角钢孔型设计

1、攀枝花学院本科毕业设计（论文） 角钢孔型设计 学生姓名： 宋龙江 学生学号： 200711102049 院（系）： 材料工程学院 年级专业： 07 级材料成型与控制工程 指导教师： 张利民 讲师 二一一年六月 摘要 角钢属建造用碳素结构钢，是简单断面的型钢钢材，主要用于金属构件及 厂房的框架等。 本论文通过对现有资料的研究及分析，选择了角钢初轧、切分轧制、精轧 三个阶段的轧制孔型系统及其各个孔型系统参数的确定方法，并针对角钢轧制 中蝶式孔型系统共用性差的缺点，采用了用按最大厚度来设计此规格的角钢来 克服这个缺点。 关键字关键字 角钢，孔型系统，孔型设计 abstract angle iron

2、belongs to carbon structural steel in construction，it is a kind of simple section steel, mainly used for metal structures and plant framework etc. this paper chooses the rolling pass system and its parameters of each method for determining the pass system in the initial rolling angle,slit rolling,ro

3、ll embossing three stages, through researching and analysis the available information, and for shortcomings of poor interoperability in butterfly pass system in rolling angle,it adopts the means of designing the specifications of the angle by the maximum thickness to overcome this shortcoming. key w

4、ords angle steel，pass system，pass design 目目 录录 摘要摘要 i abstractabstractii 1 1 绪论绪论1 1.11.1 概述概述1 1.21.2 生产工艺简介生产工艺简介1 2 2 孔型系统的演变孔型系统的演变3 2.12.1 在开口蝶式孔型中用自由宽展法轧制在开口蝶式孔型中用自由宽展法轧制3 2.1.1 开口蝶式孔型系统的优点3 2.1.2 开口蝶式孔型系统的缺点3 2.22.2 在闭口蝶式孔型中用限制的变形宽展法轧制在闭口蝶式孔型中用限制的变形宽展法轧制4 2.2.1 闭口蝶式孔型系统的优点4 2.2.2 闭口蝶式孔型系统的缺点4

5、 2.32.3 角钢轧制孔型系统的发展方向角钢轧制孔型系统的发展方向4 3 3 孔型系统的设计方法孔型系统的设计方法6 3.13.1 蝶式孔型设计方法蝶式孔型设计方法6 3.1.1 蝶式孔的构成6 3.1.2 假想成品蝶形断面尺寸确定7 3.1.3 蝶式孔型设计方法8 2.1.4 蝶式孔的参数确定8 3.23.2 角钢的延伸孔型设计方法角钢的延伸孔型设计方法11 3.2.1 延伸孔的选择12 3.2.2 延伸孔型系统的轧件的尺寸计算12 3.2.3 延伸孔型系统的孔型尺寸计算14 3.33.3 角钢的切分孔型设计方法角钢的切分孔型设计方法15 3.3.1 切分孔的作用与形式15 3.3.2 切

6、分孔的压下系数16 3.3.3 切分孔的计算方法16 4 4 6 6 号角号角钢钢孔型孔型设设计计18 4.14.1 角钢轧制工艺角钢轧制工艺18 4.1.1 坯料的选择18 4.1.2 平均延伸系数的确定18 4.1.3 轧制道次的确定18 4.1.4 孔型系统的确定19 4.24.2 孔型设计孔型设计19 4.2.1 角钢蝶式孔的设计19 4.2.2 角钢箱型孔的设计24 4.2.3 角钢切分孔的设计26 4.34.3 配辊配辊29 4.44.4 蝶式孔校核蝶式孔校核31 4.4.1 校核槽口宽度是否合理31 4.4.2 校核顶角压下系数是否大于腿厚压下系数31 4.54.5 箱型孔充满度

7、校核箱型孔充满度校核32 4.64.6 孔型沿辊身上配置的校核孔型沿辊身上配置的校核33 5 5 辅件设计辅件设计34 5.15.1 导板设计导板设计34 5.25.2 卫板设计卫板设计35 6 6 结论结论37 参考文献参考文献38 致谢致谢39 1 绪论 1.1 概述 角钢属建造用碳素结构钢，是简单断面的型钢钢材，主要用于金属构件及 厂房的框架等。在使用中要求有较好的可焊性、塑性变形性能及一定的机械强 度。生产角钢的原料钢坯为低碳方钢坯，成品角钢为热轧成形、正火或热轧状 态交货。角钢可按结构的不同需要组成各种不同的受力构件，也可作构件之间 的连接件。广泛地用于各种建筑结构和工程结构，如房梁

8、、桥梁、输电塔、起 重运输机械、船舶、工业炉、反应塔、容器架以及仓库货架等。 角钢主要分为等边角钢和不等边角钢两类，其中不等边角钢又可分为不等 边等厚及不等边不等厚两种。 角钢的规格用边长和边厚的尺寸表示。目前国产角钢规格为 2-20 号，以边 长的厘米数为号数，同一号角钢常有 2-7 种不同的边厚。进口角钢标明两边的 实际尺寸及边厚并注明相关标准。一般边长 12.5cm 以上的为大型角钢， 12.5cm-5cm 之间的为中型角钢，边长 5cm 以下的为小型角钢。 我国进口、出口角钢各有一定批量，主要从日本、西欧进口。出口输往地 区主要为港澳、东南亚、拉美及阿拉伯国家等。出口生产企业主要为辽宁

9、、河 北、北京、上海、天津等省市的钢铁厂（轧钢厂） 。 进出口角钢的定货一般以使用中所要求的规格为主，其钢号为相应的碳结 钢钢号。即角钢除了规格号之外，没有特定的成分和性能系列。进口角钢品种 多为大型、小型角钢及特殊形状角钢，出口品种多为中型角钢如 6 号、7 号等。 角钢的交货长度分定尺、倍尺两种，国产角钢的定尺选择范围根据规格号的不 同有 3-9m、4-12m、4-19m、6-19m 四个范围。日本产角钢的长度选择范围为 6- 15m。 角钢的表面质量在标准中有规定，一般要求不能存在使用上有害的缺陷， 如分层、结疤、裂缝等。角钢几何形状偏差的允许范围在标准中也有规定，一 般包括弯曲度、边宽

10、、边厚、顶角、理论重量等项，并规定角钢不得有十分显 著的扭转。 1.2 生产工艺简介 角钢属于简单断面的型钢，型钢生产的特点是产品断面复杂、产品品种多、 轧机类别多，因而采取何种轧机和生产方式、布置形式，需视生产品种、规模 及产品技术条件而定。型材的轧制方法有以下几种：普通轧法就是在一般二辊 或三辊轧机上进行轧制，孔型由两个或三个轧辊的轧槽所组成，可生产一般简 单、异形和周期断面型材；多辊轧法孔型由三个以上轧辊轧槽组成，减小了闭 口槽的不利影响，可轧出凸缘内外侧平行的经济断面型材，轧制精度高，轧辊 磨损、能耗、轧件残余应力均减少。热弯轧法是将坯料轧成扁带或接近成品断 面的形状，然后在后继孔型中

11、趁热弯曲成型，可轧制一般方法得不到的弯折断 面型钢；热轧纵剖轧法是将较难轧的非对称断面产品先设计成对称断面，或 将小断面产品设计成并联形式的大断面产品，以提高轧机生产能力，然后在轧 机上或冷却后用圆盘剪进行纵剖；热轧冷拔（轧）法是先热轧成型，并留有 加工余量，后经酸洗、碱洗、水洗、涂润滑剂、冷拔（轧）成材，可生产高精 度型材，产品机械性能和表面质量均高于一般热轧型材；热冷弯成型法是以热 轧或冷轧板带为原料，使其通过带有一定槽形而又回转的轧辊，使板带钢承受 横向弯曲变形而获得所需断面形状的型材。角钢生产一般使用普通轧制法轧制 角钢。 角钢一般生产工艺流程1： 图 1.1 生产工艺流程图 坯料准备

12、 由于角钢对材质要求一般并不特殊，在目前技术水平下几乎 可以全部使用连铸坯。连铸坯断面形状可以是方形或矩形，连铸技术水平高的 使用异形坯。用连铸坯轧制普通型钢绝大多数可不必检查和清理，从这个角度 说，大、中型型钢最容易实现连铸坯热装热送，甚至直接轧制。 坯料加热 现代化角钢生产加热一般用连续式加热炉，保证原料加热均 匀且避免水印对产品的不利影响。为提高加热质量，这次角钢轧制使用的是小 型轧机，采用步进式加热炉。加热温度一般在 10501200之间。 轧制 角钢轧制分为粗轧、切分轧制和精轧，粗轧将坯料轧成适当大小 适合切分轧制的扁坯，由于粗轧阶段轧件温度较高，应该将不均匀变形尽可能 放在粗轧阶段

13、；切分轧制使轧件能够使角钢的两条腿被对称地切分，被切分后 的轧件基本吻合下一道次的形状，保证下一道次轧制的稳定性；精轧是为了保 证角钢成品尺寸的精度，延伸量较小。 精整 角钢轧后精整有两种工艺：一种是传统热锯切定尺和定尺矫直工艺； 另一种是较新式的长尺冷却、长尺矫直和冷锯切工艺。热锯用于 7.5 号以上角 钢的锯切。 轧后冷却根据钢种、断面形状和尺寸及对产品组织性能的不同要求，有空 冷、堆冷和缓冷等方法。由于角钢对冷却速度没有什么特别的要求，一般的角 钢冷却都采用空冷来冷却。 2 孔型系统的演变 早期轧制角钢采用直边闭口孔型，由于这种轧制方法有孔型切入深，有较 大的附加摩擦等一系列的缺点，现在

14、早已停止使用。近代则采用弯边蝶式孔型， 它有两种基本孔型形式，即开口蝶式孔型系统和闭口蝶式孔型系统。 2.1 在开口蝶式孔型中用自由宽展法轧制 在开口孔型系统中，除精轧前孔使用闭口孔型外，其他全部采用开口孔型， 在无扭转（水平滚与立辊交替组成的机组）的连续式小型轧机上，由于可以安 排的立轧道次多，因此精轧前孔也可以使用开口孔型，即采用全开口式孔型轧 制。但是这种方法并未推广开来。 角钢轧制的第一阶段是大量采用立轧辊的开口蝶式孔型系统。虽然经过长 期实践，都能在相应的车间条件下轧出不同类型的中，小规格的角钢。但是随 着生产的不断发展，群众性的技术革新，车间机械化的不断提高，对角钢的质 量，产量的

15、要求不断提高，因而孔型系统也不断改进和发展，目前大多采用平 轧蝶式孔型系统。 2.1.1 开口蝶式孔型系统的优点2 孔型设计简单，通过调整立轧孔可以灵活控制轧件宽度，轧机调整方便； 轧辊加工容易，轧制时无“耳子”现象； 孔型共用性好，通过调整辊缝，一套孔型可以轧制几种相邻规格的角钢； 立轧孔型可去除轧件表面氧化铁皮，加工轧件腿端，并能适当校正轧件 不对称现象； 立轧孔型中挤出肥大耳子使后续角钢充满保证顶角尖锐。 2.1.2 开口蝶式孔型系统的缺点 进立轧孔前轧件需要翻刚 90，自动对准较难，需要人工喂刚，使工人 劳动强度增大； 立轧孔切槽较深，轧辊强度低，特别是轧制大号角钢，由于轧辊削弱较 大

16、，考虑轧辊强度，因此立轧孔的变形量不能太大，故轧制道次增加； 立轧孔型前的开口切分孔的导卫控制要求高，当导卫控制不当，开口切 分孔轧出的轧件产生较严重的不对称，若立轧孔压下量不大时，就无法校正腿 长，导致角钢成品的腿长偏差，有时角钢顶部还会出现折叠现象。 因此，带立轧开口蝶式孔型系统通常用于轧制小号角钢，一般多用在多品 种小批量车间，大号角钢和专业性的角钢车间不宜采用。 2.2 在闭口蝶式孔型中用限制的变形宽展法轧制 除精轧孔型外，全部均为弯边闭口的蝶式孔型，因而它比直边的孔型切槽 浅，相应的提高了轧辊强度，同时也减少了附加摩擦。在闭口蝶式孔型中采用 限制宽展轧制，以控制轧件的宽度和加工两端侧

17、边。为了防止轧件在孔型中过 充满，相邻孔型的轧辊开口位置上下相互交替。 而现在广泛采用闭口平轧蝶式孔型系统3。在这一阶段的特点是逐步淘汰 了立轧孔，除小规格角钢 2 号、2/3 号还在使用外，其他各种规格的角钢均不采 用，主要是通过长期的的实践，我们感觉立轧孔存在许多缺点： 立轧孔的切槽较深，消弱了轧辊强度，特别是在轧制大规格角钢时，轧 辊强度消弱的更大，降低了轧钢机的利用率； 轧件进立轧孔时需要人工翻钢，不利于大规模，高效率生产，而且工人 的劳动强度高； 由于预轧孔中采用自由宽展的开口孔，轧件在孔型中的位置完全靠导卫 装置来控制，常常由于控制不严，轧件在孔型内左右移动，很不稳定。当立轧 孔压

18、下量不大时，往往起不到修正腿长的作用，因而公差波动，调整频繁，产 量和质量不稳定。 2.2.1 闭口蝶式孔型系统的优点 孔型系统中没有立轧孔，全部采用平轧道次，不需要翻刚，便于机械操 作，以利于保证轧制温度，提高轧制速度，有利于轧制周期正常； 孔型上下开口位置上、下交替，使角钢腿端得到较好的加工，保证角钢 腿端形状较好； 孔型系统中的关键道次即预切分孔采用闭口孔型，有效的保证角钢腿长 尺寸的公差的稳定； 轧件在闭口孔型中轧制稳定，腿端易控制，调整方便，有利于更好地控 制产品的尺寸及质量。 2.2.2 闭口蝶式孔型系统的缺点 闭口蝶式孔型系统的缺点是孔型系统的公用性差，在进行平扎蝶式孔型系 统设

19、计时要对轧件的宽展必须进行精确估算。 2.3 角钢轧制孔型系统的发展方向 在连轧机上轧制角钢时，孔型尽量采用平轧蝶式孔型，减少立轧孔或不使 用立轧孔，便于机械化操作，减少生产工艺因数的波动，提高轧制的稳定性； 切分孔基本上采用闭口蝶式孔，提高轧件在轧制时的稳定性，使两腿被对称地 切分，被切分后的轧件基本吻合下一道次的形状，保证下一道次轧制的稳定性； 在最后的成品孔选择上要按照工厂生产的要求来选择成品孔的孔型。半闭口成 品孔的特点是在腿端有一台阶，可使腿端得到加工并可控制腿长，如果只是大 批量生产某一个型号的角钢且产量稳定时才采用这种成品孔型。在大多数轧钢 车间中，一个成品孔型中轧制出不同腿厚的

20、的角钢，多采用开口式成品孔。 3 孔型系统的设计方法 3.1 蝶式孔型设计方法 3.1.1 蝶式孔的构成 蝶式孔型系统的作用是压缩轧件，使之逐步过渡到成品形状。正确设计蝶 式孔型系统对生产过程的稳定性十分重要。如图 3.1 所示蝶式孔由直线段长度 、水平段长度和弯曲段圆弧半径三部分组成，蝶式孔设计的主要任务就是合理 的确定各个蝶式孔的这三部分的尺寸4。 直线段长度 直线段长度是决定蝶式孔型形状的主要因素之一。直线段 较长，则轧件短而高，比较接近成品形状，轧件在孔型中轧制比较稳定，顶角 容易对正，产生顶角偏斜和塌角的次品较少。但是孔型切槽的深度随直线段的 增加而加深，这就对轧辊强度的消弱也就相应

21、的增加了。直线段较短时，则情 况真好相反。因此轧制小号角钢时可以采用较长的直线段。 弯曲段和水平段 弯曲段圆弧半径取得较大时，将会使孔型的高度增加， 孔型的弯曲段较长，对轧件的稳定性有利，但孔型切槽较深。但是当弯曲段圆 弧半径取较小时，虽然孔型比较扁平，车槽较浅，可是蝶式轧件在成品孔内弯 曲变形过于剧烈，容易引起腿长波动，腿端形状不良及腿表面折皱等瑕疵。 因此，当弯曲段圆弧半径及直线段长度取得较大，蝶式孔窄而高，轧件在 孔型内稳定，但切槽较深。当弯曲段圆弧半径及直线段长度取得较小时，孔型 宽而扁平，切槽较浅，有利于扩大轧件的产品的规格范围，为了改善其稳定性 和轧件在成品孔内弯曲变形过于剧烈的毛

22、病，可以通过采用下开口的成品前孔、 半闭口式成品孔及增大成品孔的压下量加以克服5。表 3.1 为常用的蝶式孔基本 参数。蝶式孔断面形状过渡如图 3.2 所示6。 图 3.1 蝶式孔构成 表 3.1 角钢蝶式孔参数 参数 规格 l hr水平段长度/mm 23.6 号（0.40.55）l（0.580.63）l04.5 46.3 号（0.30.40）l（0.350.63）l020 7.512 号（0.40.42）l（0.550.60）l1218 图 3.2 蝶式孔断面形状过渡图 3.1.2 假想成品蝶形断面尺寸确定 假想成品蝶形孔如图图 3.3 所示，各蝶式孔具有相同的顶角度数、直线段 长度和弯曲段

23、圆弧半径（各孔型上轮廓线相同） 。其腿厚中线上的直线段长度随 腿厚减薄而增加，弯曲段圆弧半径随腿厚的减薄而减小，如图 3.2 所示。为此 将成品断面按其腿长和腿厚绘制成蝶式断面（称为假想蝶式断面） 。各道次蝶形 轧件上轮廓的顶角、直线段和弯曲段圆弧半径均与假想蝶式断面相同，然后按 照假想蝶式断面依次确定各道次蝶形轧件断面尺寸7。最后根据蝶式轧件断面 构成各个蝶式孔型。轧制过程稳定和顶角充满，而且成品腿长波动也相对稳定。 假想成品蝶式孔计算方法是根据表 3.1 选定蝶式孔的基本参数后按以下计 算蝶式孔的其他尺寸，如图 3.3 所示： 图 3.3 假想成品蝶式孔 22 h aeecrl sinsi

24、n 2 h akkclr sin(1 cos ) 2 h eglr (0.5 )(0.5 ) 4 bh llldrd 2()2 hb brll 在求出上述基本尺寸后，确定 a、b、c、d、e、f、g 六点，因各蝶式孔 有相同的顶角系数、直线段长度和弯曲段圆弧半径，故各个蝶式孔都有相同的 这六点，选择合理的压下系数确定各个蝶式孔的腿厚，计算宽展从而确定宽度 和其他尺寸。 3.1.3 蝶式孔型设计方法的确定 现在常用的蝶式孔型的设计方法有两种8：一是蝶式孔中心线固定法，二 是蝶式孔上轮廓线固定法。第一种是各蝶式孔的顶角度数，直线段长度，弯曲 段长度依次变化，即从成品孔起逆轧制顺序各蝶式孔顶角及直线

25、段依次增大， 曲线段依次减小，因而各蝶式孔的轮廓逐渐变化。第二种方法是个蝶式孔具有 相同的顶角度数，直线段长度和弯曲段长度。 第一种方法设计的孔型由于随着顶角逆轧制顺序依次增大，所以顶角难以 充满容易形成塌角的缺陷，为了弥补这一缺陷，采用了假帽的辅助措施，这就 增添了设计和车滚的工作量。而在第二种方法中避免了这一缺陷，顶角充满良 好、角形清晰，所以减少了设计和车滚的工作量；其次，由于顶角随着逆轧制 顺序依次增大，轧机在孔型内稳定性较差，容易造成两条腿长度不一的缺陷， 因而对导卫的设计和安装要求较严。第二种方法防止了这个问题，因而调整方 便，对导卫的要求不高；其三，由于各蝶式孔的轮廓线不一样，因

26、而样板加工 轧辊车削比较麻烦。而第二种方法由于孔型上轮廓相同，轧辊车削方便，孔型 磨损比较均匀，容易修复；最后，第一种设计方法计算过程十分麻烦，而第二 种设计方法则甚为简单。 这次角钢孔型系统的设计方法采用第二种设计方法，就是采用上轮廓线固 定法来设计。 2.1.4 蝶式孔的参数确定 蝶式孔的数目确定 角钢的蝶式孔型数目根据断面大小一般取 37 个。 蝶式孔型数目取得较多，轧件在轧制过程中变形缓和和孔型磨损较均匀、产品 质量较好。但是这样会增加轧制道次，轧辊车削加工量和贮备量相应增加。因 此，必须根据车间设备能力、产品生产批量以及产品断面大小全面加以权衡， 慎重确定。通常轧制小号角钢取 34

27、个蝶式孔，中号角钢取 47 个蝶式孔。 蝶式孔的腿厚的确定 蝶式孔的腿厚计算： 或 211 dd 211 ddd 或 322 dd 322 ddd 或 433 dd 433 ddd 式中 ，等各孔的腿厚； 1 d 2 d 3 d 1 k 2 k 3 k ，等各孔的压下量； 1 d 2 d 3 d 1 k 2 k 3 k ，等各孔的压下系数； 1 2 3 1 k 2 k 3 k 压下量和压下系数的确定 角钢的压下系数或压下量的大小决定于电机 的能力、设备的能力、金属的塑性、轧机的咬入和孔型的磨损等因素。一般按 顺轧方向压下系数和压下量逐道次减小，常用的角钢压下系数和压下量见表 3.2 所示9。

28、表 3.2 蝶式孔型中压下系数和压下量 孔型k1k2k3k4k5k6k7 1.11.371.131.731.2051.571.271.91.311.481.271.521.31.45 d/mm0.5215273184226.591525 蝶式孔水平段宽度的确定 蝶式孔的宽展按腿厚中心线长度计算水平段 长度： 2111kkk lld 3222kkk lld 4333kkk lld 式中 ，等孔型中心线长度，mm 1k l 2k l 3k l 1 k 2 k 3 k ，等孔型的宽展系数。 1 2 3 1 k 2 k 3 k 所以，各蝶式孔水平段宽度为： 2222 (0.5)(0.5) 4 bkkh

29、kk llldrd 3333 (0.5)(0.5) 4 bkkhkk llldrd 角钢各孔型的宽展系数取值见表 3.3。 表 3.3 角钢各孔型中宽展系数 角钢规格大型角钢中型角钢小型角钢 成品孔0.71.00.71.5 蝶式孔内跨圆弧半径的确定 内跨圆弧半径逆轧制方向逐渐增大。为了 提高轧件的稳定性，设计时相邻两孔的内跨圆弧半径差应小一些，特别的成品 前孔的内跨圆弧半径与成品孔的内跨圆弧半径要更小些，对中、小号角钢一般 取： 21 (1 2)mmrr 式中 成品孔 k1 的内跨圆弧半径。 1 r 但是必须保证轧件在成品孔和成品前孔的顶角压下系数大于腿厚压下系数， 即： ； 33 22 kk

30、 kk gd gd 22 11 kk kk gd gd 而顶角高度与圆弧半径有如下关系： k g k r 2() kkkk grdr 为了满足顶角压下系数大于腿厚压下系数，就需要增大圆弧半径值，当 k r 相邻两个孔型的跨间圆弧半径之差增大到一定值时，则会出现轧制不稳定得现 象，如果还需要增加顶角高度，则应通过假帽的方法来实现10，假帽由两部 k g 分尺寸构成，假帽高度和边长，一般：fa 1.5 2.0mmf 15 25mma 接近成品孔的道次取小值，远离成品的道次逐渐取大值。 蝶式孔腿端圆弧半径、的确定 蝶式孔腿端圆弧半径如图 3.4 所示： 1 r 2 r 图 3.4 腿端圆弧半径（左边

31、为上开口，右边为下开口） 上开口蝶式孔的腿端圆弧半径、为： 1 r 2 r ； 1 11 () 23 rd 2 0 2mmr 下开口蝶式孔的腿端圆弧半径、为： 1 r 2 r ； 1 11 () 45 rd 2 0 2mmr 蝶式孔0.250.450.30.40.30.6 锁口尺寸 孔型锁口尺寸与轧辊强度有很大关系，为提高孔型的共用形， 锁口尺寸适当取大值。锁口尺寸： (0.25 0.5)md 锁口间隙 一般按照角钢的号数来选择：t 小号角钢：0.31mmt 中号角钢：0.7 2.5mmt 孔型的侧壁斜度 一般参照下面的范围来选择孔型的侧壁斜度： 号角钢：2 3.610% 20%y 号角钢：4

32、 6.25% 20%y 号角钢：7.5 125% 20%y 孔型腿端的锁口尺寸、锁口间隙和侧壁斜度如图 3.5 所示。 图 3.5 蝶式孔腿端参数 当成品前孔采用下开口式蝶式孔时，为了保证腿端形状良好，孔型侧壁斜 度应去小些，对于上开口的成品前孔，可以取得稍大些。侧壁斜度太小容易引 起爆槽（辊环折断） 。此外，相邻的两个蝶式孔的侧壁斜度差值不宜过大，一般 以较好。5% 8% 蝶式孔的开口 蝶式孔的开口位置确定原则是成品孔如果开口成品孔则 成品前孔则采用上开口蝶式孔；如果成品孔采用半闭口成品孔，则成品前孔采 用下开口蝶式孔。成品前孔后的蝶式孔型按照相邻孔型开口位置上下交替的原 则11。这样可以保

33、证角钢腿端形状清晰和质量良好。 3.2 角钢的延伸孔型设计方法 多数型钢生产是在保证红坯的质量的前提下，用较小的轧制道次和较快的 变形速度为中轧或精轧提供合乎要求的红坯。延伸孔型的作用是压缩轧制断面， 为成型孔提供合乎要求的坯料。它对产品产量、质量有很大的影响，但是对产 品最后形状影响不大。常用的延伸孔型系统：箱形孔型系统、菱方孔型系统、 菱菱孔型系统、椭方孔型系统、六角方孔型系统、椭圆孔型系统和椭 方孔型系统12。这些孔型系统可以单独使用，也可以组合使用，形成混合延 伸孔型系统。因此，合理选择并设计延伸孔型，是产品优质质量、低成本的重 要保证。延伸孔型设计的主要内容是孔型系统的选择和各轧制道

34、次孔型尺寸的 计算。 3.2.1 延伸孔的选择 孔型系统的选择是延伸孔型设计的一个重要环节，孔型系统选择的合适与 否，将直接影响轧机生产率，产品质量，各种消耗指标及生产操作难易程度， 选择时必须参照坯料尺寸、坯料质量和主电机功率等条件。 在这次角钢轧制中延伸孔型采用了箱型孔型系统。箱型孔型系统包括了五 个箱型孔，采用平平立立平箱型孔组合来轧制坯料，在第二道次和第 四道次轧制完成后翻钢。 3.2.2 延伸孔型系统的轧件的尺寸计算 孔型尺寸计算的第一步是计算各道次的轧件尺寸（高度和宽度） ，在得到各 道次的轧件高度和宽度的基础上，按照孔型的构成关系计算相关孔型尺寸。由 于我们已知坯料和成品尺寸，以

35、及翻钢与轧制道次，所以我选择了压下量计算 法来设计这次箱型孔型系统的尺寸13。首先根据坯料和成品尺寸计算总的压下 量和宽展量。 总宽展和总压下量 总宽展量为：b (0.15 0.2)()()bhhbb 总压下量为：h ()()hbhhbb 式中 ，坯料的高度和宽度；，成品的高度和宽度。hbhb 各道次的压下量与宽展量 假定没有翻钢轧制，即无宽度方向压下，换 句话就是仅有 1、2、5、6、9 道次轧制，如图 3.6 所示这时轧件在高度方向上 的压下量为： / h hhh 图 3.6 箱型孔型系统翻钢程序与轧制 道次已知轧件在压下的同时会出现宽展，如图 3.7 所示，轧件轧制前后形状， 其宽展量为

36、： h b 12569h bbbbbb 或 1122556699h bhhhhh 式中 ，1、2、5、6、9 道次的宽展量； 1 b 2 b 5 b 6 b 9 b ，1、2、5、6、9 道次得宽展系数； 1 2 5 6 9 ，1、2、5、6、9 道次的压下量。 1 h 2 h 5 h 6 h 9 h 高度方向上的总压下量经 1、2、5、6、9 道次压下来实现，即： h h 12569h hhhhhh 式中 ，1、2、5、6、9 道次压下量。 1 h 2 h 5 h 6 h 9 h 图 3.7 轧件轧制前后形状 因此经过 1、2、5、6、9 道次轧制后，轧件的宽度： / b / bbb 因此宽

37、度方向上的压下量为： / bh hbbbbb 即宽度方向上的压下量由原来的变成了，增加了高度方bb h bbb 向上压下时产生的宽展量。 h b 宽度方向上的总压下量由翻钢后轧制产生的压下量总和，即在水平方 b h 向上的 3、4、7、8 道次轧制是产生的压下量的总和，即： 3478hb bbbhhhhh 式中 ，3、4、7、8 道次的压下量。 3 h 4 h 7 h 8 h 同理高度方向上的总压下量也由原来的增加到，即：hh h h hb hhhb 式中 为翻钢轧制后引起的宽展量，其值如下： b b 3478b bbbbb 或 33447788b bhhhh 式中 ，3、4、7、8 道次的压

38、下量； 3 h 4 h 7 h 8 h ，3、4、7、8 道次的宽展； 3 b 4 b 7 b 8 b ，3、4、7、8 道次的宽展系数。 3 4 7 8 各道次压下量和宽展量得分配 开始轧制时由于温度较高，在轧机咬入 能力容许的情况下，尽量压下量取大值，随着温度的降低，顺轧制道次压下量 逐渐减小。另外，上轧制道次的压下量要小于下轧制道次，这是因为升降台有 一个送入角，影响轧件咬入。随着温度降低，宽展量变大，因此顺轧制道次系 数逐渐增大14。 各道次轧件尺寸的计算 根据已分配的各道次压下量和宽展量和翻钢程 序，可按照顺轧制道次或逆轧制计算各个道次轧件尺寸。 已知坯料尺寸和，逆轧制道次计算。hb

39、 第 1 道次：， 11 hhh 11 bbb 第 2 道次：， 212 hhh 212 bbb 因为翻钢，因此， 第 3 道次：， 323 hbh 323 bhb 第四道次：， 434 hhh 434 bbb 3.2.3 延伸孔型系统的孔型尺寸计算 根据上面的轧件尺寸来计算箱型孔的尺寸。轧件在箱型孔内的宽展系数是 根据不同的位置和孔型类别有所不同，一般为 00.45，轧件在前两道次轧制时 几乎没有宽展，这是因为钢锭内部比较疏松，随轧制道次增加温度逐渐下降， 摩擦系数逐渐增大，轧件厚度不断减小。宽展系数随顺轧制道次逐渐增大，具 体见表 3.4 所示。 表 3.4 箱型孔型的宽展系数 中小型开坯

40、机轧制钢锭或钢坯型钢轧机轧制钢坯 轧制条件 第 1 道次 第 4 道次轧 钢锭 扁箱型孔型方箱型孔型扁箱型孔型方箱型孔型 宽展系数00.10.150.30.150.250.250.450.20.4 箱型孔型系统的孔型尺寸包括槽底宽度、槽口宽度、侧壁斜度、箱型孔槽 底凸度、圆角半径和辊缝值。其箱型孔的构成如图 3.8 所示。 图 3.8 箱型孔的构成 槽底宽度 箱型孔槽底宽度及轧件的咬入能力与侧压大小等方面，槽底 宽度小于轧件来料宽度，轧制在带有限宽展的条件下进行，因为使轧件开 k bb 始咬入时首先与孔型侧壁四点接触，孔型侧壁与金属侧面相挤压产生侧摩擦力， 使咬入能力得到改善，理想的情况是咬入

41、瞬间，轧件既和槽底又与侧壁相接触， 使之既有夹持作用，又不至于使孔型侧壁磨损严重。一般的槽底宽度取值为： k b 或 (0 8)mm k bb(11.02) k bb 式中 来料宽度。b 侧壁斜度 箱型孔型的侧壁斜度对轧件咬入和稳定性有很大的影响。侧 壁斜度对轧件有扶正的作用，侧壁斜度配合一定的箱型孔槽底宽度会影响箱型 孔的侧压，同时轧件宽度，孔型侧壁小的时候，轧件稳定性就很高，轧件的咬 入能力就很大，但是侧壁斜度过小时，孔型侧壁磨损就很大，轧制时会出现刮 丝或轧件被夹牢而不易脱槽和冲击力不够。所以孔型设计时一般的单侧壁斜度 取值如下：y 平箱孔型： ；立箱孔型： 10% 20%y 5% 25

42、%y 凸度 采用凸度的目的使为了使轧件在进入下一个孔型时状态稳定，避 免轧件左右倾倒，同时也是防止在翻钢后形成“耳子”缺陷。 凸度大小视轧机及轧制条件而定，一般初轧机上，三滚开f5 10mmf 坯机上。一般按照前面孔型中的凸度取大些，后面孔型的凸度2 6mmf f ，这是为了轧件得到较好的表面质量。0f 凸度的构成有三种形式，即折线形，弧线形和直线形。直线形的平直段， t b 可以根据孔型宽度的大小，取，它对于防止“耳子”缺陷很好的效30 80mm 果。 圆角半径与辊缝 内圆角半径：；外圆角半径：(0.12 0.2)rb ；辊缝：(0.12 0.2)rb5 20mms 3.3 角钢的切分孔型设

43、计方法 3.3.1 切分孔的作用与形式 切分孔的作用是通过楔子在矩形轧件上把角钢的两条腿正确的切分出来。 因此，切分孔无论对立轧系统或平轧系统来说都是十分关键的，必须正确设计。 切分孔的优点有15： 大幅提高了粗轧机的生产能力。在不增加轧制台数，坯料大小不变或增 大时，可用低的轧制速度获得高的生产率； 在不增加轧制道次前提下，实现用小轧机轧制大坯料； 改变孔型结构，变不对称产品为对称产品； 扩大产品规格范围； 降低成本和能源消耗，在相同条件下，可将钢坯加热温度降低 40左右， 燃料消耗可降低 15%左右，轧辊消耗可降低 15%左右。 现在角钢轧制的切分孔一般有闭口和开口两种形式。开口式切分孔的

44、特点 是： 共用性好，可以通过调节辊缝及导卫来生产相邻号数的角钢； 孔型形状简单，车削容易，切槽浅，轧辊强度高； 轧件稳定性较差，不易正确的切分出轧件，必须配置一定的立轧孔来控 制和依靠导卫来控制轧件位置，所以对导卫的设计、安装的要求较高； 轧件在孔型内处于自由宽展状态，不会产生“耳子”缺陷。 闭口切分孔克服了开口式切分孔的一些缺点，其特点是稳定性好，轧件在 孔型内不会左右游走，能准确的切分出两条腿。同时由于闭口式切分孔的外形 与蝶式孔有几分相似，所以轧件在闭口切分孔内轧制是稳定的，这就大大简化 了调整工作和提高了成材率，因此闭口蝶式孔得到广泛使用。但是其缺点是共 用性十分差。 3.3.2 切

45、分孔的压下系数 切分孔内的压下系数是以来料的高度与切分孔腿厚之比来表示，一般hh 应根据轧机能力、孔型构成方法和坯料情况来选择16。轧制号角钢时，2 2.6 由于采用短水平段及大的圆弧段半径的蝶式孔，孔型窄而高，切分孔型也就要 窄而高，所以必须采用很大的压下系数才能使顶角充满，一般用的压下系2 3 数才能使顶角充满；轧制号角钢时，由于采用了长水平段及小的圆弧段4 6.3 半径，所以孔型扁平，因此采用扁平的切分孔为宜。其压下系数一般为 就能使其顶角充满；而轧制号角钢时，也采用短水平段及大的1.35 2.27.5 12 圆弧段半径的蝶式孔，孔型窄而高，但是由于轧机能力有限，其压下系数太大， 一般采

46、用。1.4 1.9 3.3.3 切分孔的计算方法 对切分孔的要求是能够正确的把两条腿切分出来，并且保证顶角充满良好。 这次角钢的切分孔设计，我选择了闭口蝶式切分孔作为角钢轧制的切分之用。 其 压下系数选。2.0 平底切分孔如下图 3.9 所示： 图 3.9 平底蝶式切分孔 平底蝶式切分孔的槽口宽度： ，式中 来料的宽度 1 bbbb 。0 1mmb 顶角角度：。100 120 顶角到腿厚的高度与腿厚的比值一般取值为，即： / 1 h 1 h1.30 2.2 / 1 1 =1.30 2.2 h h 1 h h 式中 来料的高度；压下系数，一般压下系数取值为：。h1.3 2.2 切分孔凸起的宽度：

47、 / 1 2tan 2 bh 切分孔的腰部圆弧半径： 1 (0 5)mmrr 式中 蝶式孔的弯曲段圆弧半径r 外圆角： 11 11 () 32 rh 内圆角： 2 1 3mmr 辊缝： 6 8mms 锁口间隙： 2 3mmt 侧壁斜度： 16% 20%y 锁口与辊环间的圆弧半径： 3 6mmr 4 6 号角钢孔型设计 4.1 角钢轧制工艺 4.1.1 坯料的选择 由于型钢对材质要求一般并不特殊，在目前技术水平下几乎可以全部使用 连铸坯。连铸坯断面形状可以是方形或矩形，连铸技术水平高的使用异形坯。 用连铸坯轧制普通型钢绝大多数可不必检查和清理，从这个角度说，大、中型 型钢最容易实现连铸坯热装热送

48、，甚至直接轧制。连铸连轧是型材发展的方向， 直接以连铸坯为原料进行轧制是中小型轧机在市场上竞争的有力选择，连铸坯 在热装热送，可提高加热炉能力，比冷装减少坯料氧65080020% 30% 化损失，节约加热能耗，同时可减少或取消中间存储面0.2% 0.3%30% 45% 积，减少设备和操作人员，缩短生产周期，加快资金周转，有巨大的经济效益 17。直接热装热送是当前小型和线材轧机节能降耗、减少生产成本、简化生产 工艺最直接有效的措施之一。在的大型钢铁集团生产的连铸方坯主要有 120120mm、150150mm、200200mm、240240mm 等种连铸坯。根据角 钢的规格大小，我选择了 1201

49、20mm 的方坯来轧制 60608mm 号角钢，其 材质普通碳素钢。235q 4.1.2 平均延伸系数的确定 延伸系数分配原则是在粗轧孔高温条件下尽量采用大的延伸，沿轧制顺序 逐渐减少。成品孔延伸系数，成品前孔延伸系数，其他各1.051.151.151.25 孔延伸大约为。孔型系统平均延伸系数取 1.251.35，大号角钢取下限，1.31.8 小号角钢限。一般中型生产线平均延伸系数选为，这时轧制较稳定，工1.11.4 艺也合理，对于 60608mm 角钢，设定平均延伸系数为 1.24，按 8mm 厚的 规格来设计，以保证轧制稳定，生产正常，质量稳定。 4.1.3 轧制道次的确定 轧制型钢时，由

50、于断面形状比较复杂，而且压下量是不均匀的，所以变形 量通常用平均延伸系数来表示。坯料和成品的面积分别为 14400mm2 和 902mm2，取的平均延伸系数 1.26，则 lglg m n 14400/90215.96 on ff lg15.96/lg1.261.2030/0.100411.98n 式中 总延伸系数； ，坯料与成品的断面面积，mm2； 0 f n f 平均延伸系数。 所以取轧制道次为 12 个道次。最先采用 500 轧机轧制形成角钢切分前的 扁坯，即将 120120mm 的方坯轧制成 6082.05mm 的扁坯，采用扁箱一扁箱 一立箱一立箱扁箱轧制 5 道次；然后用一机架 40

51、0 将 6082.05mm 的扁坯 进行切分轧制；最后用 6 机架 400 轧机采用上下交替的蝶式孔各轧制 1 道次， 从而得到 60608mm 的角钢产品。 4.1.4 孔型系统的确定 在轧机上轧制角钢时，孔型尽量采用平轧蝶式孔型，减少立轧孔或不使用 立轧孔，便于机械化操作，减少生产工艺因数的波动，提高轧制的稳定性；切 分孔基本上采用闭口蝶式孔，提高轧件在轧制时的稳定性，使两腿被对称地切 分，被切分后的轧件基本吻合下一道次的形状，保证下一道次轧制的稳定性18； 在最后的成品孔选择上要按照工厂生产的要求来选择成品孔的孔型。半闭口成 品孔的特点是在腿端有一台阶，可使腿端得到加工并可控制腿长，如果

52、只是大 批量生产某一个型号的角钢且产量稳定时才采用这种成品孔型。在大多数轧钢 车间中，一个成品孔型中轧制出不同腿厚的的角钢，多采用开口式成品孔。 所以根据上述原则我选择了平轧蝶式孔型系统，不使用立轧孔，切分孔采 用闭口平底蝶式切分孔以保证两条腿被对称地切分，在成品孔上由于要轧制不 同腿厚的角钢，所以采用开口式成品孔。 4.2 孔型设计 4.2.1 角钢蝶式孔的设计 角钢 k1 孔 成品孔采用开口式成品孔，取成品孔的顶角为。按90 照厚进行设计。60608mm 的角钢的胯下圆弧半径为：8mm 1 6.50mm k r 腿长允许偏差：；腿厚偏差：。成品腿长热0.8mm 0.4mm 60mml 轧时

53、的腿长， 为轧件热膨胀系数，取 1.0111.013。即腿长： 1 () k ll 1 ()600.81.0111.01561.47 61.71mm k ll （）（） 经查经验数据的，取 1 61.60mm k l k1 孔的厚度： 1 8.00mm k d 腿长余量（锁口长度）： c k1=2d+（27）=28+（27）=1825mm，取 c k1=18.00mm。 取辊缝 s k1=6.00mm。 k 1 孔的宽度： 111 2()2(61.60 18)112.55mm kkk blc 角钢 k2 孔 由表 3-1 角钢蝶式孔参数计算 l h，r。k2 蝶式孔的直线 段长度： ；取(0.

54、3 0.4)(0.3 0.4) 6018 24mm h ll22mm h l k2 蝶式孔的弯曲段圆弧半径： ；取(0.35 0.63)(0.35 0.63) 6021 37.8mmrl24mmr 顶角： 90 k2 孔的厚度： 211 8 1.49.4mm kkk ddd 成品的中心线长度： 111 11 61.50857.50mm 22 kkk lld 轧件在 k1 孔的宽展量：，由表 3-2 蝶式孔型中压下系数和压下 111kk ld 量得到角钢成品孔型中宽展系数 ： 取 1 0.7 1.0 1 0.9 则 k2 中心线长度： 2111 57.500.9 1.456.24mm kkk l

55、ld 直线段的长度： 22 0.5220.5 9.417.30mm zkhk lld 弯曲段长度： 22 3.14 (0.5)(240.5 9.4)22.53mm 44 rkk lrd 水平段长度： 2222 56.24 17.3022.5316.41mm bkkzkrk llll k2 孔的宽度： 22 2()22(2224)2 16.4197.86mm khbk brll 确定定点作图的参数： 2()2(2224)65.04mm h acrl 2222 222432.56mm h aeecrl 跨间圆弧半径： 2 8.00mm k r 辊缝： 2 6.00mm k s 腿端斜度： 5%y

56、腿端圆弧半径： 1 4.00mmr 2 1.00mmr 锁口长度： 间隙：5.00mmz 1.00mm 角钢 k3 孔 由 k2 孔得到，k3 蝶式孔的直线段长度： ；取(0.3 0.4)(0.3 0.4) 6018 24mm h ll22mm h l k3 蝶式孔的弯曲段圆弧半径： ；取(0.35 0.63)(0.35 0.63) 6021 37.8mmrl24mmr 顶角： 90 k3 孔的厚度： 322 9.4 1.811.2mm kkk ddd 轧件在 k3 孔的宽展量： 222kk ld 由表 3-2 得到角钢的蝶式孔型中的宽展量 ： 取 2 0.3 0.4 2 0.4 则 k3 孔

57、的中心线长度： 3222 56.240.4 1.855.52mm kkk lld 直线段长度： 33 0.5220.5 11.216.40mm zkhk lld 弯曲段长度： 33 3.14 (0.5)(240.5 11.20)23.24mm 44 rkk lrd 水平段长度： 3333 55.52 16.4023.2415.88mm bkkzkrk llll k3 孔的宽度： 33 2()22(2224)2 15.8896.80mm khbk brll 确定定点作图的参数： 2()2(2224)65.04mm h acrl 2222 222432.56mm h aeecrl 跨间圆弧半径：

58、3 10.00mm k r 辊缝： 3 6.00mm k s 腿端斜度：10%y 腿端圆弧半径： 1 3.00mmr 2 1.00mmr 锁口长度： 锁口间隙：5.00mmz 1.00mm 角钢 k4 孔 由 k2 孔得到，k4 蝶式孔的直线段长度： ；取(0.3 0.4)(0.3 0.4) 6018 24mm h ll22mm h l k4 蝶式孔的弯曲段圆弧半径： ；取(0.35 0.63)(0.35 0.63) 6021 37.8mmrl24mmr 顶角： 90 k4 孔的厚度： 433 11.22.413.6mm kkk ddd 轧件在 k4 孔的宽展量： 333kk ld 由表 3-

59、2 得到角钢的蝶式孔型中的宽展量 ： 取 3 0.3 0.4 3 0.4 则 k4 孔的中心线长度： 4333 55.520.4 2.454.56mm kkk lld 直线段长度： 44 0.5220.5 13.615.20mm zkhk lld 弯曲段长度： 44 3.14 (0.5)(240.5 13.6)24.18mm 44 rkk lrd 水平段长度： 4444 54.56 15.2024.1815.18mm bkkzkrk llll k4 孔的宽度： 44 2()22(2224)2 15.1895.40mm khbk brll 确定定点作图的参数： 2()2(2224)65.04mm

60、 h acrl 2222 222432.56mm h aeecrl 跨间圆弧半径： 4 15.00mm k r 辊缝： 4 6.00mm k s 腿端斜度： 12%y 腿端圆弧半径： 1 6.50mmr 2 1.00mmr 锁口长度： 间隙：6.00mmz 1.00mm 角钢 k5 孔 由 k2 孔得到，k5 蝶式孔的直线段长度： ；取(0.3 0.4)(0.3 0.4) 6018 24mm h ll22mm h l k5 蝶式孔的弯曲段圆弧半径： ；取(0.35 0.63)(0.35 0.63) 6021 37.8mmrl24mmr 顶角： 90 k5 孔的厚度： 544 13.63.817