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1、型材生产及孔型设计,第二篇 孔型设计之延伸孔型设计,延伸孔型系统概述箱形孔型系统菱方孔型系统菱菱孔型系统椭方孔型系统六角方孔型系统椭立椭圆孔型系统椭圆孔型系统无孔型轧制混和孔型系统型钢轧制时的变形特点延伸孔型的设计方法经验系数法斯米尔诺夫方法Z.乌萨托夫斯基（Wusatowski)方法,第二篇 孔型设计之延伸孔型设计（12学时）,特点使用范围变形系数孔型构成,1.延伸孔型系统的概述,定义,通常在成品孔和预轧孔之前有一定数量的、目的在于减小轧件断面积的一系列孔型，称为延伸孔型；延伸孔型的组合称为延伸孔型系统。,分类,菱方孔型系统,菱菱孔型系统,箱箱孔型系统,椭圆方孔型系统,六角方孔型系统,椭圆圆
2、孔型系统,椭圆立椭圆孔型系统,箱形孔型系统,选择孔型系统的原则,轧机型式,轧辊直径,轧制速度,电机能力,轧机前后的辅助设备,原料尺寸、钢种,生产技术水平及操作习惯,2.箱形孔型系统,一.优点,在轧件整个宽度上变形均匀，速度差小，孔型磨损较均匀,孔型切入轧辊较浅，轧辊强度高，允许采用较大的道次变形量,在同一孔型内，通过调整上辊可以得到多种厚度轧件，减少孔型数量，减少换孔或换辊次数，提高轧机作业率,轧件表面氧化铁皮容易脱落，稳定性也较好（不易扭转）,轧件无尖锐棱角，轧件断面温降较均匀,操作方便，便于实现机械化操作,二.缺点,不能轧出形状正确的轧件,轧制小断面时不稳定,侧面不易轧制，有时出现皱褶,用
3、改变辊缝的方法可以轧制多种尺寸规格的轧件，共用性好,三.常见箱形孔型系统的组成方式,四.适用范围,一般用于轧制大、中型断面产品。适用于初轧机、大中型轧机的开坯机、连续式钢坯轧机、二或三辊开坯机、型钢轧机前几个延伸孔以及小型或线材轧机的粗轧机架。箱形孔型的断面大小取决于轧机的大小，对应关系见下表：,五.变形系数,宽展系数,取值范围,取值的考虑因子,a. 轧钢锭时前14道次取00.1,b. 方箱形孔型的应小于扁箱孔型的,c. 在其他条件相同时，大轧件值偏大，小轧件的偏小,d. 顺着轧制方向值增加,延伸系数,一般采用1.151.4，平均可取1.151.34,六. 箱形孔型的构成,孔型尺寸的确定,孔型
4、高度 h,等于轧后轧件的高度,孔型槽口宽度 BK,Bkb+, ,孔型槽底宽度 bK,bKB-(06), ,孔型侧壁斜度y=tan,一般10%25%，个别取30或更大,内外圆半径R和 r,R=(0.10.2) hr=(0.050.15) h,凸度 f,初轧机：f510；三辊开坯机： f26一般时前面的大，后面的小,直线形,折线形,弧线形,1.一般箱形孔型的结构,b出孔型的轧件宽度；h出孔型的轧件高度；展宽余量，5 12mm；B来料宽度,双斜度孔型的目的,改善咬入条件：咬入角增加35度,保证轧制稳定（使轧件稳定进入孔型）,防止出现耳子（开口处留有很大余地）,双斜度孔型的构成,bk=B-(26) 比
5、一般的小,h10.40.5h 刮槽深度,bk=bk+2m.y ,y=tan (510%),Bk=b+(512) 要比一般的大一些,七、双斜度箱形孔型的结构,概念,一个孔型位于另一个孔型之上，此时中辊的轧槽为这一对孔型所工用,适用共轭孔型的目的,三辊开坯轧机电机功率较小，轧辊直径较小，故压下量受到一定限定，因此就产生了轧前道次多，孔型在轧辊上按一般布置摆不下的困难，为了解决这一矛盾，在三辊开坯轧机上唯一的办法使采用共轭孔型。,共轭孔型的特点,a.每两道次翻一次钢，即第一，二道次为扁箱，第三、四道次为方箱。,b.翻钢利用自动翻钢（S型滑板）加快了轧制节奏，提高了轧机产量，从而改善了劳动条件,c.上
6、下压力轧制,d.不能轧出几何形状正确的方形或矩形钢，其后通常接菱方孔型轧机,八.共轭孔型的结构,共轭孔型的构成,上轧线,下轧线,Bk3,bk3,Dk3,hk3,H2,hk2,D3,D2,bk2,Bk2,Dk2,hk2,Dk1,Bk1,bk1,D1,hk1,H1,第一孔,H1=h1=H0-h1,bk1=B0-(05) B0 第一道来料宽度,Bk1=b1+ b1第一道次轧后的宽度,bk2=bk1+(04),Bk2=b2+ b2第二孔轧后的宽度,（612）,第二孔,H2=h2=H1-h2,bk2=bk1-(04) bk2= bk1+2,Bk2=b2+ 一般Bk1Bk2Bk3,bk3=bk2+(04)
7、 常用bk3=bk2+2,Bk3=b2+ b2第二孔轧后的宽度,（612）,还有h k1 ,h k2 ,h k3 没有确定，确定原则如下,假设三个轧辊辊环直径相等，D1D2D3 但由于刻槽深度不相等，所以工作直径不同,Dk1D1-2hk1,Dk2=D2-2hk2,Dk3=D3-2hk3,由于D1=D2=D3 , 且hk1hk2hk3,所以有：Dk1Dk2Dk3,所以在轧辊直径相等时，共轭孔型应为上压力轧制,压力值于压下量的关系,共轭孔型的压力值于压下量有直接的关系。,下轧制线压力值：DK下Dk2-Dk1 =2(hk1-hk2),上轧制线压力值：DK上Dk3-Dk2 =2(hk2-hk3),h2
8、H1-H2=hk1-hk3,上下轧制线的和： Dk下+ Dk上2 h2,若三个轧辊直径相同，辊径相等，则上下轧制线压力为：Dk下 Dk上 h2,可见三辊开坯轧机的上下压力等于上轧制线共轭孔型中的压下量，而与下轧制线孔型中的压下量无关。由此不难看出为了减小轧辊的上压力，在制定压下规程时，上轧制为共轭孔型中的压下量取小些。,可以进一步计算：,因为 Dk下2（hk1-hk2）,hk1=H1-hk2-s 代入上式得到：,Dk下2（H1-2hk1-s）,又因为 Dk下h2=H1-H2 代入：,得到：,进一步计算可以得到：,3 菱方孔型系统,能轧出几何形状正确的轧件,共用性大，能从一套孔型中轧出多种方形轧
9、件,轧制稳定 ，变形均匀,缺点,优点,轧槽较深,角部冷却快,不易去除轧件表面的氧化铁皮,使用范围,用在箱形之后，不能用在初轧机开坯机上，可用在开坯机的最后道次,也可用在精轧孔型系统轧制方钢。一般用于6060 8080mm以下方坯和方钢生产。,变形系数,宽展系数：菱 l =0.30.5 方 f =0.20.4,延伸系数方轧件在菱形孔中延伸系数,延伸系数菱形轧件在方形孔中延伸系数,孔型构成,孔型构成,4 菱菱孔型系统,优点,利用菱菱孔型系统可将方形断面由偶数道次过渡到奇数道次,易于喂钢和咬入，对导板要求不严,在任意一对孔型中皆能轧出方坯,缺点,除具有菱方孔型系统的缺点外，轧出方坯有明显八边形,轧件
10、稳定性差,延伸系数小，很少超过1.3,使用范围,主要用于中小型粗轧机上，可用于过渡孔型,变形系数,宽展系数 l =0.20.35,延伸系数 l =1.21.35,设计方法,按内接圆直径设计,按菱形边长设计,孔型构成,菱形设计（同菱方孔型）,万能菱形孔型,扩张段长度M M =(0.30.4)D 或 M=(0.30.4)A扩张角 =30 40通常 =30侧壁圆弧半径r r =(1.02.0)D 或 r =(1.02.0)A其他尺寸 R =(0.150.2)D 或 R = (0.150.2)Ar =(0.050.1)h ; s=(0.120.16)D 或 s=(0.120.16)A,如右图所示,注,
11、孔型实际高度和轧槽宽度计算,按菱形内接圆直径计算,按菱形边长计算,其余尺寸同按内接圆直径计算,5 椭圆方孔型系统,优点,缺点,不均匀变形严重，使孔型的磨损快且不均匀。,轧件在孔型中的稳定性较好。,椭圆孔型在轧辊上的切槽深度较浅。,没有固定不变的棱角，轧件表面温度均匀。(轧件角部位置变换和四个方向压缩轧件，使轧件得到均匀冷却，有利于改善金属的组织性能和防止角部裂纹的产生),椭圆孔型比方孔型磨损快。若用于连轧易破坏连轧常数，另外，椭圆孔型和方孔型的延伸系数差别较大，按此孔型设计的集体传动连轧机，很难再改用其他孔型系统。,延伸系数大. tmax= 2.4,fmax= 1.8 (因此可通过椭圆方孔型系
12、统迅速压缩轧件断面，减少轧制道次，保持较高的轧制温度。),椭圆进方孔型时：其不均匀变形和变形的不同时性比方进椭圆是要小得多 ，椭圆轧件进入方孔型时是以椭圆两侧圆弧与方孔侧内壁四点接触，只要椭圆轧件要求正确，轧件在孔型中受到对称夹持是相当稳定的。但轧件在椭圆孔型中形成的断面形状往往不正确或充满不良，因此，对导入口导入装置的安装和调整要求较为严格。尤其是对方孔型入口侧的夹板要能正确地夹持轧件。椭圆轧件在方孔中首先中部金属受到压缩，带动两侧未受压金属延伸，随着轧件进入变形区，由于两侧金属的压下系数大于中部，产生强迫宽展，因此，孔型形状对宽展的限制程度较大，故使方孔中的宽展较椭圆孔型中小。,轧件的变形
13、特点,方轧件进椭圆时：四角变形 ，受中部金属牵制， 横向流动(宽展)增加， 故椭孔内宽展较大。当椭圆孔型的Bk/hk和孔型圆弧半径R越小，则产生强迫宽展相对越大，即就相应降低椭圆孔型的延伸系数。因此椭圆孔型的延伸系数与Bk/hk成正比，实际生产中的Bk/hk值常使用在22.6范围内。当Bk/hk值太大时，孔型接近于平辊，孔型对宽展的限制程度小，轧件尺寸波动大，因此Bk/hk值不大于3。,使用范围,广泛用于小型和线材轧机上作为延伸孔型轧制40407575mm以下的轧件，用于箱式或六角方之后。,变形系数,延伸系数,宽展系数,c=1.251.6 t =1.251.8 f =1.21.6,cmax=1
14、.72.2 tmax =2.4 fmax =1.89,椭在方中宽展系数f=0.30.6 常用f=0.30.5,孔型构成,椭圆孔型的构成,孔型宽度 Bk=(1.0881.11)b 式中 b 表示椭圆轧件的宽度，相当于孔型的充满度=b/Bk=0.90.92,一般以=0.850.9为好； 辊缝 s=(0.20.3)h； 椭圆孔型的圆弧半径 R=(hs)2Bk2/4(hs)椭圆轧件断面面积近似为 F=2/3(hs)bsb外圆角半径 r=(0.080.12)Bk,方在椭中宽展系数,6 六角方孔型系统,优点,3.轧件在轧辊入口处的夹板之间和咬入时的状态较为稳定，并且易于调整。,缺点,六角孔型充满不良时，易
15、失去稳定性,变性特点及使用范围,六角方孔型系统在轧制时比较突出的变形特点是变形均匀，延展系数大。,六角形轧件进方孔型时,轧件顶角与孔型顶角相吻合，轧件在孔型中稳定，沿轧件宽度方向绝对压下量基本相同。但压下系数的分布不均匀，两侧压下系数大于中部，产生强迫宽展，并受孔型侧壁的限制下，充满孔型，宽展量容易控制。,方轧件在六角孔型时,当bkA时，轧件在孔型中轧制不稳定，并会产生孔型充满不良现象。,当bk=A时，轧件稳定，变形均匀，孔型侧壁有限制宽展的作用。,1.变形均匀（沿宽展方向比椭圆均匀）,2.单位压力小，能耗小，轧辊磨损小,孔型的构成,A来料边长 h 轧件轧后的高度b轧件轧后的宽度,根据六角孔型的充满程度b/Bk=0.950.85来确定Bk90 s=(0.20.3)h;R=(0.30.6)h; R0=(0.40.5)h;R的确定原则是使孔型槽底的两侧圆弧和槽底同时与来料接触。方孔型的构成与椭圆方孔型系统相同。,
