棒材孔型设计

2 ) 确定各等轴孔尺寸
由圆面积公式F=πR2得：
d=2
各道次的轧件参数列于表（5—1）。
表1 等轴孔轧件尺寸
道次
6
8
10
12
轧件高/宽（mm）
79.49
59.95
47.50
38.46
轧件面积（mm2）
4963.07
2822.70
1772.73
1161.50
4
前几个道次轧件表面氧化铁皮较多，摩擦系数较小，影响咬入。根据现场经验，无孔型轧制时既要防止产生轧件歪扭脱方现象，又要保证轧件在平辊上轧制的稳定性，故平辊出口轧件断面尺寸初步设计如下：
130.92
—
—
116.00
—
—
3
平辊
90.00
122.510
—
—
90.00
—
—
4
平辊
72.00
114.36
—
—
72.00
—
—
5
椭圆
74.52
101.02
59.62
10.10
18.63
由筱仓公式：
β=1+0.8[2Lc/(Ho+2Bo)][(Ho-h)/Ho]
式中：Lc—平均接触弧长度，
Ho—轧前轧件平均高度；
h—轧后轧件平均高度；
Bo—轧前轧件宽度；
D—轧辊直径.
No.1 （第一道次）
来料：Bo×Ho =151.8×151.8mm
初设：h1=116.00mm;
=94.60mm
β 1=1+0.8[2×94.60/(151.80+2×151.80)][(151.80-116.00)/151.80]
No.2 （第二道次）
来料：B1×H1=116.00×163.70mm
初设：h2=116.00mm;
=109.20mm
β 2=1+0.8[2×109.20/(163.70+2×116.00)][(163.70-116.00)/163.70]
=1.129
则 b2=β 2B1=1.129×116.00=130.92mm
=19.68mm
式中：Fo—红坯断面面积，mm2;
Fn—成品于热状态断面面积，mm2;
—热胀系数，取 =1.012；
—钢坯边长，mm;
d —成品直径，mm;
轧制道次数n= =12道次
3
分配原则：初轧道次小，以便取出氧化铁皮，保证产品质量；随后加大，以利用轧件在高温下塑性好，产生大的变形；精轧道次延伸系数小，以保证成品质量及孔型的耐磨性和成品尺寸精度。
本设计采用无孔型和椭圆—圆孔型系统。
2
优点：
（1）由于轧辊无孔型，改轧产品时，可通过调节辊缝改变压下规程。因此，换辊、换孔型的次数减少了，提高了轧机作业率。
（2）由于轧辊不刻轧槽，轧辊辊身能充分利用；由于轧件变形均匀，轧辊磨损量少且均匀，轧辊寿命提高了2~4倍。
（3）轧辊车削量少且车削简单，节省了车削工时，可减少轧辊加工车床。
（2） 孔型中轧出的轧件断面圆滑无棱、冷却均匀，从而消除了因断面温度分布不均而引起轧制裂纹的因素。
（3） 孔型形状有利于去除轧件表面氧化铁皮，改善轧件的表面质量。
（4） 需要时可在延伸孔型中生产成品圆钢，从而减少换辊。
缺点：
（1）延伸系数小。通常延伸系数不超过1.30~1.40，使轧制道次增加。
（2）变形不太均匀，但比椭圆—方孔型要好一些。
③椭圆圆弧半径R
取辊缝s=3mm,则R=
验算轧件在K2孔中的充满度 ：
已知K2孔中轧件的尺寸为 ， 则 =59.8/60.80=93.5%，充满度太大。取该椭孔中的充满度为0.9，
则 =59.8/0.9=63.16mm
椭圆圆弧半径wk.baidu.com=
1）平辊设计
平辊设计，只需确定辊缝值，其与轧后高度h一致，在前面轧件尺寸确定时已经计算过。具体见孔型尺寸表5-3
设计φ38，取R=2mm
④成品孔内径的扩张角R’
取θ=30o,辊缝s=2mm
则侧角
=
∴ρ〈θ符合要求。
∴R’= = =22.43
2)成品前孔（K2孔）设计
①成品前孔高度 =（0.78~0.86） =0.82 38=31.16mm
②成品前孔宽度 =（1.42~1.70） =1.6 38=60.80mm
β 4=1+0.8[2×124.11/(122.51+2×90.00)][(122.51-72.00)/122.51]
=1.271
则 b4=β 4B3=1.271×90.00=114.36mm
F4= b4h4=72.00×114.36=8233.75mm2
校核：B3/H3=0.73h4/b4=0.63符合要求
（3）轧件在圆孔型中稳定性差，需要借助于导卫装置来提高轧件在孔型中的稳定性，因而对导卫装置的设计、安装及调整要求严格。
（4）圆孔型对来料尺寸波动适应能力差，容易出耳子，故对调整要求高。
3
3
=[(1.012×150) -0.86×(0.1×1.012×150) ]/[0.25×3.14×(38×1.012) ]
2成品孔内径开口宽度Bk
Bk=[d0+(0.5~1.0) ]×（1.007~1.02）
式中： ─内径允许最大正偏差，mm
按GB715-89,取 =0.35
[38+0.8×0.35]×1.0135=38.80mm
③内径开口处圆角R
R的设计参考值一般为φ10～φ25mm,R=1～1.5mm
φ28～φ40mm,R=2～2.5mm
（4）由于轧件是在平辊上轧制，所以不会出现耳子、充不满、孔型错位等孔型轧制中的缺陷。
（5）轧件沿宽度方向压下均匀，故使轧件两端的舌头、鱼尾区域短，切头、切尾小，成材率高。
（6）由于减小了孔型侧壁的限制作用，沿宽度方向变形均匀，因此降低了变形抗力，故可节约电耗7%。
2
优点：
（1） 孔型形状能使轧件从一种断面平滑的过渡到另一种断面，从而避免由于剧烈不均匀变形而产生的局部应力。
第十二道次后轧件的宽度
为宽展留的余量，取mm）
则 =
符合要求，校核通过。
4
1精轧孔型设计
1) 成品孔（K1孔）设计
1成品孔内径d
d=[d0-(0~1.0) Δ-]×（1.007~1.02）
式中：Δ-─内径允许最大负偏差，mm
按GB715-89,取Δ-=0.35mm
d0─成品内径的公称直径，mm
d=[38－0.8×0.35]×1.0135=38.23mm
棒材课程设计
0产品技术要求
以国家标准（GB）、行业标准（JB、SJ、YD等）、国际标准（ISO、IEC等）为准，也可以根据与用户达成的技术协议来生产。具体见表0
（1）制定轧制制度的原则和要求
线材轧制制度的确定要求是充分发挥设备能力、提高产量、保证质量，并且操作方便、设备安全。即：
1) 在保证设备能力允许的条件下尽量提高产量；
将12道次的总延伸系数根据经验（如考虑咬入、摩擦等因素）具体分配如下：μ1=1.250 μ2= 1.249μ3=1.287μ4=1.265μ5= 1.351μ6=1.342μ7=1.324μ8=1.328μ9= 1.281μ10=1.243μ11=1.250μ12=1.221
4
4
1)各等轴孔轧件的横截面积
F2= b2h2=130.92×116.00=15187.26mm2
校核：B1/H1=0.71h2/b2=0.89符合要求
No.3 （第三道次）
来料：B2×H2=116.00×130.92mm
初设：h3=90.00mm;
=111.72mm
β3=1+0.8[2×111.72/(130.92+2×116.00)][(130.92-116.00)/130.92]
表0φ38mm的外形及尺寸偏差要求
工艺流程
钢坯验收→加热→轧制→倍尺剪切→冷却→剪切→检验→包装→计量→入库
（2）绘制工艺简图
→→→→→
→→→→
孔型设计
本设计是设计φ38mm的20号圆钢轧制其坯料尺寸为150mm×mm。
2
圆钢孔型系统一般由延伸孔型系统和精轧孔型系统两部分组成。延伸孔型的作用是压缩轧件断面，为成品孔型系统提供合适的红坯。它对钢材轧制的产量、质量有很大的影响，但对产品最后的形状尺寸影响不大。常用的延伸孔型系统一般有箱形、菱—方、菱—菱、椭—方、六角—方、椭圆—圆、椭圆—立椭圆等；精轧孔型系统一般是方—椭圆—螺或圆—椭圆—螺孔型。
将前面四道次的出口轧件的有关尺寸列成表格见表5—2
表2 平辊出口轧件尺寸
道次
延伸系数
横截面积
轧件高度mm
轧件宽度mm
1
1.250
18989.1
116.0
163.70
2
1.249
15187.3
116.0
130.92
3
1.287
11026.0
90.0
122.51
4
1.265
8233.8
72.0
114.36
0.035
0.035
F,b,Z
力学性能：
抗拉强度 σb (MPa)：≥410(42)屈服强度 σs (MPa)：≥245(25)伸长率 δ5 (%)：≥25断面收缩率 ψ (%)：≥55硬度 ：未热处理,≤156HB试样尺寸：试样尺寸25mm
热处理规范及金相组织：
热处理规范：正火,910℃,空冷。金相组织：铁素体+珠光体。
4
具体方法是两个等轴孔夹一个非等轴孔，以两圆夹一椭为例，根据经验理论确定轧件在椭孔中的延伸系数βt，轧件在圆孔中的延伸系数βy,来料尺寸为Bi-1×Hi-1,经椭孔后轧件尺寸为hi×bi,经过下一道次后轧件尺寸为 di+1,则由宽展系数的定义便可求得中间非等轴孔轧件的尺寸hi、bi，即：
βt= βy=
=1.056
则 b3=β 3B2=1.056×116.00=122.51mm
F3= b3h3=122.61×90.00=11026.00mm2
校核：B2/H2=0.89h3/b3=0.73符合要求
No.4 （第四道次）
来料：B3×H3=90.00×122.510mm
初设：h4=72.00mm;
=124.11mm
外圆角半径：r=(0.2～0.3)d, 本设计取 r=0.25d
内圆角半径：R=d/2
轧件面积： ～ , 本设计取
则圆孔型尺寸见表3
表3 孔型参数尺寸表
道次
孔型
孔高
mm
槽口宽
mm
内圆半径R mm
外圆半径r mm
辊缝
s
mm
扩张角
充满度
%
1
平辊
116.00
163.70
—
—
116.00
—
—
2
平辊
116.00
第十道次后轧件的宽度
为宽展留的余量，取mm）
则 =
符合要求，校核通过。
No.11 （第十一道次椭圆孔）
来料：B10×H10=47.50×47.50mm
轧件经第十二道次后的尺寸为38.46mm;
取： 0.7, =0.4
根据公式（），（）可算得第十一道次椭圆后轧件的尺寸：
校核第十二道次圆孔中轧件的充满度 ：
联立（1）（2）得：
bi=
hi=
轧件在椭孔中的宽展系数 0.5~0.95，在圆孔中是宽展系数为 0.3~0.4。轧件尺寸偏大时，偏大取值，尺寸较小时，应偏小取值。具体计算过程如下：
No.5 （第五道次椭圆孔）
来料：B4×H4=72.00×114.36mm
轧件经第六道次后的尺寸为79.49mm;
取： 0.5, =0.4
=1.078
则b1=β 1 Bo=1.078×151.80=163.70mm
F1= h1 b1=116.00×163.70=18989.05mm2
校核：（1）Bo/Ho>0.6~0.7 保证少产生歪扭脱方；
（2）h1/b1<1.2 保证轧制状态稳定。
本道次中：Bo/Ho=1，h1/b1=0.7 符合要求
根据公式（），（）可算得第五道次椭圆后轧件的尺寸：
校核第六道次圆孔中轧件的充满度 ：
第六道次后轧件的宽度
为宽展留的余量，取mm）
则 =
符合要求，校核通过。
No.7 （第七道次椭圆孔）
来料：B6×H6=79.49×79.49mm
轧件经第八道次后的尺寸为59.95mm;
取： 0.8, =0.4
根据公式（），（）可算得第七道次椭圆后轧件的尺寸：
2) 在保证操作稳便的条件下提高质量。
（2）原料及产品规格
原料：150×150mm；钢种：20钢；
产品规格：φ38mm.
（3）20钢化学成分和线材产品技术要求
表1成分要求(GB/T700-1988)
牌号
化学成分（质量分数）（%）
脱氧方法
C
Mn
Si
S
P
≤
20
0.17~0.24
0.35~0.65
0.37
2）椭圆孔尺寸设计
=(1.088～1.11)b， 本设计取
孔高：
辊缝：s=(0.2～0.3)h本设计取s=0.25h
圆弧半径：
外圆角半径：r=(0.08～0.12)
轧件断面积：
充满度：
则各椭圆孔型的计算尺寸见孔型尺寸表5-3
3）圆孔型设计
孔高：
槽口宽： ～30 ，常取
扩张角：
辊缝：s=(0.10～0.15)d，本设计取s=0.13d
校核第八道次圆孔中轧件的充满度 ：
第八道次后轧件的宽度
为宽展留的余量，取mm）
则 =
符合要求，校核通过。
No.9（第九道次椭圆孔）
来料：B8×H8=59.95×59.95mm
轧件经第十道次后的尺寸为47.50mm;
取： 0.7, =0.4
根据公式（），（）可算得第九道次椭圆后轧件的尺寸：
校核第十道次圆孔中轧件的充满度 ：