槽钢孔型设计

槽钢孔型设计5.5.1概述目前国内生产的角钢有三种类型：一种是普通槽钢，其执行的产品标准为GB707——88；另一种为轻型槽钢，其执行的标准为YB164——63；第三种为集装箱专用槽钢，通常有Hxdxb=113x10x（39—41）或113x12x（39—41）两种规格。

槽钢的规格都以腰部宽度的厘米数来表示，其型号自5#至40#。

目前国内中小型连轧机生产的槽钢为5#至16#。

在同一型号中槽钢又可按照不同腰部厚度及腿部高度分为若干种。

槽钢的规格目前已经标准化了。

轻型槽钢的主要特点是壁厚比普通槽钢的壁厚小，型号越大，壁厚减薄量越大。

轻型槽钢的断面系数大，质量轻，节约金属，故又称经济型断面武钢。

这种经济型钢在东南亚得到了广泛应用。

集装箱专用槽钢铁特点是腰部厚度比普通槽钢的腰厚，而其腿又比普通槽钢腿短，而且其断部有Cx45º倒角的要求。

这种槽钢主要是随着集装箱的国际化而发展起来的，它主要用于集装箱的门框上，一只集装箱仅用两根这种类型的槽钢，所以目前国内的需求是每年约为2万吨。

槽钢的特点是腿部较长，腿部内侧斜度较小（约10%）。

根据标准GB707——88，槽钢型号愈大，腰部截面积占总截面面积的比例F腰/F也愈大。

普通槽钢的号数与F腰/F的关系如图5——51所示。

因此在轧制大号槽钢时，若腰部延伸大于腿部延伸，则容易引起腿长的剧烈拉缩，即使延伸分配合理，腿长也容易波动，而超出公差。

又如在轧制集装箱专用槽钢时，F腰/F=72.16∽76.58%，这个值远大于40号普通槽钢的F腰/F值，在生产中往往发现：即使μ腰大与μ腿相同，但由于轧制过程中腿部的外侧壁磨擦力大于腰部的磨擦力，因此在腿部厚度方向磨损较快，从而产生μ腰>μ腿的情况，导致了腰部拉腿收缩的后果，使腿长往往小于产品标准规定。

5.5.1槽钢孔型系统轧制槽钢的孔型系统有直轧孔型系统、弯腰式孔型系统、大斜度孔型系统及工字钢轧制系统。

上述孔型系统都不得有切深孔、控制孔、成品孔三种孔型组成。

直轧孔型系统腿部外侧壁斜度较小，一般成品孔为1∽1.5%,其它孔型为4∽10%；而且切槽深，当孔型磨损后重车量大，往往一对轧辊只能使用1∽3次。

另外轧件不易脱槽，易造成冲卫板、缠辊等事故。

弯腰式孔型系统可采用较大的腿部外侧斜度，成品孔为5∽10%，其它各孔为10∽20%；孔型磨损后的轧辊重车量小，轧辊使用寿命长；轧件容易脱槽，减少了对卫板的冲击和缠辊事故。

大斜度孔型系统即孔型的侧壁斜度比弯腰式的还要大，其成品孔可达12％，其它各孔的斜度可达30％以上，因而在轧辊的重车次数、轧件易脱槽、减少各类轧制中的生产事故等方面这种孔型系统都优于弯腰式孔型系统。

同时由于其轧辊上的各点的直径差小于上述两种系统的直径差，因此由于速度差而产生的拉缩腿部的现象比上述两种有所改善，所以还可适当减小坯料的高度。

工字钢轧制系统的实质就是在粗轧孔型系统中采用共同的孔型。

其主要优点是当工字钢和槽钢相互转换时，可减换辊次数，起到提高轧机作业率和减少轧辊储备的作用。

但由于假腿的作用是牵制腰部对腿部的拉缩作用，而粗轧共用孔型就必须大大压缩假腿，从而产生不均匀变形的程度增加，轧槽磨损增加。

上术四种孔型系统中，弯腰式和大斜度的孔型系统比较适合于连轧机组。

但是当矫直能力不足时，就必须采用直轧孔型系统。

5.5.3孔型设计5.5.3.1面积划分一般把槽钢分为腰部、腿部及假腿三个部分。

5.5.3.2孔型设计槽钢的型设计一般从成品孔开始往前按照逆轧制顺序进行，成品孔为第1孔，即Ｋ1孔，成品前孔为第二孔，即K2孔，其他依次类推。

Bn表示第n孔的宽度，H n-1表示第n－1孔的高度，d n表示第n 孔的腰部厚度。

A、成品孔设计根据GB707－88，由图5－54可知：B1＝（B－部分负偏差）x（1.01～1.03）（5－42）d1＝d－（0～部分负偏差）（5－43）h1＝{[H＋（0～部分正偏差）]－〔d＋（0～部分正偏差）〕}x(1.011～1.013)（5－44）式中：B、d、H――分别为槽钢的腰宽、腰厚及腿长的标准尺寸。

计算h1时，应考虑到腰厚d1调整到最大正偏差时，腿长H不超出最大正偏差；当腰厚d1调整到最小负偏差时，腿长H不小于最小负偏差。

锁口余量△＝5～10mm，且t1＝（0.96～1）t（5－45）式中t――腿厚的标准尺寸。

a1＝t1－〔（h1/2）x（1/10）〕（5－46a）b1＝t1＋〔（h1/2）x（1/10）〕（5－46b）为防止槽孔磨损后腿部太厚，则腿厚a、b可取部分负偏差，但不能过大，否则在装辊及导卫安装不当、调整不当时，易使一条腿厚超出负偏差。

当腿部斜度ψ值取得较小时（约1％左右），则产生如下问题：（1）ψ太小，使接触弧长度增加，金属横向运动加剧，使腿的外侧壁磨损增加，常常造成成品肩角且腰部与腿外侧壁夹角大于90°，或“塌角”。

（2）ψ太小，使轧件难于脱槽，容易造成缠辊等轧制事故。

（3）ψ太小，腿部外侧壁磨擦力增加，轧制负荷增加。

某厂在Ф400连轧机组上轧制GB707－88中的8号槽钢，当ψ＝１％时，其成品机架的轧制电流竟达1000～1200A。

（4）轧槽寿命低，单槽轧制吨位往往只能达到100t左右，而且重车时不仅难度大，而且只能重车1～2次，辊耗极大。

（5）成品质量较差，由于外侧壁磨擦剧烈，因此腿外部的表面上有较严重的擦伤和刮伤，而且在槽钢的内圆角处易发生网裂。

（6）ψ太小，使成品前孔的轧件在进入成品孔时，由于其腿部的△ψ较大，而使轧件经多道次轧制后，进入成品孔的轧件腰部端头呈舌状，即进成品孔时，腰部先咬入、压平，所以对成品前孔的轧件腿外侧斜度有收小作用。

但过大的△ψ，则产生强烈的收缩，会引起槽钢腿外侧严重擦伤。

在横列式轧机上轧制槽钢（GB707-88）时，一般µ腰＝µ腿＋（0～0.02），即腰部的延伸系数大于腿部的延伸系数，腰部金属拉缩腿部金属，以保证腰部的肩角不产生“塌角”。

但在连轧机中，由于粗、中轧一般没有活套轧制，实际操作中存在着“微拉”轧制的不良操作。

即使精轧有活套，也存在着起套的间隙时间。

在两架连轧机之间活套没有形成时，一定产生大小不一的拉钢轧制，因此上面三个因素都使腿长发生变化，所以如果继续采用µ腰≥µ腿的设计方法，则无法保证腿部尺寸。

当轧制F腰/F腿较大的集装箱专用槽钢时，则腿部尺寸不容易控制的情况尤为突出。

因此，连轧机中成品孔的腰部延伸系数希望略小于腿部延伸系数，即µ腰＝µ腿－（0.01～0.03）（5－47）当腿部斜度ψ取得较大时，一般不小于5％，上述六个不足之处将得到很大改善。

如果车间有矫正能力，则希望采取ψ≥5％。

倘若矫直能力不足，则建议将腿部斜度由5％以上改为3％较为适宜。

某连轧机组轧制8＃槽钢和集装箱专用槽钢时，成品孔腿部斜度在5％时，经7辊矫直机矫直后的两腿外侧斜度往往为（3～4％）H，超过GB707－88中2.5％的规定。

当把此腿部斜度由5％改为3％时，则可完全解决此“扒脚”问题。

B 切分孔设计为了获得合格的成品腿长以及防止控制孔出耳子，正确设计切分孔非常重要。

一般切分孔的孔型特征是两腿的内壁在腰部相交，且一般腰厚>20mm，以及实际腿根厚度2g>B/2，见图5－55。

a 切分孔的形状切分孔有开口式和闭口式两种，这两种的优缺点已在前面介绍了。

但不论开口式或闭口式，其切分孔两腿内侧壁的交角大小对轧制时切分孔型中的充满情况和能量消耗、轧槽磨损都有很大影响。

根据切分孔型中金属不均匀变形的过程可以明显地看到：当切入楔角度减小时，腿部的充满情况得到改善，轧制时的能量消耗减小，同时切分孔型中的总延伸量也就减小。

设计切分孔型下槽的“楔子”时应注意到：如“楔子”太钝，则金属的拉缩愈严重，显然对腿长形成不利；若“楔子”太尖，对腿长形成有利，但下槽冷却条件较差，“楔子”容易磨损，当磨损严重时，容易使轧件表面产生沟痕且不易消除，将影响到成品的表面质量。

a 切分孔切入孔型的条件对一般切分孔来讲，切入楔的总高度与腿部高度上的压下量之和大于该机座轧辊直径的20％，则轧件就咬入困难，即∑H Q＋△h P=≤0.2D式中∑H Q……上、下切入楔的高度之和即（h上＋h下）；△h P－腿部高度上的压下量（见图5－56）按切入楔顶端计算的相应咬入角为：α＝（180/3.14）〔（△h/R）开平方〕＝（180/3.14）〔（0.2D/0.5D）开平方〕≌36º若用孔型中的平均压下量计算咬入角则更为正确，这时将△h（平均）代入。

△h等于：△h＝H0－F切/ B切式中H0……切分前坯料高度；F切、 B切……分别为切分孔的面积和宽度。

将上述公式代入α＝（180/3.14）〔（△h/R）开平方〕中，则对于钢辊，平均咬入角为24～25º，由此根据最大压下量按咬入角和磨擦角相等的条件可算出：△h max＝D-[D/(1+f2)开平方]式中f……磨擦系数。

上式可简化为：△h max≌0.5D f2 （5……49）因此可根据式5－49来计算采用切分孔的数量和形状。

当咬入角过大时，则可采用两个连续的切分孔型来对坯料依次进行逐步切分，并且第一个切分孔一般为开口孔，第二个切分孔大部分取闭口孔。

第一个取开口孔主要是为了便于咬入和增加轧辊强度，第二个切分孔取闭口孔主要是为了得到较正确的腿部尺寸。

c 腰部带侧压的大斜度闭口切分孔腰部带侧压的大斜度闭口切分孔可对连铸坯或轧制坯直接进行切分，在切出和压薄轧件腰部的同时可减小轧件腰部的宽度，以适应中、精轧弯腰大斜度槽孔宽度的要求。

这种孔型有以下优点。

（1）从图5——57中看到，这种孔型可阻止腿部的金属向腰部流动，因此可以减小切分孔腰部的垂直压缩对轧件腿长的拉缩作用，从而可用相同高度的坯料轧出较长的成品腿。

（2）对轧件的夹持作用大，改善咬入条件，提高轧制稳定性。

（3）宽展量较小，促使轧件腰部的金属向槽钢的两个间角流动，保证肩角充满良好，减少“秃角”、“塌角”缺陷。

（4）脱槽容易，同时减轻对上卫板的负荷，避免发生缠辊事故。

d 切分孔的拉缩率切分孔的拉缩率δ表示切分孔来料高度与切分孔尺寸的关系（见图5——85），即δ=[（H-A）/（H-d）]100%式中H——进入切分孔前的坯料高度；A——切分孔的高度；d——切分孔的腰部厚度。

一般拉缩率在25∽50%。

e 切分孔的侧压当轧件进入切分孔时应给予一定的侧压量，以增加咬入及提高轧件在切分孔中的稳定性。

侧压量太大，则孔型侧壁容易磨损。

侧压量的大小可根据坯料厚度B和孔型宽度b用作图法来确定。

一般用矩形坯时，矩形坯与孔型开始接触时的空隙量x为3∽6mm，见图5——59。

为提高轧件在切分孔中的稳定性，希望钢坯侧面的斜度和切分孔型的侧壁斜度能基本相同。