第一章 孔型设计的基本知识概要

《型钢孔型设计》2013年2月《轧钢工艺》之专业方向:轧制主讲:课程性质：本课程是材料成型与控制工程本科专业学生重要的专业方向课之一，为轧制方向的学生所开设。通过本课程的学习，使学生理解并掌握型钢孔型设计的概念、原理和方法，能根据生产工艺要求选定孔型系统、计算孔型并确定孔型参数。要求学生学会型钢孔型设计方法并能借助计算机进行有关方面的设计。授课学时：46考核方式：考查，平时30%+期末70%参考教材：徐春等.型钢孔型设计.北京：化学工业出版社，2008.10赵松筠等.型钢孔型设计（第二版）.北京：冶金工业出版社，2005.8课程简介主要内容孔型设计基本知识：掌握孔型设计的内容与要求，掌握孔型设计的原则和步骤，掌握孔型的分类，掌握孔型的组成和各部分的作用，掌握孔型在轧辊上的配置。延伸孔型设计：了解延伸孔型系统的概念及作用，掌握箱形孔型系统、椭圆—方型系统、椭圆—圆孔型系统，了解菱—方孔型系统、六角—方孔型系统、菱—菱孔型系统、椭圆—立椭圆孔型系统，了解无孔型轧制、混合孔型系统，掌握延伸孔型的设计方法。三辊开坯机的孔型设计：了解三辊开坯机的孔型设计概念，掌握压下规程的制定，掌握孔型在轧辊上的配置及孔型尺寸的确定。型钢孔型设计：了解成品孔型设计的一般问题，掌握圆钢、方钢、扁钢及角钢孔型设计，了解异型孔型中金属变形的特点，掌握工字钢孔型设计、连轧机孔型设计。热切分轧制：了解热切分轧制概念，掌握切分轧制方法及应用，了解切分孔型设计的特点。导位装置的设计：了解导卫装置作用，掌握横梁、卫板、导板、夹板、导板箱、围盘以及滚动导卫装置的作用及设计方法。第一章孔型设计基本知识内容简介本章讲述型钢孔型设计的基本概念、设计程序、孔型及其分类、孔型的组成及各部分的作用和孔型在轧辊上的配置等内容。学习目的与要求掌握孔型设计的内容与要求掌握孔型设计的原则和步骤掌握孔型的分类掌握孔型的组成和各部分的作用掌握孔型在轧辊上的配置教学重点与难点重点：孔型设计内容及要求、设计程序、孔型组成及其作用、在轧辊上的配置。难点：孔型在轧辊上的配置。第一章孔型设计基本知识§1.0绪论钢轨钢板桩型钢棒材线材中厚板热轧薄板热轧带钢冷轧带钢冷轧钢板镀层钢板无缝钢管钢铁产品的生产第一章孔型设计基本知识§1.0绪论特殊断面型钢复杂断面型钢简单断面型钢产品的种类第一章孔型设计基本知识§1.0绪论孔型轧制生产型钢第一章孔型设计基本知识孔型设计内容孔型设计不仅包括生产简单断面型钢、线材、异型断面和各种特殊型钢等的工具设计，同时也包括生产钢坯如初轧坯、板坯和管坯的工具设计。因此几乎所有钢材的生产都涉及到孔型设计。特别是孔型设计对轧机生产率、成材率、能耗、产品质量、设备的使用期限、各种消耗、产品成本与生产的劳动强度等等都有非常密切的关系。§1.0绪论第一章孔型设计基本知识孔型设计发展历史1686年用阶梯辊轧出既定尺寸的棒材涉及了孔型设计；1728年轧制了圆钢；l747年轧制了异型钢；1800年轧制了角钢；1849年生产了工字钢；1857年生产了重轨；l873年生产了槽钢；1903年才出现有关孔型设计的专著；1933年苏联开始发表孔型设计的专著。其中，1953年以前出版的孔型设计专著，都以经验为基础。§1.0绪论第一章孔型设计基本知识孔型设计方法平均高度法，是根据轧前轧件断面面积和孔型面积除以宽度，即将轧件或孔型简化为矩形，根据计算轧矩形件展宽的方法确定宽展量，再乘以考虑坯料和孔型形状影响的系数。外接矩形法，是将非方或矩形轧件断面，在其上下画出水平线，在其左右画垂直线，形成与轧件周边相切的外接矩形，按轧矩形件计算宽展，再考虑坯料和孔型形状的影响。§1.0绪论第一章孔型设计基本知识孔型设计方法相似轧件法，是将非方形或矩形轧件断面简化为面积相等，高宽比相同的矩形或方形，按矩形件计算展宽，再考虑坯料与孔型形状的影响。等效轧件法，外接矩形法相类似，但轧件高度取外接矩形高度和平均高度法高度的平均值，等效轧件的宽度为坯抖和孔型在轧制状态中的最大宽度，然后再考虑坯料与孔型形状的影响。§1.0绪论第一章孔型设计基本知识孔型设计方法移动体积法，根据轧制过程被压下的金属体积向纵横方向流动的数量与其变形阻力成反比的关系，按轧前轧件形状与孔型形状和尺寸确定轧件变形后的形状和尺寸。能量法，利用能量定律和最小变形功或总功率最小的变分原理，在已知变形条件下确定纵横变形与力能参数。有限元法§1.0绪论第一章孔型设计基本知识孔型设计的发展多槽切分轧制少道次或单道次轧制异型钢的技术无孔型轧制技术多辊孔型轧制§1.0绪论第一章孔型设计基本知识基本概念孔型设计：将钢锭或钢坯在两个或两个以上带轧槽轧辊中经若干道次轧制变形，以获得所需的断面形状、尺寸和性能的产品，为此而进行的设计、画图和计算等工作。轧槽：热轧型钢时，往往把轧辊车削成用来轧制轧件的环形沟槽和凸台，通常把它们称为轧槽。轧制面：通过两个或两个以上轧辊轴线的垂直平面称为轧制面。孔型：两个或两个以上轧辊的轧槽，或者一个轧辊的轧槽与另一个轧辊的凸台对合起来时在轧制面上所形成的孔口叫做孔型。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。§1.1孔型设计的内容与要求第一章孔型设计基本知识设计内容断面孔型设计根据坯料和成品的断面形状、尺寸及对产品性能的要求，选择孔型系统，计算轧制道次；分配各道次变形量；确定各孔型形状和计算各孔型的尺寸。配辊根据设计出的断面孔型，确定各孔型在每个机架上的配置方式及其在轧辊上的位置，即把设计好的断面孔型合理地配置在各架轧机的轧辊上。§1.1孔型设计的内容与要求第一章孔型设计基本知识设计内容配辊在轧辊上配置孔型时要保证做到以下几点：产品有最好的质量；轧制节奏时间最短，能获得较高的产量；轧辊具有足够的强度；轧件能顺利轧制，工人操作方便。导卫装置设计为了保证轧件能够按照所要求的状态顺利地出入孔型，或者使轧件能在进孔型前或出孔型后产生一定的变形、矫直和翻转，所以必须正确地设计与计算导卫装置。§1.1孔型设计的内容与要求第一章孔型设计基本知识设计要点孔型设计的首要任务就是选择合适的孔型系统。孔型设计的重要问题就归结为压下系数、延伸系数、宽展系数的确定和计算以及孔型具体尺寸的确定。孔型设计是一门实践性很强的科学。既是复杂的，又是简单的。孔型设计的主要问题归结为三点：孔型系统的选择孔型轧制变形参数的计算孔型尺寸的确定§1.1孔型设计的内容与要求第一章孔型设计基本知识设计要求获得优质产品成品的断面几何形状正确；断面尺寸精确；轧件表面光洁；残余应力小，金相组织和机械性能良好。轧机产量高一般情况是轧制道次数愈少愈好；选择合理的孔型系统，使操作顺利，减少间隙时间，可提高轧机作业率；孔型的负荷分配合理，减少各孔型磨损的不均匀性，以使换辊的次数最少，也可保证轧机作业率高。§1.1孔型设计的内容与要求第一章孔型设计基本知识设计要求产品的成本低金属消耗在成本中起主要作用。基本措施是按负偏差轧制，减少切损和降低废品率。轧辊的消耗与孔型设计有着密切的关系。合理设计孔型，减少轧辊磨损。电能消耗与孔型设计有着密切的关系。减少电能消耗的基本措施是使变形均匀，变形量分配合理，孔型配置正确，孔型形状和孔型系统选择合理。§1.1孔型设计的内容与要求第一章孔型设计基本知识设计要求劳动条件好、劳动强度小在进行孔型设计时应使轧制稳定、轧制顺利、操作方便、便于调整，以改善劳动条件；还应考虑轧制过程易于实现机械化和自动化，以减轻劳动强度。适应车间的设备条件设计出来的孔型必须适应车间各设备的性能及其布置。§1.1孔型设计的内容与要求第一章孔型设计基本知识基本原则①孔型系统合理。选择合理的孔型系统是极为重要的，它不仅影响到钢材的质量和产量，而且有时还影响到能否轧出成品。②合理分配道次延伸系数。充分利用钢的高温塑性，把大的变形量和不均匀变形尽量集中在前几道次，然后顺轧制程序逐渐减小变形量。③采用形状简单的孔型，专用孔型数量要适当。④道次数、翻钢程序及其次数要合理。⑤轧件在孔型中的状态应稳定或力求稳定。⑥生产多品种的型钢轧机，孔型的共用性应广些。⑦要便于轧机调整。§1.2孔型设计的基本原则与设计程序第一章孔型设计基本知识设计程序§1.2孔型设计的基本原则与设计程序选择合理的孔型系统确定坯料尺寸与轧制道次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第一章孔型设计基本知识设计程序§1.2孔型设计的基本原则与设计程序1.孔型设计基本条件储备其内容包括产品的断面形状、尺寸、偏差要求、钢种、表面状态、金相组织及机械性能等。必要时还应了解用户要求、产品使用情况等。1.产品的技术条件2.原料条件3.车间设备条件掌握已有的钢锭或钢坯的断面形状和尺寸，或者是按照孔型设计的要求重新选定原料的规格。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4.收集有关工艺资料包括选用何种孔型系统，延伸系数在什么范围以及生产该产品的难点及存在的问题等。第一章孔型设计基本知识设计程序§1.2孔型设计的基本原则与设计程序2.选择合理的孔型系统在设计孔型之前，应该了解生产类似产品所使用的孔型系统、轧制情况及其存在的问题，做为考虑新产品孔型设计的依据之一。应该了解在其他轧机上生产该产品的孔型系统、轧制情况及存在的习题。同时还应尽量考虑能够与轧制其它产品共用所选择的孔型系统，以减少换辊时间、提高作业率和减少轧辊储备量。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新产品旧产品多种产品单一产品在上述基础上，认真地进行科学分析，拟定出几种可能的轧制方案，反复分折比较各种方案的优缺点，最后确定出最为合理的孔型系统。第一章孔型设计基本知识设计程序§1.2孔型设计的基本原则与设计程序3.坯料尺寸的确定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。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。普通三辊或二辊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轧辊强度和咬入能力，导致轧制道次增加。因此，坯料断面高度H0与粗轧机轧辊名义直径D0须保持一定的比之：K=H0/D0。工、槽钢：进入第一个变形孔（切入孔）的钢坯高度应等于成品腿高1.6~2.2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。选用坯料断面尺寸和长度应考虑加热炉、冷床等辅助设备允许坯料或成品的长度以及各设备之间的距离，以免生产时相互干扰。对于线材轧机为了增大盘重，应在允许的范围内尽量增大坯重。压缩比轧机金属成型附属设备角钢：钢坯轮廓尺寸应能将角钢断面包容进去。重轨：最好采用高而扁的钢坯，使轨底部分在各帽形孔内受到良好的加工，这样有利于改善轨底的质量；在轧制扁钢时，钢坯的边长与扁钢的宽度应保持一定的比例。选对于多品种型钢车间，要考虑尽量减少钢坯的规格，以减少连铸车间模具数量和换模次数。多品种车间第一章孔型设计基本知识设计程序§1.2孔型设计的基本原则与设计程序3.总轧制道次数的确定变形量表示方法绝对压下量法延伸系数法压下系数法第一章孔型设计基本知识设计程序§1.2孔型设计的基本原则与设计程序3.总轧制道次数的确定绝对压下量法（初轧机、开坯机）chhn])1(11[)cos1(2maxmaxfDDhggmax)0.1~8.0(hhc)()()1(00bBhHhhb总压下量平均压下量最大压下量β—宽展系数β=0.15～0.25H0、h—轧制前、后轧件高度B0、b—轧