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1、型钢孔型设计型钢孔型设计型钢孔型设计型钢孔型设计江西理工大学材料科学与工程学院赵鸿金 教授2012年9月参考书目参考书目u胡彬.型钢孔型设计M.北京:冶金工业出版社,2010.u赵松筠,唐文林.型钢孔型设计M.北京:冶金工业出版社,2000.u许云祥.型钢孔型设计M.北京:冶金工业出版社,1993.江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院型钢孔型设计型钢孔型设计目录目录u1 孔型设计的基本知识u2 延伸孔型设计u3 简单断面型钢孔型设计u4 连轧机孔型设计u5 切分轧制孔型设计u6 复杂断面型钢孔型设计的相关问题u7 复杂断面型钢孔型设计u8 万能轧机孔型设计u9 楔横轧孔
2、型设计u10 导卫装置设计u11 计算机辅助孔型设计江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院型钢孔型设计型钢孔型设计1 孔型设计的基本知识孔型设计的基本知识u型钢型钢n经过塑性加工成形、具有一定断面形状和尺寸的直条实心钢材称为型钢。u孔型轧制孔型轧制n将坯料在带槽轧辊间经过若干道次的轧制变形，以获得所需要的断面形状、尺寸和性能的产品，称为孔型轧制。u孔型设计孔型设计n为孔型轧制而进行的设计和计算工作称之为孔型设计。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院型钢孔型设计型钢孔型设计1 孔型设计的基本知识孔型设计的基本知识u例：孔型轧制与孔型n新钢650轧机轧
3、制14#角钢第一道次(K10)轧制效果图与孔型图。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院型钢孔型设计型钢孔型设计1 孔型设计的基本知识孔型设计的基本知识u1.1 孔型设计的内容和要求u1.2 孔型设计的基本原则与设计程序u1.3 孔型及其分类u1.4 孔型的组成及各部分的作用u1.5 孔型在轧辊上的配置江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院型钢孔型设计型钢孔型设计1.1 孔型设计的内容和要求孔型设计的内容和要求u1.1.1 孔型设计的内容u1.1.2 孔型设计的要求江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1 孔型设计的基本知识孔型
4、设计的基本知识1.1.1 孔型设计的内容孔型设计的内容u(1)断面孔型设计断面孔型设计n根据已定坯料和成品的断面形状、尺寸大小和性能要求，确定孔型系统、轧制道次和各道次变形量以及各道次的孔型形状和尺寸。u(2)轧辊孔型设计轧辊孔型设计(配辊配辊)n根据断面孔型设计的结果，确定孔型在每个机架上的配置方式、孔型在机架上的分布及其在轧辊上的位置和状态，以保证正常轧制且操作方便，使轧制节奏时间短，从而获得较高的轧机产量和良好的成品质量。u(3)导卫装置及辅助工具设计(轧辊导卫设计轧辊导卫设计)n根据轧机特性和产品断面形状特点设计出相应的导卫装置，以保证轧件能按照要求顺利地进出孔型，或使轧件进孔型前或出
5、孔型后发生一定的变形，或对轧件起矫正或翻转作用等。其他辅助工具还包括检查样板等。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.1 孔型设计的内容和要求孔型设计的内容和要求1.1.1 孔型设计的内容孔型设计的内容u例：孔型系统n轧机：新钢6501/6502/6501n产品：14#角钢n坯料：220mm160mm3000mm江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.1 孔型设计的内容和要求孔型设计的内容和要求1.1.1 孔型设计的内容孔型设计的内容u例：孔型n新钢650轧机轧制14#角钢第六道次(K5)轧制效果图与孔型图江西理工大学材料科学与工程学院江西理工
6、大学材料科学与工程学院1.1 孔型设计的内容和要求孔型设计的内容和要求1.1.1 孔型设计的内容孔型设计的内容u例：配辊n新钢650轧机轧制24#球扁钢第一机架配辊图及下辊图江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.1 孔型设计的内容和要求孔型设计的内容和要求1.1.2 孔型设计的要求孔型设计的要求合理的孔型设计应该满足以下要求：u(1)产品质量好u(2)轧机生产率高u(3)生产成本低u(4)劳动条件好u(5)适应生产条件江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.1 孔型设计的内容和要求孔型设计的内容和要求1.1.2 孔型设计的要求孔型设计的要求u(
7、1)获得优质的产品质量n成品断面几何形状正确、断面尺寸达到要求的精度范围、表面光洁无缺陷(耳子、折叠、裂纹、麻点等)、金属内部残余应力小、金相组织和机械性能良好，等等。u(2)轧机生产率高n轧机生产率决定于轧机的小时产量和作业率。n轧机小时产量轧机小时产量：即轧机每小时的产量。n影响轧机小时产量的主要因素是轧制道次及其在各机架上的分配。l一般情况下，轧制道次数越少越好。l在电机和设备允许的条件下，尽可能实现交叉轧制，以达到加快轧制节奏、提高小时产量的目的。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.1 孔型设计的内容和要求孔型设计的内容和要求1.1.2 孔型设计的要求孔型设
8、计的要求u(2)轧机生产率高n轧机作业率轧机作业率：即轧机正常轧制时间占总时间的比例。n影响轧机作业率的主要因素是孔型系统、负荷分配、孔型和导卫装置的共用性等。l孔型系统选择不当会增加操作的困难，造成轧制时间的损失；l孔型的负荷分配不合理，会影响各轧机能力的发挥或因个别道次轧制困难而影响轧机的生产能力，或因个别孔型磨损过快造成换辊次数增加。n合理的孔型设计应能充分发挥轧机设备的能力(电动机能力和设备强度)，以满足工艺上的允许条件(咬入能力和金属的塑性)等，以求达到轧机的最高生产率。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.1 孔型设计的内容和要求孔型设计的内容和要求1.1
9、.2 孔型设计的要求孔型设计的要求u(3)生产成本低n合理的孔型设计应做到金属、轧辊及工具消耗最少，轧制能耗最低，并使轧机其他各项技术经济指标达到较高的水平。n金属消耗金属消耗：单位产品所消耗的原料金属量。l生产成本的80%以上取决于金属消耗，节约金属的措施包括按负公差轧制、减少切损和降低废品率等，这些都与孔型设计有很大的关系；n轧辊消耗轧辊消耗：单位产品所消耗的轧辊量。l若孔型设计不佳，会造成孔型的局部磨损和个别孔型磨损严重、轧辊车削量增大、轧辊寿命降低、辊耗增加；n电能消耗电能消耗：单位产品所消耗的电能。l若孔型设计使变形均匀或处理不均匀变形得当、变形量分配合理、孔型配制正确以及孔型形状和
10、系统选择合理等，就能起到降低电能消耗的作用。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.1 孔型设计的内容和要求孔型设计的内容和要求1.1.2 孔型设计的要求孔型设计的要求u(4)劳动条件好n孔型设计除保证生产安全外，还应考虑轧制过程应易于实现机械化和自动化，保证轧制稳定、调整方便；轧辊辅件应坚固耐用、装卸容易，以改善劳动条件、降低劳动强度。u(5)适应生产条件n合理的孔型设计应使设计出来的孔型符合车间的工艺与设备条件，使孔型具有实际的可用性。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.1 孔型设计的内容和要求孔型设计的内容和要求1.1.2 孔型设计的要
11、求孔型设计的要求u例：新钢650轧机设备布置图江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.1 孔型设计的内容和要求孔型设计的内容和要求1.1.2 孔型设计的要求孔型设计的要求u为了达到上述要求，孔型设计工作者除要很好地掌握金属在孔型内的变形规律外，还应深入生产实际，与工人结合，与实践结合，充分了解和掌握车间的工艺和设备以及它们的特性，同时也可利用一些先进的设计手段，如计算机辅助孔型设计，以保证做出正确、合理和可行的孔型设计。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.1 孔型设计的内容和要求孔型设计的内容和要求1.2 孔型设计的基本原则与设计程序孔型设计
12、的基本原则与设计程序u1.2.1 孔型设计的程序u1.2.2 孔型设计的基本原则江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1 孔型设计的基本知识孔型设计的基本知识1.2.1 孔型设计的程序孔型设计的程序u(1)了解产品技术条件u(2)了解供料条件u(3)了解轧机性能及其他设备条件u(4)选择孔型系统u(5)选择坯料尺寸u(6)确定轧制道次u(7)分配各道次变形量u(8)确定各道次轧件形状尺寸u(9)确定各道次孔型形状尺寸，绘制孔型图u(10)将孔型配置在轧辊上，绘制配辊图u(11)进行必要的校核u(12)进行辅件设计江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院
13、1.2 孔型设计的基本原则与设计程序孔型设计的基本原则与设计程序1.2.1 孔型设计的程序孔型设计的程序u(1)了解产品技术条件n产品标准。包括产品的断面形状、尺寸及其允许偏差；产品表面质量、金相组织和性能要求。n对于某些产品还应了解用户的使用情况及其特殊要求。u(2)了解供料条件n掌握已有坯料的断面形状和尺寸；n若重新选定坯料尺寸时，要考虑其供料的可能性。u(3)了解轧机性能及其他设备条件n包括轧机的布置，机架数目，轧辊直径与辊身长度，轧制速度，电机能力以及加热炉、翻移钢设备、辊道、剪切机、锯机的性能，车间工艺平面布置情况等。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.2
14、 孔型设计的基本原则与设计程序孔型设计的基本原则与设计程序1.2.1 孔型设计的程序孔型设计的程序u(4)选择孔型系统孔型系统n对于新产品：应了解类似产品的轧制情况及其存在问题，以此作为新产品孔型设计的依据之一；n对于老产品：应了解该产品在其他轧机上的轧制情况及存在的问题。n在品种多的轧机上：应考虑采用共用性大的孔型系统，以减少换辊及轧辊的储备量。n在专业化较高的轧机上：应尽量采用专用的孔型系统，以排除其他产品的干扰，使产量提高。n总之，应在充分调查研究、对比分析的基础上，确定出较为合理的孔型系统。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.2 孔型设计的基本原则与设计程序
15、孔型设计的基本原则与设计程序1.2.1 孔型设计的程序孔型设计的程序u(5)选择坯料尺寸n坯料尺寸对轧机生产率、产品质量以及生产工艺与操作均有很大影响。因此，选择坯料尺寸必须综合考虑各种因素来确定：n1)应有一定的压缩比压缩比。l从坯料到成品应有一定的压缩比，并能使终轧温度控制在工艺规程要求的范围内，以保证成品的组织和性能要求。l这对于用钢锭直接轧制成材、小型轧机或合金钢轧制尤为重要。n2)必须考虑轧机型式与能力。l对于一定的轧机，一般应根据该轧机的能力确定合理的道次n和平均延伸系数以及坯料的尺寸范围。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.2 孔型设计的基本原则与设计
16、程序孔型设计的基本原则与设计程序1.2.1 孔型设计的程序孔型设计的程序u(5)选择坯料尺寸n2)必须考虑轧机型式与能力。l对于普通三辊式或二辊式型钢车间粗轧机或开坯机，若坯料断面尺寸选用过大，将因轧辊的切槽深度太深而影响到轧辊强度和咬入能力，引起轧制道次增加。因此，坯料断面的高度H0与粗轧机轧辊名义直径D0必须保持一定的比值K=H0/D0。l根据实际生产的统计，各类轧机使用的K值见表1-1。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.2 孔型设计的基本原则与设计程序孔型设计的基本原则与设计程序1.2.1 孔型设计的程序孔型设计的程序u(5)选择坯料尺寸n3)应考虑金属成形
17、的需要l轧制工、槽钢时，进入第一个变形孔(切入孔)的钢坯高度应等于成品腿高的1.82.5倍，以保证工、槽钢腿部受到良好的加工和腿长；其宽度应等于成品的宽度减去各孔的宽展量，但各孔宽展不宜取得过大，以免将腿拉短。l轧制角钢的钢坯轮廓尺寸应能将角钢断面包容进去；江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.2 孔型设计的基本原则与设计程序孔型设计的基本原则与设计程序1.2.1 孔型设计的程序孔型设计的程序u(5)选择坯料尺寸n3)应考虑金属成形的需要l轧制重轨时，最好采用高而扁的钢坯，使轨底部分在各帽形孔内得到良好的加工，这样有利于改善轨底的质量；l在轧制扁钢时，钢坯的边长与扁钢
18、的宽度应保持一定的比例。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.2 孔型设计的基本原则与设计程序孔型设计的基本原则与设计程序1.2.1 孔型设计的程序孔型设计的程序u(5)选择坯料尺寸n4)应考虑车间辅助设备条件l选用坯料断面尺寸和长度时应考虑加热炉、冷床等辅助设备的允许长度(坯料或成品)以及各设备之间的距离，以免生产时相互干扰。l对于线材轧机，为了增大盘重，应在允许的范围内尽量增大坯料重量。n5)对于多品种型钢车间，要考虑尽量减少坯料的规格。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.2 孔型设计的基本原则与设计程序孔型设计的基本原则与设计程序1.
19、2.1 孔型设计的程序孔型设计的程序u(6)确定轧制道次n在孔型设计中表示变形量的指标有绝对压下量、延伸系数和压下系数三种，用于不同的轧制产品。因此，确定轧制道次的方法有以下三种：n1)用绝对压下量确定轧制道次n2)用延伸系数确定轧制道次n3)用压下系数确定轧制道次江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.2 孔型设计的基本原则与设计程序孔型设计的基本原则与设计程序1.2.1 孔型设计的程序孔型设计的程序u(6)确定轧制道次n1)用绝对压下量确定轧制道次l主要用于初轧机与开坯机。l轧制道次：l式中：总压下量：平均压下量：由轧机能力所决定，可参照各类轧机上的经验数值选取。江
20、西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.2 孔型设计的基本原则与设计程序孔型设计的基本原则与设计程序1.2.1 孔型设计的程序孔型设计的程序u(6)确定轧制道次n2)用延伸系数确定轧制道次l用于大部分型钢轧机设计中。l轧制道次：l式中：总延伸系数：平均延伸系数：与轧机能力和轧制产品有关，可查有关经验数据。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.2 孔型设计的基本原则与设计程序孔型设计的基本原则与设计程序1.2.1 孔型设计的程序孔型设计的程序u(6)确定轧制道次n3)用压下系数确定轧制道次l多用于扁钢孔型设计。l轧制道次：l式中：总压下系数：平均压
21、下系数：可查有关经验数据。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.2 孔型设计的基本原则与设计程序孔型设计的基本原则与设计程序1.2.1 孔型设计的程序孔型设计的程序u(7)分配各道次变形量道次变形量分配在以上确定的平均变形量基础上进行。合理分配道次变形量应注意以下问题：n1)咬入条件n2)电机能力与轧辊强度n3)孔型的磨损n4)金属的塑性n5)孔型的形式与作用江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.2 孔型设计的基本原则与设计程序孔型设计的基本原则与设计程序1.2.1 孔型设计的程序孔型设计的程序u(7)分配各道次变形量n1)咬入条件l一般情况
22、下咬入条件是限制道次变形量的主要因素，尤其是前几道次。因为此时轧件断面大、温度高、轧件表面常附着氧化铁皮等，故轧辊切槽较深，摩擦系数较小。n2)电机能力与轧辊强度l电机能力与轧辊强度在某些情况下也是限制道次变形量的因素。l例如当轧槽深时，需考虑轧辊强度；江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.2 孔型设计的基本原则与设计程序孔型设计的基本原则与设计程序1.2.1 孔型设计的程序孔型设计的程序u(7)分配各道次变形量n2)电机能力与轧辊强度l前几道次坯料断面积较大，虽然延伸系数不大，但轧件断面减缩量F较大，轧机负荷较大，故需考虑电机能力，尤其在横列式轧机上同时过钢根数受限
23、制时要使各道次的负荷均匀。l另外，要考虑轧制过程中轧制条件(如温度、张力、速度等)的变化引起轧件塑性的变化，影响到轧机的负荷，所以应在准确估计轧制条件变化的基础上，留有余地地分配道次变形量。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.2 孔型设计的基本原则与设计程序孔型设计的基本原则与设计程序1.2.1 孔型设计的程序孔型设计的程序u(7)分配各道次变形量n3)孔型的磨损l孔型的磨损将影响到轧件的表面质量和换辊次数以及前后孔型的衔接，因此为了保证成品表面质量，一般成品孔型和成品前孔型的变形量要小些，以减小孔型的磨损程度和磨损速度。l在多列机架横列式型钢轧机上，由于各列机架的
24、换辊周期不一样，因此有时前面12架的第一孔型和最后一个孔型的延伸系数也应取得略小些，以使换辊后轧制情况正常。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.2 孔型设计的基本原则与设计程序孔型设计的基本原则与设计程序1.2.1 孔型设计的程序孔型设计的程序u(7)分配各道次变形量n4)金属的塑性l研究表明，金属的塑性一般不成为限制道次变形量的因素。l但对于某些合金钢锭，在未加工前其塑性较差，因此要求前几道次的变形量要小些。n5)孔型的形式与作用l应根据成型要求、轧件的宽展和孔型的形式与作用，合理分配各道次的变形量。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.
25、2 孔型设计的基本原则与设计程序孔型设计的基本原则与设计程序1.2.1 孔型设计的程序孔型设计的程序u(7)分配各道次变形量n上述各因素对变形量分配的影响很复杂，很难用严格的数学方法来解决。多数情况下，可按经验曲线来分配。n在横列式型钢轧机上按图1-3(a)所示曲线来分配变形系数：江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.2 孔型设计的基本原则与设计程序孔型设计的基本原则与设计程序1.2.1 孔型设计的程序孔型设计的程序u(7)分配各道次变形量l轧制开始道次考虑到轧件断面大和咬入条件等限制因素，取相对较小的变形系数；l随着表面氧化铁皮的脱落和咬入条件的改善，而轧件温度较高
26、，故变形系数逐渐增加到最大值；l此后，轧件断面减小、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；l在最后几道中，为了减小孔型磨损，保证成品尺寸精度和表面质量，故采用较小的变形量。n在连轧机上，由于轧制速度较快，轧件温度变化较小，所以各道的变形系数可以取得相近，如图1-3(b)所示。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.2 孔型设计的基本原则与设计程序孔型设计的基本原则与设计程序1.2.1 孔型设计的程序孔型设计的程序u(8)确定各道次轧件形状尺寸n根据各道次的延伸系数确定各道次轧件的断面积，然后根据轧件的断面积和变形关系确定轧
27、件断面积形状和尺寸。u(9)确定各道次孔型形状尺寸，绘制孔型图n根据各道次轧件形状尺寸及孔型构成方法构成孔型，绘制出孔型图。u(10)将孔型配置在轧辊上，绘制配辊图n将设计出的孔型按一定的规定配置在轧辊上，并绘制出配置图。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.2 孔型设计的基本原则与设计程序孔型设计的基本原则与设计程序1.2.1 孔型设计的程序孔型设计的程序u(11)进行必要的校核n校核内容包括咬入条件、电机能力、轧辊强度、孔型充满程度以及轧件在孔型中位置的稳定性等。u(12)进行辅件设计n报据孔型图和配辊图设计导卫、轧辊车削和检验样板等辅件。江西理工大学材料科学与工
28、程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.2 孔型设计的基本原则与设计程序孔型设计的基本原则与设计程序1.2.2 孔型设计的基本原则孔型设计的基本原则u(1)选择合理的孔型系统；n选择孔型系统是孔型设计的重要环节，孔型系统选择的合理与否直接对轧机的生产率、产品质量、各项消耗指标以及生产操作等有决定性的影响。n设计新产品的孔型时，应根据形状变化规律拟定出各种可能使用的孔型系统，并经充分的分析对比，然后从中选择合理的孔型系统。u(2)充分利用钢的高温塑性以及变形抗力小的特点；n把变形量和不均匀变形集中在前几道次，然后按照轧制程序逐道次减小变形量。u(3)尽可能采用形状简单的孔型；n专用孔型的数量要适
29、当。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.2 孔型设计的基本原则与设计程序孔型设计的基本原则与设计程序1.2.2 孔型设计的基本原则孔型设计的基本原则u(4)缩短轧制节奏，提高轧机产量；n轧制道次数、各机架间的道次分配以及翻钢和移钢程序要合理，以缩短轧制节奏，提高轧机产量，并利于操作。u(5)轧件在孔型中应具有良好的稳定性；n轧件在孔型中应具有良好的稳定性，以利于轧件在孔型中的变形，防止弯扭。u(6)要考虑其孔型的共用性；n以减少轧辊储备和相应的更换轧辊的时间。u(7)确保工作和设备安全；n要便于轧机调整使操作简便，同时还要照顾到工人的操作习惯。江西理工大学材料科学与
30、工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.2 孔型设计的基本原则与设计程序孔型设计的基本原则与设计程序1.3 孔型及其分类孔型及其分类u1.3.1 轧槽与孔型u1.3.2 孔型的分类江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1 孔型设计的基本知识孔型设计的基本知识1.3.1 轧槽与孔型轧槽与孔型u轧槽轧槽n在一个轧辊上用来轧制轧件的工作部分，即轧制时轧辊与轧件接触部分的轧辊辊面。n孔型的形状不同，构成孔型的轧槽形式也不相同。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.3 孔型及其分类孔型及其分类1.3.1 轧槽与孔型轧槽与孔型u轧制面轧制面n通过两个或两个
31、以上轧辊的轧辊轴线的垂直平面，即轧辊出口处的垂直平面。u孔型孔型n由两个或两个以上轧辊的轧槽，在轧制面上所形成的几何图形。n孔型尺寸即为孔型设计所确定的尺寸，是指在轧制时的尺寸。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.3 孔型及其分类孔型及其分类1.3.2 孔型的分类孔型的分类u1.3.2.1 按孔型的形状分类u1.3.2.2 按孔型的用途分类u1.3.2.3 按孔型的开口位置分类江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.3 孔型及其分类孔型及其分类1.3.2.1 按孔型的形状分类按孔型的形状分类u按孔型形状复杂程度可将孔型分为：n简单断面简单断面
32、孔型：如方、圆、扁等。n异型断面异型断面孔型：如工字形、槽形、轨形等。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.3.2 孔型的分类孔型的分类1.3.2.1 按孔型的形状分类按孔型的形状分类u按孔型的直观形状可将孔型分为：n圆、方、菱、椭圆、立椭圆、六角、工字、槽、轨形和蝶形等孔型。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.3.2 孔型的分类孔型的分类1.3.2.2 按孔型的用途分类按孔型的用途分类u按孔型的用途可将孔型分为：n延伸孔型、预轧孔型、成品前孔型和成品孔型等。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.3.2 孔型的分类
33、孔型的分类1.3.2.2 按孔型的用途分类按孔型的用途分类u延伸孔型延伸孔型n又称开坯孔型、粗轧或压缩孔型。其任务是把钢锭或钢坯断面减小，使其延伸。u预轧孔型预轧孔型n又称毛轧、荒轧、造型或成型孔型，其任务是继续减小轧件断面的同时，使轧件断面形状逐渐成为与成品相似的雏形。n这种孔型在轧制复杂断面型钢时是必不可少的，但在轧制简单断面型钢时则较少甚至没有。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.3.2 孔型的分类孔型的分类1.3.2.2 按孔型的用途分类按孔型的用途分类u成品前孔型成品前孔型n又称精轧前孔型或K2孔型，位于成品孔型的前一个孔型，为成品孔型中轧出合格成品做好准
34、备。u成品孔型成品孔型n又称精轧孔型、K1孔型，是指最后一个轧出成品的孔型，其作用是对轧件进行精加工，使轧件断面具有成品所要求的形状和尺寸。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.3.2 孔型的分类孔型的分类1.3.2.2 按孔型的用途分类按孔型的用途分类u随成品形状不同，上述四类孔型形状多种多样，但一般产品的孔型系统均由上述四种(或三种)孔型组成。u常将后三种孔型组成的孔型系统称为某产品的成品(或精轧)孔型系统，如图1-6(b)、(c)、(d)所示可称为角钢成品孔型系统。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.3.2 孔型的分类孔型的分类1.3
35、.2.3 按孔型的开口位置分类按孔型的开口位置分类u开口孔型开口孔型n其轧辊的辊缝s直接与孔型的几何图形接通。u闭口孔型闭口孔型n其轧辊的辊缝s由锁口t与孔型的几何图形隔开。u半闭半闭(开开)口孔型口孔型n此孔型虽然与开口孔型相似，但由于存在一部分闭口腿，其辊缝又与孔型相通，故称它为半闭(开)孔型，又称控制孔型。n此种孔型常用于轧制凸缘型钢时以控制腿高。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.3.2 孔型的分类孔型的分类1.4 孔型的组成及各部分的作用孔型的组成及各部分的作用u1.4.1 辊缝u1.4.2 侧壁斜度u1.4.3 圆角u1.4.4 锁口u1.4.5 槽底凸
36、度江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1 孔型设计的基本知识孔型设计的基本知识1.4.1 辊缝辊缝u辊缝辊缝n轧制时两个轧辊辊环间的间距。u弹跳弹跳n轧制过程中，工作机座里的轧辊、机架、轴承、压下螺丝和螺母等受力零件在轧制力的作用下均会产生弹性变形，而使实际(有载)辊缝增加。通常把这些受力零件的弹性变形总和称为轧辊的弹跳，简称辊跳。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.4 孔型的组成及各部分的作用孔型的组成及各部分的作用1.4.1 辊缝辊缝u辊缝的作用n(1)补偿轧辊的弹跳值，以保证轧后轧件高度。l因此辊缝值s应大于轧辊的弹跳值。n(2)补偿轧
37、槽磨损，增加轧辊使用寿命。l当孔型磨损后，孔型高度增加，可通过调整辊缝(压下)来恢复孔型高度。n(3)提高孔型的共用性。l通过调整辊缝得到不同断面尺寸的轧件。n(4)方便轧机调整。l当轧件的温度变化和孔型设计不当时，可通过调整辊缝来调节各个孔型的充满情况。n(5)提高轧辊的使用寿命。l减小轧辊切槽深度，增加轧辊强度和重车次数，提高轧辊的使用寿命。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.4 孔型的组成及各部分的作用孔型的组成及各部分的作用1.4.1 辊缝辊缝u辊缝的取值n在不影响轧件断面形状和轧制稳定性的条件下，辊缝值s越大越好。l但辊缝太大会使轧槽变浅，起不到限制金属流
38、动的作用，使轧出的轧件形状不正确。l所以在接近成品孔型的几个孔型中，其辊缝值不能太大，以保证轧件断面形状和尺寸的正确性。l开坯孔型和毛轧孔型的辊缝应取大一些，这是因为最初道次辊缝大对成品质量的影响不大，且辊缝大，调整范围大，切槽浅，增加轧辊重车次数。n辊缝值s一般根据经验数据确定，其数值见表；江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.4 孔型的组成及各部分的作用孔型的组成及各部分的作用1.4.1 辊缝辊缝u辊缝的取值n也可按经验关系式确定：l成品孔型s=(0.005-0.01)D0；l毛轧孔型s=0.02D0；l开坯孔型s=0.03D0；l式中D0表示轧机的名义直径，单位
39、为mm。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.4 孔型的组成及各部分的作用孔型的组成及各部分的作用1.4.2 侧壁斜度侧壁斜度u侧壁角侧壁角n孔型的侧壁几乎在任何情况下都不垂直于轧辊轴线，而与轧辊轴线的垂直线成角，称为侧壁角。u侧壁斜度侧壁斜度n侧壁相对轧辊轴线的垂直线的倾斜度。u孔型侧壁斜度表示方法江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.4 孔型的组成及各部分的作用孔型的组成及各部分的作用1.4.2 侧壁斜度侧壁斜度u侧壁斜度的作用n(1)使轧件易于进出孔型；l侧壁斜度能使孔型的入、出口部分形成喇叭口。轧件进入孔型时能自动对中、方便操作；轧件
40、出孔型时脱槽方便，防止产生缠辊事故。n(2)改善咬入条件；l这是因为孔型侧壁对轧件具有支持作用。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.4 孔型的组成及各部分的作用孔型的组成及各部分的作用1.4.2 侧壁斜度侧壁斜度u侧壁斜度的作用n(3)减小轧辊的重车量，提高轧辊的使用寿命。l在轧制过程中，孔型不断磨损，其形状、尺寸发生变化，工作表面呈现凹凸不平的磨痕等缺陷，继续使用将影响产品的质量。此时需要重车以恢复孔型原来的形状和尺寸。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.4 孔型的组成及各部分的作用孔型的组成及各部分的作用1.4.2 侧壁斜度侧壁斜度u
41、侧壁斜度的作用n(3)减小轧辊的重车量，提高轧辊的使用寿命。l当无侧壁倾斜度时，需要重车去全部原来孔型才能恢复轧槽原有宽度；而有侧壁倾斜度时，设轧槽的磨损量为a，则一次重车轧辊的直径减小(即重车量重车量)为：l可见，侧壁倾斜度越大，重车量越小，由新辊至旧辊辊的重车次数也越多，轧辊的使用寿命增大，消耗下降。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.4 孔型的组成及各部分的作用孔型的组成及各部分的作用1.4.2 侧壁斜度侧壁斜度u侧壁斜度的作用n(4)提高孔型的公用性；l孔型侧壁倾斜度能增加孔型内的宽展余地，这意味着孔型允许轧制变形量有较大的变化范围，而出耳子的危险性减小。因
42、此，可通过控制轧件在孔型中的充满程度来得到不同尺寸的轧件，提高孔型的公用性。这一点对于初轧机的开坯机以及型钢轧机的粗轧孔型很重要。n(5)增大道次变形量，减少轧制道次。l对于轧制复杂断面型钢，侧壁斜度大小往往与允许变形量(侧压量)有关，侧壁斜度越大，允许变形量越大。l采用大侧壁斜度有时可以减少轧制道次，并有利于轧机的调整，这对节约轧辊、减少电能消耗也有利。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.4 孔型的组成及各部分的作用孔型的组成及各部分的作用1.4.2 侧壁斜度侧壁斜度u侧壁斜度的作用n孔型的侧壁斜度虽然有上述重要的作用，但侧壁斜度过大将影响孔型中轧出轧件形状的正确
43、性，也会导致孔型对轧件夹持作用的减小，影响轧件在孔型中的稳定性。n因此侧壁斜度应根据孔型在整个成型过程中的作用以及产品的尺寸公差范围等相关因素确定。一般取：l延伸用箱形孔=10%20%l闭口扁钢毛轧孔 =5%17%l钢轨、工字钢、槽钢毛轧孔=5%10%l异形钢成品孔=1%1.5%江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.4 孔型的组成及各部分的作用孔型的组成及各部分的作用1.4.3 圆角圆角u圆角圆角n在孔型各转折部位的圆弧过渡。u圆角包括：n槽底圆角(内圆角)n槽口圆角(外圆角)江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.4 孔型的组成及各部分的作用
44、孔型的组成及各部分的作用1.4.3 圆角圆角u槽底圆角(内圆角)的作用n(1)防止轧件角部急剧冷却而引起轧件角部的开裂和孔型的急剧磨损。n(2)改善轧辊强度，防止因尖角部分的应力集中削弱轧辊强度。n(3)通过改变槽底圆角半径r可以改变孔型的实际面积，从而改变轧件在孔型中的变形量以及轧件在下孔型中的宽展余地、调整孔型的充满程度。有时还对轧件的局部起到一定的加工作用。u槽底圆角(内圆角)的取值n在初设计孔型时，一般槽底圆角半径应取大一些，因为大半径在加工中可以改小，而由小改大则困难。n成品孔型的槽底圆角半径取决于成品断面的标准要求。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.4
45、 孔型的组成及各部分的作用孔型的组成及各部分的作用1.4.3 圆角圆角u槽口圆角(外圆角)的作用n(1)当轧件在孔型中略有过充满(即出耳子)时，槽口圆角可避免在耳子处形成尖锐的折线，而仅形成钝而厚的耳子，这样可防止轧件在继续轧制时形成折叠缺陷。n(2)当轧件进入孔型不正时，槽口圆角能防止辊环刮切轧件侧面而产生刮丝现象。刮丝不仅会使轧件表面产生表面缺陷，而且还将损伤导卫装置造成事故。n(3)对于复杂断面孔型，增大槽口圆角半径能提高辊环强度，防止产生辊环爆裂。u槽口圆角(外圆角)的取值n在轧制某些简单断面型钢时，其成品孔型的槽口圆角半径作用(1)已失去意义，故半径可取小，甚至为零，以保证成品断面达
46、到标准要求。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.4 孔型的组成及各部分的作用孔型的组成及各部分的作用1.4.4 锁口锁口u锁口锁口n在闭口孔型中用来隔开孔型与辊缝的两轧辊的辊隙t。u锁口的作用n控制轧件断面的形状，便于闭口孔型的调整。u锁口的设计n锁口高度m的设计一般应满足以下关系：n式中：lr1辊环之圆角半径，mm；l28锁口直线段高度，其中包括轧制厚或高规格时的调整量，mm。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.4 孔型的组成及各部分的作用孔型的组成及各部分的作用1.4.4 锁口锁口u锁口的设计n当几种厚度或高度轧件共用同一孔型时，为防
47、止轧制厚或高的轧件时，孔型直接与辊缝相接，金属有可能挤入辊缝内，锁口长度应适当增加。n相邻孔型均采用锁口时，为保证轧件形状正确，要求相邻孔型的锁口位置应上下交替设置。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.4 孔型的组成及各部分的作用孔型的组成及各部分的作用1.4.5 槽底凸度槽底凸度u槽底凸度槽底凸度n在箱形等孔型，常将槽底做成具有一定高度、形状的凸起，这些凸起称为槽底凸度。u槽底凸度的作用n(1)使轧件断面底边稍凹，在辊道上运行比较稳定，进入下一道孔型时咬入条件也较好；另外可提高轧槽的使用寿命。n(2)给翻钢后的孔型增加宽展余地，减小出耳子的危险性。n(3)保证轧件
48、侧面平直。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.4 孔型的组成及各部分的孔型的组成及各部分的作用作用1.5 孔型在轧辊上的配置孔型在轧辊上的配置u1.5.1 轧机尺寸与轧辊直径u1.5.2 上压力与下压力u1.5.3 轧辊中线和轧制线u1.5.4 孔型在轧辊辊身长度上的配置u1.5.5 孔型在轧辊上的配置步骤u1.5.6 孔型配置例题江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1 孔型设计的基本知识孔型设计的基本知识1.5.1 轧机尺寸与轧辊直径轧机尺寸与轧辊直径u轧机名义直径轧机名义直径(D0)：n传动轧辊的齿轮座内齿轮的中心距或节圆直径。u通常用轧
49、机名义直径表示的型钢轧机规格，因为：n一套型钢轧机中各机列和各机架所用轧辊直径各不相同；n同一轧辊因重车而每次使用的轧辊直径各不相同；n但传动轧辊的齿轮座齿轮中心距或节圆直径固定不变。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.5 孔型在轧辊上的配置孔型在轧辊上的配置1.5.1 轧机尺寸与轧辊直径轧机尺寸与轧辊直径u轧辊原始直径轧辊原始直径(D)：含辊缝在内的轧辊直径。n为在轧辊上正确配置孔型，假想把辊缝值也包括在轧辊直径之内，这个假想的直径称为轧辊的原始直径。u提出轧辊原始直径的目的：n轧辊生命周期：经多次磨损重车循环。n新辊直径DmaxD0，报废前旧辊直径DminD0。
50、n轧辊使用时，对应于的Dmax和Dmin，其原始直径也有最大值D和最小值D，且D=Dmax+s；D=Dmin+s。n孔型配置一般以新辊直径Dmax对应的原始直径D为基准。江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.5 孔型在轧辊上的配置孔型在轧辊上的配置1.5.1 轧机尺寸与轧辊直径轧机尺寸与轧辊直径u轧辊重车系数重车系数(或重车率重车率)(K)：n轧辊总的重车量与轧机名义直径D0之比。uD和D的大小一般受连接轴允许倾角的限制。n用万向或万能联轴节时，倾角可达10，K=0.180.2；n用梅花联轴节时，倾角不得超过4.5，一般不大于2，K=0.140.16。江西理工大学材料