孔型设计指导书

一、概述

一)设计目的

延伸孔型课程设计是轧钢工艺课程的一个重要的教学环节，•通过课程设计要求达到以下目的：

1.通过本次课程设计，把在《轧钢工艺学》及《轧制原理》课程中所学得的知识在实际的设计工作中综合地加以运用，•使这些知识得到巩固、加深和发展。

2.本次设计是学生在进行了《机械零件》、《加热炉》课程设计基础上进行的，通过本次课程设计，•进一步培养学生对工程设计的独立工作能力，树立正确的设计思想，掌握轧钢工艺设计的基本方法和步骤，为以后进行设计工作打下良好的基础。

二)设计题目

设计题目由指导教师根据具体情况在设计任务书中给出，一生一题。

三)延伸孔型课程设计应完成的内容

1.延伸孔型系统的设计计算。

2.轧辊孔型的设计计算。

3.一架轧机的配辊图。

4.断面孔型图若干张。

5.设计说明书一份。

四)延伸孔型设计的一般过程及时间安排

1.设计准备(0.5天)

1)阅读和研究设计任务书， 明确设计内容和要求， 分析设计题目，了解原始数据和轧机类型。

2)复习课程有关内容，以熟习有关延伸孔型设计的方法和步骤；准备好设计所需要的图纸、资料和用具；拟定设计计划等。

2.延伸孔型的设计计算(3.5天)

1)分析各类延伸孔型系统的优缺点，选择合适的延伸孔型系统。

2)确定最后一个过渡孔型中轧件的断面形状和尺寸。

3)计算确定各道轧件尺寸。

4)确定各孔型尺寸。

3．轧辊孔型设计（配辊，1天）

4.绘制断面孔型图(2天)：

1).绘制断面孔型图。

2).标注尺寸。

5.绘制配辊图(2天)：

选择一架轧机绘出配辊图，并标注尺寸。

5.编写设计说明书(1天) 整理和编写设计计算说明书。

二、延伸孔型的设计方法

1．理论计算法

延伸孔型系统一般都是间隔出现方或圆孔型，设计时首先设计计算出方（圆）孔型中轧件的断面尺寸，然后根据相邻两个方（圆）轧件尺寸计算出中间轧件的断面尺寸，最后根据轧件断面形状和尺寸构成孔型。

2．经验法

首先制定压下规程（根据经验分配各道压下量确定翻钢程序），确定各道轧件尺寸，最后根据轧件尺寸构成孔型。其中宽展量可根据经验确定也可按公式计算。

该法特点是孔型共用程度大，现场上经常采用。

三、延伸孔型的设计步骤

本次延伸孔型课程设计采用理论计算法。

轧制生产过程中，为获得某一断面的成品，通常要有一定数量的精轧孔型和造型孔型，而在精轧孔型之前的延伸孔型则是把大断面的钢锭或钢坯轧成第一个精轧孔型所需的轧件断面形状和尺寸。延伸孔型通常有箱形(方箱和矩箱)、方形、菱形、椭圆形、六角形及圆形等。延伸孔型系统就是这些孔型的组合。延伸孔型设计的目的就是要确定出延伸孔型的数目(道次数)、形状和尺寸。一般按下列步骤进行。

一)选择延伸孔型系统

延伸孔型系统有：箱形孔型系统、菱-方孔型系统、菱-菱孔型系统、椭圆-方孔型系统、六角-方孔型系统、椭圆-•圆孔型系统、圆-椭圆孔型系统及混合孔型系统等，•究竟用哪种孔型系统合理，要根据具体的轧制条件如轧机型式、轧辊直径、轧制速度、电机能力、轧机前后辅助设备、原料尺寸、钢种、生产技术水平及操作习惯等来确定。

1.箱形孔型系统

箱形孔型系统具有可在同一孔型中轧制多种尺寸不同的轧件，共用性大，可以减少孔数，减少换孔或换辊次数，有利于提高轧机的作业率；在轧件断面相等的条件下，与其他孔型系统的孔型相对比，箱形孔型系统的孔型在轧辊上的切槽较浅，这样相对地提高了轧辊强度，可增大压下量，对轧制大断面的轧件是有利的；在孔型中轧件宽度方向上的变形比坟均匀，同

时因为孔型中各部分之间的速度差较小，所以孔型的磨损较为均匀，磨损也较少；氧化铁皮易于脱落；轧件在箱形孔中轧制比在光辊上轧制稳定；轧件断面温降较为均匀等优点，适用于初轧机、轨梁轧机、二辊和三辊开坯机、连续式钢坯轧机、中小型或线材轧机的开坯轧型，轧制大中型断面钢坯或生产大断面的成品方钢；也可以用于型钢轧机的前几道作为延伸孔型，以利于除去轧件上的氧化铁皮。

箱形孔型的缺点是有时难以从箱形孔型中轧出几何形状精确的方形或矩形断面的轧件，轧伴断面愈小，这种现象愈严重，因此箱形孔型不适于轧制要求断面形状精确的小轧件。另外轧件在箱形孔型中只能在一个方向受到压缩，其侧表面不易平直，有时出现皱纹，同时角部的加工也不足。

2.菱-方孔型系统

菱-方孔型系统能轧出四边平直，角部和断面准确的方形断面轧件，且在同一套孔型中能轧出几种不同尺寸的方坯和方钢；轧件在孔型中比较稳定，对于导卫装置要求并不严格。因此主要用于中小型轧机轧制60×60～80×80mm以下的方坯或方钢，•或作为三辊开坯机的后几个孔型，即用箱形与菱-方孔型组成混合孔型系统。

菱-方孔型系统的缺点是四面受压缩，氧化铁皮不易脱落，影响产品表面质量；菱形轧件角部较尖，冷却较快，而且角部在轧件断面上的部位不能变换，轧制某些合金钢时易出现角部位裂；与箱形孔系统相对比，切入轧槽铰深，影响轧辊强度；轧糟各处工作直径差较大，因此孔型磨损不均。

3.椭-方孔型系统

椭-方孔型系统的特点是：变形系数大；能变换轧件角部的位置；轧件能得到多方向上的压缩，对于改善金属的内部组织和提高钢材的质量较为有利；轧件在孔型中所处的状态较稳定，有利于操作；椭圆孔型在轧辊上的切槽较浅。其缺点是不均匀变形严重；椭圆孔比方孔磨损快等。

椭-方孔型系统常用作小型或线材轧机的延伸孔型，轧制50～70mm以下的断面。

4.椭-圆孔型系统

椭圆-圆孔型系统中变形较为均匀，轧制前后的断面形状过渡缓和，能防止产生局部应力；轧件断面各处冷却均匀；氧化铁皮易于脱落；还可由延伸孔型轧出成品圆钢，减少了轧辊数量和换辊次数。

椭圆-圆孔型系统多用于轧制低塑性的高合金钢。

5.六角-方孔型系统

六角-方孔型系统中沿轧件宽度方向变形较为均匀，单位压力、总轧制力和能量消耗都较小；轧辊磨损小且均匀。一般广泛用于小型和线材轧机的毛轧或毛轧机组上，所轧的方件边长a=15～55mm。常用在箱形系统之后和椭-方系统之前，组成混合孔型系统。

二)确定孔型系统中的方(圆)孔型中的轧件尺寸

1.确定总延伸系数：。

2.确定平均延伸系数，计算轧制道次。

①按下表选取延伸系数和宽展系数。

孔型系统 箱形 菱－方 平均延伸系数 1.15～1.4 1.2～1.4 宽展系数 0.25～0.45 0.3～0.5 a=6～9 a=9～14 1.4～2.2 1.2～1.6 0.9～1.4 0.7～1.1 0.55～0.9 方孔型宽展系数 0.2～0.3 0.25～0.4 椭－方 1.25～1.6 a=14～20 a=20～30 a=30～40 0.3～0.5 菱－菱 1.2～1.38 A＞40 0.25～0.3 0.5～0.7 0.4～0.7 六角－方 1.4～1.6 A＜40 椭圆－圆 1.3～1.4 椭－立椭 1.15～1.34 0.65～1.0 0.3～0.4（圆） 0.3～0.4（立椭） 0.5～0.95 0.5～0.6 ②确定轧制道次：

3．逐道分配延伸系数并检验：

4．确定方（圆）轧件尺寸： 如上图所示：

，

则：???????

，

，„，

，„

方件边长：

圆轧件可以当作方轧件处理：

三）确定中间轧件尺寸

此处所指的中间轧件是指前后两个方（圆）件之间的轧件，可为矩形、菱形、六角形、椭圆等，且所指的中间轧件断面尺寸是指最高和最宽处尺寸。

1．中间轧件一般应满足的条件：

①

②

③有些例外，如有负宽展时。

?2．中间轧件尺寸的确定方法：

①箱形孔型（中间轧件为矩形），如图所示：

，

联解得：

②中间轧件为椭圆、六角形时（如图所示）：

??? ③中间轧件为菱形时（如图所示）

公式中各符号的准确意义：

hz、bz――中间轧件的最高和最宽处尺寸（轧件尺寸）；

bA、hA、ba、ha――方件在孔型中的最高和最宽处尺寸，是轧件尺寸，非孔型尺寸，可取边长的1.2倍。

当中间孔为菱形时，为简化计算，均以尖角处的尺寸为准，这样，hz、bz、bA、hA、ba、ha均为对角线尺寸。

四)孔型的构成

在确定轧件断面尺寸之后，根据各孔中轧件尺寸来确定孔型尺寸，构成孔型。构成各孔型时应注意下列问题： 1.箱形孔的构成 ①扁箱形孔型（矩形孔） hK=h轧件=hz，bK=B-(0～6)

BK=bz+Δ=B=Δb+Δ，Δ=5～12，Δb=βΔh R=(0.1～0.2)hK，r=(0.05～0.15)hK，y=10～25%

S=(0.012～0.02)D或按轧机弹跳值选，大中型开坯机：S=8～15，小型开坯机：S=5～10。 ②方箱形孔型

hK=h轧件=hz，bK=B-(0～6)

BK=bz+Δ=B=Δb+Δ，Δ=5～8，Δb=βΔh R=(0.1～0.2)hK，r=(0.05～0.1)hK，y=10～20% ③矩、方孔型的凸度

使用凸度的目的：在辊道上运行平稳，防止翻钢后出现过充满。最后一个孔应无凸度。

凸度的形式：曲线、折线、直线。 凸度的大小：视轧机和轧制条件而定. 2.立方孔型的构成

由于两条对角线上轧件的温度、温降及轧辊的磨损不一致，孔型构成高度应稍小于构成宽度，即h=(1.4～1.41)a，b=(1.41～1.42)a，相当于顶角为90°30′。 其它尺寸:hk=h-0.828R，Bk=b-s

R=(0.1～0.2)h，r=(0.1～0.35)h，s=0.1a 3.菱形孔的构成

为了简化计算，将前面计算出的菱形轧件尺寸看成是孔型尖角处的尺寸: h=hz，b=bz（h、b――孔型构成尺寸） Bk(bK)=b(1-S/h)

S=(0.1～0.2)hz（或按弹跳情况选取） R＝（0.1～0.2）h，r=(0.1～0.35)h tg(γ/2)=h/b，α＝180°-γ

孔型面积：

精确计算孔型面积：

校核时，若发现Bz＞Bk，则要修改孔型，取Bk＝（1.088～1.11）bz，即相当于充满度为0.9～0.92(δ=bz/BK)。 4．椭圆孔的构成

Bk=(1.088～1.11)bz，hk=hz，s=(0.2～0.3)hk

，r=(0.08～0.12)Bk

面积（粗略）：5．六角孔的构成

。

进入六角孔的方件边长为A，轧后轧件的尺寸为hz、bz，则： hk=hz，bk=A-2R[1-tg(45°-ψ/2)] Bk=bk+(hz-s)tgψ或取Bk=(1.05～1.18)b

α≤90°，一般可取为80～90°（常取90°）。A较大时，接近90°；当A较小时，取下限。ψ＝90°－α／2

R=(0.3～0.6)hk，r=(0.2～0.4)hk，s=(0.1～0.2)hk 6．圆孔型的构成

，Bk=2R+Δ，Δ=2～4

扩张角α＝15～30°，常用30° r=2～5，s=2～5

扩张圆半径可用作图法求得，也可计算得出：

若α＝30°，则：

若计算出的R′为负值，则表示采用反向圆弧。

五)校核、修改

延伸孔型尺寸确定完成后，还应进行校核和修改。一般根据原料尺寸从第一孔开始逐道计算压下量和宽展量，•确定出各孔中轧件的实际尺寸。当出现bz≥Bｋ甚至δ=bz/bk≥0.95时就应修改孔型尺寸，此时可适当加大槽口尺寸Bk，以防止轧制时出现过充满•(或充满度过大)而形成耳子，翻钢轧制后出现折叠，影响产品表面质量。

四、轧辊孔型图的设计与计算

一)孔型在轧制面上水平方向的配置

1.原则

1)各机架轧制时间基本均衡。

2)成品孔型与成品前孔应单独配置，以利于调整。

3)备作孔的数目随接近于成品孔而增多，以保证产品质量，减少换辊次数。

2.辊环宽度的确定

辊环宽度取决于辊环的强度以及安装、调整辅件的操作条件。•一般取为：钢轧辊bz≥hp/2；铁轧辊bz>hp。边辊环的宽度按下表选取：

轧机 初轧机 轨梁与大型轧机 三辊开坯机 中小型轧机 边辊环宽度(mm) ≥50～100 ≥100～150 ≥60～150 ≥50～100 二)孔型在轧制面上垂直方向的配置

1.几个基本尺寸的确定

1)原始中心距（最大中心距）

新辊时，上下轧辊轴线间距。

当上下辊直径相等时：

Dmax——新辊直径；

S——辊缝值；

D0——名义直径；

K——重车率，开坯机、型钢轧机：K＝0.08～0.12。

2)假想原始直径

在保持原始中心距不变的条件下，认为上下两轧辊靠拢，中间没有辊缝时的轧辊直径，Ds（Dx）＝Dmax＋S

3)“压力”

上下轧辊工作直径之差。

2.几条基本直线的确定

1)轧辊中线

上下轧辊轴线间距的等分线，也称轧辊平分线。

2)轧制线

轧制线是一条排列着孔型的线，是在轧制面上垂直方向配置孔型的基准线。

当采用“上压力”时，轧制线位于轧辊中线以下处；

当采用“下压力”时，轧制线位于轧辊中线上方3)孔型中性线

处。

确定孔型中性线的目的是在配辊使其与轧制线重合。确定方法：

①简单断面孔型：孔型水平对称轴线即是孔型中性线。

②复杂断面孔型：采用近似法，如重心法（悬挂法）、周边重心法、面积相等法等。

3.步骤

1)按原始中心距确定上下轧辊轴线。

2)确定轧辊中线。

3)根据轧制条件确定是否采用“压力”轧制以及“上压”或“下压”值的大小。

4)根据压力值确定轧制线距轧辊中线的距离及其方位。

5)确定孔型中性线。

6)使孔型中性线与轧制线重合，确定出孔型各处的轧辊直径，画出轧辊图。

五、延伸孔型设计实例

用120×120方坯轧制φ26圆坯的孔型设计，孔型系统如下图所示。

1．确定各方（圆）轧仲尺寸

，，

同理可得：＝50，＝32，d＝26

2．确定各中间轧件尺寸

根据孔型系统宽展系数范围，各孔宽展系数如表1所示。

表1? 各道次宽展系数

k2 k1 0.3 0.3 0.5 0.4 0.5 0.5 0.6 0.5 0.8 0.4 k3 k4 k5 k6 k7 k8 k9 k10 矩形轧件：

?

联解得：h=91，b=128.6

菱形孔型：

????????

联解得：h=91.7，b=165.7

六角形：

?????????????

联解得：h=40，b=100；同理可得：

第七孔（椭圆）：h=25，b=65；第九孔（椭圆）：h=19.6，b=41.9

3．确定孔型尺寸

根据孔型尺寸确定原则和方法，各孔型尺寸如表2所示。确定过程略。

4.校核、修改

经校核、修改后的尺寸如表3所示，校核、修改过程略。

5．画孔型图，并标注尺寸（略）

6．画配辊图（略）

表2 孔型尺寸表

孔型 h×b(a、d) 孔高 bK 孔 1 矩形 91×128.6 2 箱方 100 Bk S R r δ α - - y 24.7 18.9 - - - - - - - - 91 115 135 10 12 12 5 100 88 105 10 12 12 - - 3 菱形 91.7×165.7 86 4 立方 80 182 10 20 10 - 123/57 10 15 - - 104.5 - 108.6 5 40 56 110 66 5 5 5 六角 40×100 6 立方 50 20 15 - 88/46 10 15 - - - - - - - - - 30 62.2 - 25 41 7 椭圆 25×65 8 立方 32 - 71.5 5 36.5 5 - 40.4 5 46 28 5 5 40 8 2 9 椭圆 19.6×41.9 19.6 - 10 圆 26 26 - 2 321 2 表3 修改后孔型尺寸表

孔型 孔高 压下量 β 宽展量 实际bz Bk Bz＜Bk? 孔 0 － 120 － 29 28.7 45 49 40 37.8 25 24 12.4 16 - 0.3 0.3 0.5 0.4 0.5 0.5 0.6 0.5 0.8 0.4 - 8.7 8.6 22.5 19.6 20 18.9 15 12 9.9 6.4 － 128.7 99.6 153.5 - 135 105 182 - Y Y Y Y Y Y Y Y Y y 1 矩形 91 2 箱方 100 3 菱形 86 4 立方 104.5 5 六角 40 6 立方 62.2 7 椭圆 25 8 立方 41 9 椭圆 19.6 10 圆 26 105.6 108.6 100 58.9 65 37 42 26 110 66 71.5 40.4 46 28 六、参考资料

1.王廷溥主编 ，《轧钢工艺学》，冶金出版社；

2.傅德武主编 ，《轧钢学》， 冶金出版社；

3.上海孔型设计组编，《孔型设计（上、下册）》，上海科学技术出版社；