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1、无孔型轧制设计基础无孔型轧制的设计要点主要是使轧件在两轧辗之间轧制稳定，轧件不发生翻倒或扭转，轧件的对角线差或轧件断面两侧边的倾斜不超过一定的限制值。为此要准确地确定轧件的断面尺寸和形状以及变形参数，同时也要确定轧辗入口方面导板间距与入 口轧件宽度的差值。(1)宽展特性无孔型轧制虽然也是矩形轧件在水平辗间轧制，但与板轧制不同，主要表现为 宽厚比(B0/H0)、径厚比(D/H0)都很小。一般B0/H0=12,因此宽展量大。设计压下 规程时需精确计算宽展量。轧后轧件的平均宽度b可按彼仓的宽展公式计算：平均宽度系数：b 1 0.8=2 H=BH 2B H最大宽度系数:max2ld 0.95H 2B式
2、中，H轧前轧件的平均高度;h轧后轧件的高度；b轧后轧件的最大宽度;B轧前轧件的高度；D轧辗直径；ld变形区的平均宽度。以上各式的结果是根据实验得出的，具实验条件为H h/H 0.10.4 ,D/H 315; H /B 12.5。按上述关系设计压下规程并进行迭代计算得出的(2)自由面的变形特性与板坯轧制不同，用无孔型轧制法轧制棒材时，轧件的各个面反复成为轧辗压下面和自由宽展面。自由宽展面的形状对轧制的稳定性和产品质量都有重要影响。 因此，必须掌握自由宽展面的变形特点，并反映到压下规程中。自由宽展面的形状随轧制条件不同而变化，棒材轧制均属高件轧制，随压下量、 宽厚比、径厚比不同，自由宽展面即轧件的
3、侧面可能出现单鼓形或双鼓形。通常， 压下率、宽厚比、径厚比越大越容易出现单鼓形。其临界压下率如下式所示：0.221.5如果单鼓过于严重，则下一道次轧制不稳定，容易产生歪扭脱方；如果双鼓过 于严重，则容易产生折叠等表面缺陷。为了使轧制顺利进行，应用控制临界压下率 的方法控制鼓形的大小，使其在允许的范围内。(3)轧件歪扭脱方现象无孔型轧制由于轧件是在平辗间轧制，轧件两侧无孔型侧壁的夹持，稍有不当， 易产生轧件的歪扭脱方。造成轧件脱方的因素很多，如单鼓、双鼓、宽高比、加热 温度不均、轧辗调整不当、导卫安装不良和操作水平不高等均能引起轧制不稳定而 造成脱方。其中轧件宽高比B/H、单鼓率和双鼓率对歪扭脱
4、方的影响均需在孔型设计时加 以考虑。该道次轧前坯料的宽高比越大，单鼓率和双鼓率越小，脱方率就越小。根据实践经验，如果将B/H控制在0.60.7以上，再加上合理的导卫装置，相 对压下量控制在单鼓与双鼓的临界压下量附近，就可以保证很少出现歪扭脱方现象， 可使轧制顺利进行。设定如下参数：0轧件进入轧辗之间，在轧件全宽上开始压下时，轧件侧面与垂直线所成的倾斜角；2SoSo 1 , H-(2Ho So 2 B轧件进入轧辗前在导板间的倾斜角；0轧前轧件侧面的倾斜角；0 tg 0式中，So 轧前轧件对角线之差，SoS01S02So 轧前轧件对角线平均长度,So (Soi So2)/2 HHB2 ;a导板间隙
5、系数；a (G B)/B;导板间距。为轧制时轧件在轧辗之间保持稳定，轧件不翻到和扭转，同时不使轧后轧件对角线之差S1 S11 S12相差较大，以保证轧件的断面形状和尺寸精度，要求 a值应 满足：H Ba邛Wc2K HBWc轧件失稳时的临界对角线差，Wc o.o55 o.o6o ;K修正系数，取决于轧前轧件的宽高比 H/B,当H/B 1.6时，K 1;当H/B 1.6 时,K (H/B)/1.62。轧后轧件的倾斜角为：B 2 B 1 B 2 H Bo K1 ( )2a -( )2 ()Wo1H H 2 H B HWo轧前轧件相对对角线差,WoSo/So在无孔型轧制时，入口导卫对轧件进入轧辗和在轧
6、辗间轧制的稳定性起着决定 性的作用，因此a值是一个重要参数，在轧制时必需保证。孔型设计的原则无孔型轧制的道次数依轧机特点、产品规格、操作水平及导卫装置等情况而定。无孔型轧制压下规程的设计原则是：(1)按咬入条件、最大允许轧制压力、电机功率控制各道次压下量；(2)用宽展公式精确计算每道次宽展量，编制压下规程，计算每道轧件尺寸；(3)防止歪扭脱方。控制轧件入口断面宽高比，断面越小，轧件越容易脱方，为此 B/H比值应较大；另外，设计宽度合适的导卫，用此控制歪扭脱方可起到很好 效果。(4)防止尖角。当反复多道次进行无孔型轧制时，轧件断面的四个顶角容易形成尖 角，带有尖角的矩形或方形断面进入椭圆孔轧制时
7、，容易形成折叠。为此应在 适当的道次设计一个带有圆弧的轧制道次，并增加该道次的压下率，充分宽展 以保证充满圆弧。(5)无孔型轧制时，由于无孔型侧壁的夹持作用，轧件头部容易弯曲，轧件头部容 易顶撞出口导卫的前端，为此尽量使用贯通导卫或近似贯通导卫。在第一道次轧制时等效应力（第4步）第二道次轧制过程中坯料的等效应力（第 15步）NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =39 TIME=87.4 SEQV (AVG) DMX =9892 SMN =.470E+07SMX =.801E+08AUG 8 200316:59:381NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =15 TIME=
8、32.198SEQV (AVG)DMX =2133SMN =.347E+07SMX =.799E+08.470E+07LS-DYNA user input.717E+08.801E+08第三道次轧制时坯料的变形及等效应力分布（第 39步）.347E+07.205E+08.375E+08.459E+0808.629E+08.714E+08.799E+08AUG 8 200316:45:11.523E+07LS-DYNA user input1NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =72 TIME=163.3SEQV (AVG) DMX =15468 SMN =.523E+07SMX =
9、.801E+08.135E+08.219E+08 .302E+08优田08.468E+08.日08 .634E+08n眄。8.801E+08LS-DYNA user input第五道次轧制的变形过程（第72步）六道次轧制后坯料的断面形状4.1.3改进后轧制过程的有限元模拟1）工艺条件的确定2)数学模型的建立VOLUMESTYPE NUMAUG 9 200309:20:473)BD-NEULabLS-DYNA user input模拟结果及分析轧制过程几彳AUG 8 200318:58:581NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =4 TIME=6.899SEQV (AVG) DMX
10、=2203SMN =.150E+07AUG 9 200309:29:10SMX =.801E+08第一道次轧制的等效应力分布（第 3步）1DISPLACEMENTSTEP=1SUB =15AUG 9 200309:48:18TIMEDMX=32.197 二2132第二道次轧制时网格的变化（第15步）.399E+7.125E+08.211E+8.296E+08.382E+8.467E+08.553日8.638E+08%日。8.809E+08第三架轧机中轧制的等效应力（第112步）3, 4机架中轧制的等效应力（第130步）DISPLACEMENTAUG 22 2003STEP=109:19:58D
11、MX =1071STEPLACEMENT.519E.809E+08LS-DYNA user i在第一架中轧制时坯料网格的变化（第SUB =55 TIME=11.34STEP=1SUB =75 time=15.541 NOD(AVG) 二翻4 inputMN =.519E+07,809E+08DMX =1 ZIONAUG 22 20039:09:498E+08.557E+08.725E+08卷第*架中轧制的网格变化（第 75步）DISPLACEMENTSTEP=1SUB =112TIME=23.31 DMX =2507AUG 22 200309:29:20在第三架中轧制的网格变化（第112岁DI
12、SPLACEMENTSTEP=1SUB =170LSTDYNAUSe门nputDMX =4043i332:59在第四架圆孔型中的网格变化（第130岁DISPLACEMENTLS-DYNA STEP=1UtSUB =50TIME=10.29DMX =865.241AUG 22 200310:01:43出第一架轧制后坯料的断面形状成品圆钢轧后的断面形状1DISPLACEMENTSTEP=1SUB =202TIME=42DMX =4878AUG 22 200308:47:02LS-DYNA user input轧后尾部的断面形状LS-DYNA user input1DISPLACEMENTSTEP=1SUB =202TIME=42DMX =4878115.1.2轧制结果及分析两种工艺头部形状的比较不同轧制工艺时头部的比较两种工艺时尾部形状的比较V1导卫安装图片V1轧辗图试验坯料进入V1轧机进行轧制无孔型轧制grooveless rolling（1）节约能源。采用无孔型轧制，可使轧机作业率明显提高，因而减少停炉时间，使加热炉的燃料消耗减 少6%;无孔型轧制时轧件变形较为均匀，轧件内部产生的附加应力小，没有轧槽侧壁对轧件的作用力和车 L槽周边辐径差对轧件引起的摩擦力的作用，因此乳制力比用常规孔型轧制减小 5% 10%,可节约电能约7%。（2）成品质量好。
