孔型设计

摘要型钢是经各种塑性加工成形的具有一定断面形状和尺寸的直条实心钢材，是重要的钢材产品之一，它被广泛的应用于国民经济的各个部门，如机械、金属结构、桥梁建筑、汽车、铁路车辆制造等，它都占有不可缺少的地位。

孔型设计是型钢生产中必不可少的步骤之一，孔型设计的合理与否直接影响到产品的质量、轧机的生产能力、产品的成本、劳动条件和劳动强度等。

圆钢属于简单断面型钢的一种，在工业生产中，自然缺少不了孔型设计这一步骤。

轧制圆钢的孔型系统有多种，应根据直径、用途、钢号及轧机形式来选用。

本文主要介绍孔型设计的一些基本知识和原理，并以生产φ25mm 圆钢为例，说明孔型设计的方法。

关键词：型钢，圆钢，孔型设计Abstract Beam is formed by a variety of plastic processing section of a certain shape and size of solid bar steel, steel products is an important one, it has been widely used in various sectors of the national economy, such as machinery, metal structures, bridge s, buildings, automotive, rail vehicle manufacturers and so on, it occupies an indispens able position. Pass design is essential to steel production in one step, or not pass the rational design of a direct impact on product quality, mill capacity, product cost, labor conditions and labor intensity and so on. Steel round bar is a simple cross-section of industrial production, the natural lack of this step can not pass design. Rolling round a number of the pass system, should be based on diameter, uses, and its steel mill s election form. This paper mainly introduces the pass design of some of the basic kno wledge and principles, and to produce φ25mm round as an example to show the way to pass design. Keywords: beam ,round bar, pass design 目录摘要I Abstract II 第一章绪论1 1.1孔型及其分类1 1.2孔型的组成及各部分的作用2 1.3孔型设计的内容和要求6 1.3.1孔型设计的内容6 1.3.2孔型设计的要求6 1.4孔型设计的程序7 第二章孔型设计12 2.1圆钢孔型系统12 2.2延伸孔型的设计方法12 2.2.1孔型系统的选择12 2.2.2孔型的设计方法14 2.3精轧孔型设计16 2.3.1成品孔的设计16 2.3.2成品前精轧孔的设计17 第三章典型产品孔型设计19 参考文献: 24 致谢25 附录A:精轧孔型图26 附录B:粗轧孔型图27 第一章绪论1.1孔型及其分类由两个或两个以上的轧槽在过轧辊轴线的平面上所构成的空洞称孔型。

根据孔型的形状。

用途及其在轧辊上的切削方式可将孔型分类。

1、按形状分类按孔型形状可以把所有孔型分为简单断面（如方、圆、扁等）和异型断面（如工字形、槽形、轨形等）两大类。

也可按孔形的直观外形分为圆、方、箱、菱、椭圆、六角、扁、工字、轨形以及蝶式孔型等。

2、按用途分类（图1.1）根据孔型在变形过程中的作用分为：(1)开坯或延伸孔型，这种孔型的任务是把钢锭或钢坯的断面减小。

常用的孔型有箱型孔、菱形孔、方形孔、椭圆孔、六角孔等。

(2)预轧或毛轧孔型，其任务是在继续减小轧件断面的同时，并使轧件断面逐渐成为与成品相似的雏形。

(3)成品前或精轧前孔型，它是成品孔型前面的一个孔型，是为在成品孔型中轧出合格产品做准备的。

(4)成品或精轧孔型，它是一套孔型系统的最后一个孔型，它的作用是对轧件进行精加工，并使用轧件具有成品所要求的断面形状和尺寸。

图1.1 孔型按用途分类3、按孔型在轧辊上的车削方式可分为如下三类；（图 1.2）(1)轧辊辊缝s 在孔型周边上的称为开口孔型。

(2)轧辊辊缝s 在孔型周边之外的称为闭口孔型。

(3)半开（闭）口孔型，亦称控制孔型。

图1.2 孔型按车削方式分类 1.2孔型的组成及各部分的作用为了轧出所需的各种型钢，必须设计出相应的孔型。

尽管孔型的种类很多外形也各有差异，但它们都是由几个基本部分组成的，如辊缝、圆角、侧壁斜度等(图1.3)。

下面来讨论孔型各部分的作用。

图1.3 孔型的组成1、辊缝s 在轧制过程中，除轧件产生塑性变形外，工作机架各部分因受轧件变形抗力的作用将产生弹性变形。

机架的弹性变形由下面几部分组成：(1)轧辊的弯曲和径向压缩；(2)牌坊立柱的拉伸；(3)牌坊上下横梁的弯曲；(4)压下螺丝、轴承、轴瓦的压缩等。

以上弹性变形的总和称为轧辊的弹跳，简称辊跳。

辊跳值的大小与轧制压力和轧机的结构有关。

在轧制压力相同时，开口式牌坊比闭口式牌坊的辊跳大的多。

轧辊的辊跳增加了孔型的高度，所以如果早设计孔型时没有考虑轧辊的辊跳，就不可能轧出合格的产品。

例如轧制直径30毫米的圆钢时，如果轧槽的深度为圆钢直径之半（图1.4.a），当轧制时由于辊跳，轧件的垂直直径将大于水平直径，不能轧出合格的产品。

为了获得精确的断面形状和尺寸，孔型设计时必须在轧辊间留辊缝，使两个轧槽的深度与辊缝之和等于孔型的总高度。

这样在轧制前使轧辊之间的距离比设计的辊缝小一辊跳值。

在轧制时由于辊跳孔型达到要求的高度，如图1.4.b 所示。

图1.4 在圆孔型中轧制a——无辊缝；b——有辊缝不难看出，辊缝值应大于辊跳值。

如果辊缝值正好等于辊跳，在轧件进入孔型前，轧辊将相互接触，这将引起附加的能量消耗与轧辊的磨损。

在许多情况下，调整辊缝值的大小可改变孔型的尺寸（如菱形、方形、椭圆孔等），这从提高轧辊的共用性和节约轧辊的角度出发是很有价值的。

此外，增大辊缝值可相对减少轧槽刻入深度，提高轧辊强度，延长了轧辊的使用寿命；简化轧机调整，即当孔型磨损时，可以用减少辊缝的方法使孔型恢复原来的高度。

轧辊的弹跳与金属作用在轧辊上的压力成正比，而允许轧制压力的大小又与轧辊的强度和轧辊直径有关，所以在实际生产中通常根据轧辊直径来估算辊缝值。

如大中型轧机的开坯机上采用8~15mm,成品轧机采用4~6mm,小型轧机的开坯机采用6~10mm,精轧机用1~3mm。

同样也可以根据如下经验关系确定辊缝值s，成品孔型s=0.01D；毛轧孔型=0.02D；开坯孔型=0.03D。

式中 D 为轧辊直径。

开坯孔型和毛轧孔型的辊缝值比成品孔型大，这是因为最初道次辊缝大对成品质量影响不大的缘故，且辊缝越大，调整范围大，增加轧辊重车次数。

2、孔型侧壁斜度孔型的侧壁斜度是指孔型的侧壁对轧辊轴线的倾斜程度。

孔型的侧壁在任何时候都不垂直于轧辊轴线，而是有一定的倾斜度。

以箱型孔为例（图1.3），孔型的侧壁斜度用下式表示：tanφ=(Bk-bk)/2hp×100% 孔型侧壁斜度的作用是使轧件易于进、出孔型。

当孔型有侧壁斜度时，孔型的进出口部分由喇叭口形成，因而轧件进孔型和和脱槽都比较容易。

当孔型无侧壁斜度时，如喂钢稍有不正，轧件碰到辊环就被顶回，不能实现咬入；即使轧件进入孔型，由于宽展，孔型侧壁对轧件造成很大的夹持作用，使轧件不易脱槽，易造成缠辊事故。

在轧制过程中，孔型不断磨损，形状和尺寸都发生变化，如继续使用磨损严重的孔型，则会在成品上出现许多缺陷，影响产品的质量，所以轧辊需要进行重车。

假如孔型侧壁无斜度时，重车也无法恢复原来的宽度，如图1.5所示。

图1.5 侧壁斜度对重车后孔型宽度的影响重车时轧辊的车削量与孔型侧壁斜度的关系由图1.6可以看出：D—D′=2a/sinφ=2a/tanφ(当φ 角不大时sinφ≈tanφ) 式中a——孔型侧壁的磨损深度；D、D′——轧辊重车前后的直径由上式可知，侧壁倾角φ 越大，当α 相同时，为恢复孔型所需的轧辊车削量(D—D′)越小。

所以在实际生产中，在不影响质量的情况下应尽量采用大的侧壁斜度。

图1.6 侧壁斜度与轧辊车削量的关系轧制异形断面型钢时孔型的侧壁斜度往往允许的变形量有关系。

孔型的侧壁斜度越大，允许的变形量也越大。

由于孔型侧壁斜度大，甚至可以减少轧制调整，这不仅可以节约轧辊还可以节省电能。

用大斜度的孔型可增加孔型的共用性。

例如大斜度的箱型孔型，通过控制孔型的充满程度，可以轧出尺寸不同的轧件。

这一点对于初轧机，开坯机以及型钢轧机的毛轧孔型尤为重要。

3、孔型的圆角除特殊要求外孔型的角部很少用折线，一般都做成圆角，(见图1.3) (1)孔型内圆角的作用可以防止轧件角部的急剧冷却；可以使槽底的应力集中减小增加轧辊强度：通过改变内圆角半径，可以改变孔型的实际面积和尺寸，从而改变轧件在孔型中的充满程度，有时还对轧件的局部加工起一定的作用。

(2)孔型外圆角的作用当轧件进入孔型不正时，外圆角能防止轧件的一侧受辊环切割；当轧件在孔型中略有过充满现象时，即出现“耳子”时，外圆角可使其避免有尖锐的折线，这样可以防止轧件继续轧制形成折叠（图1.7）；对于异型轧孔，增大外圆角半径也可使轧辊的局部应力集中减少，从而增加轧辊的强度。

应当指出，在轧制某些简单断面型钢时，其成品孔型的外圆角半径可以取小些，甚至为零。

图1.7 孔型外圆角的作用4、锁口当采用闭口型以及轧制某些异型钢时，为了控制轧件的断面形状，要使用锁口。

孔型的锁口如图1.8所示，在同一孔型中轧制几种厚度活高度差异较大的轧件时，其锁口长度必须大些，借以防止轧制较厚或较高的轧件时金属流入辊缝。

用锁口的孔型，其相邻孔型的锁口一般是上下交替出现的。

图1.8 孔型的锁口 1.3孔型设计的内容和要求将钢坯或钢锭在两个或两个以上带轧槽轧辊间经过若干道次的轧制变形,以获得所需要的断面形状、尺寸和性能的产品,为此而进行的设计和计算工作称之为孔型设计。