槽钢孔型设计（1）.doc

槽钢生产第一节 概述国家标准规定，热轧普通槽钢规格是5至40，即腰部高度为50400毫米。其中512.6每种规格只有一种腰宽和腿厚，1422每种规格有两种腿宽和腰厚。为了书写方便，槽钢通常用“”表示，如12表示腰部高度为120毫米的槽钢。槽钢槽截面成轴对称，腰部面积占横截面总面积的百分比较大，且随着规格的加大，腰部面积占横截面总面积的百分比也增大，如表141所示。表141几种槽钢腰部面积与总面积的比例关系型号成品横截面总面积mm2腰部面积mm2腰部占横截面总面积的百分比6.3844.4302.435.818102440039.0610127453041.6012153666042.97因此，在轧制变形中，腰部容易拉缩腿部。在进行槽钢孔型设计和轧制中，必须充分考虑这一点。第二节 槽钢孔型设计一、孔型系统目前，轧制中小型槽钢多采用由切深孔、控制槽式孔和开口槽式孔等三种孔型组成的弯腰槽式孔型系统，如图141所示。在这种孔型系统中，弯腰槽式孔型的腿外侧仍与腰部外侧保持垂直关系。成品也为弯腰槽式孔型，其腿部外侧斜度一般为510。由成品孔轧出来的弯腰成品冷却后，经矫直机辗平腰部，即可得到符合标准的直腰成品。由于弯腰槽式孔型可以采用较大的侧壁斜度，因而轧件容易脱槽，且能很好地加工腿厚，利于车削轧辊，延长轧辊使用寿命。二、坯料轧制槽钢所用的钢坯，有条件时可采用梯形坯、梯形下底局部加宽的葫芦形坯或其它异形坯，以提高咬入能力，增加轧制稳定性，改善操作条件。也可采用方坯和矩形坯。一般，按轧制顺序数，进入第一个切深孔的钢坯尺寸可按正式确定。Ho（22.5）bx （141）Bohxb（142）式中，Ho送往第一个切深孔的钢坯高度；Bo送往第一个切深孔的钢坯宽度；bx槽钢标准腿长；hx槽钢标准腰部高度；b各道宽展量的代数和，各道宽展量可表142所列经验数据选取。表142槽钢腰部宽展量与压下量经验数据孔型号K1K2K3K4K5K6宽展量12131.54.526282.510压下量0.50.71.01.51.52.02.03.04.012.0当可选用的钢坯尺寸大于上述要求时，在设备条件允许的情况下，可适当增加延伸孔型，以保证送往第一个切深孔的轧件尺寸符合上述要求。若采用弧形切深孔，使钢坯在宽度方向上受到较大侧压，在高度方向上不受拉缩，使钢坯宽度转化成腿，则可按下式选用较小的钢坯。Ho（1.51.7）bx （143）Bo（1.11.2）hx（144）弧形切深孔的结构形式见图1410。弧形切深孔一般用于大斜度的弯腰槽式孔型系统。三、轧制道次从第一个切深孔算起，中小型槽钢一般轧制79道。其中包括切深孔23道、控制孔12道。确定轧制道次步骤如下：1、根据送往第一个切深孔的坯料尺寸及成品槽钢尺寸算出总延伸系数Fo/F12、根据设备能力及经验数据，给定平均延伸系数CP一般，轧制中小型槽钢CP1.21.37（145）3、确定轧制道次根据已确定的和CP值按（615n=Log/ LogCP）式算出轧制道次n。当计算出的n为小数时，应选取相近的整数值。若坯料较大，需增加延伸孔型时，总的轧制道次为上述计算出的轧制道次加上延伸孔道次。四、断面面积的化分为了方便计算，将槽形轧件断面面积分成腰部、真腿和假腿三个部分，如图142所示。在轧制变形中，这三部分的金属相互牵制，构成一个整体。成品孔之前，各孔均有假腿，其作用有三。1、使断面肩部填充良好。2、防止因肩部冷却在成品中产生残余应力。补充腿部金属的不足，以免腿被拉缩。计算各部分面积时，不考虑圆弧半径的影响，按简单的矩形和梯形进行计算。五、延伸系数分配1、根据已确定的总延伸系数按（68）式确定粗轧平轧延伸系数和精轧延伸系数。2、按图143所示延伸每当分配曲线分配各道次的延伸系数。3、为了防止腰部拉缩腿部，一般应使槽式孔型的延伸系数小于或等于包括假腿在内的腿部延伸系数。但切深孔的腰部延伸系数常大于腿部延伸系数。4、除切深孔外，若不计算假腿，各孔腰部及真腿的延伸系数腰腿应比该孔总延伸系数妃小0.010.04。即腰腿妃（0.010.04）（146）此时，各孔的腰部延伸系数与真腿延伸系数相等，并等于腰腿。5、在保持腰部延伸系数小于包括假腿在内的腿部延伸系数的前提下，也可使腰部延伸系数大于真腿延伸系数。其差值一般是0.010.05。6、假腿部分的延伸系数可达2以上，一般都在于其它部分的延伸系数。7、接近成品孔的孔型各部分的延伸系数应尽量保持相等。成品孔的延伸系数约为1.051.125。六、各孔型尺寸计算1、成品孔槽钢成品结构如图144所示。1）腰宽B1=(1.0111.015)( hx)（147）式中，标准规定的腰部高度的负偏差的绝对值。2）腰厚d1dx（148）dx标准规定的腰厚。当有几种腰厚时，应按最薄的一种腰厚设计。为了方便计算，腰部最好取0.5的整数倍。3）腿长H1H1（1.0111.015）（bx）0腿长部分负偏差的绝对值。确定值应满足下述两点要求。（1）当腰厚调整到最大正偏差时，H1不超出腿长最大正偏差。（2）当腰厚调整到最大负偏差时，H1不超出腿长最大负偏差。4）腿厚（1）平均腿厚t1t1tx tx标准规定的平均腿厚（2）腿尘厚度a1t1（H1d1）y/2（3）腿根厚度b1t1+（H1d1）y/2（4）内圆弧半径r取标准圆弧半径。6）腿外侧斜度Z1一般取Z1510%。若是大斜度弯腰槽式孔型系统，则Z1可达1015%。7）弯腰圆弧半径R1弯腰圆弧半径各厂取值不同，并无严格规定，一般可参考下式选取。R1（11.523%）B1/（100 Z1）大规格槽钢R1可取大些。2、其它弯腰槽式孔型1）腰宽成品孔的腰宽减去成品孔内的腰部宽展量，即成为成品前孔的腰宽。成品前孔的腰宽减去成品前孔内的腰部宽展量即成为成品前前孔的腰宽。其余各孔腰宽依次类推，计算公式如下：Bn+1BnBnBn 由成品孔数起第n孔的腰部宽展量，可依表142所列经验数据选取。2）腰厚将已知孔的腰部面积与腰+腿相乘，即得前一孔的腰部面积，用此腰部面积除以该孔已确定之腰宽，即可求得该孔之腰厚。如将成品孔的腰部面积与成品孔的与腰+腿相乘，再除以成品前孔已确定之腰宽，即可求得成品前孔之腰厚。依次类推，计算公式如下： dn+1 F n腰腰+腿/B n+1 dn+1宜取0.5的整数倍。3）腿长（1）轧件由开口孔进开口孔或由控制孔进开口孔h1= h2（02）毫米（2）轧件由开口孔进控制孔h1= h2+（310）毫米4）腿厚由成品孔的面积及各孔已确定的腰+腿，可依次求出各孔腰部面积与真腿面积之和F腰+腿。将各孔的F腰+腿减去F腰，即得各孔的真腿面积F腿。根据各孔真腿面积与腿长，即可求出腿厚。（1）轧件由开口孔进开口孔或由控制孔进开口孔a1+b1= F1腿/ h1a1及b1按下列原则分配。a1/a2 b1/b2a1a2 b1b2（2）轧件由开口孔进控制孔a1=a2（0.51.5）毫米b1=F1腿/ h1a1这里特别注意使控制孔开口处没有侧压，以防止出耳子，形成折迭。为此，当轧件由开口孔进入控制孔时，常将开口孔的腿内侧做成双斜度。5）假腿假腿如图147所示，按下列经验数据确定。（1）t成品前孔取t=24mm。其它各孔的t顺轧制道次逐渐加大。（2）b=b+（315）mm（3）a成品前孔取a=0，其它各孔一般取a=050mm。小规格槽钢取值较小，大规格槽钢取值较大，根据变形的具体情况确定。（4）r、R1及R2成品前孔取r=0，其它各孔的r逆轧制顺序逐渐增大，一般取r=015mm。R1及R2宜取大一些，使假腿内侧尽可能光滑。（5）确定t、b、a后应进行验算，步骤如下：根据成品孔的面积和总延伸系数，依次求出每孔的总面积。将每孔的总面积减去该孔的F腰+腿，求得该孔的假腿面积F假。令（b+ a）xt= F假。若不相等，应调整t、b、a的数值，至相等为止。验算延伸系数的分配是否合理。6）内弧半径成品前孔取615mm。大号槽钢取大值，小号槽钢取小值。其它各孔依次加大，加大幅度为）020mm。7）腿外侧斜度从成品前孔开始，腿外侧斜度依次加大，取520%。若是大斜度弯腰槽式孔型系统，则腿外侧斜度可达2030%，粗轧孔型最大可达50%。按轧制顺序，控制孔前一孔型的腿外侧斜度应比控制孔的腿外侧斜度小13%，以便轧件进控制孔时，腿部能沿着控制孔的腿外侧斜面插入，防止轧件腿部顶到控制孔开口处的辊环上，产生耳子。8）弯腰圆面积弧半径应采用大圆弧光滑连接。一般可参考下式选取。R=（11.528）B/(100Z)大规格槽钢R可取大些。式中，B孔型腰部宽度；Z孔型腿部外侧斜度。3、其它尺寸（1）控制孔的其它尺寸控制孔孟之道采用半闭口弯腰槽式孔型。它的主要作用是加工腿端，控制腿长，并使两腿尺寸相等。控制孔的其它尺寸，如图14-8所示，按下式确定。S=3.512毫米l=1.56毫米R1=R2=520毫米R1与R2也可以不相等，其差值约为25毫米。r1=210毫米r2=27毫米2）腿端余量及其圆角半径除控制孔外，其它各弯腰槽式孔型的腿端余量及其圆角半径如图149所示，可按下列经验数据选取。S=1015mmr=310mm圆角半径r应小于腿端余量S。S与r之差应大于所轧槽钢品种的最大与最小腿长之差。4、切深孔切深孔的主要作用是充分利用金属的高温塑性，采取激烈的不均匀变形，迅速造成槽钢的基本形状和腿长。成品槽钢腿长是否符合要求，关键在于切深孔设计得是否合理。切深孔与弯腰槽式孔之间没有明显的界限。对于20号以下的槽钢，一般可把腰厚在2025毫米以上的孔型算作切深孔。此外，切深孔的腰部延伸系数常大于腿部延伸系数。选用切深的结构形式时，应考虑轧件在切深孔中的稳定性和向弯腰槽式孔型过渡的合理性。切深孔的各部尺寸通常用作图法确定。作切深孔时，应考虑切深孔与来料尺寸的关系、咬入条件和面积减速缩量。1）切深孔与来料尺寸的关系按轧制顺序数，第一个切深孔与来料尺寸的关系如图1411所示，按下式确定。H0=（11.25 ）H1B0=（B16）（B1+6）毫米2）咬入条件在轧制槽钢中，咬入困难多发生在切深孔。因此，在设计切深孔型时，必须保证咬入顺利。由于切深孔内各处的压下量不同，计算咬入角比较困难。设计中常采用接触点的压下量来计算咬入角。在500650毫米轧机上，使用铸钢轧辊轧制槽钢时，切深孔的咬入角的最大值最好不大于27。3）面积减缩量F面积减缩量即相邻两孔面积之差。它与主电机的电流负荷成正比关系，用于估计主电机电流负荷。作切深孔时，应使F不大于表143所列经验数值，以免主电机电流负荷过大而跳闸。表143 面积减缩量的设计依据轧辊名义直径mm主电机功率kw面积减缩量（mm2）6502800410050010002100此外，切深孔的切深楔子即不能太尖，也不能太钝。太尖会很快磨损，易使成品产生折迭；太钝则使腿部拉缩过大。一般，大号槽钢切深孔的切深楔子比小号的要钝的多。在不造成后面孔型腿部侧压过大的前提下，应尽量使切深楔子尖一些，以便在切深孔内能获得符合要求的腿长。七、配辊1、孔型中性线在轧辊强度允许的情况下，最好使孔型中性线与轧制线重合，或采用较小的上压力，使孔型中性线位于实际轧制线之下。按此方法配辊，如果造成下辊直径过小，亦可采用一定的下压力，使孔型中性线位于轧制线之上。2、辊缝为了给轧机调整创造有利条件，弯腰槽式孔型的辊缝一般不得小于该孔型的最小腰部厚度。3、辊环宽度、上下轧辊工作斜面之间的间隙、孔型外各处的圆角半径等数值，均应保证轧辊有足够的强度，又不防碍轧件尺寸的调整。第三节 槽钢成品缺陷及其消除方法一、塌肩1、特征槽钢肩角部分向腿部方向倾斜，呈钝角形状。2、产生原因及消除方法1）假腿尺寸小，肩部充填不良。应修改孔型，适当加大假腿尺寸。2）成品两肩起翘太小。应适当加大成品孔的腿部外侧斜度。3）成品孔进口导板安装倾斜或安装过松，造成双边或单边塌肩。应适当调整成品孔进口导板。4）成品孔进口导板安装过低，造成双边塌肩。应垫高成品孔进口导板或抬高抬高横梁。5）成品前孔轧件过度扭转、弯曲，造成断续无规律的塌肩现象。应调整成品前孔，使轧件平直。6）成品孔的来尺寸过小，造成无规律的波浪塌肩。应调整成品前孔，放大来料尺寸。二、腰部不平1、特征槽钢腰部呈现弧形凹陷或凸起。以凹陷最为常见，使槽钢的弯腰挠度超标。2、产生原因及消除方法1）孔型设计不合理，成品孔腰部凹陷过大，应修改孔型。2）孔型磨损不均匀或磨损严重，应换轧槽。3）轧制温度低、钢质硬，成品孔压下量过大，使腰部凸起。应提高轧制温度，减小成品孔的压下量。4）矫直机调整不当，或矫直辊磨损过多，经矫直的槽钢在弹性变形作用下，恢复了原有的凹陷或凸起状态，应根据被矫槽钢腰部情况及时性调整矫直机或更换矫直辊。三、外缘斜度超标1、特征槽钢腿与腰不垂直，呈内并或外扩形状，使外缘斜度超过标准规定。2、产生原因及消除方法一般，腰部凸起会伴随产生腿部内并。腰部凹陷会伴随产生腿部外扩。造成腿部内并与外扩的原因及消除方法和腰部凹陷或凸起相同。四、腿长出格1、特征腿部过长或过短，腿长超出标准规定。2、产生原因及消除方法1）控制孔设计不当，腿部垂直压下过小或没有垂直压下，控制不住腿长，应修改孔型。2）切分孔错辊或进口导卫偏斜，轧件切分不正，造成两腿的长