《孔型系统选择与设计专题研究》

《孔型系统选择与设计专题研究》

4.1孔型设计理论

4.1.1孔型设计的内容

1 断面孔型设计

根据原料和成品的断面形状、尺寸和产品的性能要求，选择孔型系统，确定轧制各道次的变形量，设计各道次和各道次的变形量，设计各道次的孔型形状。

2 轧辊孔型设计

根据断面孔型设计，确定各孔型在每个机架上的分配及其在轧辊上的配置，要求轧件能正常轧制且操作方便，并且轧制节奏时间短，轧机的生产能力高，产品质量好。

3 轧辊导卫设计

为保证轧件顺利地出入孔型，或使轧件在进孔型前后产生一定的变形、切断。

4.1.2孔型设计的基本原则

1 成品质量好

包括产品断面几何形状正确，尺寸公差合格，表面光洁，无缺陷，机械性能好；

2 轧机产量高

合理的孔型设计应使轧制节奏时间最短，一般情况是轧匀形，使串辊的次数最少，这些有可能提高轧机的作业率；

3 产品的成本低

即使金属消耗、电能消耗合轧辊等技术经济指标降到最低；

4 劳动条件好

劳动强度小，在进行孔型设计时，应使轧制平稳，轧制顺利，操作方便，便于调整，改善劳动条件，还应考虑轧制过程，易于实现自动化，减轻劳动强度；

5 适应车间的设备条件。

4.1.3孔型设计考虑的几点因素：

1 产品优质，成本低；

2 合理利用车间设备条件，轧机生产率高。

4.2孔型系统的选择

4.2.1棒材的连轧

一根轧件同时在两个或两个以上的机架中轧制并且保持各机架秒流量相等，这样的轧制称为连续轧制，简称连轧。连轧具有轧制速度高，轧件头尾温差小，产品质量高等优点，实现小型棒材连轧，孔型设计是其中的关键环节。 4.2.2连轧孔型设计原则

不论何种孔型设计后的秒流量平衡与计算是必不可少的内容。因此，在设计孔型时，应避免轧件在机架间产生较大的拉力或推力。拉力较大时，轻者会使金属不能充满孔型，重则可能会拉断轧件；而推力较大时，会使轧件过充满孔型，轧件出现“耳子”和堆钢[18]。连轧孔型设计应遵守连轧各道次的金属秒流量相等的原则。则

F1v1= F2v2= F3v3=……= Fnvn=C …………………（7） 式中：

12n F F F ⋅⋅⋅、——各道次轧制后的轧件断面面积；

1n v v ⋅⋅⋅、2v ——各道次轧件的出口侧轧件速度； C ——连轧常数。

由于各机架的轧辊工作直径k D 、轧辊的转速n 及轧件在各道次的前滑值S 均不同，因此将各道次的k D 、n 及S 代入（7）式得

F 1D k1(1-S 1)= F 2D k2(1-S 2)=……= F n D kn (1-S n ) …………………（8） 秒流量的计算精度主要受轧件断面积F 、工作辊径k D 以及前滑率S 的影响。在实际生产中，轧制温度、孔型磨损、轧机调整等轧制条件的改变，都会直接影响各道次间的断面面积、轧辊工作直径和前滑值的变化，所以要保持各道次的金属秒流量绝对相等式不可能的，而前滑值S 随轧件的厚度减少而增大。但前滑值差S ∆一般不大，当忽略前滑时，式（8）可写成

F 1D k1= F 2D k2=......= F n D kn= C .. (9)

上式在形式上式相等的，但忽略了前滑的影响，实际上式不相等的，所以采

用上式进行孔型设计势必造成轧制时轧件在各机架间有一定的张力，但张力不大，可满足实际轧制的要求。

4.2.3棒材孔型系统

1 棒材箱型孔型系统

图8 箱型孔型系统

箱形孔型优点如下：

1) 用改变辊缝的方法可以轧制多种尺寸不同的轧件，共用性好。这样可以减少孔型数量，减少换孔或换辊次数，提高轧机的作业率。

2) 在轧件整个宽度上变形均匀。因此孔型磨损均匀，且变形能耗少。

3) 轧件侧表面的氧化铁皮易于脱落，这对改善轧件表面质量是有益的。

4) 与相等断面面积的其他孔型相比，箱形孔型在轧辊上的切槽浅，轧辊强度较高，故允许采用较大的道次变形量。

5) 轧件断面温度降较为均匀。

箱形缺点如下：

1) 由于箱形孔型的结构特点，难以从箱形孔型轧出几何形状精确的轧件。

2) 轧件在孔型中只能受两个方向的压缩，故轧件侧表面不易平直，甚至出现皱纹。

由箱形孔型系统的优缺点可知，采用箱形孔型轧制大型和中型断面时轧制稳定，轧制小型断面时稳定性较差。它适用于：小型棒材粗轧机架。

2 椭圆—圆孔型系统

该孔型系统特点如下：

1) 变形较为均匀。孔型形状能使轧件从一种断面平滑的转换成另一种断面，从而避免了金属由于剧烈的不均匀变形而产生的局部应力；

2) 在此孔型中轧出的轧件没有尖锐的棱角，可以保证轧件断面各处冷却均匀，因此，轧制时不易形成皱纹；

3) 孔型形状有利于去除轧件上的氧化铁皮，使轧件具有良好的表面；

4) 在某些情况下，可以在椭圆－圆孔型系统中的圆孔型轧出成品圆钢，这

样当改变品种规格时，可以只换孔不换辊，从而减少轧辊储量和换辊次数；

5) 延伸系数小，因而增加了轧制道次，降低了产量，增加了轧辊与设备的消耗，提高了产品成本；

6) 椭圆轧件在圆孔型中不易稳定，要求圆孔型入口夹板调整机准确；

7) 在圆孔型中，对宽展敏感大，容易出耳子，因此调整严格。

图9 椭圆—圆孔型系统

鉴于椭圆－圆孔型系统的上述特点，主要是由于延伸系数小，增加了轧制道次，使轧机工作效率低，产量降低和成本的提高，但是由于质量好，减少了精整工序和精整设备，并且减少了废品率和次品率，即可以完全补偿所增加的成本。

3 孔型系统的排列

孔型系统是指按轧制顺序依次排列起来的若干个孔型的组合。为了将坯料轧制成成品，轧件所经过的孔型通常分为延伸孔型系统和精轧孔型系统两大类。轧件在延伸孔型系统的目的以压缩断面为主；而在精轧孔型系统中轧制的目的以获得最终的成品断面尺寸和精度为主。

孔型系统的选择是否合理不仅对轧机的生产率、产品质量、各项技术经济指标、轧机机械化操作等有很大的影响，而且还直接影响到能否轧出成品。选择孔型系统时应从孔型系统的能耗大小、延伸能力的合理利用性、工人的操作习惯、辅助设备的布置及能力等方面来综合考虑，进而选择各机组的孔型系统。

棒材生产常用的孔型系统有箱形孔型系统、椭圆－圆孔型系统、椭圆－方孔型等系统。他们的特点和适用范围各有不同。棒材粗轧机的主要任务在高温状态缩减断面，中轧机组主要承担轧件延伸和为精轧机组提供精确料型的任务。精轧机组保证轧制产品的尺寸精度的任务。随着连续棒线材轧机的不断发展及工艺技术、装备水平的逐步提高，经过生产实践和产品质量的筛选，其所用孔型系统不是在扩散，而是在收敛、在趋同。

就粗轧机组而言，孔型系统逐渐集中为箱型孔型系统和椭圆一圆孔型系统。机组的架次分配及孔型系统的组合形式：

1）粗轧机组水平布置，架次为奇数时，第1、第2用扁箱—变形椭圆孔型，经连续2道不翻钢平压轧制，再接圆—椭圆—圆孔型系统。