第二章 孔型设计基本知识

.,金属塑性加工学-型材生产,第二章孔型设计基础知识,.,1孔型及孔型设计基本概念孔型定义孔型分类孔型组成及作用孔型设计的内容和要求2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）3孔型在轧辊上的配置孔型沿辊身长度方向的配置轧机尺寸与轧辊直径轧辊中线、轧制线和孔型中性线孔型在轧辊上的配置步骤配辊举例,.,1孔型及孔型设计基本概念,1.1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几何图形称为孔型。,【说明】轧制面：通过两个或两个以上轧辊轴线的垂直平面，即轧件从轧辊轧出处的垂直平面。轧槽：刻在一个轧辊上的槽子，轧制时轧辊与轧件接触部分的轧辊辊面。辊环：沿轧辊轴线方向用来把轧槽与轧槽分开的轧辊辊身部分。,.,1.2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,成型孔型,成品前孔,按开口位置方式分,开口孔型,闭口孔型,半开（闭）口型,成品孔,a,b,c,d,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,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,.,辊缝：实际轧钢时两辊环间的间距,包括预设定和弹跳值，常用s表示。,侧壁斜度：指孔型侧壁对轧辊轴线垂直线的倾斜程度,圆角：孔型角部除特殊要求外，一般均做成圆弧形。位于孔型内的称内圆角，外的为外圆角,槽底凸度：某些孔型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。,锁口：闭口孔型中用来隔开孔型与辊缝的两轧辊间的缝隙,1.3孔型的组成及作用,.,各组成部分的作用,辊缝的作用,防止轧辊辊面磨损提高孔型共用性减少轧槽的刻入深度，提高轧辊强度简化轧机调整,辊缝取值,辊缝与轧辊直径D有着密切的关系,Smin大于弹跳值，避免两辊贴面成品孔型和精轧孔型，尽量取小开坯孔型和延伸孔型，适当增大,.,孔型侧壁斜度,y孔型侧壁斜度；孔型侧壁倾斜角；Bk孔型槽口宽度；bk槽底宽度；hp孔型高度。,各组成部分的作用,侧壁斜度过大：（1）影响轧件形状的正确性；（2）影响轧件在孔型中的稳定性。设计原则：综合考虑出孔型轧件的形状和轧件在孔型中的稳定性。参考数据:初轧30-50%精轧5-10%，延伸箱孔:10-20%,垂直的侧壁是没有的。用侧壁和轧辊轴线的垂直线夹角的正切值表示,.,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,各组成部分的作用,圆角半径的取值：一般槽底圆角半径应取大一些，成品孔型的槽底圆角半径取决于成品断面的标准要求。在轧制简单断面型钢时，成品孔型的外圆角半径作用(a)已失去意义，半径可取小，甚至为0，以保证成品断面达到标准要求。,.,锁口的作用,控制轧件断面形状，便于闭口孔型的调整,各组成部分的作用,槽底凸度的作用,使轧件断面边稍凹，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。,给翻钢后的孔型增加宽展余地，减小出耳子的危险性。,保证轧件侧面平直,设计原则：相邻孔型锁口要上、下交替，防止飞翅；锁口要大于孔型轧不同厚度时的调整量。参考数据：m=r1+28mmr1：辊环圆角半径,设计原则：单鼓变形严重，f大些；成品孔不用，翻钢后如果是高轧件则要少用或不用参考数据：f=06mm,以24mm为多。,.,1.4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,孔型设计的内容,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,轧辊孔型设计,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,轧辊辅件设计,孔型设计的要求,导卫、围盘、翻钢装置、检查样板，防止出现偏心、缠辊等,.,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,2.1断面孔型设计基本原则,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，然后按照轧制程序逐道次减小变形量。尽可能采用形状简单的孔型，专用孔型的数量要适当。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，以便缩短轧制节奏，提高轧机产量，并利于操作。轧件在孔型中的状态要稳定，防止轧件变形过程中弯扭。生产多品种时要尽量考虑孔型的共用性，以减少轧辊储备和换辊时间,2断面孔型设计程序及基本原则,.,选择坯料尺寸,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,轧辊辅件设计,选择合理的孔型系统,2.2孔型设计程序,孔型设计基本条件储备,.,孔型设计基本条件储备,.,选择坯料尺寸,从坯料到成品应具有一定的压缩比，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。,必须考虑轧机型式和能力。一般对于一定的轧机来讲，应根据该轧机的能力确定合理的道次和平均延伸系数以及坯料的尺寸范围。,应考虑金属成形的需要。如角钢、重轨、扁钢等时。,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，以及各设备之间的距离，以免生产时相互干扰。对于线材而言，为了增大盘重，应该在允许的范围内尽量增大坯料的重量。,对于多品种型钢车间，应尽量减少坯料规格。,.,总轧制道次数的确定,压下量法：主要用于初轧机与开坯机,宽展系数=0.150.25H、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：大部分型钢轧机,总延伸系数：,平均延伸系数：,总轧制道次：,总压下量：,总轧制道次：,平均压下量，由轧机能力所决定，可参照各类轧机的经验数值选取。,.,延伸系数法举例：,例：7027.5，在400 x2/250 x5轧机上轧制（P164),可取18，19道次，根据布置方式两列，所以取偶数18道,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,.,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,横列式轧机上变形系数按道次分配的典型曲线,连轧机上变形系数按道次分配的典型曲线,.,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。,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。,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。,进行校核,对咬入条件、电机负荷、轧辊强度、孔型充满程度以及轧件在孔型中位置的稳定性进行校核。,轧辊附件设计,根据孔型图和配辊图设计导卫、轧辊车削和检测样板等辅件并绘图。,.,轧机名义直径与轧辊尺寸,3.1轧机尺寸与轧辊直径,型钢轧机的大小不能按照实际使用的轧辊直径来表示，而采用传动轧辊的齿轮座内齿轮的中心距或节圆直径来表示。,3孔型在轧辊上的配置,孔型配置时是以新轧辊直径Dmax对应的轧辊原始直径D为基准直径的。,.,轧辊重车系数（重车率）,D和D受到连接轴允许倾角的限制：万向轴10,K=0.180.2;梅花轴4.5,K=0.140.16。最理想的是新轧辊的连接轴倾角与轧辊到最后一次的连接轴的倾角相等，即,此时新旧轧辊直径可按下式确定：,轧辊重车率是指轧辊总的重车量与轧机名义直径D0之比，用K表示：,.,轧辊平均工作直径,轧辊与轧件接触处的轧辊直径叫做轧辊工作直径。,对角方孔型中轧辊工作直径的变化,通常把轧件出口速度相对应的轧辊直径（不考虑前滑），称为轧辊的平均工作直径Dk。,（a）平辊；（b)箱形孔型轧辊,DkD-hD-轧辊原始直径，mmh-孔型高度，mm。,.,3.2轧辊上压力和下压力,概念,上下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。,轧制时轧辊的压力（a)上压力；（b)下压力,.,使轧件中产生附加压力,配辊压力值的确定,初轧机上取1015mm的下压力;对开坏轧机上的箱形孔配置压力值不大于(2%3%)D0;对其他延伸孔型配置压力值不大于1%D0.闭口孔型配置压力值取26mm；成品孔型力求不配置压力值。,.,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,3.3轧辊中线、轧制线和孔型中性线,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。配辊时轧制线和孔型中性线重合,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。,上压力轧制时轧辊的配置情况,.,3.4孔型在轧辊辊身长度上的配置,确定辊环的间距即辊环宽度,原则,中间辊环：对钢轧辊的中间辊环宽度bz0.5hp(hp为轧槽深度)边辊环；轧辊边辊环宽度Bb在型钢轧机上要为导卫装置调整留出足够的位置。大中型轧机一般取Bb100150mm，小型轧机一般不小于40mm。,6.对于左右不对称的孔型，为了减少轧制时的轴向力，防止轧辊轴向窜动造成厚度不均，在配辊时应使孔型在纵轴上的投影相等。,.,3.5孔型在轧辊上的配置步骤,按轧辊原始直径D画出上辊和下辊轴线,在两个轴线间作一条等分线，即为轧辊中线,当不配压力时，孔型中性线与轧辊中线重合作为轧制线；当配置压力时，在距轧辊中线xm/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,.,已知某1100mm方坯初轧机，其中箱型孔型高度为220mm，辊缝s=15mm，采用m=10mm下压配置，试将此孔型配置到轧辊上。（取重车系数K=0.12）,3.6孔型配置例题,.,已知某1100mm方坯初轧机，其中箱型孔型高度为220mm，辊缝s=15mm，采用m=10mm下压配置，试将此孔型配置到轧辊上。解：计算轧辊原始直径，并绘制上、下轧辊轴线，取重车系数K=0.12,则在两轧辊轴线间画出轧辊中线，与上、下轧辊的距离为D/2=582.5MM。确定轧制线位置。因配置下压力，故轧制向上偏移值为确定孔型中性线。简单对称断面孔型的水平对称轴线即为孔型中性线，使孔型中性线与轧制线重合，绘制出孔型图。计算有关尺寸，绘制出轧辊配辊图。上辊辊环直径下辊辊环直径上辊槽底轧辊直径下辊槽底轧辊直径,D=(1+K/2)D0=(1+0.12/2)1100=1165mm,X=Dk/4=10/4=2.5mm,Dhs=D-2x-s=1165-22.5-15=1145mm,Dhx=D+2x-s=1165+22.5-15=1155mm,Dks=Dhs+s-h=1145+15-220=940mm,Dkx=Dhx+s-h=1155+15-220=