度进行校核。9.轧辊附件设计根据孔型图和配辊图设计导卫、检测样板等辅件并绘图。孔型在轧辊上的配置1.孔型配置原则2.为了便于调整，成品孔必须单独配置在成品机架的一个轧制线上；1.孔型在各机架分配原则是力求轧机各架轧制时间均衡；3.根据各孔型磨损程度及其对质量的影响，每一道备用孔型数量在轧辊上应有所不同；4.咬入条件不好的孔型或操作困难的道次应尽量布置在下轧制线，如立轧孔、深切孔等；5.定孔型间距即辊环宽度时，应同时考虑辊环强度以及安装和调整轧辊辅件操作条件。2.轧辊直径及其车削系数一.轧辊直径直径参数D0——轧辊名义直径，即人字型齿轮节圆直径Dmax——轧辊最大直径Dmin——轧辊最小直径D——原始直径，D＝Dmax+S二.车削系数K2)()(minmax0SDSDDsDKDSDKD00)21(min)21(max对于开坯和型钢轧机K＝0.08～0.12受到联轴允许倾角的限制：万向轴≤10°,梅花轴≤3°~4.5°。最理想的是新轧辊的联轴倾角与轧辊到最后一次是联轴的倾角相等，得到一个方程，再联立下面方程：oDDDKminmax3.轧辊上压力和下压力一.概念上下轧槽轧辊工作直径不等时的轧制称为压力轧制，上下轧辊的工作直径之差为压力值：当时，称为上压力轧制，此时，轧件上表面的速度大于下表面的速度，下弯反之称为下压力轧制下上kkkDDD-下上kkDD二.上下压力的利用优点缺点初轧机采用下压力轧制。为了减轻轧机前端对辊道第一个辊的冲击型钢轧制时大部分采用上压力轧制。可以避免安装复杂的上卫板，另外，使用上卫板时，机架被堵塞，难以观察轧辊闭口是为了脱模方便共轭孔型合用上压力轧制是这一设计的特点辊径差造成上下辊压下量分布不均，其结果是上下轧槽磨损不均使轧件中产生附加压力对轧件产生冲击，传动轴易扭断原因分析（见下页）三.取值原因分析轧制时空载时大辊套筒主动大辊轴被动小辊套筒被动小辊轴主动主动被动被动主动对延伸箱形孔型不大于3～4％D对其他形状开口延伸孔型不大于1％D对成品孔尽量不采用压力例：当上压力为m时，轧制线与轧辊中线之间的距离？解：设距离为x，已知由图可知：则：2R-KKmR＝下上2HRR2HRRRKKcc－＝－＝＝＝下下上上下上RxRxR4.轧辊中线、轧制线和孔型中性线一.概念轧辊中线轧制线孔型中性线上下两个轧辊轴线间距离的等分线称为轧辊中线。配置孔型的基准线称为轧制线。上、下轧辊作用于轧件上的力矩对于某水平直线相等，该水平直线称为孔型中性线。42R-KmxxRK得到：＝下上二.孔型中性线的求法1.重心法（几何重心法）适用于水平对称孔型首先求出孔型的面积重心，然后通过重心画水平直线，该直线就是孔型的中性线2.面积等分法将等分孔型面积的水平线作为孔型的中性线FaFbFa=Fb3.周边重心法把上下轧槽重心间之间的等分线作为孔型的中性线上周边重心下周边重心孔型中性线二.孔型中性线的求法4.轧辊的工作直径确定中性线法先将其垂直m等分，上下辊径分别为为D1，……Dm，D1’，……Dm’根据上下辊平均速度相等求解'1'1''''3213216060ccmimiimDDmDmDmDDDDnmDDDDnim即二.孔型中性线的求法4.轧辊的工作直径确定中性线法为确定平均工作直径Dc和Dc’，在孔型上、下两侧划两条任意的水平线X-X和Y-Y。用求积仪或其他方法求出孔型轮廓线与X-X及Y-Y所围成的面积F和F’aRRRRBFRBFRYYRBFXXBRFcccccccc-)-)-(，且假如，，则构成的矩形面积（红虚线与构成的矩形面积粉虚线与由于则说明上辊工作半径需增加a才能达到Rc’。为此在高于X-X线距离为a处引一水平线Z-Z，然后在Z-Z和Y-Y之间划一等分线N-N，该线就是孔型的中性线5.孔型在轧辊上的配置步骤按轧辊原始直径画出上辊和下辊轴线画出轧辊中线在距轧辊中线x＝m/4处画轧制线使孔型中性线与轧制线重合，绘制孔型图确定孔型各处轧辊直径，画出配辊图