10型钢孔型设计 型材经过延仲孔型轧制后,还须经过预轧孔型和成品孔型的轧制。每种型材的预轧孔型和成品 孔型各有其特点,设计时也各有其设计原则 10.1成品孔型设计的一般原则 轧件在精轧孔型经最末一道轧制后,便得到的要求的成品钢材。但精轧孔型的尺寸和热断面的 形状与所要求的成品名义尺寸和断面形状并不完全致,这主要是考虑了轧件温度和晰面温度不均 匀对成品尺寸和断面形状的影响 (1)热断面尺寸轧件经过精轧孔型时,温度在800℃~1100℃之间,冷却后轧件尺寸与高温 时轧件尺寸间关系为 h ==1+at (10-1) 式中h、b及}轧件冷尺寸;h、b及l—轧件热尺寸;r终轧温度;a一胪胀系数,对钢通常采 用α=000002。为简化计算,将不同轧制温度下的1+at列于表10-1中 表101不同温度下1t值 热轧温度/℃ +a t 热轧温度/℃ I+at 1010 l013 L011 1200 10145 l012 因此,欲使令却后轧件断面尺寸精确,就必须根据不同终轧温度,使孔型断面的主要线尺寸是 成品尺寸的1.010~10145倍 (2)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術面形状。例如,轧制方钢时,菱形断面轧件在进入精轧孔 型之前,其锐角部位的温度已较钝角部位低,如图10-1所示,因此轧出的方钢其水平轴温度高于 垂直轴,当然冷却后水平轴的收缩量也大于垂直轴,因而冷却后的断面形状变得不够正确。但是 如果设计精轧孔型时预先釆取一些措施,使其水平轴略大于垂直轴,就可以防止上述现象发生。同 时由于方钢的精轧孔型在使用中顶角部位磨损较快,磨损后的顶角小于90°,如图102所示,因 此从延长孔型的使用寿命上来看,也是水平轴略大于垂直轴为宜。按照这种要求往往是将其顶角作 成90°30,而不是90 儕损量 图10-1温度不均对方形断面的影响 图102顶角磨损对方形術面的影响
10.12公差与负公差轧制 由于生产技术与设备条件所限,同时在工作中设备不断被磨损,特别是孔型磨损,这些都会影 响成品尺寸的精确程度,为使在轧制条件不断变化情况下仍能轧出合格成品来,每种轧制产品都允 许较其公称(或名义)尺寸有一定范围的误差一公差。它的大小是根据钢材的用途与当前生产技术 和发展水平,由国家有关部门颁发的标准来决定,个别产品也可由供求双方共同协商。 但是有了公差就可能使成品单位长度重量增加。例如10号角钢标准重量为每米15.1公斤,在 接近最大负公差时每米重量为13.6公斤,在接近最大正公差时则达166公斤,多消耗的金属约占其 公称重量的百分比为 16.6-13.6 20% 15.1 多消耗这部分金属除了加重结构重量之外,并没有其它什么好处。因此,除一些有特殊工艺要求的 产品必须按正公差轧制外,一般情况下允许按负公差轧制。 综上所述,成品孔型设计般程序:(1)根据终轧温度确定成品断面热尺寸:(2)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:(3)必 要时还要对以上计算出的尺寸和断面形状加以修正。 102方钢孔型设计 10.21方钢轧制方法 方钢有圆角方钢和尖角方钢两种,其方断面尺寸通常为5×5-250×150mm。对方钢成品的外 观要求:棱角明显,断面端正,表面光洁。为节约金属,有时要按负公差轧制。 轧制方钢的精轧孔型系统如图10-3所示。方案1的特点是成型过程所需道次少,但在成品孔 型中压下量不够大时,仅靠一个中间菱孔(精轧前孔型)不足以保证成品的棱角要求,尤其是尺寸 较小的方钢。方案2则采用两个中间菱形,可在一定程度上减轻上述缺点,并有利丁提高成品精度, 因此多用于轧制较小断面的方钢。为减少换辊次数和轧辊储备,提高轧机有效作业率,实际生产中 方钢与圆钢都共用延伸孔型,如图10-4所示。方钢的精轧孔型系统有两种:菱一方和菱一菱一方 孔型系统。根据规格大小、轧机布置和尺寸精度要求通常采用对到三对菱一方孔型,轧制小规格 方钢时多采用二对菱一方孔型,大规格方钢(边长为100m~-200m)精轧孔型也可用箱形孔型。 图10-3轧制方钢孔乱型系统 (a)方案1(b)方案 10.22成品孔(K1)设计 l12
10型钢孔型设计 成品孔如图105所示 (1)成品方孔边长 a=(1010-1013)[ao-(0-1)△(102) 图105方钢成品孔(K1孔) 也可按公称尺寸给定,即a=a0 式中a。方钢边长的公称尺寸;△一方钢边长最大负公差的绝对值 显然,按公称尺寸给定,由于热膨绯冷令缩的存在,实际上也就是按负公差或部分负公差设计 特别要注意,不能按正公差设计。因为方钢成品孔辊缝一般都用得较小,由于轧机弹跳变形,按正 公差设计的成品孔型调整困难,尤其当槽子磨损时,无法通过轧机调整来获得合格产品,这样槽子 士十王 ±王丰王 ⊕⊕王王≡ 每ψ令|众 命中令心6砂爷 利用率很低,轧辊消耗增大。 图104连续式小型轧机典型孔型系统 9为延型10-15为方、圆、扁和六角钢的精轧前孔和精氧孔 (2)成品方孔对角线 设计成品方孔时,水平对角线和垂直对角线是有差别的。一般水平对角线要大于垂直对角线, 这是由于终轧后水平方向轧件收缩大一些。另外,水平对角线取大一些,也可减少造成方钢耳子形 成耳子,便于调整,因此,方钢成品孔的顶角要大于90°。其尺寸一般按经验公式给出,即h=141a, b=142a;这样a=2act (3)其他尺寸 构成成品孔方孔的其他尺寸可按经验给出。辊缝S和槽口倒角n不宜取得过大,否则,水平方 向角部不清。方钢成品孔S=(0.008~0.011)D(D为轧辊名义直径),通常可按表10-1选取。槽 113
口倒角η=0或η=(005~008)a;一般地说,轧机弹跳值大的取大一些。当使用规圆机时,可取 1=。顶角=0或r=(0.040.06)a。 表101方钢成品孔型辊缝值S a(或d/mm6~-1212~18 60~80 2 3~4 023成品再前孔(K3)的设计 K3孔型(图106)主要尺寸是确定其边长A A=(1.16~1.29)a 式中a一成品方孔边长。 其宽度(b)、高度(h)的求法与成品孔相同 辊缝S、顶角κ、槽口倒角n1均由经验给定 图10-6成品再前孔K3孔型 S=(0.105~022)a;r=(0.07~0.2)a;n=(0.12~022)a 1024成品前孔(K2)的设计 成品前孔是菱形孔型,它是直接影响轧制质量的关键孔型。目前常用菱形孔型构成方法有三种: 普通菱形孔、加假帽菱形孔及凹边菱形孔(图107)。 (1)普通菱形 其尺寸可由相邻两个方孔的边长来确定: b=Kb·A-0.47a (103) 式中A孔边长;a成品方孔边长;K=1.94~1.85(小规格取小值) h=K·a-047A (104) 式中K=1.76~1.85(小规格取小值);辊缝S=1.5m^2mm(小规格取小值)。 (2)加假帽菱形孔 b、h和S值求法和普通菱形孔相同。假帽高度m0.5mm~2.5m(大规格取大值):a=90 顶角严(008~0.20)a;槽口倒角n=(0.2~0.5)a。假帽处可用國弧连接。半径R=30mm~40 mm或取小一些。应该指出,假帽取得太高,成品水平对角有耳子;反之,成品水平对角又充不满。 (3)凹边菱形孔 凹边尺寸取:f=(0.61)mm;R可由作图法求得或计算,其他尺寸同前 R (h,-S)2+b2+16f2 (105) 32f 1025方钢孔型设计举例 已知轧机辊径为310m,转速r337m,轧制中16m方 (1)成品孔K1设计: b=142×a=1.42×1622.74(mm);h=141×a=141×16=226(mm) 114
a=2arctg-=2arctg 22.74 90.5 22.6 S-1毫米;槽口倒角n1=0:顶角=004×160.6(mm) 图10-7成品前孔K2 a)普通菱形孔:(b)加假術菱:(C)凹边菱琉孔 (2)成品再前方孔K3设计 A=1.19a=1.19×16=19(mm);b=142×A=142×19=26.8(mm) 142×A=142×19=26.8(mm);S0.125×a0.125×162(mm); n1=0.3×a=03×16≈5(mm);r=0.075×a=0075×16≈1,2(mm) 考虑到围盘操作,给3°斜配,孔型图见图108所示 (3)成品前菱形孔K2设计 b=(1.85~1.94)A-0.47a=-1.93×19-047×16=293(mm); h=(176-1.85)a-0474=1.8×16-047×19=198(mm); 1.5(mm);r=0.125×a0.125×16≈2(mm) 其形状采用一种相似成能菱形孔,即在槽口处用一较大圆弧连接的菱形。即=1.5m。考虑到 反围盘操作,给8°斜配,孔型图见图108所示 31,6 图10816m方钢孔型系统 a)成品再前孔K;(b)成品前孔K2:(c)成品孔LKI 10.3圆钢孔型设计 103.1圆钢孔型系统 轧制圆钢精轧孔型通常有四种:(1)方-椭圆一圆孔型系统(图10-9)。这种孔型系统的优 点是延伸系数较大;方轧件在椭圆孔型中可以自动找正,轧制稳定。但是方轧件在椭圆孔中变形很 不均匀;轧件断面上可能出现局部附加应力;孔形磨损严重。这种孔型系统广泛用 (φ5mm~20mm);(2)圆椭圆圆孔型系统(图10-10)。这种孔型系统的优点是轧件变形和 冷却均匀;成品表面质量好,成品尺寸比较精确;共用性较好。但是延伸系数较小;椭园件在圆孔 型中轧制不稳定。这种孔型系统广泛用于小型和φ40m以下圆钢生产和高速线材轧机的精轧机组;
(3)椭圆立椭圆椭圆圆孔型系统(图10-11)。这种孔型系统的优点是轧件变形均匀;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。但是延伸系数小;容易出现中心部分 疏松。这种孔型系统-般用于轧制塑性较低的合金钢或小型和线材连轧机;(4)万能孔型系统(图 10-12)。万能孔型系统由方—平箱一立孔(又称万能孔)一椭圆圆五个孔型构成。其优点是共用 性强;轧件变形均匀;易于去除轧件表面的氧化铁皮,成品表面质量好。但是延伸系数小,道次多 立轧孔型轧出的方形不够正确,且轧制不稳定,容易产生扭转现象。这种孔型系统适用于轧制φ18 mm~200mm圆钢。 >分① 图109方相圆圆孔型系统图10-10圆相圆圆孔型系统 图10-11椭员立糊圆圆圆孔型系统 图10-12万能孔型系统 10.3.2圆钢成品孔孔型设计 圆钢成品孔型设计直接影响到成品尺寸精度、轧机调整和孔型寿命。设计时考虑使椭圆度变化 最小,并能充分利用所允许的偏差范围,保证调整范围最大。圆钢成品孔形状采用带有扩张角的圆 孔型。日前广泛使用的成品孔构成如图10-13(a)所示 基圆半径R=054-(0-10)4-](1007~1.02),其中d圆钢公称直径或标准直径:4 允许负偏差:1.007~-1.02为热脆胀系数,具体数值见表102;成品孔宽度B2=+(0.5-10) A](107~1.02),其中4为允许正偏差;成品孔扩张角一般可取为0=20°~30°,常用0= 0°;成品孔扩张半径R’按以下步骤确定: 图10-13圆钢成品孔构成 图10-14椭圆一方孔型尺寸 先确定出侧角p Br-2Rcos e (10-6)
表102不同钢种热膨胀系数 钢种 普碳钢碳素工具钢滚珠轴承钢 高速钢 热膨张系数 1011~1015 1.015~1.018 l018~1.02 1.007~1.009 当ρ=θ时,只能在孔型两侧用切线扩张;当p时,调整B、R和s值,使p≤或者调整角,使p=0,并用切线扩张(图10-5(b)) y= arctan a= arccos R = arccos- 2R B B2 B=a+y=arccos t arctan (10-8) B 高速线材轧机,扩张角取值范围见表10-3。此时,B=2Rcosθ-sXlmθ:辊缝s根据所轧圆钢 直径d按表104选取:外圆角半径r=0.5mm~1mm。 表10-3扩张角取值范围 成品直径/mm 55 6.5 12 14 扩张角0/° 表104圆钢成品孔辊缝s与d的关系 6~9 10-19 30~70 70-200 s/n l~1.5 1.5~2 3-4 4-8 1033预轧孔型设计 1031方—椭圆圆孔型系统 椭圆一方精轧孔型的构成如图10-14所示,其尺寸与成品圆钢的关系如表105所示。椭圆 孔型内外半径R= (h-s)+B2 =1.0~1.5mm;辊缝s参照表104选取,当d34m时,s=4m-6m。要注意s值与R值相对应,使s(07070.707 保证获得正确方形断面;方孔型构成高度h=(14~141)a;方孔型构成宽度b=(141~142) a,求出的轧件宽度b应小于轧槽宽度B,使≤0.95或=0.95~0.85,否则应对孔型尺寸做相 应修改;内外圆角半径R=(0.190.2)a;r=(0.1~0.15)a;宽展系数B参考表106。 确定出方轧件边长a和轧件在成品孔型和椭圆孔型中宽展系数β后,根据压下量和宽展系数关 系确定椭圆件高度和宽度,再根据轧件尺寸考虑孔型的充满度来确定椭圆孔型尺寸。 103.32圆椭圆圆孔型系统 椭圆孔型尺寸按表104尺寸关系确定:圆钢直径d8mm~12mm时,椭圆前圆孔型基圆直径 D=h=(1.18-1.2)d,圆钢直径d=13mm-30mm时,D=h=(1.21~1.26)d,其形状同万 117
品孔,也带有30°的扩张角;圆椭圆精轧孔型中宽展系数β按表107选取 10.3.3,3椭圆—一立圆圆國孔型系统 成品前椭國孔型尺寸按表10-4确定,立椭圆孔型尺寸参照椭圆—立椭圆孔型系统设计方法确 10334万能(通用)孔型系统 (1)万能孔型的共用性 组万能精轧孔型共用性程度依圆钢直径而异,如表108所示,D和d分别为轧制组中最 大和最小圆钢直径,D-d值越大,设计立压孔高度比将越小,轧件在立压孔中愈不稳定,D-d 最好不超过表中数据。 表105椭圆和方孔型的构成尺寸与成品圆钢直径d的关系 成品规格dm 成品前椭园孔型尺寸与d的关系 成品前方孔边长a与d的 hK/d B 关系 0.70~0.78 (1.0~108)d 1.56~1.84 (10~108)d 12-19 142~1.70 (10~1.14)d 20~28 0.82~083 (1.0-1.14)d 0.86~090 1.32~1.60 d+(3~7) 约091 50~60 约092 H(12~15) 约14 表106轧件在椭圆方孔型中宽展系数β值 成品孔型 椭圆孔型 方孔型 04~0.6 1.0~20 04~0.8 10-32 0.30.5 09-1.3 04~075 表107轧件在圆椭圆精轧孔型中宽展系数β值 椭圆孔型 孔型 成品孔型 椭圆孔型 圆孔型 d=15~20nmd=20-25nm 0.3~05 0.8~1,2 04~05 085~1.2 0.50~085 表108—组万能精轧孔型的共用程度 员钢直径/n 14~16 6~30 30~50 50~80 相邻圆钢直径差D-d/m 3 (2)成品前椭圆孔型设计 l18
成品前椭圆孔型的构成尺寸见表109。孔型的高度h按最小圆钢直径d确定;宽度B按最大 圆钢直径D确定,初设计时,h值最好小些,以便调整和修改;辊缝s取s≤0.0Do,D为轧辊直 径;孔型内外圆弧半径R和r取法同前所述。 表109椭圆孔型尺寸h和B与D和d的关系 圆钢直径/mm 14-18 40~100 100~180 0.75~088 0.80-09 1.5~1.8 38~1.78 1.26~150 (3)立压孔型设计 立压孔型的构成如图10-15所示。高度h按所轧最小圆钢直径d确定;宽度B按最大直径D 确定。立压孔型主要构成尺寸h和B1与D和d的关系见表10-10,设计立压孔时注意使h>B, 且h大于立压孔型任一方向的尺寸,保证轧制稳定;其他尺寸R≈0.75h或R=(07~1)d;R R3;=30%~50% (4)扁孔型设计 扁孔型构成如图10-16所示,扁孔型最好作成弧形槽底,方轧件进入弧底扁孔型能自动找正 轧件在立压孔型中变形比较均匀,轧件侧面少或无折纹 扁孔型主要构成尺寸与所轧圆钢直径的关系如表10-11所示。槽底弧形半径R=(2~5)D 内、外圆角半径R=(0.05~02)B;F=(0.15~02)B;孔型侧壁斜度ψ=30%~50%,较大的 侧壁斜度易轧出水平轴尺寸最大的扁轧件,轧件在立压孔型中轧制较为稳定 图10-15立轧孔型构成 图10-16扁孔型构成 表1010立轧孔型尺寸h和B与所轧圆钢D和d的关系 圆钢直径/nmn 14~18 18~32 40~100 100~180 1,17~1.23 1.25~1.32 1.2~1.3 1.15~1.25 ByD 1.14~1.25 1.15~1.2 1.05~1.1 1.0~106 表101扁孔型尺寸h和B与所轧圆钢D和d的关系 园钢直径/nm 4~18 8~32 40~100 )~180 07~0.9 10~1,1 09~1.0 09610 2.1~23 1.65~1.8 135~169 145~1.5 (5)方孔型设计 指对角方孔型或箱方孔型,槽底为平直的,无凸度。方孔型中轧出的轧件尺寸用其边长a表示
a与所轧圆钢直径的关系如表10-12所示。箱形孔型构成见图9-1。 表1012边长a与所轧圆钢直径的关系 圆钢直径/m 14~32 40~100 100~180 1.26~147 1.2-1.37 (6)校核 除方孔型外各孔型尺寸都是按经验数据确定的,为保证轧制顺利及成品质量,需进行校核,即 要求轧件轧后宽度应小于孔型槽口宽度,即b<B校核或计算轧件在各孔型中的宽度可根据方件 边长a从扁孔型开始直到成品孔型为止。轧件在万能精轧孔型中的宽展系数β如表10-13所示,轧 件在各种扁孔型中的宽展系数如表1014所示。 表10-13轧件在万能精轧孔型中的宽展系数B 成品孔型 椭圆孔型 立压孔型 扁孔型 大圆钢 0.5~08 0.2~0.3 04~0.6 小园钢 0.3-0.5 06-09 0.2~03 0.5~075 1034圆钢孔型设计实例 某中400250×5小型轧钢车间分别由两台交流电机传动,成品机架速度为65ms。试设计轧制 φ20mm圆钢的精轧孔型(分别为K1、K2、K3)。 根据题意可采用方—椭圆圆孔型系统或圆椭圆圆孔型系统,考虑到变形均匀,使用围盘, 确定采用圆—椭圆圆孔型系统。 表1014轧件在扁孔型中的宽展系数B 580 弧底扁孔型 0.5~075 045~065 0.45~06 平底扁孔型 045~065 04~0.5 0.35~05 045~065 04-05 035~0.5 国家标准GB70286规定:φ20mm圆钢允许偏差为±0.5mm,则成品孔型尺寸: B4=[d+(0.5~10)4]×(1.007~1.02)=[20+07×05]×1011=206m) h2=[d-(0~1.0)4]×(1007~02)=(20-09×0.5)×1.011=19.8(mm) 取s=2mm,O=30°,则 R sin.=arcto. 20.6-19 8 cos 300 Bk -2R 19.8in30°,=23.6 因为p<O,故可求出R为 R 2R sin6-s 19.8sin30°-2 4 cos psin(e-p)4cos 23.6 sin( 300-23.60 =19.3(mm) 成品前椭圆孔型尺寸为 h2=(0.80~083=080×20=16mm;B=(134-1.64)=1.6×20=32(mm)
