型钢孔型设计课程设计

1、 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark0 o Current Document 摘要1第一章 孔型系统的选择11.1箱形孔型系统11.2菱-方孔型系统11.3椭-方孔型系统11.4椭-圆孔型系统21.5六角-方孔型系统21.6方-椭圆-圆孔型系统21.7圆-椭圆-圆孔型系统21.8椭圆-立椭圆-椭圆-圆孔型系统21.9选择孔型系统2第二章 轧制道次和轧件尺寸计算32.1轧制道次的确定和分配32.1.1轧制道次确定32.1.2延伸系数分配32.2延伸孔型的计算32.2.1确定各方形断面尺寸32.2.2确定各中间扁轧件的断面尺寸4 HYPERLINK l bookm

2、ark70 o Current Document 第三章精轧孔型的设计83.1成品孔尺寸计算83.2成品前椭圆孔型尺寸计算83.2椭圆孔前圆孔计算9 HYPERLINK l bookmark112 o Current Document 第四章延伸孔型的设计104.1矩形-方箱孔型104.3六角-方孔型114.4椭圆-方孔型124.5椭圆-圆孔型13总结16参考文献15 HYPERLINK l bookmark136 o Current Document 附表16摘要型钢是钢铁产品的主要品种之一，广泛运用于农业、交通运输业、制造业和 建筑业等行业。型钢孔型设计的好坏直接影响型钢产品的质量和成本，

3、关系到轧 机产量和工人的操作条件。因此孔型设计一直被各钢铁厂的轧钢技术人员所重 视。但是型钢孔型设计的经验性较强，特别是复杂断面的型钢。本设计主要对生活生产中常用的简单型钢的生产进行型钢的孔型设计。在设 计过程中本设计参考型钢孔型设计的相关资料，按照选择孔型系统到延伸孔和精 轧孔型的设计和相关孔型参数计算的顺序进行设计。本设计共分四章对孔型系统 设计进行较详细的阐述，其中第一章主要介绍各种孔型系统的主要优缺点，利用 其主要应用场合结合本设计的相关要求选择相应的孔型系统。第二章介绍轧制道 次的分配和各道次延伸率的确定然后根据成品圆钢的尺寸反推出各道次轧件的 尺寸。第三章内容主要介绍精轧孔孔型尺寸

4、计算过程以及各孔型的充满程度。第 四章依次计算9道次粗轧过程延伸孔型相关参数的计算和充满程度计算，根据计 算结果编写孔型相关参数表，利用CAD绘图软件绘出各孔型图。关键词：型钢，圆钢，孔型设计，轧制第一章选择孔型系统延伸孔型系统有：箱形孔型系统、菱-方孔型系统、菱-菱孔型系统、椭圆-方孔型系 统、六角-方孔型系统、椭圆-圆孔型系统、圆-椭圆孔型系统及混合孔型系统等；精轧孔 型系统有：方-椭圆-圆孔型系统、圆-椭圆-圆孔型系统、椭圆-立椭圆-椭圆-圆孔型系统、 万能孔型系统。究竟用哪种孔型系统合理，要根据具体的轧制条件如轧机型式、轧辊直径、 轧制速度、电机能力、轧机前后辅助设备、原料尺寸、钢种、

5、生产技术水平及操作习惯等 来确定。11箱形孔型系统箱形孔型系统具有可在同一孔型中轧制多种尺寸不同的轧件，共用性大，可以减少孔 数，减少换孔或换辊次数，有利于提高轧机的作业率；在轧件断面相等的条件下，与其他 孔型系统的孔型相对比，箱形孔型系统的孔型在轧辊上的切槽较浅，这样相对地提高了轧 辊强度，可增大压下量，对轧制大断面的轧件是有利的；在孔型中轧件宽度方向上的变形 比坟均匀，同时因为孔型中各部分之间的速度差较小，所以孔型的磨损较为均匀，磨损也 较少；氧化铁皮易于脱落；轧件在箱形孔中轧制比在光辊上轧制稳定；轧件断面温降较为 均匀等优点，适用于初轧机、轨梁轧机、二辊和三辊开坯机、连续式钢坯轧机、中小

6、型或 线材轧机的开坯轧型，轧制大中型断面钢坯或生产大断面的成品方钢；也可以用于型钢轧 机的前几道作为延伸孔型，以利于除去轧件上的氧化铁皮。箱形孔型的缺点是有时难以从 箱形孔型中轧出几何形状精确的方形或矩形断面的轧件，轧伴断面愈小，这种现象愈严重， 因此箱形孔型不适于轧制要求断面形状精确的小轧件。另外轧件在箱形孔型中只能在一个 方向受到压缩，其侧表面不易平直，有时出现皱纹，同时角部的加工也不足。1.2菱-方孔型系统菱-方孔型系统能轧出四边平直，角部和断面准确的方形断面轧件，且在同一套孔型中 能轧出几种不同尺寸的方坯和方钢；轧件在孔型中比较稳定，对于导卫装置要求并不严格。 因此主要用于中小型轧机轧

7、制60mmx60mm80mmx80mm以下的方坯或方钢，或作为三 辊开坯机的后几个孔型，即用箱形与菱-方孔型组成混合孔型系统。菱-方孔型系统的缺点 是四面受压缩，氧化铁皮不易脱落，影响产品表面质量；菱形轧件角部较尖，冷却较快， 而且角部在轧件断面上的部位不能变换，轧制某些合金钢时易出现角部位裂；与箱形孔系 统相对比，切入轧槽铰深，影响轧辊强度；轧糟各处工作直径差较大，因此孔型磨损不均。1.3椭-方孔型系统椭-方孔型系统的特点是：变形系数大；能变换轧件角部的位置；轧件能得到多方向上 的压缩，对于改善金属的内部组织和提高钢材的质量较为有利；轧件在孔型中所处的状态 较稳定，有利于操作；椭圆孔型在轧辊

8、上的切槽较浅。其缺点是不均匀变形严重；椭圆孔 比方孔磨损快等。椭-方孔型系统常用作小型或线材轧机的延伸孔型，轧制70mm以下的断 面。2.4椭-圆孔型系统椭圆-圆孔型系统中变形较为均匀，轧制前后的断面形状过渡缓和，能防止产生局部应 力；轧件断面各处冷却均匀；氧化铁皮易于脱落；还可由延伸孔型轧出成品圆钢，减少了 轧辊数量和换辊次数。椭圆-圆孔型系统多用于轧制低塑性的高合金钢。2.5六角-方孔型系统六角-方孔型系统中沿轧件宽度方向变形较为均匀，单位压力、总轧制力和能量消耗都 较小；轧辊磨损小且均匀。一般广泛用于小型和线材轧机的毛轧或毛轧机组上，所轧的方 件边长a=1555mm。常用在箱形系统之后和

9、椭-方系统之前，组成混合孔型系统。2.6方-椭圆-圆孔型系统延伸系数大，轧制稳定，能与其他延伸孔型很好的衔接。方轧件在椭圆孔型中变形不 均匀，方孔切槽深，孔型公用性差。2.7圆-椭圆-圆孔型系统轧件变形和冷却均匀，易除去表面氧化铁皮，便于使用围盘，成品尺寸比较精确，公 用性较大。延伸系数小，椭圆件在圆孔中轧制不稳定。2.8椭圆-立椭圆-椭圆-圆孔型系统轧件变形均匀，易除去表面氧化铁皮，椭圆件在立椭圆孔型中能自动找正轧制稳定。 延伸系数小，容易出现中心部位疏松。2.9选择孔型系统孔型系统的选择与轧机的不知形式和轧件断面大小关系密切。对于原料为 65mmx65mm的方坯，断面尺寸较大，为了去除来料

10、表面之氧化铁皮及减少刻槽深度，最 好采用一对箱形孔型；箱形孔型之后可采用以方孔型系统；当轧件断面尺寸在 40mmx40mm60mmx 60mm之间时一般采用六角-方孔型系统；当轧件断面小于 40mmx 40mm时可采用椭-方孔型系统。由此可以看出，该孔型系统是由箱形-菱-方-六角-方-椭-圆-椭圆组成的混合孔型系统。 精轧系统选用圆-椭-圆孔型系统。第二章孔型系统的计算2.1轧制道次的确定和分配2.1.1轧制道次确定总延伸系数53.8总延伸系数53.8(2-1)根据本轧机的布置形式和选择的孔型系统，参考有关厂的延伸系数，去平均延伸系数卩1.4，则轧制道次数为:cIn pn In pn & In

11、 pcln54lnl.411.8(2-2)根据轧机布置应取偶数道次，取n=12，根据圆钢精轧孔型设计，确定第10道圆孔轧件断 面的基圆直径为D =12mm。102.1.2延伸系数分配按附表1和附表2选择延伸系数和宽展系数延伸孔型是由10道组成，最后确定延伸孔型是由一对箱形孔型，一对菱-方孔型，一 对六角-方孔型系统组成。为了孔型设计方便，可将粗轧的总延伸系数按对进行分配。粗轧的总延伸系数为:6523.14 6523.14 x (12/2)2=37.37(2-3)各对的延伸系数为:1.68,p 各对的延伸系数为:1.68,p 1.65 ， p 2.50， p 2.42， p 2.23工 4工 6

12、282102.2延伸孔型的计算2.2.1确定各方形断面尺寸按式a 按式a ，各方形轧件断面尺寸为: 50 mmv1.6839 mm5039 mma 41.65旦-25 mm2.5025 二 16 mmv2.42R1016 R1016 x 2二 12 mm2.23 x 3.14222确定各中间扁轧件的断面尺寸第222确定各中间扁轧件的断面尺寸第1孔型（矩形箱孔型）设矩形轧件之高度h 45 mm，1165=1.44，耳 451A 二 400 二 7.8 8 945165=1.44，耳 451A 二 400 二 7.8 8 945H 65a = o = 1，0 B 650取屮二 0.6 tan 二

13、0.2斯米尔诺夫公式（查附表3得c1c7的值）:1B = 1 + c(-1)】x Ac2 xa c3 xa c4 x8 c5 x屮c5 xt a 单c70 耳0 k 0(2-4)第2孔型:卩1 + 0.0714(1.44 -1)862 x 7.8890.746 x 0.60.16 x 0.20.362 1.0851B B - B 1.085 x 65 70 mm110(2-5)70 -1.450A - 42 750B B 70a 4 1.5 5 6 屮0.6 t a n 0.20 H 451卩1 + 0.0714(1.4 - 1)0.862 x 70.746 x 1.5560.763 x 0.

14、20.16 1.0992B B - H 1.099 x 45 49.46 mm2 2 1轧件宽度比应得宽度小0.54所以取H 45mm合适。1第3孔型：设菱形的几何高度h 48 mm，a 1.6，6 0.85，屮0.6，3k0来料实际高，宽度:来料实际高，宽度:H 二 B 二 1.41x 50-0.83R 二 58mm258 二 1.20858 二 1.20848400 - 4848二 7.3 3 3B = 1 + 3.09(1.208 - 1)2.07 X 7.3330.5 X 1.6-4.85 X 0.85-4.865 X 0.61.543 = 1.0333B = B B = 1.033

15、x 58 = 59.914mm 332验算轧件第4孔型中的情况：39400 - 1.4139400 - 1.41X 391.41X 39=6.27菱形孔长轴：B 菱形孔长轴：B = b /0.85 二 59.9/0.85 二 70.47mmk 3(2-5)I1r h2h = h-2RI1r h2h = h-2Rll +-1k3:b J菱形孔实咼:=40mmab0 h70 = 1.7540(2-6)k3取 5 = 0.85 屮=0.6B = 1 + 0.972(1.091 -1)2.01 x 6.270-665 x 1.75-2.458 x 0.85-1.3 x 0.60.7 = 1.0914B

16、 = B h = 1.091x 40 = 43.64mm44 k3第 4 孔型：B = 47 , B /B = 43.64/47 = 93 %合适。k4 ka = B /H = 70/45 = 1.5 5 6 合格。 k k 3与初选的ak值非常相近，如果初选的值与最后确定的菱形孔相差较大是应重新设定然 后计算。故第三孔型的设计是合理的。第5孔型（六角孔型）设H5 = 20mm，则轧件在第5孔型轧后的轧件宽度为：39 = 39 = 1.95 A =20400 - 2020屮二 0.8P = 1 + 2.075(1.95 -1)1.848 x 19o.8i5 x 3.0-3.453 x 0.80

17、&9 = 1.404 5B = B x a = 1.404 x 39 = 55mm 554验算轧件在第6孔型的充满程度：计算第6孔型(对角方孔)尺寸，则551 “耳二二 1.5661.41x 25A 二 400一Ex25 二 10.3481.41 x 2555 小 rr a = 2.750208 二 0.90屮二 0.8P = 1 + 0.948(1.56 -1)1.203 x 10.3480-368 x 2.75-0-852 x 0.9-3.45 x 0.80.629 = 1.589 6B 二 1.589 x 20 二 31.786该孔型的槽口宽度为25mm,= 31.78 = 0.985B

18、 32.25k6轧件宽度比0/小，此时孔型的充满程度，故认为六角形孔型设计是合格的。6第7孔型： 设：H 7 = 13mm 则丄=25 = 1.92耳 137A = 400 -13 = 29.7813取 a = 3.0k屮=0.90 = 1 + 0.377(1.92 -1)0.507 x 29.780.116 x 3.0-0.405 x 09.136 = 1.5887B =0 xa = 1.588x25 = 39.7776验算轧件在第8孔型中充满程度：计算第8孔型尺寸，则:丄=_2=1.76耳 1.41 x 16 8A = 250 一 E x I6 = 11.08 1.41 x 1639.7a

19、 = 3.050138 = 0.90屮=0.9P = 1 + 2.242(1.76-1)1.151 xll.O8o.352 x3.05-2.234 x0.9-1.6470.9xi.133 = 1.3338B =p H = 1.333 x 13 = 17.3388717.329 7 20 30 50 80 110 15 0 20034)1032(1.081.14)d03345(1.141.18)d0第四章延伸孔型的设计4.1矩形-方箱孔型对于矩箱孔型，由于来料尺寸为H xB = 65x65 mm ,轧出轧件尺寸为0 0h x b 二 45 x 70 mm，i i取s二4.1矩形-方箱孔型对于矩箱

20、孔型，由于来料尺寸为H xB = 65x65 mm ,轧出轧件尺寸为0 0h x b 二 45 x 70 mm，i i取s二8，内圆角R = 610.2h = 0.1x 45二4.5 mm，夕卜圆角1r =（0.05 0.15b = 0.1 x45 = 4.5 mm,槽底宽度为:1b = B （0 6） = 60mmki 0槽口宽度为Bki=B +0 Ah +（5 10）= 65 + 0.3x20 +（510）= 76 mm0z（5-1）侧壁斜度为B - b76 - 60y =_4 x 100% =- x 100% = 43%2hc 45 - 8p2 x2（5-2）孔型高度hk1=h1=45

21、mm，充满程度 5=缶=75=93.3%。k 1对于方箱孔型，来料尺寸为h xb = 45x70mm,轧出轧件尺寸为h xb = 49.46x49.46mm,1122取 s = 8, 内 圆角R =（0.10.2 = 0.1x 49.46 = 5 mm ,2外圆角r =（0.05 0.15）h = 0.09 x 49.46 = 4.5 mm, 槽底宽度为：2b = h -（0 6）= 40 mmk 21（5-3）槽口宽度为=h +0 （b -a ）+（5 10）= 45 + 0.25x（70-49.46）+（5 10）= 52mm1 a 12（5-4）侧壁斜度为B 一 b52 一 40y =

22、-K2一X100% =- x 100% = 29%2h2 49.46 - 8p2 x 2（5-5）孔型高度h = h = 49.46mm,k 22充满程度8 = = 87.9% oB 52k 24.2菱-方孔型对于菱形孔型，参考延伸孔型的设计计算，轧出轧件的尺寸h xb二48x59.914mm, TOC o 1-5 h z 33菱形孔的几何尺寸为h = 68 mm， b = 70.47 mm，33实际尺寸为 h = 44mm， 槽口宽度B = 64mm， b = 60mm，取s = 8mm，k3k3k3内圆角R =（0.10.2）h =9.6 mm，3外圆角 r =（0.10.35）h =4.

23、8 mm，3b 59 914充满程度8 =3 = 93.6%。B 64k3对于方箱孔型，参考延伸孔型的设计计算，轧出轧件的尺寸h xb = 43.64x43.64mm， TOC o 1-5 h z 4孔型的几何尺寸为h = b = 55 mm，44实际尺寸为h = 48mm， 槽口宽度B = 47mm，取s = 10mm，kk 4内圆角 R =（0.1 0.2）h =5.5 mm，4外圆角 r =（0.1 0.35）h =5.5 mm，4b 43 64充满程度8 = j = 92.9%。B 47k44.3六角-方孔型对于六角孔型，参考延伸孔型的设计计算轧出轧件的尺寸h x b = 20 x 5

24、5 mm，5槽底宽度b = 43.64 mm，k5槽口宽度B = b +（2 4）= 59mm，取s =（0.2 0.3）h = 8mm,k5 55内圆角 R =（0.3 0.6）h = 4 mm，5外圆角r =（0.20.4）h二 4 mm55 = 55 = 94.8% 。59充满程度5 =5Bk5对于方箱孔型，参考延伸孔型的设计计算,轧出轧件的尺寸h xb6 6=25.4 x 25.4 mm，孔型的几何尺寸为h = 28.8 mm，b = 28.8，6实际尺寸为h = 35.8mm，槽口宽度B = 30mm，取s = 5mm,k 6k6内圆角R =（0.10.2）h =4 mm，6外圆角

25、r =（0.1-0.35）h =4 mm，6充满程度5 = i = 84.6% oB 30k64.4椭圆-方孔型对于椭圆孔型，参考延伸孔型的设计计算，轧出轧件尺寸h xb = 13x39.7mm，7槽口宽度B =6.088 1.11 =43.2 mm，取 s = 3 mm，k 77外圆角 r =(0.08-0.12)B =3 mm，k 7门(h - s+ B 2 (13 - 3+ 43.22 “R =?= 35 mm，椭 4匕-s)4(13 3)7充满程度5 = = 91.9% oB 43.2k7对于方箱孔型，参考延伸孔型的设计计算，轧出轧件的尺寸h xb = 17.33x 17.33mm，8

26、孔型的几何尺寸为h = 24.3 mm， b = 24.3，8 8实际尺寸为h = 17.3mm，k 8槽口宽度 B = 18.9 mm，取 s = 2 mm，k 8内圆角 R =（0.10.2）h 二 2 mm,8外圆角 r =（0.10.35）h =2 mm,8充满程度8 =4 = 91.7%。B 18.9k85.5椭圆-圆孔型对于椭圆孔型，参考延伸孔型的设计计算，轧出轧件尺寸h xb = 11x17.44mm,9槽口宽度B =(1.088 1.11b = 18mm,取s = 3mm， 0 = 30,k 99夕卜圆角 r =(0.08-0.12)B =2 mm,k 9=11.25 mm,(

27、5-8)(h - s+ B 2 (11 - 3=11.25 mm,(5-8)椭4(h - s)4111 - 3)9充满程度8 =9Bk917.4418=96.8% o本次型钢孔型设计要求将65mmX 65mm坯料经所设计的孔型系统轧制成为10的圆钢。 本设计利用斯米尔诺夫宽展公式进行相关宽展系数的计算，根据计算结果获得轧件的相关 尺寸。设计过程主要包括：分析各种孔型系统的优缺点按需要选择最合适的孔型系统，根据公式计算得到轧 制道次为12道次，分为9道次粗轧和3道次精轧；孔型系统由箱型孔、菱-方孔、六角- 方孔、椭圆方孔、椭圆孔、圆-椭圆-圆孔组成。计算各道次结束后轧件的基本尺寸，在确定孔型系统

28、和轧制道次之后根据成品规 格按照由后往前的顺序推算出个道次轧制后轧件的基本尺寸，没到此的宽展系数需根据斯 米尔诺夫宽展公式计算得出。选择好精轧孔型后，按照相关孔型的计算要求和相关参数的需要计算出所需数据, 以及各个孔型的充满程度确保每个孔型不会处于过充满或者充满不足要求。确定各道次轧件尺寸后根据各孔型制造工艺以及实际要求计算出合理有效的孔型 系统的相关参数，根据孔型系统的参数绘制CAD孔型图，明确标注相关参数。本课程设计是在指导老师刘建的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度， 严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。刘建老师不仅在学业上 给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向刘建老师致以 诚挚的谢意和崇高的敬意。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成 果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。感谢我的同学和朋友，在我做课程设计 的过程中给予我很多建议，还在论文的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。由于我的学 术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师批评和指正。参考文献.赵松筠，唐文林.型钢孔型设计（第2版）.北京工业出版社，北京:2000.上海市冶金工业局孔型学习班.孔型设计.上海人民出版社，上海:1977.白光润.型钢孔型设计.冶金工业出版社，北京:1995.许