型钢课程设计

1、2021年11月10日课程设计作者:邢韵琦 25号工字钢生产工艺设计营口理工学院指导教师：李广宇专业名称：材控-3目录1. 绪 论21.1工字钢的简介21.2工字钢的生产现状31.3孔型设计及现状发展42 攀钢轨梁厂设计概况62.1厂房建设情况62.11设计规模的设想62.1.2 主要设备62.2型钢主要生产工艺72.2.1开坯82.2.2加热、轧制82.2.3 精整93、25#a工字钢轧制工艺设计93.1工字钢的生产工艺流程93.2原料的选择与清理103.2.1 原料的选择103.2.2 原料的清理113.3 原料的加热124、25#a工字钢轧制（孔型设计）124.1 孔型设计124.1.1

2、 孔型系统的选择134.1.2孔型设计原则134.1.3 延伸系数的分配144.1.4 腿部变形原则144.1.5 确定腿尖a、腿根b的尺寸154.1.6孔型系统计算15成品孔k1孔型系统计算：15成品前孔K2孔的设计16K3孔的设计18K4孔的设计19K5孔的设计20K6孔的设计21K7孔的设计23K8孔的设计(切深孔孔型设计)24K9孔的设计（预切深孔孔型设计）25K10孔的设计25K11孔的设计265各道次孔型图26结束语291. 绪 论1.1工字钢的简介工字钢也称为钢梁（英文名称 I Beam)，是截面为工字形状的长条钢材。工字钢分普通工字钢和轻型工字钢，H型钢三种

3、。工字钢广泛用于各种建筑结构、桥梁、车辆、支架、机械等。普通工字钢和轻型工字钢的型号是用其腰高厘米数的阿拉伯数字来表示，腹板、翼缘厚度和翼缘宽度不同其规格以腰高( h)×腿宽(b)×腰厚(d)的毫数表示，如“普工160×88×6”，即表示腰高为160毫米，腿宽为88毫米，腰厚为6毫米的普通工字钢。“轻工160×81×5”，即表示腰高为160毫米，腿宽为81毫米，腰厚为5毫米的轻型工字钢。普通工字钢的规格也可用型号表示，型号表示腰高的厘米数，如普工16#。腰高相同的工字钢，如有几种不同的腿宽和腰厚，需在型号右边加a 

4、b c 予以区别，如普工32#a、32#b、32#c等。热轧普通工字钢的规格为10-63#。经供需双方协议供应的热轧普通工字钢规格为12-55#。目前国家除了对重点钢铁企业的型钢品种产量有统计外，对全国工角槽总体产量还无法进行准确的统计，因而我们只能对其进行估算。从下表中我们可以看出，近些年国内重点企业的型钢产量增长主要来自于H型钢产量的增长，而工角槽钢等其它型材产量基本没有多大变化，这主要是由于近些年国内重点企业在进行产品结构调整过程中，新项目主要是以板材轧机为主，除了H型钢等新产品除外，新建其它型钢轧机项目很少，而且目前市场上对工角槽的新增需求量主要依靠民营企业的型材产

5、能扩张来满足。1.2工字钢的生产现状 目前我国生产的多以普碳钢为主，与国外的同类钢相比，在综合性能相近的条件下，由于国外在钢中加入了微量合金元素，因此钢的强度比我国的高，同时可以节省钢材的使用。国内轧制普通工槽钢，根据产品规格采用与产品尺寸相对应的专用坯料。在过去有开坯机的大型钢厂中，一般轧制<36号工槽钢万能轧制法的特点为：可改善钢材表面质量，钢材尺寸精度高；轧辊消耗低，轧辊共用性增加，用孔型法轧制普通工字钢，一套轧辊最多能轧一种型号三种规格的工字钢，采用万能轧制法，一套轧辊可轧制多种型号多种规格的H型钢或普通工字钢。以前轧制大号工字钢一般使用异型坯，其形状与产品尺寸相对应。因此异形坯

6、规格很多，异型坯本身的生产工艺较复杂。近年来，随着坯料的连铸化，正逐步推行坯料共用工艺。用单一断面的连铸异形坯轧制多种规格的工字钢有4种轧制方法。目前国内生产大型工字钢主要分布在国有大型钢厂，例如攀钢、宝钢、鞍钢、包钢等企业，在生产线上，攀钢主要采用复合式万能轧生产线，采用连铸连轧技术，另外根据客户需要攀钢轨梁厂另一条横列式轧机主要生产乙型钢C型钢等型钢产品。1.3孔型设计及现状发展一般型钢轧机生产工字钢的孔型系统，对中小号工字钢采用斜轧或直轧法，对大号工字钢采用弯腰大斜度轧法，孔型开闭口交替使用。槽钢的孔型系统，一般采用弯腰大斜度或蝶式轧法，中间孔型采用 2个控制孔，其余为开口孔型。近2O年

7、来，国外工业先进国家均采用万能轧制法生产工槽钢 (主要是H型钢和平行腿槽钢)。攀枝花钢铁集团轨梁厂型钢生产线采用两辊轧机和万能轧机混合轧制钢轨和其它型钢,分布主要是第一套为两辊三道次直轧,第二套为万能扎和两辊轧机混合轧制,轧制道次数为三个,第三套同第二套相同,第四套第五套第六套都和单列万能轧机,道次数为一个道次，最后三道轧机为精轧机组。攀钢集团轨梁厂万能轧生产线主要轧制104M重轨和其它型钢，该套轧机组代表了当前国际国内较为先进的技术。我国工槽钢的生产水平与国外相比差距很大，已经影响到机械产品结构件的重量，机车，车辆产品的自重，高层建筑、高速公路的发展， 因此急需改进和发展H型钢和平行腿槽钢，

8、以满足国民经济各行业的需求，为此建议： (1) 重视建设生产型钢的万能轧机，使H型钢能迅速地在国内得到生产和使用。(2) 新建的专业型钢厂打破传统观念，结合国内情况，采用转炉配连铸机，小号工、槽钢用连铸矩形坯或方坯，大号工、槽钢用近似最终断面形状的异型坯，连铸坯，连铸连轧生产型钢。(3) 生产型钢的关键是改造轧机。要重视老厂的改造与新建万能轧机型钢厂相结合。采用紧凑式万能轧机代替目前的三辊式轧机。采用万能轧制法生产平行腿工、槽钢，努力推广XH万能法生产大、中号H型钢、工字钢。围绕25#工字钢孔型轧制生产，主要进行25#a工字钢的孔型设计。针对钢材的断面特点，经过理论分析，设计了一套全直轧孔型系

9、统。运用这套孔型系统将粗轧和精轧两个阶段有效的结合在一起，并在孔型系统中设计了一道预切深孔型，以利于切深孔切深，防止不均匀变形过大所产生的一些缺陷。2 攀钢轨梁厂设计概况2.1厂房建设情况 2.11设计规模的设想 一期设计的90万吨主体设备吨位22500T，厂房面积90904m2，设有13项主要设备、7项附属设施、共有10个跨间、总跨度为210m，跨间长度为660m。扩建后厂房长为696m，宽210m。建筑面积10万m2。 2.1.2 主要设备 三座连续式推刚加热炉、四架轧机、7台热锯机、3台辊式矫直机以及两套加工设备和空床淬火设备等。开坯机为950轧机，主电机功率为5300千瓦；轧辊中心距：

10、1050-880mm轧机采用二列横列式布置，第二列主要有2架800三辊式轧机，主电机功率为6500KW，精轧机采用850万能轧机。主电机为1800KW，均为直流电机。2.2型钢主要生产工艺轧制任何一种钢材都可能有几种工艺过程，我们采用的是240×240矩形坯经高速带锯锯切下料后，采用风动砂轮进行表面清理钢坯的表面缺陷，严格按照炉号进行管理。在室温下装入推钢式加热炉进行加热，之后进行轧制、冷却、矫直、锯切等工艺进行生产，最后经检查合格后分级成倍尺料交出。其工艺流程如下。收料上料加热轧制锯切写号冷却矫直打印检查分级涂色打捆（合钢）入库。型材生产具有的特点：（1）、品种规格多。目前已达万种

11、以上，而在生产中，除少数专用轧机生产专门产品外，绝大多数型材轧机都在进行多品种多规格生产。 （2）、断面形状差异大。在型材产品中，除了方、圆、扁钢断面形状简单且差异不大外，大多数复杂断面型材不仅断面形状复杂，而且互相之间差异很大，这些产品的孔型设计和轧制生产都有其特殊性，在生产中，必须采用相应的技术措施。 （3）、断面形状复杂。在轧制过程中各部分金属变形不均匀，断面各处温度不均匀，工具磨损也不均匀，轧件尺寸难以精确计算，轧机调整和导卫装置的安装复杂。由于以上原因，及复杂断面型材的单个品种或规格通常都批量较小，故复杂断面型材的连轧技术发展缓慢。（4）、轧机结构和轧机布置形式多种多样。在结构形式上

12、有二辊式轧机、三辊式轧机、四辊万能孔型轧机、多辊孔型轧机、Y型轧机、45°轧机和悬臂式轧机等。2.2.1开坯开坯是将钢锭或连铸轧钢坯在初轧机、钢坯连轧机、三辊式轧机、锻锤或水压机上进行的首次塑性加工，以便为各类轧机提供生产成品用的坯料。其工艺流程图如下： 2.2.2加热、轧制 通用型材的轧制工艺流程分为粗轧、中轧和精轧。粗轧的任务是将批量轧制成适合的雏形中间坯。在粗轧阶段，轧件温度较高，应该将不均匀变形尽可能放在粗轧孔型轧制阶段。中轧的任务是使轧件迅速延伸，接近成品尺寸。精轧是为保证产品的尺寸精度，延伸量较小。成品孔和成品前孔的延伸系数一般为1.11.2和1.21.3。 图2.1 通

13、用型材加热、轧制的工艺流程举例 2.2.3 精整型材的渣后精整有两种工艺，一种是传统的热锯切定尺，定尺矫直工艺。一种是较新式的长尺冷却、长尺矫直、冷锯切工艺，工艺流程的例子如下图。 型材精整，较突出之处就是矫直。型材的矫直难度大于板材和管材，原因是：其一在冷却过程中，由于断面不对称的温度不均匀造成的弯曲大；其二是型材的断面系数大，在有些条件下，对钢材的使用造成很大影响。3、25#a工字钢轧制工艺设计3.1工字钢的生产工艺流程轧制任何一种钢材都可能有几种工艺过程，本设计采用240×240矩形坯经高速锯切下料后，采用风动砂轮进行表面清理钢坯的表面缺陷，严格按照炉号进行管理。在室温下装入推

14、钢式加热炉进行加热，之后进行轧制、冷却、矫直、锯切等工艺进行生产，最后经检查合格后分级成倍尺料交出。其工艺流程如下:钢坯下料清理加热轧制锯切写号冷却矫直打印检查分级涂色打捆入库。3.2原料的选择与清理 3.2.1 原料的选择一般轧钢常用的原料为钢锭，轧坯和连铸坯，我们采用的是240×240矩形轧坯，为了保证成品质量，必须要先采取表面清理。由于在钢坯表面经常存在着如结疤、裂纹、折叠、飞刺等各种缺陷，如果不在轧制前加以清理，势必在轧制中不断扩大，并引起更多的缺陷，甚至会影响钢坯轧制时的塑性与成型。为确保钢材的使用性能，对来料矩形坯需要作如下要求:（1） 尽量减少轧制过程中的金属消耗、轧件

15、头尾断面尺寸差合乎标准、操作方便：轧制后，切头尾，正好是成品的定义倍数，避免短迟的出现；成品孔出来的轧件不要太长，避免头尾温差过大而使尺寸超标。此外，横列式轧机前后输送辊道长短，纵列式轧机两个机架间的距离、成品机架与热锯机的距离、翻钢操作等都是选择坯料单重时要考虑的因素。（2） 考虑到此工字钢的使用要求，为保证钢材的内在质量，要求坯料的轧制压缩比不小于3。（3） 坯料的表面不得有裂纹，结疤，折叠等缺陷。（4） 坯料必须是热轧状态下交货。 3.2.2 原料的清理 尽管炼钢工艺的不断改进使坯料的表面质量不断提高，但是用户对于轧件、质量的要求也在不断提高，因此在轧制之前，特别是对于表面质量要求很高的

16、优质轧件清除坯料表面缺陷对提高产品质量仍起着重要作用。大部分用户要求钢铁制品商提供“零缺陷”的钢材，坯料清理和成品的精整是满足钢材产品“零缺陷”要求的正确途径。对于本次研究中的矩形坯料采用检查清理工序如下：抛丸、超声波探伤、无损表面探伤、修磨。 抛丸处理即用一定质量的钢球通过外力作用撞击在钢坯上，使钢坯表面的氧化铁皮等污染物脱落，从而暴露钢坯表面缺陷的一种方法。传统的清理方法就是采用酸洗。由于在酸洗过程中对环境产生极大的污染，在各国对环境保护的日益重视的情况下，酸洗的的基建投资和、用于废酸处理的运行费用都越来越高。70年代后期逐渐以抛丸处理替代了酸洗处理。 探伤包括内部探伤与外部探伤。一般采用

17、超声波探伤和荧光磁粉探伤对坯料的内部质量与外部质量加以检测。清理坯料表面缺陷的方法有：人工火焰枪清理、火焰清理机清理、人工风铲清理、人工砂轮修磨清理、修磨机清理。现在清理钢坯的主要方法是修磨机清理，少量的局部缺陷辅助以人工砂轮修磨清理。3.3 原料的加热在轧钢之前，要将原料进行加热，其目的是提高钢的塑性，降低变形抗力及改善金属内部组织和性能，以便于轧制加工，这就是说一般要将钢加热到奥氏体单相固溶体组织的范围内，并使有较高的温度和足够的时间以均化组织及溶解碳化物，从而得到塑性高、变形抗力低、加工性能好的金属组织。从钢坯在炉内的移动方式有推钢式加热炉与步进式加热炉两大类。推钢式加热炉分带下加热的和

18、步进式加热的两种，上下加热的推钢式加热炉多用于加热断面尺寸超过100120mm的方坯。本设计根据提供的设备要求采用推钢式加热炉对坯料加热。4、25#a工字钢轧制（孔型设计）4.1 孔型设计型钢孔型设计主要内容包括三个方面：1）断面孔型设计。根据原料和成品的断面形状和尺寸及产品性能的要求，确定孔型系统、轧制道次和各道次的变形量，以及各道次的孔型形状和尺寸。2）配辊确定孔型在各机架上的分配以及在轧辊上的配置方式，以保证轧件能正常轧制、操作方便、成品质量好、轧机产量高。3）轧辊附件设计导卫装置的设计。导卫装置应保证轧件能按照要求的状态进出孔型，或者使轧件在孔型以外发生一定的变形，或者对轧件起矫直或翻

19、转作用等。25#工字钢的孔型设计是基于上述内容进行的。 4.1.1 孔型系统的选择结合轨梁厂的设备状况以及供应产品的特点，选用延伸孔型为箱形孔型系统，精轧机为万能通用孔型系统。根据轧机的具体条件，可采用各种混合孔型系统，如成品孔和成品前孔采用用直边斜轧孔型，其它各孔型采用直轧孔型；或在轧制程序的前几个孔型采用斜轧孔型，后几个孔型采用直轧孔型，或采用其它的混合形式。根据攀钢轨梁厂950/800/850二列式轨梁轧机的工艺特点，结合生产工字钢的经验，确定直轧孔型系统。该孔型系统由一个箱形孔、两个切深孔和七个直轧孔组成。 4.1.2孔型设计原则采用正确的孔型设计可以使轧制异型面型钢所不能避免的不均匀

20、变形尽可能发生在前几个孔型中，而不是在全部孔型中。在前几个孔型中，金属的温度较高，其变形抗力不大，并且塑性也较好（与以后几个孔型中的金属相比较）。在其它几个孔型中，必须尽可能采用均匀的压缩和断面各部分均匀的延伸，因为只有在这样的条件下才能得到形状正确的、内应力较小的最终产品，而能量消耗和轧辊的磨损都最少。 4.1.3 延伸系数的分配总延伸系数钢坯断面面积/成品孔面积：11.86按产品标准查得NO25工字钢的断面面积为4854.1mm2选取，则求得n为：按延伸曲线把分配到各孔，分配的原则是：取腿的延伸系数大于腰的延伸系数，即（+）/2大于，其差值在0.02-0.05。对于大号工字钢，由于要不面积

21、占的比例较大，容易产生腰拉腿的现象，一般采用开口腿的延伸大于闭口腿延伸的设计方法，即大于。对于中小号工字钢由于要不面积占的比例较小，对腿的拉缩作用也小，多以腰腿延伸系数可按下式分配：对于成品孔和成品前孔：=对于其它工字孔：（+）/2 4.1.4 腿部变形原则除小号工字钢外，一般总是腿部延伸大于腰部延伸，即：>,=（+）/2注：控制孔、切深孔除外。腿高的确定：开口孔进开口孔或控制孔进开口孔 h1=h2-(0-1mm)开口孔进控制孔h1=h2+(4-9mm) 4.1.5 确定腿尖a、腿根b的尺寸开口孔进开口孔或控制孔进开口孔,由已知腿面积及腿高计算。 F腿1/h1=(a1+b1)/2a1、b

22、2按以下原则分配：1) a1/a2>b1/b2,a1-a2<b1-b2或a1/a2=b1/b2 2) 开口孔进控制孔 a1=a2-(0.51.0)4.1.6孔型系统计算成品孔k1孔型系统计算：(1) 孔型宽度：(为负公差)。 (2) 腰厚： (取部分负公差)。 (3) 腿高：。 (4) 开口腿高： 闭口腿高：。 (5)腰部面积:2507.3=1803.1mm2。 (6) 开口腿端宽度：开口腿根宽度：， 由于孔型的开口槽端易磨损和在轧制时轧辊可能产生轴向窜动而使开口边增厚，为此 akk1=8.0mm bkk1=17.2mm 闭口槽：abk1=8.1mm bbk1=17.5mm(7)

23、开口腿面积：闭口腿面积：（8） 成品孔K1腰部压下量一般取为 （9） 成品孔K1腰部展宽量取为 。 （10） 腰部延伸系数：。 （11） 开口腿端侧压量： 闭口腿端侧压量：。（12） 开口腿根侧压量： 闭口腿根侧压量：。 （13） 开口腿端压下系数: 闭口腿根压下系数：。 （14） 开口腿部延伸系数和闭口腿部延伸系数： 因，yk1（kk1+bk2）/2，又，确定出，。（15） 圆弧半径：孔为成品孔，圆弧半径取值：。（16） 增长量取， 拉缩量取。 成品前孔K2孔的设计(1) 孔型宽度：。 (2) 腰厚：。 (3) 开口腿高： 闭口腿高：。 (4) 腰部面积:。 (5) 开口腿面积： 闭口腿面积

24、：。 (6) 开口腿端宽度： 因， 即：， ， 即：，确定出闭口腿端宽度： bbk2=17.6mm（7）成品前孔K2腰部压下量取为 。 （8）成品前孔K2腰部展宽量取为 。 （9）腰部延伸系数：。 （10）开口腿端侧压量： 闭口腿端侧压量：。 （11） 开口腿根侧压量： 闭口腿根侧压量：（12）开口腿部延伸系数和闭口腿部延伸系数：，又 确定出；。（13）圆弧半径： （14） 增长量取为， 拉缩量取为。 K3孔的设计（1）孔型宽度： 。 （2） 腰厚：。 （3） 开口腿高： 闭口腿高：。 （4） 腰部面积:。 （5） 开口腿面积： 闭口腿面积：。 （6） 开口腿端宽度： 开口腿根宽度： ，即：，

25、 即：，确定出闭口腿端宽度：。 闭口腿根宽度：bbk3=20.2mm（7）K3孔腰部压下量取为 。 （8）K3孔腰部展宽量取为 。 （9）腰部延伸系数： （10）开口腿端侧压量： 闭口腿端侧压量： （11）开口腿根侧压量： 闭口腿根侧压量： （12）开口腿部延伸系数和闭口腿部延伸系数因，又，确定出；。 （13）圆弧半径： 。 （14） 增长量取为， 拉缩量取为 K4孔的设计(1) 孔型宽度：。 (2) 腰厚：。 (3) 开口腿高： 闭口腿高：。 (4) 腰部面积:。 (5) 开口腿面积： 闭口腿面积：。 (6) 开口腿端宽度： 开口腿根宽度： 因， 即：， ，即：，确定出闭口腿端宽度：，闭口腿

26、根宽度：。 （7） K4孔腰部压下量取为 。 （8） K4孔腰部展宽量取为 。 （9） 腰部延伸系数：。 （10）开口腿端侧压量： 闭口腿端侧压量：。 （11）开口腿根侧压量： 闭口腿根侧压量：。 （12）开口腿部延伸系数和闭口腿部延伸系数：因，又，确定出；。 （13）圆弧半径： 取。（14） 增长量取为,拉缩量取为。 K5孔的设计(1) 孔型宽度：。 (2) 腰厚：。 (3) 开口腿高： 闭口腿高：。 (4) 腰部面积:。 (5) 开口腿面积： 闭口腿面积：。 (6) 开口腿端宽度： 开口腿根宽度： 因,即：， ，即：，确定出闭口腿端宽度：，闭口腿根宽度：。（7） K5孔腰部压下量取为 （8

27、） K5孔腰部展宽量取为 。 （9） 腰部延伸系数：。 （10）开口腿端侧压量： 闭口腿端侧压量： （11）开口腿根侧压量： 闭口腿根侧压量： （12）开口腿部延伸系数和闭口腿部延伸系数：因，又，确定出，。 （13）圆弧半径： ， 取 （14） 增长量取为， 拉缩量取为K6孔的设计(1) 孔型宽度：。 (2) 腰厚：。(3) 开口腿高： 闭口腿高：。 (4) 腰部面积:。 (5) 开口腿面积： 闭口腿面积：。 (6) 开口腿端宽度： 开口腿根宽度： 因，即：，即：，确定出闭口腿端宽度：，闭口腿根宽度：。 （7） K6孔腰部压下量取为 。 （8） K6孔腰部展宽量取为 。 （9） 腰部延伸系数：

28、。 （10） 开口腿端侧压量： 闭口腿端侧压量： （11） 开口腿根侧压量： 闭口腿根侧压量：。 （12） 开口腿部延伸系数和闭口腿部延伸系数：因，又，确定出，。 （13） 圆弧半径： 取。（14） 增长量取为，拉缩量取为。K7孔的设计(1) 孔型宽度：。 (2) 腰厚：。 (3) 开口腿高： 闭口腿高：。 (4) 腰部面积:。 (5) 开口腿面积： 闭口腿面积：。 (6) 开口腿端宽度： 开口腿根宽度： 因， 即：， ，即：，确定出闭口腿端宽度：，闭口腿根宽度：。 （7）K7孔腰部压下量取为 。 （8）K7孔腰部展宽量取为 。 （9）腰部延伸系数：。 （10）开口腿端侧压量： 闭口腿端侧压量：。 （11）开口腿根侧压量： 闭口腿根侧压量：。 （12）开口腿部延伸系数和闭口腿部延伸系数：因，又，确定出， 。 （3-145）（13） 圆弧半径： ，