第二章 孔型设计基本知识

lg lg c
lg
F 0
lg Fn
lg c
延伸系数法举例：
例：702→φ7.5㎜，在φ400x2/φ250x5轧机上轧制（P164)
702 π( 7.5)2
111.4
2
取：c 1.3
则：n lg111.4 17.96 lg1.3
可取18，19道次，根据布置方式两列，所以取偶数18道
如果有几种钢坯尺寸可以任意挑选时，应根据轧机的具体情况选择最适合 的轧制道次，然后根据钢坯的横断面积： F0 Fncn 钢坯的边长为： F0 根据钢坯边长选择与其接近的钢坯尺寸
初轧30-50% 精轧5-10% ，hp延—孔伸型箱高孔度。: 10-20%
孔型侧壁斜度的作用
a. 有利于咬入和脱槽（入口与出口形成喇叭口） b. 延长轧辊使用寿命（减少了重车量）
c. 提高孔型的共用性（宽展余量，耳子，充满度） d. 增大时，可以提高腿部侧压下量，减少道次
各组成部分的作用
孔型圆角
1.2 孔型的分类
按形状分 按用途分
简单断面（方、圆、扁）
异形断面（工、槽、H 等）
延伸孔型
a
成型孔型
b
成品前孔
c
成品孔 孔型辊缝d在孔型周边之内，其水平辊缝一般位 于孔型高度中间
开口孔型 孔型辊缝在孔型周边之外
按开口位置方式分
闭口孔型
通常称为控制孔型，其辊缝常处在孔型的顶部 或底部
半开（闭）口型
槽底凸度的作用
使轧件断面边稍凹，在辊道上运行比较稳定，进入下一道孔型 时咬入条件也较好；另外可提高轧槽的使用寿命。 给翻钢后的孔型增加宽展余地，减小出耳子的危险性。
保证轧件侧面平直
设计原则：单鼓变形严重，f大些；成品孔不用，翻钢后如果是高轧件则要少用或不用 参考数据：f=0~6mm,以2~4mm为多。
各组成部分的作用
孔型侧壁斜度 垂直的侧壁是没有的。用侧壁和轧辊轴线的垂直线夹角的正切值表示
侧壁斜度过大：
（1）影响轧件形状的正确性；
（2）影响轧件在孔型中的稳定性。
设计原则：
y—孔型侧壁斜度； φ—孔型侧壁倾斜角；
综合考虑出孔型轧件的形状和Bk—轧孔件型在槽口孔宽型度中；的稳定性。
参考数据:
bk—槽底宽度；
旧产品
应了解在其他轧机上轧制该产品情况及存在问题
的 孔 型
多种产品
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
系 统
单一产品
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
选择坯料尺寸
➢ 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。
各道次变形量的分配★
咬入条件
考
虑
电机能力
的
条
轧辊强度
件
孔型磨损 横列式轧机上变形系数
连轧机上变形系数按道
金属的塑性 按道次分配的典型曲线
次分配的典型曲线
轧件温度高，金属的塑性、轧辊强度和电机能力不成为限制因素，而 炉生氧化铁皮和咬入条件成为限制变形量的主要因素，一般取较大值
确
随着炉生氧化铁皮的剥落，咬入条件得到改善，而此时轧件温度降低
D
max
(1
K 2
) D0
S
D
min
(1
K 2
) D0
s
轧辊平均工作直径
轧辊与轧件接触处的轧辊直径叫做轧辊工作直径。
对角方孔型中轧辊工作直径的变化
通常把轧件出口速度相对 应的轧辊直径（不考虑前 滑），称为轧辊的平均工 作直径Dk。
（a）平辊；（b)箱形孔型轧辊
Dk＝D-h D-轧辊原始直径，mm h-孔型高度，mm。
在轧制简单断面型钢时，成品孔型的外圆角半
径作用(a)已失去意义，半径可取小，甚至为0，
以保证成品断面达到标准要求。
各组成部分的作用
锁口的作用
控制轧件断面形状，便于闭口孔型的调整
设计原则： 相邻孔型锁口要上、下交替， 防止飞翅； 锁口要大于孔型 轧不同厚度时的调整量。 参考数据：m=r1+2~8mm r1：辊环圆角半径
➢1 孔型及孔型设计基本概念
1.1 孔型的定义
两个或两个以上轧辊的轧槽在轧制面上所组成的几何 图形称为孔型。
【说明 】 轧制面：通过两个或两个以上轧辊轴线的垂直平面， 即轧件从轧辊轧出处的垂直平面。 轧槽：刻在一个轧辊上的槽子，轧制时轧辊与轧件接 触部分的轧辊辊面。 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。
优
型钢轧制时大部分采用上压力轧制。可以避免安装复杂的上卫板，
点
另外，使用上卫板时，机架被堵塞，难以观察轧辊
为了脱模方便，轧制复杂断面型钢时，应根据孔型的开口（锁口） 位置来选定配置上压力或下压力。开口向上配上压力，反之下压力。
辊径差造成上下辊压下量分布不均，其结果是上下轧槽磨损不均
缺
点
使轧件中产生附加压力
➢ 对于多品种型钢车间，应尽量减少坯料规格。
应考虑金属成形的需要。如角钢、重轨、扁钢等时。
总轧制道次数的确定
已知钢锭或钢坯的断面尺寸
压下量法
主 β—宽展系数 要 β=0.15～0.25
延伸系数法 参 H、h—轧制前、后轧件高度
数 B、b—轧制前、后轧件宽度
压下量法：主要用于初轧机与开坯机
Fi—各道轧后的轧件横断面面积
辊时间
➢2.2孔型设计程序
孔型设计基本条件储备 选择合理的孔型系统 选择坯料尺寸 总轧制道次数的确定 各道次变形量的分配
确定轧件的断面形状和尺寸
轧辊辅件设计 进行校核 绘制配辊图
确定孔型的形状和尺寸
孔
产品的技术条件
型
设
计
基
本
原料条件
条
件
储 备
车间设备条件
产品断面形状、尺寸及其允许偏差，对产品 表面质量、金相组织和性能的要求，对某些 产品还应了解用户使用情况及其特殊要求
K
Dmax Dmin D0
D D' D0
D和D’受到连接轴允许倾角的限制：万向轴
≤10°,K=0.18~0.2;梅花轴
≤4.5°,K=0.14~0.16。最理想的是新轧辊的
连接轴倾角与轧辊到最后一次的连接轴的倾 角相等，即
D ' Dmin s
D
D
2
'
D0
又因为：
D Dmax s
此时新旧轧辊直径可按下式确定：
对轧件产生冲击，传动轴易扭断
配辊压力值的确定
初轧机上取10～15mm的下压力;对开坏轧机上的箱形孔配置压力值不 大于(2% ～3%)D0;对其他延伸孔型配置压力值不大于1%D0.闭口孔型 配置压力值取2～6mm；成品孔型力求不配置压力值。
Dmax——轧辊最大直径 Dmin——轧辊最小直径 D——轧辊原始直径最大值，D＝Dmax+S D‘ ——轧辊原始直径最小值，D’＝Dmin+S
孔型配置时是以 新轧辊直径Dmax 对应的轧辊原始 直径D为基准直 径的。
轧辊重车系数 （重车率）
轧辊重车率是指轧辊总的重车量与 轧机名义直径D0之比，用K表示：
➢ 必须考虑轧机型式和能力。一般对于一定的轧机来讲，应根据该轧机的 能力确定合理的道次和平均延伸系数以及坯料的尺寸范围。
➢ 选用坯料断面尺寸和长度时应考虑加热炉、冷床等辅助设备的允许长度， 以及各设备之间的距离，以免生产时相互干扰。对于线材而言，为了增 大盘重，应该在允许的范围内尽量增大坯料的重量。
总 压下量： h 1 H h B b
总轧制道次：
n
h h
h : 平均压下量，由轧机能
力所决定，可参照各类轧机的
Βιβλιοθήκη Baidu
★延伸系数法：大部分型钢轧机
经验数值选取。
总延伸系数：
1 2 3 L
n
F0 F1
F1 F2
F2 F3
L
Fn 1 Fn
F0 Fn
平均延伸系数： =cn
总轧制道次：
n
定
不多，故变形系数可不断增加，并达到最大值
的
原
随着轧制过程继续进行，轧件断面面积逐渐减小，轧件温度降低，变形抗力
则
增加，轧辊强度和电机能力成为限制变形量的主要因素，因此变形系数降低
最后几道中，为了减少孔型磨损，保证成品断面形状和尺寸精确度， 应采用较小的变形系数
确定轧件的断面形状和尺寸
根据各道延伸系数确定各道次轧件横断面面积，然后按照轧件横断面 面积及其变形关系确定轧件断面形状和尺寸。
a. 切槽浅 b. 重车次数多 c. 调整量大
a. 轧制不稳定
b. 影响轧件尺 寸和形状
辊缝与轧辊直径D有着密切的关系
大中型轧机
辊缝尺寸（㎜）
小型轧机
辊缝尺寸（㎜）
开坯轧机
8～15
开坯轧机
6～10
毛轧机
6～10
毛轧机
3～5
精轧机
4～6
精轧机
1～3
也可以：成品：s=0.01D 粗轧：s=0.02D 开坯：s=0.03D
金属塑性加工学-型材生产
第二章 孔型设计基础知识
➢ 1 孔型及孔型设计基本概念 • 孔型定义 • 孔型分类 • 孔型组成及作用 • 孔型设计的内容和要求
➢ 2 孔型设计程序和基本原则 • 孔型设计基本原则 • 孔型设计程序（步骤）
➢ 3 孔型在轧辊上的配置 • 孔型沿辊身长度方向的配置 • 轧机尺寸与轧辊直径 • 轧辊中线、轧制线和孔型中性线 • 孔型在轧辊上的配置步骤 • 配辊举例
容 ★
轧辊辅件设计 导卫、围盘、翻钢装置、检查样板，防止出现偏心、 缠辊等
孔 型 设 计
便
低
于
优高 成
操
质产 本
作
的
要
求
★
➢2 断面孔型设计程序及基本原则
将选择孔型系统、分配道次延伸率、确定轧制道次、计算 孔型尺寸、验算、画孔型图等一系列工作称为断面孔型设计
2.1 断面孔型设计基本原则
选择合理的孔型系统 利用钢的高温塑性，把变形量和不均匀变形集中在前几道，然
1.4 孔型设计
孔型设计定义
将钢锭或钢坯在轧辊孔型中经过若干道次轧制变形，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、画图、计 算等工作称为孔型设计
孔 型
确定孔型系统，轧制道次，变形量以及各个道次的孔 断面孔型设计 型形状、尺寸
设
计 的 内
轧辊孔型设计 确定孔型在各机架上分配及在轧辊上的配置形式，以 保证轧件能正常轧制，操作方便
1.3 孔型的组成及作用★
辊缝：实际轧钢时两辊环间 的间距,包括预设定和弹跳
值，常用s表示。
侧壁斜度：指孔型侧壁对轧 辊轴线垂直线的倾斜程度
圆角：孔型角部除特殊要求 外，一般均做成圆弧形。位 于孔型内的称内圆角，外的 为外圆角
槽底凸度：某些孔型将槽底 做成具有一定高度、形状的 凸起，这些凸起称为槽底凸 度。
确定孔型的形状和尺寸 根据轧件断面形状和尺寸确定孔型形状和尺寸，并构成孔型。有时孔型设计是根 据经验数据直接确定孔型尺寸及其构成，可不事先确定轧件尺寸 。
绘制配辊图 把设计出的孔型按一定规则配置在轧辊上，并绘制配辊图。
进行校核 对咬入条件、电机负荷、轧辊强度、孔型充满程度以及轧件在孔型中位置 的稳定性进行校核。
钢锭或钢坯形状和尺寸，或者按孔型设计要求 重新选定原料规格
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
选 择
新产品
设计孔型之前应该了解类似产品的轧制情况及其存在问题，作为新产 品孔型设计的依据
合 理
内圆角R 作用
a. 防止轧件角部急剧冷却，消除角裂产生
b. 改善轧辊强度，防止因尖角部分引起应力 集中而削弱轧辊强度
c. 改变孔型的实际面积，从而改变变形量和 充满度
外圆角r 作用
a. 防止形成折叠缺陷 b. 防止刮丝现象
c. 增加轧辊强度
圆角半径的取值：
一般槽底圆角半径应取大一些，成品孔型的槽
底圆角半径取决于成品断面的标准要求。
锁口：闭口孔型中用来隔开 孔型与辊缝的两轧辊间的缝 隙
各组成部分的作用
辊缝的作用
a. 防止轧辊辊面磨损 b. 提高孔型共用性 c. 减少轧槽的刻入深度，提高轧辊强度 d. 简化轧机调整
辊缝取值
大辊缝
Smin大于弹跳值，避免两辊贴面 成品孔型和精轧孔型，尽量取小
开坯孔型和延伸孔型，适当增大
好处 不利
后按照轧制程序逐道次减小变形量。 尽可能采用形状简单的孔型，专用孔型的数量要适当。 轧制道次数、各机架间的道次分配以及翻钢和移钢程序要合理，
以便缩短轧制节奏，提高轧机产量，并利于操作。 轧件在孔型中的状态要稳定，防止轧件变形过程中弯扭。 生产多品种时要尽量考虑孔型的共用性，以减少轧辊储备和换
3.2 轧辊上压力和下压力 上下轧辊工作直径不等时的轧制称为压力轧制，上下轧辊的工作直
概念★ 径之差为压力值：
当
时，称为上压力轧制，此时，轧件上表面的速度
大于下表面的速度，下弯。反之，称为下压力轧制。
轧制时轧辊的压力（a)上压力；（b)下压力
上下压力的利用
初轧机采用下压力轧制。为了减轻轧件前端对辊道第一个辊的冲击
轧辊附件设计 根据孔型图和配辊图设计导卫、轧辊车削和检测样板等辅件并绘图。
➢3 孔型在轧辊上的配置
3.1 轧机尺寸与轧辊直径
型钢轧机的大小 不能按照实际使 用的轧辊直径来 表示，而采用传 动轧辊的齿轮座 内齿轮的中心距 或节圆直径来表 示。
直 径 参 数
轧机名义直径与轧辊尺寸
D0——轧机名义直径，即传动轧辊的齿轮 座内齿轮的中心距或节圆的直径