切分轧制孔型设计.doc

切分轧制孔型设计切分轧制作为一项具有生产效率高、节约能源等优点的轧制新技术已成为了当今轧钢领域推行增产节能的有效手段。近几年来，切分轧制技术发展迅速，日趋成熟，已广泛应用于棒线材、型材以有开坯等生产，尤其是在棒线材生产中发展尤为迅速。目前棒材的多线切分轧制技术已由二线切分迅速发展为四线切分、五线切分轧制，使小规格螺纹钢筋的生产效率得到了极大提高。5.1 切分轧制原理切分轧制技术是把加热后的坯料先轧制成扁坯，然后再利用孔型系统把扁坯加工成两个以上断面相同的并联轧件，并在精轧道次上沿纵向将并联轧件切分为断面面积相同的独立轧件的轧制技术。切分轧制技术的关键是如何连续地把并联轧件切分开。要得到合格的成品，要求切分过程必须满足以下要求：（1） 切分带表面质量要有保证，不需要额外的修理或加工；（2） 切分带不能形成成品表面折叠；（3） 切分设备使用方便，工艺稳定，投资小；（4） 轧件通长尺寸均匀，头部状态和轧件弯曲度不是影响后续的咬入；（5） 切分的速度与轧制速度相同。5.1.1 切分位置的选择切分位置是影响产品产量、质量、轧线量和操作的重要因素，切分位置应视轧机的特点和工艺要求而定。切分位置选择的原则是：（1） 不改变或尽量少改变原有工艺流程；（2） 不改变或尽可能少改变原有设备；（3） 切分位置依轧机的布置而定，尽可能靠近成品机架，以便减少复线道次，但又应有一定的加工道次，以保证成品质量；（4） 切分后不应给操作带来困难。结合目前小型连轧机上采用切分轧制技术轧制螺纹钢筋的设备特点和工艺要求，其切分孔型系统基本上都将切分位置安排在K3孔型完成切分，切分后经两道次轧制出合格的成品螺纹钢。5.1.2 切分方式切分技术发展到现在，通过一系列热轧状态下纵向切分轧制的方法进行研究，最终确定破坏并联轧件联接带的最佳方法是在联接带上建立足够的拉应力，因此切分轧件的力学条件为：FxSb式中：Fx各横向拉力之和 S连接带的身微小面积； b金属的强度极限。由式（51）可以看出，切分轧制稳定生产的条件是：在生产薄且窄的连接带的同时，还得有足够大的横向张力来撕开轧件。而采用拉应力来破坏连接带的方式根据切分过程有无辅助装置可将切分法分为孔型切分法（辊切法）和工具切分法（切分轮法）两大类。5.1.2.1 辊切法辊切法是直接用轧辊的特殊孔型，使轧件在发生塑性变形的同时将轧件分开的切分方法，其特点是将“轧制”和“切分”揉合在一起，利用若干个带有切分楔的预切分孔型和一个切分孔型，使轧件在这些孔型中压缩、变形、延伸的同时，在离开孔型前分开，不需辅设任何切分装置。辊切原理及带切分楔的孔型轧件受力分析如图51所示。通过受力图和在轧机上做实验考察带切分楔的孔型中轧件的变形特点进行分析，发现切分效果与切分楔的角度有关。此外，还有一个不可忽视的现象，那就是切分后的轧件在水平面内产生了槽向弯曲，切分后的轧件产生镰刀弯，如图52所示。这个现象说明切分轧制是一个不均匀变形过程。由于切分楔的存在，轧件中部受切分楔相对压下量大，这必然造成中部纵向延伸率比两侧的纵向延伸率大，也就是说轧件每经过一次带切分楔的道次，其左右两部分就会受到宽度方向上的拉应力，这种拉应力达到足以满足（公式5-1）的条件也就是切分轧制的原理。但这种方法的问题是在轧件切分的同时，将不可避免地出现轧件的镰刀弯现象，而且此时轧件的切分条件与轧件的镰刀弯的程度相矛盾。即要保证连续稳定地切分必增大切分孔型中的压下量，而随着压下量增大所带来的不均匀变形也越厉害，轧件切分后的镰刀弯也将越严重，同时还将造成轧件头部的异化严重，而这将成为切分后轧件后续咬入困难的重要原因，尤其是对于高速连轧的轧机是影响轧制过程正常生产的主要问题。由此可以看出将塑性变形与切分同时进行的辊切法，很难将切分与轧件状态的保证同时完成，这也就决定了辊切法在连轧棒材轧机上的应用将受到很大的限制。5.1.2.2 切分轮法切分轮法是利用特殊孔型先将轧件轧成连接带较薄的并联轧件，然后借助安装在轧件出口侧导卫装置中的专门工具将并联轧件纵向分开的切分方法，即为孔型切分辅助工具切分的方法。为了解决辊切法切分后轧件镰刀弯的头部异化所造成的轧件导向和咬入困难等问题，最佳的方案就是在轧件切分道次加工后保持一定厚度的连接带，使轧件保持纵向一体，然后用切分轮来切开它。原理是：两切分轮可看作是不对轧件有压下的辊切轧制，两轮外缘只对中间连接带上下方向有压下。而上下楔面却不使轧件有大的塑性变形，中间连接带受力如力53所示。从图53可看出，中间连接带受三方向作用力的共同作用，极易满足切分公式（51）的要求，完成切分的目的。但由于切分轮是被动的，靠运行的轧件转动，而在连轧时，随着后续道次顺利咬入，连轧状态建立，前推后拉，使两要分轮外缘对中间连接体造成的阻力fz的反作用力也将更大、更稳定，切分效果更好。因此说切分轮法是伴随连轧机出现的最佳切分轧制法。这种切分方式在连轧生产方式中较合理、可靠，可减少故障率。目前它已广泛应用于棒材多线切分轧制中。5.2 切分轧制工艺要点从以上的分析可以看到，棒材多线切分轧制技术关键在于切分道路次的孔型和切分导卫的配合，这就是切分工艺的核心部分。为了使切分道次满足轧件切分的要求，还需要在切分以前的道次形成合理的预切分轧件。目前预切分轧件成型工艺按棒材切分线数的多少分为二线切分工艺、三线切分工艺、四线切分工艺甚至五线切分工艺。切分根数越多，产量越高。因此可以根据生产线上要求的生产率和产品规格来决定轧件的切分根数，以达到提高产量、均衡生产的目的。目前二线切分和三线切分工艺已成为棒材车间生产螺纹钢成熟的工艺形式，而四线切分和五线切分工艺正在逐步探索和完善中。切分轧制工艺技术控制无论是在孔型系统的选择，还是在孔型设计、孔型配辊轧辊孔型的车削、料形的调整、导卫设计、切分轮设计与调整、机架装配、速度控制等方面都有一定难度，而且切分的规格越小，切分的条数越多，工艺控制的难度越大。切分轧制的工艺要点如下：（1） 切分工艺的孔型设计除考虑来料、成品尺寸与形状、道次安排、设备能力和操作习惯外，切分孔型系统的选择、切分孔型的形状和尺寸、切分楔角的大小等也将直接影响切分质量的好坏。（2） 切分轧制对各机架的导卫制造、装备和现场使用调整的要求高。三线和四线切分轧制切分盒内各部位的设计十分关键。另外，切分导卫的前后导槽以及切分轮要求有较高的耐磨、抗热裂、抗疲劳性能和较高的加工精度，只有满足这些要求，才能满足切分轧制的顺利进行。（3） 轧线切分孔型系统的车削以及成品、成品前孔型的配辊难度也很大。如果孔型在车削过程中发生错辊，将对生产造成很大影响，且不易进行现场调整。在成品、成品前孔孔型配辊要充分考虑各线的间距和轧辊的利用率，如间距过大，则是利用率低，如果过小，则导卫设计安装困难。（4） 切分轧制对各机架钢料的变化非常敏感，甚至中轧机架钢料的变化也会影响到成品尺寸。切分的规格越小，切分的条数越多，这种影响越明显。因此只有控制好各架的钢料尺寸，及时调整因轧槽磨损而造成的尺寸变化，才能保证轧制的顺利进行。（5） 由于钢温、钢料尺寸及导卫的变化都会影响轧制的速度，因此需对速度不断地及时地进行补偿调整，只有这样才能保证多线轧制的正常进行。（6） 生产现场各系统各环节的统一协调很重要，钢温、钢料尺寸、轧制速度及导卫调整应严格按工艺要求进行操作，并注意相互之间的协调。每根钢的温差小于30度，粗中轧机的钢料尺寸精度在1.5mm以内，精轧机的钢料尺寸要求更来等等。因此，切分产品根据不同的生产条件选取合适的工艺制度十分重要。另外，对切分轧制金属变形流动规律、切分轧制孔型设计以及导卫装置设计等，都需要做不断深化的研究。5.3 切分孔型设计5.3.1 切分轧制孔型系统和变形特点分析切分轮切分轧制工艺中，切分孔型系统主要是为最终在切分轮上完成切分做轧件形状的准备。按照切分轮切分形状的要求，切分孔型系统的基本组成是：延伸孔型预变形孔型预切分孔型切分孔型+出口切分导卫精轧孔型。系统中精轧孔型（成品前孔+成品孔）是要使成品孔型满足成品尺寸公差的要求，并削除切分断裂外可能产生的表面缺陷，保证成品的质量。预切分孔型是为了保证轧件在切分孔型中对正并进行正确的金属体积分配，以免切分孔型切出形状、尺寸不同的轧件，同时减少切分孔型中轧件的不均变形，以减少轧辊磨损。一般在切分孔型前后根据情况的不同可设置12道预切分道次。预变形孔型起连接延伸孔和预切分孔型的作用，它是为轧件进入预切分孔型作轧件形状和尺寸准备，以满足预切分变形对对料形的需要。根据切分孔型系统的任务和作用，可看出切分孔型系统中的预切分和切分孔型的结构特点是，孔型中按切分根数带下个或者是多个要分楔。正是切分楔的作用，轧件才逐步变成了切分轮切分所需的有多个连接带连接的等体积的轧件形状。所以切分楔的存在决定了切分孔型中的金属变形不同于一般孔型内金属的变形，其主要特点是：（1） 在带有切分楔的孔型系统中，轧件沿宽度方向各部处于不均匀压缩状态，产生了严重的不均匀变形。轧件中部切分带在切分楔的作用下压下系数（H/h）远大于其余部分，但其较大的延伸受到了其余部分的阻碍，同时金属受切分楔的作用，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，所以切分变形是无延伸或小延伸变形。（2） 三根以上的多根切分时，由于孔型结构的不对称，使中间和边上金属所处的变形条件不同，两边比中间部分宽展大、延伸小，易造成轧件断面不同。下面根据不同的切分工艺和轧机设备的情况来分别分析切分孔型系统和切分轧制金属的变形特点以及切分轧制孔型设计。5.3.2 两线切分轧制孔型系统二线切分是目前国内应用最广泛的一种切分轧制工艺。根据轧钢设备条件的不同和轧制产品规格尺寸和变形特点的不同，二线切分轧制时的孔型系统有两种形式，即梅花方孔型系统和扁平方孔型系统。梅花方孔型系统依次为菱形孔（椭圆孔）弧边方形孔哑铃孔切分孔椭圆孔成品孔。如图54（a）所示。扁平方孔型系统依次为平轧孔立扁箱孔哑铃孔切分孔椭圆孔成品孔。如图54（b）所示。从两种孔型系统的示意图可以看出，它们的区别在于K6、K5孔型的形式选择不同。第一种孔型系统中，K5孔选用梅花方孔的形式，其优点是：（1） 轧件尺寸控制精度高；（2） 孔型系统的延伸系数大，K6K3的延伸系数达2.5左右。（3） 梅花方边部的凹陷能在预切分孔型中起对中的作用，可保证预切分的两部分体积相等，另外这样对切分楔的冲击较小，易充满易切分孔型中的两个圆的顶部。（4） 梅花方孔轧件变形相对均匀，弧边有凹陷也不易出耳子。K5孔选用梅花方孔形式的缺点是：（1） 孔型要求的控制精度高，对磨损敏感，K5弧边方形的四个小圆弧突起处较易磨损，槽底磨损速度较槽口快，易导致料形不规范。（2） 轧件形状上有尖角，易使轧件断面上的温度出现不均匀现象。（3） 梅花方轧件需扭转45，影响连轧轧制的稳定。因此，梅花方孔型系统适用于延伸系数大、面缩率大的1014mm螺纹钢筋品种及需要精确控制的圆钢的切分轧制。第二种孔型系统中，孔型的形式K5孔夫子选用的是扁方孔，其优点是：（1） 系统的过程很适合当今连轧棒材轧机的机组形式，轧制中无需扭转，使轧制的稳定性提高，降低事故率。（2） 虽然系统的延伸系数小，但在一些轧机上，级联调速系统不适合在中间甩机架，受轧机布置和切分位置的限制，较大规格的切分轧制必须选用延伸系数小，面缩率小的轧制系统。（3） 平辊配扁方孔，轧件形式上由于没有尖角，因此可以减轻轧件整个断面的温度不均现象。（4） 系统的共用性强，减少了换辊和车磨轧辊的时间。K6孔选用平辊轧制，K5孔选用扁方孔的缺点是：（1） 平辊和扁方孔的控制精度不高，平辊轧制时没有孔型侧壁的夹持作用，导卫磨损较快也降低了轧件的夹持作用，因此易造成来料在平辊上移动范围大，导致轧辊磨损不均匀，使K5出口轧件厚薄不均，从而影响后续切分后两根轧件的大小。（2） 孔型系统的延伸系数小，使K6、K5的延伸率小，K6K5的延伸率仅为1.3左右，因此需要粗中轧负担较多的变形量。（3） 扁方轧件变形不均匀对切分楔的冲击作用较大，使切分楔的磨损大。（4） 由于扁方孔轧出的轧件自身在进预切分孔时的对中性差，因此在易切分过程中易造成切分后两根轧件大小不一致，成品两料长短不一致，影响成材率。所以要保证在切分孔中的对正，必须严格要求K5孔进口导卫的安装精度。因此，虽然扁平方孔型中的延伸系数不大，经生产实践表明对于1620mm的较大规格螺纹钢筋品种的轧制，在轧机布置和切分位置受限的情况下，采用这种系统是正确的。而且扁平方孔型系统具有与前面的延伸孔型系统过渡良好使整个孔型系统共用性良好的优点，已成为分析研究和开发的重点。分析两切分孔型系统的变形特点可以看出，它是对称切分轧制，在预切分和切分孔型左右两侧变形较对称，轧辊调整较容易，轧制较稳定，切分轧制的速度不大。二线切分轧制的最大缺点是轧制小规格钢筋时小时产量不高，所以两切分轧制较多用于轧制1620mm的较大规格螺纹钢筋，而轧制1014mm的钢筋时，最好采用三线或四线切分轧制。5.3.2.2 二线切分孔型设计A K1、K2孔型设计K2孔型设计与单线轧制的孔型设计基本相同，只是切分轧制时，由于切分后的轧件切分带带有毛刺，为了消除切分带可能对成品造成的类似“花边”和“折叠”缺陷，所以希望K2孔型有足够的压下系数，使轧件的侧面充分形成鼓形宽展，以减少切分带撕后产生的毛刺。具体设计时，应使压下变形量大于40%，宽展变形量大于20%。而K1孔型设计与单线轧制的孔型设计完全相同。B K3切分孔孔型设计K3孔是两个由切分楔并联组成的圆孔，半径同单线生产的孔型，结构图如55所示。切分孔是完成最终切分前轧件形状变形的孔型，它的形状和尺寸结构关系最终轧件的切分过程是否顺利。切分孔型的设计要点如下（切分孔型结构如图55所示）：（1） 由于切分孔的主要作用是“切分”，因此延伸系数较小，一般延伸系数等于1.01.15，而宽展系数较大（宽展量/压下量=1.21.8），控制轧件断面收缩率小于15%）。（2） 在切分孔中，为保证轧件的宽展孔型两侧边适当切线扩张，侧壁斜度的夹角30，以利于轧件的咬入和脱槽，又可防止出“耳子”。（3） 为保证在切分孔型中得到符合切分要求的形状，所以其切带处的压下系数5，槽底压下系数大于1。（4） 切分楔要锋利，切耐磨损和冲击。切分孔楔角选择要合理，角度过大，连接带必然冗长，就会有切口不净或切不开的问题；角度过小，轧件对切分轮的“夹持”力就将过大，加大了切分轮的负担，使要分设备易损坏，而且使切分孔型楔角处的磨损过快，严重影响轧辊的使用寿命。在满足切分连接带厚度要求和切分轮的最佳切分范围内，可采用切线扩张，切分角2为6065。这样可增加切分楔的厚度，还可以使轧件更容易被告正确地引导进入切分轮，从而增加其强度。（5） “楔子”尖部应有r=0.51.5mm的圆弧过渡，尖部过尖会加快磨损影响使用，甚至会“掉肉”。（6） 连接带的宽度和厚度应根据经验分别控制在0.81.2mm和0.82mm以内。（7） 为保证切分后的料形正确，避免出现“桃状”料形，如图56所示，二切分孔型的结构参数及关系见表5-1。表51 二切分孔型的结构参数及关系参数名称关系式说明孔型高度Hk=(0.850.90)H0H0来料高度槽口宽度Bk=bk+2R/cos-Stan并联圆半径R=0.5Hk两圆心距离bk=2R/cos连接带高度h=0.82切分楔顶角2=6065切分楔顶角半径r=0.51.5孔型侧壁斜度夹角=3035辊缝s=0.07HK外圆角半径rk=0.1HKC K4预切分孔型预切分孔型因形状特点通常又被称为哑铃孔，其结构如图59所示。预切分孔型的作用是使切分楔完成对扁方轧件或弧边方轧件的压下定位，并保证精确分配对称轧件的断面面积，减少切分孔型的不均匀性，尽可能减轻切分孔型的负担，从而提高切分轧制的稳定性和均匀性。a 预切分孔型中切分楔结构和顶角的选择切分楔对完成切分起决定性作用，它的设计原则就是尽可能地增大连接带上的槽向拉应力拉的值，以便迅速减小中间切分带上的面积，以最少的道次完成轧件进入切分轮前的准备。了了更深入地探讨切分机理，我们对一方形轧件在带切分楔的预切分孔型中轧制的力学模型进行分析。如图5-7所示。设切分楔长度为l，则可求得切分楔对轧件的总压力P： P=ph=2phtan （52）式中p平均单位压力；b切分楔的宽度；h切分楔的高度；2切分楔的顶角。根据牛顿力学原理，轧件对轧辊的总作用力为： P=2（Nsin+Fcos） （53）式中 N正压力； F摩擦力，F=fN； F轧辊与轧件之间的摩擦系数。由式（53）或可得： P=2N（sin+fcos）则 N= P/2（sin+fcos） （54）将式（52）代入式（54），则 N=phtan/（sin+fcos）为了讨论切分楔顶角与轧件所受横向拉应力的s关系，以切分试样横断面建立坐标系，原点位于切分楔顶点距离的中点，沿辊轴线方向为x，下下高度为y，则该坐标系下，水平分力为 X=2（NxFx） （56）式中 Nx正压力在X上的分力； Fx摩擦力在X上的分力。 Nx=Ncos=phtansos/（sin+fcos） （57） Fx=Fsin=fphtansossin/（sin+fcos） （58）将式（57）和式（58）代入式（56），则得：X=2phtan（cos-fsin）/（sin+fcos） （59）由式（59）可知，当轧件的材质、轧制温度等一定时，f、p可以认为是常数，切分楔高度h可认为是定值，那么X必然随的变化而变化。为求X最大值下的值， 令 （ aX/a）=0 （510）整理后得：2ph（fftan22f2tan）/（sin+fcos）2=0 （511） 即应满足： （fftan22f2tan）=0而f0，则tan2+2ftan-1=0 （512）求上式议程的解，合其负值得： tan=1+f2f即 2max= 2arctan（1+f2f） （513）通过以上分析，得出如下结论，只要f已知，则切分楔顶角2就可救出2max，也即只有按2max设计下的切分楔才能将连接带上得到最大拉应力拉。b 预切分孔型形状的选择预切分孔形状按中间切分楔结构特点的不同分为哑铃孔、双斜度哑铃孔两种形式。常用的哑铃孔形状多由连接带连续两个立椭圆组成，为防止在下架切分时轧件对轧辊产生夹持力、损坏轧辊楔尖，目前多采用楔角设计或大于切分孔1020的设计方法，如预切分楔角在6575，切分孔楔角在5060。但这种设计方法带来的问题是容易造成在切分孔内哑铃形轧件在咬入时首先与切分孔楔尖接触，其接触状态如图58（a）所示，因而自动找正能力差。为防止切偏，这种孔型对导卫装置和操作水平的要求较高。如果将切分孔楔角设计大为大于预切分孔楔角时，可保证预切分孔进入切分孔时与侧壁先接触，其咬入时的接触状态如图58（b）所示，有自动找正作用，有利于轧件的正确咬入，但这会使切分孔楔角过大，使切分孔出来的料形不好，给其后的切分轮切分造成困难。为解决这一问题，在不增大切分孔楔角的前提下，可采用一种双斜度的哑铃孔。双斜度哑铃孔切分楔由两个斜度组成，楔角部分楔度较大，约为6575，两楔根部分角度较小，约为3545，这样就象斧子的斧刃和斧脊一样。当哑铃孔型轧件进入切分孔时，让斧脊与切分孔侧壁先接触，其接触状态如图58（c）所示，既保护了切分孔楔尖，又实现了自动找正功能。C 预切分孔型中的变形特点预切分孔型中的变形特点是：（1） 轧件变形量大，切分楔带处的内应力大；（2） 轧件变形严重不均，切分带处压下系数远大于槽底压下系数；（3） 轧件的宽展变化是先强迫宽展，后后略微收缩，最后再强迫宽展，直至充满孔型。4、 预切分孔的设计要点：预切分孔的设计要点如下：（1） 切分楔完成压下定位，必须压入一定深度，其切分楔处的压下系数1/切2，槽底的压下系数1/底1。（2） 延伸系数=1.151.25；（3） 控制轧件断面收缩率13%；（4） 限制侧壁轧件宽度。根据经验宽展系数可为0.6左右，侧壁斜度的夹角30；（5） 切分楔的形状和尺寸要合理，且耐磨损，顶部有半径大于2mm的圆角过度。c 预切分孔型的结构参数设计预切分孔型的结构如图59所示，结构参数及关系见表52。f 预切分孔型轧件面积计算在连轧切分轧制中，切分各孔的轧件面积的计算对于保证切分轧制中的连轧关系很重要。下面介绍预切分孔型轧件面积的计算。D 弧边方孔设计a 弧边方孔的设计特点表5-2 两切分预切分孔型的结构参数及关系参数名称关系式说明孔型高度Hk=(0.90.95)H0H0来料高度槽口宽度Bk=bk+2R/cos两圆心距离bk=2R/cos槽底圆弧半径R=0.4Hk外圆角半径rk=(0.130.15）HK连接带高度h=(0.450.48）Hk孔型侧壁斜度夹角=30楔尖圆角半径r3辊缝s=(0.130.15）Hk孔型充满度95%弧边方孔是连接延伸孔型与切分孔型系统的关键孔型，延伸孔型应为切分准备出精确的弧边方轧件，它关系轧件在后续哑铃孔型中轧制的稳定性，也影响切分后两线尺寸的均匀性。设计要点如下：（1） 弧边方形孔结构设计中的弧边凹度主要是为了便于轧件在进入哑铃形孔轧制过程中能自动找正，以提高轧制的稳定性和预切分面积的均匀性。弧边凹度应合适，如太大会影响轧件的充满度，而对后面几个道路次的料形有不利的影响；太小又起不到在孔型中的自动找正作用。所以其设计的原则是便于轧件便于轧件在下一道次能自动找正又能限制哑铃轧件的过量宽展，使哑铃孔型充满而又不过充满。根据经验，深度一般控制在24mm，内弧半径r=0.35a即可。（2） 为保证弧边方孔的充满，其前孔应采用大半径的扁平形椭圆孔，其宽高比为2.02.5。（3） 弧边方形孔的延伸系数要比正常方孔型设计略大，可控制在1.31.45之间，宽展系数为0.450.65。（4） 为保证轧制稳定，应使弧边方断面的四个角相同，防止上下角尖，左右角钝，或相反的现象。（5） 在确定弧边方孔型的辊缝和其内角半径时，需考虑轧件在孔型中的充满程度。b 弧边方孔的结构参数设计弧边方孔的结构示意图如图511所示，其结构参数及关系见表53。表53 弧边方孔的结构参数及关系参数名称关系式说明孔型高度Hk=(1.41.41)aa-正常方孔型的边长；q弧边方形边长与弧度之间关系的经验系数，一般为0.80.95,其值不宜过小槽口宽度 Bk=(1.41.41)as中间凹弧半径r2=0.35a圆角半径r1=(0.20.25)a外圆半径rk=0.1a辊缝s=0.1a弧边方孔型的面积F=qa2表54是两切分16螺纹钢筋各道次孔型尺寸工艺参数。图512为两切分16mm螺纹钢筋，图513为两切分14mm孔型图。道次孔型形状轧辊转速/r/min轧辊工作直径/mm孔型高度/mm孔型槽宽度/mm辊缝/mm轧件截面积mm2延伸系数轧制速度/(ms-1)轧制力/kN轧制力矩/(kNm)1箱形孔10.534539.1961100.7663164.247615.21816225.63611.3867 0.2974 1675.1378212.29162箱形孔12.6526589.1841112.0043120.004314.5612362.63741.3125 0.3903 1115.0741156.40463平椭孔17.6346583.156876.9487133.559114.628961.71381.3795 0.5385 1641.3962182.54194圆形孔25.8899524.049192.9983100.405112.0896792.65791.3193 0.7104 1104.1777116.20345椭圆孔37.6466514.452559.4418117.94069.50594758.51691.4275 1.0141 1294.0898132.25236圆形孔49.3079540.60667.73673.13088.80573603.5321.3205 1.3957 1215.4003138.10937椭圆孔86.1668418.375143.622586.24056.9792556.44541.4096 1.8876 832.62865.04928圆形孔107.8351437.306749.883153.8566.48481954.32191.3081 2.4691 790.469168.66459椭圆孔146.8551431.662733.288563.84655.33581453.81391.3443 3.3192 584.700338.491610圆形孔178.893444.832738.441.45844.9921158.11671.2553 4.1667 568.848141.39611平辊孔212.209947020.736020.736924.0151.2534 5.2223 517.952236.70812立箱孔246.374452.044936.958124.52864.435827.49641.1166 5.8314 487.251424.493313预切分孔289.4587441.123222.53342.88243.1546721.76541.1465 6.6857 160.03482.630614切分孔332.9291439.760719.8445.07631.488629.46881.1466 7.6660 605.754644.213115椭圆孔426.6854434.619913.249727.19962.1273496.96421.2666 9.7099 476.10842.01516圆形孔513.0959446.66731617.4361.8402.12391.2358 12.0000 18.234218.12645.3.3 三线切分轧制孔型设计5.3.3.1 三线切分孔型系统三线切分轧制技术是从二线切分轧制技术演化而来的，其总体技术思路是通过特殊孔型加工出具有薄而窄的连接带三个并联轧件，然后由切分架次出口的三线切分导卫实现要分为三根独立轧件的过程。其孔型系统有两种方案。第一种方案：圆孔（对角方孔）平轧孔立轧孔预切分孔切分孔椭圆孔成品孔，如图514（a）所示。此方案的优点是：（1） K6用平辊，轧辊车削容易、利用率高、自由宽展大，边部易出现的鼓肚可由后续的立轧孔进行加工；（2） 采用立轧孔控制其轧出轧件的高度和宽度，以保证进入预切分孔型的矩形料的规范，保证预切分孔型的充满度，有利于保证每线轧件截面面积相等。此方案的缺点是：（1） 一个预切分孔，轧件在预切分孔中的压下量大，延伸系数大（超过了1.3），轧机负荷高，轧制不稳定。（2） 由于不均匀变形严重，切分楔处压下系数远大于槽底的压下系数，造成轧槽切分楔处磨损较快。（3） 矩形坯料进预切分孔的对中性不易保证，切分后三支轧件的均匀性过分依赖预切分孔进口导卫的夹持，使得预切分孔进口导卫的加工、装配要求较高。第二种方案：圆孔（对角方孔）扁箱孔预切孔1预切孔2切分孔椭圆孔成品孔，如图514（b）所示。此方案的优点是：（1） 通过设置两个预切分孔来完成压下定位和轧件断面面积的初步分配，将原先一次就完成的大压下量分作两次进行，减小了预切孔的压下量和延伸系数，减少了轧件不均匀变形的程度，合理分配轧机负荷，降低了预切分孔型切分楔的磨损程度，提高了轧件在轧制过程中的稳定性。（2） 增设预切分孔1后，K4道次预切分孔2的延伸系数减少，由于变形系数小，因此改变K4的压下量对轧件断面面积影响较小，降低了三线切分轧制时成品尺寸随K4道次轧件尺寸变化而变化的敏感性，提高了轧制的稳定性以及调整的方便性和精确性。（3） 预切分孔1采用变形六角孔型，其锥度较小，能保证矩形坯料进入预切分孔1时能使轧件正确对中孔型，同时使轧件均匀地轧出几个凹陷的颈部，为下一道次的再次预切分做好准备。（4） 预切分孔2采用原预切分孔型。由于经过预切分孔1的轧件凹陷部位在预切分孔2中容易对中，因此对轧辊的切分楔冲击较小；同时预切分孔2的切分楔可进一步对已压出凹陷形状的轧件完成压下定位，并精确分配轧件的断面面积。此方案的缺点是：扁平轧孔出来的轧件宽度较难控制，其孔型参数的选择较困难；另外，多增加的预切分孔型会增加轧辊车削加工的量和轧辊配备量，孔型的共用性降低。经上两种孔型系统中，K7孔的设计同样也有两种方案可供选择，一个是圆孔，一个是方孔。圆孔的优点是经过该孔轧出的轧件能顺利进入精轧机组K6，且K6孔前只需安装滑动导卫即可，缺点是经K6轧出的轧件充满不理想。如果要保证K6轧件充满，可增加K6孔的压下量，但增加轧机负荷。方孔的优点是进经该孔轧出的轧件经K6孔轧制，轧件在K6孔充满情况较好，缺点是因K7孔轧出的轧出的轧件为方轧件，在进入K6孔轧制时，易发生对角咬入。需在K6孔前安装滚动导卫和别的扶持装置，以保证轧死件平稳咬入。表55 三线切分轧制12mm钢筋时两种孔型系统的比较孔型K6K5K4K3K2K1第一种系统平辊立箱孔预切分孔切分孔椭圆孔成品孔延伸系数1.2441.1271.3031.2311.1451.230第二种系统立箱孔预切分孔1预切分孔2切分孔椭圆孔成品孔延伸系数1.1271.1801.1031.2311.1451.230总之，两种孔型系统各有特点，可根据各自的设备和工艺情况进行分析和选择。5.3.3.2 三线切分轧制的工艺特点与两线切分轧制相比，三线切分轧制有如下特点：（1） 在预切作切分孔型中，轧件左中右三部分变形不对称，主要因为中线和边线的变形条件不一样。边线轧件受单向侧推力，中线轧件受双向侧推力；中线轧制温度高于边线；边线受到强迫宽展,且宽展空间较大，所以两边宽展大，延伸小，而轧件中部受切分楔的影响限制宽展，而且无宽展空间。因此，在轧件三部分压下量相同的情况下，轧件中部应有较大延伸，两边由于宽展大，自然延伸小于轧件中部。由于轧件为一个整体，中部的较大延伸必然形成两边的附加延伸，因此造成两边面积的拉缩。因此若在预切分和要分孔型中轧件三部分面积相等时，轧件切分后，两边的面积将小于中间轧件的面积，因而造成轧制过程不稳定。为了保证轧制过程的稳定，要求切分后三根轧件面积必须相等或相差极小，为此，预切分孔和切分孔中的边部轧件面积都应稍大于中部面积。由于三线切分轧制的中部和边部变形性质不同，所以其难度远大于二线切分。（2） 三线切分导卫是用两对切分轮对三线并联轧件施加拉力，使三线并联轧件两侧的部分分别横向运动，而中间一线不承受压力，沿直线运动，由此完成三线切分的过程。要确保两个连接带都能顺利地实现撕开，其连接带厚度宽度的控制和出口导卫等的安装与控制难度也更大。实践证明，对三线切分时轧件张开角的估计不足是导致切分后轧件频繁与切分导相碰，并造成铁皮粘刀或出口导卫堆钢的常见因素。在三线切分生产中，为了稳定生产，减少事故，采用合理的孔型系统，特别是恰当的切分孔孔型，同时配合适用相应的切分导卫装置，使三根轧件产生适当的张开角如图515所示，同时适当地调整切分刀的剖间距使轧件顺利通过切分导卫是至关重要的。在一般情况下影响轧件张开角的主要因此是切分孔型的切分角、孔型外侧壁倾角（简称外侧壁角）和切分轮切入角。典型的三线切分孔型及切分角，孔型外侧壁倾角如图516所示。在连轧过程中，轧件会受到来自轧辊的轧制力，轧辊对轧件的摩擦力和前后张力，由于切分孔一般布置在精轧区，精轧机架间均设有活套装置，因此机架间的张力可以忽略，而仅考虑在轧制压力P和摩擦力T存在的前提下，分析切分孔型内各角度对切分后轧件张开角的影响。A 三线切分时侧向切分力F1的确定如图517所示，在凸形切分孔的作用下，金属在孔型内将受到轧制压力的水平分力P1、Pb和横向的阻力的水平分力T1、T2的共同作用，其合力使左右两侧轧件被撕开。另外边部金属还不可避免地受到孔型外侧壁的约束，因此P1和P2的作用也不可忽略。由式（527）可看出，张开角主要与切分孔的切分角x，孔型外侧壁倾角和咬入角有关。在实际轧制中，棒材张开角应适当，一般为23，经切分轮的后轧件张开角可达45。三线切分时的切分角x是轧件实现切开的前提，为了满足三线切分的正常轧制，应该首先确定合适的孔型切分角x，其值应为30左右，除此之外还应注意孔型外侧倾角的数值其值应在4550之间。咬入角与平均压下系数等因素有关，可在78之间选取，同时采用比切分角大的切分轮切入角，一般切分轮的切入角应比切分角x略大1020，以保证轧件的正常切分。在条件许可的情况下，孔型外侧壁倾角应大一些，同时尽量避免轧件过充满孔型，这样可减少侧壁阻力，有利于三线切分的顺利进行。棒材的三切分轧制技术问世后，替代了二线切分轧制技术在应用于1014mm小规格钢筋产品，并迅速地发展成为主流轧制技术，甚至在16mm的钢筋生产中，也得到应用。5.3.3.5 三线切分孔型设计A K3切分孔型设计三线切分的K3切分孔型的结构基本是由三个圆孔型和切分楔并联组成，如图519所示。该孔的合理设计很，其孔型设计的设计要点如下：(1) 为预留平衡料形截面的空间，避免来料尺寸增大时出现“耳子”，边部两个圆孔型采用直线侧壁，外侧壁倾角应在4550之间。(2) 考虑三线变形的不均匀性和不对称性，为保证三线切分的均匀性，边部部分的圆面积应比中间部分的面积大。(3) 连接带厚度与宽度应选择合理，过宽、过厚都会增加切分轮负担，同时会在后道次轧制中难于消除连接带带来的影响，在成品横肋上形成折叠，影响产品质量。而连接带过薄又会使轧辊寿命急剧降低，因此综合考虑连接带的厚度设计时，连接带厚度应选择在0.60.6mm之间，宽度在0.70.9mm之间。(4) 为保证后续切分后轧件正确的张开角度，其切分孔的切分楔外侧角度应比内侧角度大。三线切分切分孔型结构图如图5-19所示，孔型的结构参数及关系见表56。表5 三线切分切分孔型的结构参数及关系参数名称关系式说明各圆孔的面积F=0.98x(/4)d2d1螺纹钢内圆直径孔型高度Hk=(1.211.27)d1并联圆半径R=0.5Hk中间圆孔槽口宽度R=0.5Hk+1.52两边圆心距bk=b+Hk+(0.51)孔型槽口宽度Bk=bk+2R/costan切分楔内侧角=25切分楔外侧角=3035孔型外