槽钢孔型设计

1、槽钢孔型设计5.5.1 概述目前国内生产的角钢有三种类型： 一种是普通槽钢， 其执行的产 品标准为 GB707 88；另一种为轻型槽钢， 其执行的标准为 YB164 63；第三种为集装箱专用槽钢， 通常有 Hxdxb=113x10x（3941） 或 113x12x（ 3941）两种规格。槽钢的规格都以腰部宽度的厘米数来表示，其型号自5#至 40#。目前国内中小型连轧机生产的槽钢为 5#至 16#。在同一型号中槽钢又 可按照不同腰部厚度及腿部高度分为若干种。 槽钢的规格目前已经标 准化了。轻型槽钢的主要特点是壁厚比普通槽钢的壁厚小， 型号越大， 壁 厚减薄量越大。轻型槽钢的断面系数大，质量轻，节

2、约金属，故又称 经济型断面武钢。这种经济型钢在东南亚得到了广泛应用。集装箱专用槽钢铁特点是腰部厚度比普通槽钢的腰厚， 而其腿又 比普通槽钢腿短，而且其断部有 Cx45o 倒角的要求。这种槽钢主要 是随着集装箱的国际化而发展起来的，它主要用于集装箱的门框上， 一只集装箱仅用两根这种类型的槽钢， 所以目前国内的需求是每年约 为 2 万吨。槽钢的特点是腿部较长，腿部内侧斜度较小（约10%）。根据标准 GB707 88，槽钢型号愈大，腰部截面积占总截面面积的比例 F腰/F也愈大。普通槽钢的号数与 F腰/F的关系如图551所示。因此在轧制大号槽钢时， 若腰部延伸大于腿部延伸， 则容易引起腿长的剧烈拉缩，

3、即使延伸分配合理， 腿长也容易波动，而超出公差。 又如在轧制集装箱专用槽钢时，F腰/F=72.16s 76.58%,这个值远大于 40号普通槽钢的F 腰/F值，在生产中往往发现：即使 卩腰大与卩腿相 同,但由于轧制过程中腿部的外侧壁磨擦力大于腰部的磨擦力, 因此 在腿部厚度方向磨损较快，从而产生腰卩腿的情况，导致了腰部拉腿收缩的后果,使腿长往往小于产品标准规定。5.5.1 槽钢孔型系统轧制槽钢的孔型系统有直轧孔型系统、 弯腰式孔型系统、 大斜度 孔型系统及工字钢轧制系统。上述孔型系统都不得有切深孔、控制孔、成品孔三种孔型组成。直轧孔型系统腿部外侧壁斜度较小，一般成品孔为1 s 1.5%其它孔型

4、 为4s 10%;而且切槽深，当孔型磨损后重车量大，往往一对轧辊只 能使用 1s3 次。另外轧件不易脱槽,易造成冲卫板、缠辊等事故。弯腰式孔型系统可采用较大的腿部外侧斜度,成品孔为 5s10%, 其它各孔为10s20%孔型磨损后的轧辊重车量小，轧辊使用寿命长； 轧件容易脱槽,减少了对卫板的冲击和缠辊事故。大斜度孔型系统即孔型的侧壁斜度比弯腰式的还要大, 其成品孔 可达 12,其它各孔的斜度可达 30以上,因而在轧辊的重车次数、 轧件易脱槽、减少各类轧制中的生产事故等方面这种孔型系统都优于 弯腰式孔型系统。 同时由于其轧辊上的各点的直径差小于上述两种系 统的直径差, 因此由于速度差而产生的拉缩腿

5、部的现象比上述两种有 所改善,所以还可适当减小坯料的高度。工字钢轧制系统的实质就是在粗轧孔型系统中采用共同的孔型。 其主要优点是当工字钢和槽钢相互转换时， 可减换辊次数， 起到提高 轧机作业率和减少轧辊储备的作用。 但由于假腿的作用是牵制腰部对 腿部的拉缩作用， 而粗轧共用孔型就必须大大压缩假腿， 从而产生不 均匀变形的程度增加，轧槽磨损增加。上术四种孔型系统中， 弯腰式和大斜度的孔型系统比较适合于连 轧机组。但是当矫直能力不足时，就必须采用直轧孔型系统。5.5.3 孔型设计5.5.3.1 面积划分 一般把槽钢分为腰部、腿部及假腿三个部分。5.5.3.2 孔型设计 槽钢的型设计一般从成品孔开始

6、往前按照逆轧制顺序进行， 成品 孔为第1孑L,即K 1孑L,成品前孔为第二孔，即 K2孑L,其他依次类 推。Bn表示第n孔的宽度，Hn-1表示第n1孔的高度，dn表示第n 孔的腰部厚度。A、成品孔设计根据 GB707 88，由图 5 54 可知：Bi=( B 部分负偏差)x (1.01 1.03)(5 42)5 43)0 部 分正 偏5 44)di = d（ 0部分负偏差）m = H + （ 0部分正偏差）d + 差)x(1.011 1.013)式中：B、d、H分别为槽钢的腰宽、腰厚及腿长的标准尺寸计算hi时，应考虑到腰厚di调整到最大正偏差时，腿长 H不超 出最大正偏差；当腰厚 d1 调整到

7、最小负偏差时，腿长 H 不小于最小 负偏差。锁口余量= 5 10m m,且ti=( 0.961) t(5-45)式中t腿厚的标准尺寸。ai = ti ( hi/2) x (1/10)(5-46a)bi = b+(h1/2) x (1/10)(5-46b)为防止槽孔磨损后腿部太厚，则腿厚 a、b 可取部分负偏差，但不能过大，否则在装辊及导卫安装不当、调整不当时，易使一条腿厚 超出负偏差。当腿部斜度值取得较小时(约1%左右)，贝庐生如下问题：(1) 太小，使接触弧长度增加，金属横向运动加剧，使腿 的外侧壁磨损增加，常常造成成品肩角且腰部与腿外侧壁夹角大于 90，或“塌角”。(2) 太小，使轧件难于

8、脱槽，容易造成缠辊等轧制事故。(3) 太小，腿部外侧壁磨擦力增加，轧制负荷增加。某厂 在400连轧机组上轧制GB70 88中的8号槽钢，当9=1%时， 其成品机架的轧制电流竟达 10001200A。( 4)轧槽寿命低，单槽轧制吨位往往只能达到 100t 左右，而且重车时不仅难度大，而且只能重车 12次，辊耗极大。( 5)成品质量较差， 由于外侧壁磨擦剧烈， 因此腿外部的表面上有较严重的擦伤和刮伤，而且在槽钢的内圆角处易发生网裂。(6)太小，使成品前孔的轧件在进入成品孔时， 由于其腿部的较大，而使轧件经多道次轧制后，进入成品孔的轧件腰部端 头呈舌状，即进成品孔时，腰部先咬入、压平，所以对成品前孔

9、的轧 件腿外侧斜度有收小作用。但过大的A,则产生强烈的收缩，会引 起槽钢腿外侧严重擦伤。在横列式轧机上轧制槽钢(GB707-88)时，一般卩腰= 腿+ (0 0.02),即腰部的延伸系数大于腿部的延伸系数,腰部金属拉缩腿部 金属,以保证腰部的肩角不产生“塌角” 。但在连轧机中,由于粗、 中轧一般没有活套轧制, 实际操作中存在着 “微拉”轧制的不良操作。 即使精轧有活套, 也存在着起套的间隙时间。 在两架连轧机之间活套 没有形成时, 一定产生大小不一的拉钢轧制, 因此上面三个因素都使 腿长发生变化，所以如果继续采用 腰腿的设计方法，则无法保证 腿部尺寸。当轧制F腰/F腿较大的集装箱专用槽钢时，则

10、腿部尺寸不 容易控制的情况尤为突出。 因此,连轧机中成品孔的腰部延伸系数希 望略小于腿部延伸系数,即腰=卩腿一(0.01 0.03 )(5 47)当腿部斜度取得较大时，一般不小于 5%,上述六个不足之处 将得到很大改善。如果车间有矫正能力，则希望采取5%。倘若 矫直能力不足,则建议将腿部斜度由 5%以上改为 3%较为适宜。某 连轧机组轧制 8槽钢和集装箱专用槽钢时,成品孔腿部斜度在5%时，经7辊矫直机矫直后的两腿外侧斜度往往为(34%) H,超过 GB70 88中2.5 %的规定。当把此腿部斜度由5%改为3%时，则可 完全解决此“扒脚”问题。B 切分孔设计为了获得合格的成品腿长以及防止控制孔出

11、耳子， 正确设计切分 孔非常重要。 一般切分孔的孔型特征是两腿的内壁在腰部相交， 且一 般腰厚20mm以及实际腿根厚度2gB/2，见图5-55。a 切分孔的形状 切分孔有开口式和闭口式两种，这两种的优缺点已在前面介绍 了。但不论开口式或闭口式， 其切分孔两腿内侧壁的交角大小对轧制 时切分孔型中的充满情况和能量消耗、 轧槽磨损都有很大影响。 根据 切分孔型中金属不均匀变形的过程可以明显地看到： 当切入楔角度减 小时，腿部的充满情况得到改善，轧制时的能量消耗减小，同时切分 孔型中的总延伸量也就减小。设计切分孔型下槽的“楔子”时应注意 到：如“楔子”太钝，则金属的拉缩愈严重，显然对腿长形成不利； 若

12、“楔子”太尖，对腿长形成有利，但下槽冷却条件较差， “楔子” 容易磨损，当磨损严重时， 容易使轧件表面产生沟痕且不易消除，将 影响到成品的表面质量。a 切分孔切入孔型的条件对一般切分孔来讲， 切入楔的总高度与腿部高度上的压下量之和 大于该机座轧辊直径的 20，则轧件就咬入困难，即刀 f+A hp= bn+1/ bn（ an+1an） （ bn+1bn）（5 51）式中an+i、an分别为n孔、（n+1）孔的腿端尺寸；bn+1、bn分别为n孔、（n+1）孔的腿根尺寸。(2)当轧件从开口孔进控制孔时腿部尺寸按下式确定:hn= hn-i+(3s 13) mm(552a)式中，(3s 13) mm为控

13、制孔的腿部直压量，其值随规格的增大 而增大。图562为轧件进控制孔时确定腿部尺寸的示意图。(3) 当轧件从控制孔或开口孔进开口孔时，轧件腿部按下式确 定(见图563):hn= hn-1- (0.5 s3) mm(552b)式中，(0.5 s3) mm为腿部经过开口孔侧压后腿部尺寸的增长量 (成品孔除外)。E异型孔的设计异型孔的设计见图564 (大斜度变腰变形孔型)。从图564中可知a= 0,贝卩B=2xb/2- (R-c) sin q/cos a+2x3.14 (R+d/2) /360(553)a=arctg (Bb) / (2H)h=H/ cos a- (c+d)式中B腰部平均高度；h腿高。

14、a腰部尺寸的确定根据腰部的压下量 dA确定各孔型的腰厚，根据腰部的宽展量 b确定各孔型的腰宽，即dn= dn-1 + dn-1Bn= Bn-l+ bn-1(554)由于腰部温度较低，特别是成品孔表面质量要求又较高时， 压下 量不宜取得太大，一般 d可按表516参考选取。表5 16某连轧机轧制 5 16#槽钢时的 d机架5#6.3#8#10#12#14#16#K10.70.81.20.90.90.70.35K21.92.21.51.621.41.45K32.93.52.22.22.522K4563.54.83.53.33.9K58.5106.58.465.54.8K61215.36127K714

15、22207.5K89.5K97.5从表516知，K1s K5孔的 d如下：K1 : d=0.35s 1.2; &: d=1.4s2.2; K3 : d=2s3.5; K4: d=3.3s6.6; K5: d=4.8s 10。 b可按表5 17参考设计。表517 K1 sK5孔的 b孔型号K1K2K3K4K5 b1s 1.20.8s 1.21s 22s 2.53 s 4在异型孔的设计中，要依照切分孔前的轧件宽度方向的尺寸与成 品断面的宽度尺寸之差来设计切分孔后各道的 b,从而确定是采用 负宽展轧制还是宽展轧之。一般讲，负宽展轧制能使轧件在孔型中较 为稳定，但反过来由于腰部侧压的存在，使磨擦力增加

16、，轧槽外侧壁磨损加剧，同时也增加了主电机负荷，而且使轧件脱槽困难。所以， 一般希望将负宽展轧制尽量放大前面的道次来完成， 在接近成品的机 架中，尽量不要采用负宽展轧制， 以避免轧槽磨损加剧而影响成品质 量，以及发生轧件缠辊的事故。腰部的延伸系数按下式计算： n 腰= (dn-lX Bn-1)/ (dnX Bn)(555)腰部的延伸系数也可参照以下公式确定：粗轧机中：腰=卩腿+ (0.050.1 )中轧机中：腰=卩腿+ (0.030.05 )精轧机中：腰=腿+(0.000.03 )成品孔：腰=腿(0.01 0.03)b 腿部尺寸的确定确定腿部孔型面积的原则是： 从粗轧到中轧到精轧到成品孔， 各

17、道次的变形不均匀程度由大至小逐步递减，以保证成品尺寸的精度。一般讲，在K4孔前可采用较大的不均匀变形，而K1 K3孔则力求变 形均匀。当 腰选定后，腿部的面积为：Fn 腿=F (n-1 )腿 X n-1 )腿(556)腿部面积确定后，则腿长可按式 551和式 552来确定。c 腰、腿部斜度的设计当成品孔的腿部斜度不大于 5%时，一般希望成品前孔腿部斜度小于10%其它各孔可仿效增大5% 10%同时希望相邻两个孔型 的不宜过大，以防止发生腿端刮伤或鳞层等缺陷。另外，控制 孔前的弯腰孔的腿斜度应比控制孔腿斜度小 2% 4%腰部的斜度 般等于腿部斜度或略小1% 2%即尽可能保持 腰部与腿部基本垂直，以

18、保证成品形状正确。目前采用弯腰大斜度的孔型后，贝S成品前孔与成品孔的腿部相差较大。其原因是在粗、中、精的各道孔型中，其腰腿，因此成品前的轧件其腰部头端总是呈舌状，即成品腰部先咬入，然后压平，这样对成品前轧件腿外侧壁起到收小的作用， 所以成品孔的咬入 没有发生困难，同时由于腰部与腿部成 90o,因此在实际生产中也未 见外侧有鳞层和肩角、塌角等缺陷。表5 18列出某厂5#s 16#中K1与K2腿部斜度表5 18某厂5#s 16#中K1与K2的腿部斜度规格5#6.3#8#10#12#14#16#K1 1/%1.291.4110.9880.9870.9871.52K2 2/%30.8729.38242

19、2.7316.2615.279.15/%29.5827.972321.74215.27314.2837.63注：j = 2 1从表518可看出：随着规格的增大而逐步减小。其 5号 槽钢，可达29.58%,而16号槽钢仅为7.63 %当K2孔的 腿部斜度 2确定后，则以后各孔依照上述原则逐步确定。在连轧机原轧制中，要保证轧制的稳定性，则希望相邻机架的腿 部外侧斜度尽量接近，同时又考虑到进入控制孔前的腿部斜度应小于 控制孔的腿部外侧壁斜度，而且在辊道上输送又要力求稳定，因此在 某些连轧机的槽钢孔型设计中，其腿部从腰的顶部到腿端有三个斜度的变化，以适应轧制稳定和避免在控制孔出耳子的机率。表5 19和

20、表5 20反映了某厂400连轧机组在轧制8#槽钢时，其孔型外 侧壁顶点至腿端斜度的变化，以及进入孔型轧件与孔型外侧壁斜度 差。表5 19某厂/ 400连轧机8#槽钢孔型外侧壁顶点至腿端斜度的变化名称K1K2K3K4K5K6K7K821机架19机架12机架11机架9机架8机架6机架5机架 1/%1.0962427.7828.2627.2721.4316.17614.29 2/%52.752.6313.4739.45.750 3/%72.9211.76-16.33-10 1垂直投影/mm45.59150182338.5283428 2垂直投影/mm91924.516.543.512 3垂直投影/m

21、m121724.540 1直线段/mm45.651.4218.6823.939.9128.6434.4428.28 2直线段/mm10.1821.4724.7217.7343.5712 3直线段/mm14.8517.1224.8240.2表5 20某厂/ 400连轧机8号槽钢进入孔型轧件与孔型外侧壁斜度差名称K1K2K3K4K5K6K7 1/%22.9043.780.49-0.99-5.84-5.254-1.866 2/%-0.07-39.1625.92-33.64-5.75 3/%-61.16d腰部直线段长度a如图564所示，成品前孔a= (B/4sB/8), B为成品前孔的平均宽度，小规格取大值，大规格取值。在以后各孔a可依次逐步增大，至U K4孔可增大到B/3s B/5.5。表5 19和表520中，K3及K6为控制孔。e腰部弯曲段如图565所示，弯曲段所对应的张角a按下式计算：tg a= %(55