4型钢孔型设计

型材生产及孔型 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 第二篇孔型设计之型钢孔型设计第10章型钢孔型设计 10.1成品孔型设计的一般原则 10.2圆钢孔型设计 10.3连轧孔型设计 10.4切分轧制技术 10.5角钢孔型设计 10.6工字钢孔型设计 10.7H型钢孔型设计10.1成品孔型设计的一般原则(一) 在设计时,应当考虑轧件的热断面尺寸和形状 热断面尺寸冷却后轧件尺寸与高温时轧件尺寸间关系为式中:h、b及l—轧件冷尺寸；hr、br及lr—轧件热尺寸；t—终轧温度；α—膨胀系数，对钢通常采用α=0.000012 热断面形状轧件在成品孔型中轧制时，其断面各部分的温度并不完全一致，在某些条件下，这种温度差将影响冷却后轧件的断面形状 在设计时,应当尽量考虑采用负偏差轧制10.1成品孔型设计的一般原则成品孔型设计的一般步骤: 根据终轧温度确定成品断面热尺寸； 考虑负偏差轧制和轧机调整，从热尺寸中减去部分（或全部）负偏差、或加上部分（或全部）正偏差； 对以上计算出的尺寸和断面形状加以修正。10.2圆钢孔型设计 轧制圆钢的孔型系统 圆钢成品孔型设计 圆钢精轧孔型设计10.2圆钢孔型设计——轧制圆钢的孔型系统（1）方—椭圆—圆孔型系统【优点】 延伸系数较大 方轧件在椭圆孔型中可以自动找正，轧制稳定【缺点】 方轧件在椭孔中变形很不均匀； 轧件断面上可能出现局部附加应力； 孔形磨损严重【适用】 用于生产小型圆钢（φ5～20mm）10.2圆钢孔型设计——轧制圆钢的孔型系统（2）圆—椭圆—圆孔型系统【优点】 轧件变形和冷却均匀 成品表面质量好 成品尺寸比较精确 共用性较好【缺点】 延伸系数较小 椭圆件在圆孔型中轧制不稳定【适用】 用于小型和φ40mm以下圆钢生产和高速线材轧机的精轧机组10.2圆钢孔型设计——轧制圆钢的孔型系统（3）椭圆—立椭圆—椭圆—圆孔型系统【优点】 轧件变形均匀 成品表面质量好 椭圆件在立椭圆孔型中能自动找正，轧制稳定【缺点】 延伸系数较小 容易出现中心部分疏松【适用】 用于轧制塑性较低的合金钢 小型和线材连轧机10.2圆钢孔型设计——轧制圆钢的孔型系统（4）万能孔型系统(构成:方—平箱—立孔（又称万能孔）—椭圆—圆)【优点】 共用性强 轧件变形均匀 成品表面质量好【缺点】 延伸系数较小，道次多 立轧孔型轧出的等轴断面不够正确，且轧制不稳定，容易产生扭转现象【适用】 用于轧制φ18mm～200mm圆钢。10.2圆钢孔型设计——圆钢成品孔型设计 孔型形状构成方法 双半径圆弧法 圆钢成品孔惯用设计方法 不能适应高精度圆钢生产 当孔型磨损后,在300中心张角所对应的圆周上,圆钢直径很易超出公差范围 其设计特点造成公差带减小,操作调整范围变窄,成品尺寸难以控制,使工程能力指数下降 只能满足GB702-86标准中的第3组精度要求10.2圆钢孔型设计——圆钢成品孔型设计 孔型形状构成方法 两侧用切线连结的扩张角法 适应高精度圆钢生产 作图简单,便于制作轧槽样板 其中心张角小,使轧件真圆度提高,轧制时金属超同标准的部位较少 增加了侧压作用,限制宽展作用增强,有利于控制成品宽度方向尺寸 轧件充满孔型时,辊缝处斜线直径仍不会超出公差 减少了因孔型磨损后在中心张角300对应圆周上直径超出公差范围现象10.2圆钢孔型设计——圆钢成品孔型设计 孔型构成尺寸设计 双半径圆弧法10.2圆钢孔型设计——圆钢成品孔型设计10.2圆钢孔型设计——圆钢成品孔型设计 孔型构成尺寸设计 两侧用切线连结的扩张角法10.2圆钢孔型设计——圆钢精轧孔型设计 方—椭圆—圆孔型系统此精轧孔型中的方孔型与椭孔型的确定步骤： 先确定方孔和椭孔的尺寸 然后确定轧件在成品孔和椭孔中的宽展系数，计算轧件的几何尺寸 验算充满度10.2圆钢孔型设计——圆钢精轧孔型设计方孔和椭孔尺寸确定10.2圆钢孔型设计——圆钢精轧孔型设计 方—椭圆—圆孔型系统10.2圆钢孔型设计——圆钢精轧孔型设计 方—椭圆—圆孔型系统轧件尺寸确定10.2圆钢孔型设计——圆钢精轧孔型设计 圆—椭圆—圆孔型系统椭圆孔尺寸确定10.2圆钢孔型设计——圆钢精轧孔型设计 圆—椭圆—圆孔型系统椭前圆孔尺寸确定10.2圆钢孔型设计——圆钢精轧孔型设计 圆—椭圆—圆孔型系统各轧件尺寸确定10.2圆钢孔型设计——圆钢精轧孔型设计 椭圆—立椭圆—椭圆—圆孔型系统10.2圆钢孔型设计——圆钢精轧孔型设计 方—平箱—立孔（又称万能孔）—椭圆—圆10.2圆钢孔型设计——圆钢精轧孔型设计 方—平箱—立孔（又称万能孔）—椭圆—圆10.2圆钢孔型设计——圆钢精轧孔型设计 方—平箱—立孔（又称万能孔）—椭圆—圆10.2圆钢孔型设计——圆钢精轧孔型设计 方—平箱—立孔（又称万能孔）—椭圆—圆10.2圆钢孔型设计——圆钢精轧孔型设计 方—平箱—立孔（又称万能孔）—椭圆—圆10.2圆钢孔型设计——圆钢精轧孔型设计 方—平箱—立孔（又称万能孔）—椭圆—圆10.2圆钢孔型设计——圆钢精轧孔型设计 方—平箱—立孔（又称万能孔）—椭圆—圆10.2圆钢孔型设计——圆钢精轧孔型设计 方—平箱—立孔（又称万能孔）—椭圆—圆10.3连轧的基本原理 产量大 产品质量好 成材率高，金属消耗小 使整个厂房长度减小，节省厂房建设投资连轧：一根轧件同时在两个或两个以上的机架中进行轧制并且各架的秒流量相等，这样的轧制称为～ψ10.3连轧的基本原理 秒流量相等原则 为避免轧件在各机架之间产生较大的拉力或推力，连轧机孔型设计时，应基本遵守连轧各道次秒流量相等原则，即10.3连轧的基本原理 影响秒流量的因素 各道轧件断面面积 各个轧辊工作直径 10.3连轧的基本原理 影响秒流量的因素 转速 前滑10.3连轧的基本原理 由秒流量的影响因素可知，在实际生产中要保证各机架秒流量绝对相等是不可能的。为控制连轧过程顺利进行和方便连轧孔型设计，往往忽略前滑。即 为保证稳定轧制，根据连轧机的布置型式、各机架间距离及轧件断面的大小可采用拉钢或堆钢轧制，常用堆钢或拉钢率表示堆拉钢的程度Ψi=(Ci-Ci-1)/Ci-1×100％试中Ci、Ci-1——顺轧制过程第i,i-1架连轧常数正值为拉钢率,负值为堆钢率。为10.3连轧的基本原理 连轧的三种轧制状态自由状态轧制拉钢轧制堆钢轧制ψ10.3连轧的基本原理自由状态轧制ψ10.3连轧的基本原理ψ10.3连轧的基本原理拉钢轧制ψ10.3连轧的基本原理堆钢轧制ψ10.3连轧的基本原理 连轧孔型设计（1）单独传动的连轧机ni=Cn/(FiDki)按一般孔型设计方法设计根据各机架的连轧常数相等确定各机架转速10.3连轧的基本原理(2)集体传动的线棒材连轧机1） 根据成品规格确定热轧态成品轧件的断面尺寸、面积和连轧常数2） 根据轧辊转速和堆拉系数确定各机架孔型中轧件延伸系数和轧后轧件面积3） 根据各中间方轧件面积确定中间方轧件边长4） 根据中间方边确定孔型尺寸5） 按两方夹一扁的设计方法计算扁轧件尺寸6） 根据扁轧件尺寸确定孔型形状和尺寸7） 根据各道轧辊和轧件尺寸确定工作直径8） 计算各架轧机的连轧常数9） 计算各架轧机间的堆拉系数，与设定值比较，进行修正10）画出孔型图和配辊图10.3连轧的基本原理 连轧宽展计算粗中轧机精轧轧机采用乌萨托夫斯基公式10.3连轧的基本原理 几个标准孔型红坯断面面积的计算赵松筠、唐文林《型钢孔型设计（第2版）》第209页到第216页《小型型钢连轧生产 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 与设备》第176页到第179页10.3连轧的基本原理 连轧孔型设计实例10.3连轧的基本原理10.3连轧的基本原理10.3连轧的基本原理10.4热切分轧制—概述定义在轧制过程中把一根轧件利用孔型的作用，轧成具有两个或两个以上相同形状的并联轧件，再利用切分设备或轧辊的辊环将并联轧件沿纵向切分成两个或两个以上的单根轧件。10.4热切分轧制—概述优点 在轧钢主要设备相同的条件下，可采用较大断面的原料，或在相同原料断面情况下减少轧制道次 减少坯料规格，提高小断面轧件产量（采用同一坯料，同样道次数，轧制不同规格成品） 提高轧机生产率 节约能源 与传统轧制相比，总延伸系数小，轧件短，温降小，变形功小，因此消耗的电能大幅降低 由于温降小可降低开轧温度，因此可降低燃料消耗 使电机负荷分配合理（设计时按大规格负荷设计，小规格轻负荷运转） 改变孔型结构，变不对称产品为对称产品，改善孔型设计和调整难度 提高经济效益（产量可提高30%，燃料可节约20%～30%，电能可节约15%，水和其他吨钢消耗指标有所降低）10.4热切分轧制—概述缺点 切分部位易形成毛刺、折叠 易将钢锭、连铸坯的缩孔、夹杂和偏析暴露到表面，从而形成表面缺陷 剪切后轧件易扭转 提高经济效益（产量可提高30%，燃料可节约20%～30%，电能可节约15%，水和其他吨钢消耗指标有所降低）10.4热切分轧制—切分方法及应用方法辊切法圆盘剪切分法纵切法切分轮切分法导卫板切分法火焰切分法 在轧制过程中把一根轧件利用孔型切分成二根或二根以上的并联轧件，再利用切分设备将并联轧件切分成单根轧件 在轧制过程中把一根轧件利用切分孔型直接切分成二根或二根以上的单根轧件，不需切分设备10.4热切分轧制—切分方法及应用应用 利废切分（废钢轨加热后，在带切分辊环小轧机上生产轨头、轨腰、轨底，然后再轧成圆钢、角钢、扁钢等）10.4热切分轧制—切分方法及应用应用 型钢切分 将一根轧件轧成并联断面，然后切分成多根轧件。 将不对称断面设计成并联对称断面，轧后切分成两个单根轧件10.4热切分轧制—切分方法及应用应用 线棒材切分（一线变二线，二线变四线；一线变三线，甚至一线变四线） 方坯切分轧制 小连铸坯切分轧制 初轧板坯和连铸板坯切分成方坯10.4热切分轧制—切分技术所需条件采用切分轧制所需条件 适合采用切分轧制的钢材品种 表面质量要求高的品种不适合（切分连接带控制不好会在成品表面形成折叠痕迹） 尺寸精度要求较高的品种不合适（切分同时轧制出几根钢材间在尺寸和横断面上存在差异），最适合生产品种是热轧带肋普通低合金建筑钢筋 轧机布置及轧机传动方式和控制水平 在对老厂挖潜改造时，切分轧制在全水平或平立交替排列的连续式轧机上均可实施 在新建时，应根据投资规模和产品结构来确定 辅助设备 飞剪 至少两台(切头事故剪一台，成品分段剪一台) 切头剪的主要作用是切除粗、中轧过程中产生黑头、劈头，以避免其损坏切分孔、阻塞切分导卫装置 成品分段飞剪将钢材导入和导出的导向装置和飞剪剪刃宽度应认真考虑10.4热切分轧制—切分技术所需条件采用切分轧制所需条件 辅助设备 轧后冷却 先控制冷却后飞剪分段 工艺过程 成品轧机出来的双线钢材分别进入各自单独的水冷器，在适宜的水冷参数条件下，完成控制冷却过程，接着产品被成品飞剪同时剪切分段后进入飞剪后辊道10.4热切分轧制—切分技术所需条件特点 产品性能波动小、条形平直、质量稳定（控制冷却的强制水冷过程在成品轧机和成品飞剪间完成，此时钢材在成品轧机作用下运行速度稳定，钢材沿长度方向所承受冷却强度基本一致） 可以减少钢材堵水冷器和窜出等工艺故障（由于钢材运行速度相对稳定，且飞分段后面对着的是对导向精度要求不高的剪后辊道） 成品轧机至成品飞剪间需要足够空间以安装控制冷动装置 成品飞剪要有充足的剪切力以剪切低温钢材 此工艺较适合于新建连轧线，由于飞剪剪切吨位的增加，建厂投资略有升高10.4热切分轧制—切分技术所需条件采用切分轧制所需条件 辅助设备 轧后冷却 先飞剪分段后控制冷却 工艺过程 成品轧机出来的双线钢材，先同时被成品飞剪剪切分段，然后双线钢材同时进入同一水冷器完成控制冷却过程，接着进入输送辊道10.4热切分轧制—切分技术所需条件采用切分轧制所需条件 辅助设备 轧后冷却 先控制冷却后飞剪分段 工艺过程 成品轧机出来的双线钢材分别进入各自单独的水冷器，在适宜的水冷参数条件下，完成控制冷却过程，接着产品被成品飞剪同时剪切分段后进入飞剪后辊道10.4热切分轧制—切分技术所需条件特点 对成品飞剪的安装位置和剪切吨位无特殊要求，适合于老厂改造时使用 采用合理设计的控冷穿水器，可使双线钢材同时在同一穿水器内完成控制冷却过程，减少了穿水器数量，简化了钢材导向装置结构 由于钢材在完成控制冷却之前已被飞剪切断，因此分段前后钢材运行速度上的差异，导致沿钢材长度方向上性能指标不如采用“先控制冷却，后飞剪分段”工艺的稳定，另外因为相对于穿水器而言，钢头部通过的次数增加了好几倍，发生工艺故障几率升高 辅助设备 冷床 先最好选用单侧冷床，避免产生分拨故障10.4热切分轧制—切分孔型设计特点切分位置选择原则 不改变或尽可能少的改变原有工艺流程 不改变或尽可能少的改变原有设备 切分位置依轧机布置而定，尽可能靠近成品机架，以减少复线道次 切分后不应给操作带来困难方法选择 尽可能选择辊切方法辊切原理 在切分孔型中，轧件沿宽度方向各部分处于不均匀压缩状态，轧件中部切分带在孔型切分楔的作用下，压下系数（H/h）远大于其余部分，其较大的延伸由于受到其余部分的阻碍，形成强迫宽展，使切分带中心形成横向拉力 同时切分楔对轧件的水平分力也对切分带中心形成横向拉力 当切分带横向张力之和大于轧件在孔型中其他部分（如槽底、外侧壁）横向阻力之和，且差值在切分带中心引起的拉应力大于或等于金属在该温度下的强度极限时，轧件切分带中心被撕开，实现辊切10.4热切分轧制—切分孔型设计特点切分变形特点 有严重的不均匀变形。切分楔处的压下变形往往大于其他部位，有强迫宽展 切分变形是无延伸或小延伸变形。在切分孔中切分轧件时，槽底压下量较小。而切分楔处压下量较大，且金属受到切分楔作用，指向宽展方向的水平分力较大，属强迫宽展变形，故整体延伸较小，宽展较大 多根切分时中间和边上的轧件断面不同，两边轧件宽展大，延伸小。轧件头部和中部尺寸也不同，头尾宽展大。10.4热切分轧制—切分孔型设计特点切分孔受力分析 切分楔作用在轧件上的力N的水平分力Nx,使轧件从连接带撕开;而Ny、P使轧件从连接带切开 切分角小于等于450，轧件除依赖轧辊压下切分外，还借助水平撕力作用 切分角大于450，轧件只能依赖轧辊压下切分，切分效果不好 孔型侧壁对轧件切分是不利的，它会抵消掉Nx的作用，从而使得轧件切分不易 尽可能减小切分角，使轧件在切分时不要充满孔型，但压下亦不可太小（会出现不对称的切分轧件），要能保证轧件在自由宽展状态即可 一般切分孔中延伸系数1.2～1.3910.4热切分轧制—切分孔型系统选择《型钢孔型设计（第2版）》P238 对角方切分孔 可采用菱形预轧孔 可采用立椭圆孔作为预轧孔 预轧孔越少越好《型钢孔型设计（第2版）》P23810.4热切分轧制—切分孔型系统选择 菱形切分孔 预轧孔六角孔10.4热切分轧制—切分孔型系统选择 圆钢切分孔 型钢切分孔10.4热切分轧制—切分孔型设计要点不切开型切分孔型设计方法10.4热切分轧制—切分孔型设计要点切开型切分孔型设计方法 切分孔要有较大的变形量，以保证轧件内有较大内应力 切分楔处的压下系数远远大于槽底压下系数 切分孔的切分楔角应大于预切孔的楔角，以便造成楔壁对轧件有较大的水平分力，同时应当考虑与其下一孔的要求相适应 在切分孔中应使轧件处于自由宽展状态 连接带厚度一般为0.5～4mm 切楔尖部尺寸、形状设计要合理，切楔尖部一般要有1～2mm水平段，或直接用圆弧连接设计要点10.5角钢孔型设计一、等边角钢孔型系统（1）蝶式孔型系统带立轧的蝶式孔型系统 分类及规格 等边角钢（2#～20#） 不等边角钢（2.5/1.6～25/12.5）腿长的1/10同一型号腿厚有2-7个规格10.5角钢孔型设计 成型孔前 控制腿长 加工腿端 镦出顶角 切入孔前 控制切分腿长立轧孔作用 可以使用开口切入孔 切入孔可以共用 立轧孔道次易除氧化皮，成品表面质量好 立轧孔切槽深，轧辊强度差，寿命短 开口切入孔易切偏，造成两腿长度不等 立轧孔需人工翻钢，劳动强度大 用于生产2～2.5号角钢小轧机上（人工操作）应用优点缺点10.5角钢孔型设计不带立轧的蝶式孔型系统 使用闭口切入孔，易保证两腿切分对称性 使用上下交替开口的蝶式孔成型和加工腿端 轧制过程不翻钢，劳动强度低，易实现机械化操作优点 用于生产大中小型角钢10.5角钢孔型设计 对角轧制的孔型系统（用较小方坯轧制较大角钢）（2）几种特殊孔型系统 “W”型蝶式孔型系统（用较小坯料轧制大规格角钢） 热弯轧制法10.5角钢孔型设计—等边角钢孔型设计（1）成品孔设计成品角钢的两种孔型 蝶式孔型系统的角钢孔型设计包括：成品孔、蝶式孔、切深孔和立轧孔的孔型设计成品角钢的孔型有两种：半开口孔型和开口孔型，如图所示10.5角钢孔型设计—等边角钢孔型设计 在腿端有一台阶，成品腿端可以得到加工，并可在一定程度上控制腿长 当成品前腿较长时，易在腿端形成“耳子” 一般在大批量生产某一型号角钢，生产较稳定性况下采用半开口 可以在一个成品孔型中轧制不同腿厚角钢，不会出“耳子” 不能加工腿端 为加工腿端，常在成品前孔采用上开口式蝶式孔开口10.5角钢孔型设计—等边角钢孔型设计 成品孔型腿厚dk1等于同号角钢最薄腿厚 腿长腿长余量（锁口长度）,d为成品腿厚要求调整Ck1使得Bk1>Bk2,防止刮铁丝缺陷产生顶角，中小角钢取900，大号角钢取90030’跨下圆角半径rk1=标准尺寸,孔型宽度辊缝最小值>辊跳，开口孔型尺寸计算10.5角钢孔型设计—等边角钢孔型设计半开口孔型尺寸计算10.5角钢孔型设计—蝶式孔型设计 蝶式孔中心线固定法 逆轧制方向顶角逐渐增大，轧制过程顶角不易充满，易形成塌角缺陷 顺轧制方向顶角逐渐减小，轧制不稳定，易轧偏，造成腿长不等，对导卫装置和调整要求高 样板多，加工辊复杂 多用于大中号角钢由切深孔向成品前精轧蝶式孔的过渡 蝶式孔上轮廓线固定法 顶角皆为直角，易充满，角形清晰 轧制稳定，便于调整 减少样板刀，磨损均匀，便于修复 接近成口的几个蝶式孔最好选用此设计方法10.5角钢孔型设计—蝶式孔型设计 成品前孔顶角确定 成品前孔上轮廓线直线段长度确定 圆弧段半径确定 各蝶式孔腿厚确定 各蝶式孔中心线长度计算 各蝶式孔中心线水平段长度确定 其余参数计算蝶式孔基本参数计算1）上轮廓线固定法2）中心线固定法3）蝶式孔其它尺寸的确定4）切深孔的确定5）立轧孔的确定ψ。为ψψψψψ