材料成型课程设计——圆钢孔型系统设计

1、材料成型专业课程设计说明书设计题目：圆钢孔型系统设计指导老师：沈晓辉设计学生：杨浩（ 109024022 成型 101 班）2014 年 1 月 12 日目录1. 设计题目2. 产品技术要求3. 工艺流程4. 孔型设计（ 1） . 孔型系统的选择（2）. 延伸系数的分配（3）. 等轴孔型的尺寸参数的计算 （ 4） . 非等轴孔型的尺寸参数计算 （5）. 各孔型图5. 轧制压力计算孔型设计1. 设计题目：成品尺寸（直径mm） 22坯料尺寸（mM mr）： 140机组设备：15架平立交替连轧机表1.轧辊参数架次轧辊直径（mm）1#2#5003# 4#6105# 6#5607# 12#42013#1

2、5#3702、产品技术要求以国家标准（GB、行业标准（JB、SJ、YD等）、国际标准（ISOIEC等）为准，也可以根据与用户达成的技术协议来生产。（1）制定轧制制度的原则和要求线材轧制制度的确定要求是充分发挥设备能力、提高产量、保证质 量，并且操作方便、设备安全。即：1）在保证设备能力允许的条件下尽量提高产量；2）在保证操作稳便的条件下提高质量。（2）原料及产品规格原料：140 XI 40mm钢种：45号钢； 产品规格： 22mm.（3）45钢化学成分和线材产品技术要求表1成分要求（GB/T700-1988）牌号化学成分（质量分数）(%脱氧方法CMnSiSP0.10.420.50.500.81

3、 0.700.0411F,b,Z0011040.37,53、工艺流程:I热连铸坯I 衿连铸坯I4、孔型设计:产品要求：用140X 140mn坯料轧制成直径22mml勺圆钢（一）孔型系统的选择：圆钢孔型系统一般由延伸孔型系统和精轧 孔型系统两部分构成。延伸孔型系统的作用在于压缩轧件断面，为成品孔型系统提供合适的红坯。它对钢材轧制的产量、质量有很大影响， 但对产品最后形状尺寸影响不大。常用的延伸孔型系统有箱形、菱-菱、菱-方、椭-方、椭圆-圆、六角-方、椭圆-立椭圆等，常用精轧 孔型系统有方-椭圆-圆，圆-椭圆-圆等。这里采用的是箱形加椭圆- 圆孔型系统。箱形孔系统的优、缺点： （1）箱形孔型系统

4、切槽浅，可以提高轧辊的强度。（2）轧件在宽度方向上的变形比较均匀，因此孔型的磨损 较为均匀，断面温降也比较均匀。（3）在箱形孔型系统中轧制，侧面氧化铁皮容易脱落。（4）箱形孔型不能轧出形状精确的方形和矩形，轧件尺寸 越小，这种现象越突出，侧面不易平直，尺寸小时易 超出尺寸公差。（5）轧件在箱形孔型中只在一个方向受压缩，如果在多个 方向受到压缩，则轧件的性能较好。（6）箱形孔型中轧制比较稳定（不易扭转） ，操作方便， 便于实现机械化。（7）孔型的共用性好。椭圆圆孔型系统的优点：（1）孔型形状能使轧件从一种断面平滑的过渡到另一种断面， 从而 避免由于剧烈不均匀变形而产生的局部应力。（2）孔型中轧出

5、的轧件断面圆滑无棱、冷却均匀，从而消除了因断 面温度分布不均而引起轧制裂纹的因素。（3）孔型形状有利于去除轧件表面氧化铁皮， 改善轧件的表面质量。（4）需要时可在延伸孔型中生产成品圆钢，从而减少换辊。缺点：1. 延伸系数小。通常延伸系数不超过 1.301.40 ，使轧制道次增加。2.变形不太均匀，但比椭圆一方孔型要好一些。3.轧件在圆孔型中稳定性差，需要借助于导卫装置来提高轧件在孔型中的稳定性，因而对导卫装置的设计、安装及调整要求严格。4.圆孔型对来料尺寸波动适应能力差，容易出耳子，故对调整要求高。延伸系数的分配：先计算总的延伸系数 ，FoFn2 20Q=5114,设平均的道次延伸系数为c=1

6、.30，所以轧制道次为n J=15,由此可以确定孔型系统为箱形lg c椭圆一圆一椭圆一圆一椭圆一圆一椭圆一圆一椭圆一圆一椭圆一圆一椭圆一圆，然后分配各个道次的延伸系数，有经验及生产实践数据可知，1=1.25， 2 = 1.25， 3 = 1.28，4 = 1.30，5 = 1.29 ，6=1.31 ，7=1.31 ， 8 = 1.28， 9=1.30， 10=1.28，11 = 1.28，12=1.28， 13 = 1.28，14= 1.26， 15 = 1.26(三).各孔型的尺寸参数的计算:先计算等轴孔的各个孔型尺寸参数，主要是圆孔型的计算，在确定了孔型面积后，即可按下式确定圆孔型的直径，

7、d2R。(1) 第三道次圆孔型尺寸的计算：=56.3mm为宽展余量，其取孔型高度：hk 2R=112.6mm槽口宽度：Bk d=112.6+1 = 113.6mm值范围为14mm辊缝：s (0.1 0.45)hk=0.1 x 112.6=11.26mm 夕卜圆角：r 5mm通常连轧中采用切线扩张，扩张角 取301Bk 2Rcos =15，所以采用切线扩张，扩张角为302Rs ins圆孔型内轧件面积的计算圆孔型中轧件一般情况充满较好，因此轧件面积可采用圆面积计算，即：hj2Fz (0.98 0.99) 一 =9753.77 mm 4(2) 第五道次圆孔型尺寸的计算：R =43.47mm孔型高度：

8、hk 2R=86.94mm槽口宽度：Bk d =86.94+1=87.94mm为宽展余量，其取值范围为14mm辊缝：s (0.1 0.45)hk=0.1 x 86.94=8.6mm外圆角：r 4mm通常连轧中采用切线扩张，扩张角 取30垃1爲笃=16 则2，则采用切线扩张，扩张角为30圆孔型内轧件面积的计算圆孔型中轧件一般情况充满较好，因此轧件面积可采用圆面积计 算，即：h：2Fz (0.98 0.99) L =5814.80 mm24(3) 第七道次圆孔型尺寸的计算：R =33.18mm孔型高度：hk 2R=66.36mm槽口宽度：Bk d=66.36+仁67.36mm为宽展余量，其取值范围

9、为14mm辊缝：s (0.1 o.45)hk=O.1 x 66.36=6.6mm外圆角：r 4mm通常连轧中采用切线扩张，扩张角 取30tg lBk 2RC0S =17，则2，则采用切线扩张，扩张角2Rs in s为30圆孔型内轧件面积的计算圆孔型中轧件一般情况充满较好，因此轧件面积可采用圆面积计算，即：h2Fz (0.98 0.99) =3387.73 mm24(4) 第九道次圆孔型尺寸的计算：RFn =25.72mm孔型高度：hk 2R=51.44mm槽口宽度：Bk d =51.44+1=52.44mm为宽展余量，其取值范围为14mm辊缝：s (0.1 0.45)hk=0.1 x 51.4

10、4=5.1mm外圆角：r 4mm通常连轧中采用切线扩张，扩张角 取301Bk 2Rcos =18.5 ,则 2 2Rsi n,则采用切线扩张，扩张角为30圆孔型内轧件面积的计算圆孔型中轧件一般情况充满较好，因此轧件面积可采用圆面积计 算，即：h2Fz (0.98 0.99)=2035.62 mm2(5) 第十一道次圆孔型尺寸的计算：R JFn =20mm孔型高度：hk 2R=40mm槽口宽度：Bk d=40+仁41mm 为宽展余量，其取值范围为 14mm辊缝：s (0.1 0.45)hk=0.1 x 40=4mm外圆角：r 4mm通常连轧中采用切线扩张，扩张角取30tg 1 Bk 2RCOS

11、=20.4，则2，则采用切线扩张，扩张角为2Rs ins30圆孔型内轧件面积的计算圆孔型中轧件一般情况充满较好，因此轧件面积可采用圆面积计 算，即：h2Fz (0.98 0.99 =1568mm2(6)第十三道次圆孔型尺寸的计算孔型高度：hk 2R=31.4mm槽口宽度：Bk d =31.4+1=32.4mm 为宽展余量，其取值范围为14mm辊缝：s (0.1 o.45)hk=O.1 x 31.4=3.14mm 外圆角：r 4mm通常连轧中采用切线扩张，扩张角取30tglB2R去边5，则2，则采用切线扩张扩张角为30圆孔型内轧件面积的计算圆孔型中轧件一般情况充满较好，因此轧件面积可采用圆面积计

12、算，即：h2Fz (0.98 0.99)=758.50 mm2 4(5) 第十五道次圆孔型尺寸的计算：由于是成品孔，它设计的好坏直接影响到成品的尺寸精度、轧机 调整，要考虑偏差允许范围。孔型高度：hk (1.007 l.02)d0 (0 1.0) =22.52mm为负偏差，其取值为-0.5mm(按最新国家标准给值选取)槽口宽度：Bk (1.007 1.02)d (0.5 1.0) =22.52mm为正偏差，其取值为0.5mm按最新国家标准给值选取)辊缝：s (0.1 0.45)hk=0.1 x 22.52=2.25mm外圆角：r 4mm通常连轧中采用切线扩张，扩张角 取30tg 1 Bk 2R

13、COS =20.4，则2，则采用切线扩张，扩张角为2Rs ins30圆孔型内轧件面积的计算圆孔型中轧件一般情况充满较好，因此轧件面积可采用圆面积计算，即：h：2Fz (0.98 0.99)-=390.15 mm4(四)在等轴孔计算完成后，可以利用前后两个等轴孔的尺寸参 数计算中间非等轴孔的尺寸参数。在这里主要是利用前后两个圆孔的 尺寸参数计算中间椭圆孔的尺寸参数：(1) 第十四道次的椭圆孔型尺寸的计算：利用上述方法计算椭圆孔的宽度 b D(1 2)d 2d J =34.5mm,椭圆1 1 2孔的高度h do(1 1)b 1或h 四一1)D 1(1 =15.75mm这里D为1 1 2前一个圆孔的

14、直径，d为下一个圆孔的直径，1为轧件在下一个圆孔 中的宽展系数，2为轧件在中间椭圆孔中的宽展系数，1=0.4 ,2=0.8孔型高度：hk h = 15.75mm槽口宽度：Bk (1.0881.11)b=37.95mm外圆角：r (0.10.4)hk 或 r (0.08 0.12)bk =3.0mm辊缝：s (0.2 0.3)hk=3.15mm内圆：R込 越 BL =31.73mm这是由几何关系计算得到的。4(hk s)椭圆孔中轧件面积的计算：F2)bh =409.975 mm2 ， m 为椭圆钝边3 hm s 1=4.15mm验算第十五孔的充满情况：15 0.4bz15 hk14 15(b14

15、 hk15)22.52， 严 1，完全充满，符合生Bk15产要求。(2) 第十二道次的椭圆孔型尺寸的计算:利用上述方法计算椭圆孔的宽度b D11=54.16mm 椭1 1 2圆孔的高度 h do(l i) b i或 h d(1l D 1(1 =22.30mm 这里 D 1 1 2为前一个圆孔的直径，d为下一个圆孔的直径，1为轧件在下一个圆孔中的宽展系数，2为轧件在中间椭圆孔中的宽展系数，1=0.4，2=0.8孔型高度:hkh=22.3mm槽口宽度:Bk(1.088 1.11)b=59.576mm外圆角：1r (0.1 0.4)hk 或 r (0.08 0.12)bk =4.77mm辊缝：s(0

16、.2 0.3)hk=4.46mm内圆：R(hk旦 生=54.20mm这是由几何关系计算得到的4(hks)椭圆孔中轧件面积的计算：F l(m 2)bh =903.75 mm2 ， m 为椭圆钝边 3 hm s 1=5.46mm验算第十三孔的充满情况：110.4ubz13 hk1213(b12 hk13)31.4 ，Z13 0.96，充满度较咼。Bk13(3) 第十道次的椭圆孔型尺寸的计算:利用上述方法计算椭圆孔的宽度b D(12) d 22(11) =70.28叫椭圆孔的高度 h d0(1 1) b 1 或 h 11) D 1(1 =27.89mm 这里 D1 1 2为前一个圆孔的直径，d为下一

17、个圆孔的直径，1为轧件在下一个圆孔中的宽展系数,2为轧件在中间椭圆孔中的宽展系数,1=0.4 ,孔型高度：hk h=27.89mm槽口宽度：Bk (1.088 1.11)b=77.31mm外圆角：r (0.10.4)hk 或 r (0.08 0.12咫=6.18mm辊缝：s (0.2 0.3)hk=5.58mm内圆：R色S) 生=72.55mn,这是由几何关系计算得到的。 4(hk s)椭圆孔中轧件面积的计算：F -(m 2)bh =1460.89 mm2 ， m 为椭圆钝边 3 hm s 1=6.58mm验算第十一孔的充满情况：11 0.4bz11 hk1011(b10 hk11) 40，?

18、110.97，充满度较咼。Bk11(4) 第八道次的椭圆孔型尺寸的计算:利用上述方法计算椭圆孔的宽度D(12) d 2(1丄=90.93m m 椭圆孔的高度h d(1 1) b 1或h空一1) D 1(1 =35.644mm这里 1 1 2D为前一个圆孔的直径，d为下一个圆孔的直径，1为轧件在下一个圆孔中的宽展系数，2为轧件在中间椭圆孔中的宽展系数，1=0.4 ,2=0.8孔型高度：hk h=35.644mm槽口宽度：Bk (1.088 1.11)b=100mm外圆角：r (0.1 0.4)hk 或 r (0.08 0.12)bk=8mm辊缝：s (0.2 0.3)hk=7.13mm内圆：r鱼

19、 总=94.80mm这是由几何关系计算得到的。4(hk s)椭圆孔中轧件面积的计算：F !(- 2)bh =2407.16 mm2 , m 为椭圆钝边 3 h验算第九孔的充满情况:0.4(5) 第六道次的椭圆孔型尺寸的计算:利用上述方法计算椭圆孔的宽度D(12) d 2(1=120.84m m 椭圆孔的高度h do(11)b 1或h空一1)D 1(1 =44.568mm这里1 1 2D为前一个圆孔的直径，d为下一个圆孔的直径，1为轧件在下一个 圆孔中的宽展系数，2为轧件在中间椭圆孔中的宽展系数，1=0.4，2=0.8孔型高度：hk h=44.568mm槽口宽度：Bk (1.088 1.11)b

20、=132.924mm外圆角：r (0.10.4)hk 或 r (0.08 0.12)bk =10.63mm 辊缝：s (0.2 0.3)hk=8.90mm内圆：R (-k一-) =132.76mm这是由几何关系计算得到4(hk s)的。椭圆孔中轧件面积的计算：F2)bh =3989.17 mm2 ， m 为椭圆钝边3 hm s 1=9.9mm验算第七孔的充满情况：5 0.4bz7 hk6了血 hk7)66.36，bzL 0.98，充满度较高。Bk7(6) 第四道次的椭圆孔型尺寸的计算:利用上述方法计算椭圆孔的宽度D(12) d 2(1=154.86m m 椭圆孔的高度h d0(11) b 1

21、或 h乂一1) D 1(1 =59.772mm 这里D为前一个圆孔的直径，d为下一个圆孔的直径，i为轧件在下一个 圆孔中的宽展系数，2为轧件在中间椭圆孔中的宽展系数，1=0.4 ,2=0.8孔型高度：hk h=59.772mm槽口宽度：Bk (1.088 l.ll)b=170.346mm外圆角：r (0.10.4)hk 或 r (0.08 0.12)bk =13.63mm辊缝：s (0.2 0.3)hk = 12mm2 2内圆：Rs) =163.74mm这是由几何关系计算得到4(hk s)的。椭圆孔中轧件面积的计算：F l(m 2)bh=6841.92 mm2，m椭圆钝边 m s 1=13mm

22、3 h验算第五孔的充满情况：5 0.4bz5 hk45(b4 hk5)86.94，0.98，充满度较咼。(五)由于第一道次的箱形孔和第二道次的椭圆孔都为非等轴孔，所以先计算第一道次的箱形孔的尺寸：孔型高度：hkHh =93.8mm其中 h =46.2mm孔型槽底宽度：bkB (06)=138mmB为来料宽度，B=140mm槽口宽度：BkBh (5 10) =154.24mm其中 为箱形孔中的宽展系数，=0.2槽底圆角半径：r1(0.12 0.20)B=16.8mm槽口圆角半径：(0.100.12)B=14mm孔型侧壁斜度：tanBkbky2hp100%= 19.38%,其中hph s2=41.

23、9mm车 L件断面面 积为Fh(Bh)=13998.712mm2利用计算椭圆孔型尺寸的（六）在计算完第一道次的箱形孔尺寸后, 方法计算第二道次的椭圆孔的尺寸：椭圆孔的高度h d A 1 B 1 H勺“ =68.6mm其中bi、hi为第三道次圆 1 1 2孔直径，B为第一道次的箱形孔轧件的宽度，H为第一道次箱形孔轧 件的高度。2为第二道次的椭圆孔的宽展系数，1为第一道次箱形孔的宽展系数，2=0.5， 1=0.4。椭圆孔的宽度b仏hl 1 2 =170.1mm1 2孔型高度：hk h=68.6mm槽口宽度：Bk (1.0881.11)b=187.11mm外圆角：r (0.10.4)hk 或 r (

24、0.08 0.12)bk =15.0mm辊缝：s (0.2 0.3)hk = 13.72mm内圆：2 2Rs） =173.20mm这是由几何关系计算得到4（hk s）的。椭圆孔中轧件面积的计算F !(m 2)bh =11668.866 mm2 ， m 椭圆钝边 3 hm s 1=14.72mm验算第三孔的充满情况：3 0.4bz3 hk22（b12 hk3）112.6mm 雀 0.98，充满度较高。Bk35. 轧制力计算：计算轧制力首先要确定轧制温度，然后利用轧制力公式即可轧制温度的确定，利用轧制过程温度公式和生产实践数据，得到各个道次的轧制温度，见下面轧制程序表，然后根据轧制压力公式 计算轧

25、制力。由于轧制力计算的复杂，在这里使用S.Ekelund公式，这是一个半经验的简化公式，适合型钢轧制时使用。其该公式为p (1 m)(k )，式中，m表示外摩擦对单位压力影响系数，为粘1.6 f RT 1.2 hH h性系数，为平均变形速度。为求式中一些参数，S.Ekel und给出公式彳h_LRf Bh BRhH h ，2将这些参数带入上述平均轧制压力公式中得到P pFBH2BhE1.6 f .R hH h1.2 hK2 v一 h/RH hS.Ekelund 还给出了计算K 和 的经验公式，K (14 0.01t)(1.4 C Mn) 10MPa0.01(14 0.01t) 10 MPa其中

26、t为轧制温度c.C为以表示的碳含量，Mn为以表示的锰含量，f a(1.05 0.0005t)，钢轧辊 a 1 ,式中v呼。将上述参数带入该公式即可,45号钢的C含量取为0.45, Mn含量取为0.5。其他数据以及具体计算过程见说明书所附的 计算表。给出孔型尺寸参数表2.道次孔型孔型高度槽口宽度内圆半径外圆半径辊缝扩张角充满度hk/mmBk/mmR/mmr/mms/mm/1箱形93.8154.2416.814100.902椭圆68.6187.11173.2015.013.720.913圆112.6113.6511.26300.984椭圆59.772170.346163.7413.63120.91

27、5圆86.9487.9448.6300.986椭圆44.568132.924132.7610.638.90.917圆66.3667.3646.6300.988椭圆35.64410094.8087.130.919圆51.4452.4445.1300.9810椭圆27.8977.3172.556.185.580.9111圆404144300.9712椭圆22.3059.57654.204.774.460.9013圆31.432.443.14300.9614椭圆15.7537.9531.733.03.150.9115圆22.5222.5242.25301给出轧制程序表3.架次孔型轧件尺寸延伸系数轧辊

28、直径/mm压下量/mm轧制温度/ C轧制力/t高/mm宽/mm面积/(mm*mm)1H箱形93.80168.0013394.641.2650046.201120116.2502H椭圆68.60170.109918.541.2250025.201108110.8203 H圆112.60112.609753.771.2361057.50110393.3874 V椭圆59.77154. 867867.581.2461052.831099171.6075 H圆86.9486.945933.471.3256067.92109587.0736 V椭圆44.57120.844577.961.3056042.

29、371090152.7307 H圆66.3666.363387.731.3542054.48108563.7888 V椭圆35.6490.932592.591.3142030.72109296.8849 H圆51.4451.442083.321.2542065.21109871.81010 V椭圆27.8970.2816661.2542023.55110586.83511 H圆40.0040.001256.001.3142030.28111149.60812 V椭圆22.3054.16966.21.3042017.70111782.31413 H圆31.4031.40758.501.28370

30、23.06112550.54014 V椭圆15.7534.50543.371.2637015.65112893.33515 H圆22.0022.00390.151.2637012.50113141.389给出各道次孔型图第一道次箱形孔图第二道次椭圆孔型图第四道次圆孔型图第六道次圆孔型图第七道次圆孔型图第八道次椭圆孔型图1(0第九道次圆孔型图第十道次椭圆孔型图第十一道次圆孔型图第十二道次椭圆孔型图第十四道次椭圆孔型图37 95第十五道次圆孔型系统IDCUCUQJ qCdCd22 52说明书附表轧制力计算表给定有关轧制参数表4.n/(r/mi n)s/mmT/CD/mmh/mmb/mmH/mmB/mmH-h/mm15.610112050093.816814014046.218.513.72110850068.6170.193.816825.226.311.261103610112.6112.6170.