孔型设计的基本知识

1孔型设计的基本知识

1.1孔型设计的内容与要求

1.1.1孔型设计的内容

型钢品种规格达几千种，其中绝大部分都是用辑轧法生产的。将钢锭或钢坯在带槽轧辑

上经过若干道次变形，以获得所需要的断面形状、尺寸和性能的产品而为此所进行的设计计

算工作称为孔型设计。

完整的孔型设计一般包括以下三个内容：

1）断面孔型设计根据已定坯料和成品的断面形状、尺寸大小和性能要求，确定轧件连

续的变形过程，所需道次和各道次变形量以及为完成此变形过程所采用的各道次的孔型形状

和各部分尺寸。

2）轧辐孔型设计根据断面孔型设计的结果，确定孔型在每个机架上的配置方式、型在

机架上的分布及其在轧辑上的位置和状态，以保证正常轧制，轧粗有较高的强度，使轧制节

奏最短，从而获得较高的轧机产量和良好的成品质量。

3）轧辑导卫装置及辅助工具设计根据轧机特性和产品断面形状特点设计出相应的导

卫装置。导卫或诱导装置应保证轧件能按照要求进出孔型，或使轧件出槽后发生一定变形，

或使轧件得以矫正或翻转一定角度等。其它工具如检查样板等有时也由孔型设计者完成。

1.1.2孔型设计的要求

孔型设计合理与否将对轧钢生产带来重要影响，它直接影响到成品质量、轧机生产能力、

产品成本和劳动条件等。因此，一套完善、正确的孔型设计应该力争做到：

1）成品质量好包括产品断面几何形状正确、尺寸公差合格、表面光洁无缺陷（如没有

耳子、折迭、裂纹、麻点等）、机械性能良好等。

2）轧机产量高应使轧机具有最短的轧制节奏和较高的轧机作业率。

3）生产成本低应做到金属消耗、轧辐及工具消耗、轧制能耗最少，并使轧机其它各项

技术经济指标有较高的水平。

4）轧机操作简便应考虑轧制过程易于实现机械化和自动化，使轧件在孔型中变形稳

定，便于调整，改善劳动条件，减轻体力劳动等。

5）适合车间条件使设计出来的孔型符合该车间的工艺与设备条件，使孔型具有实际的

可用性。

为要达到上述要求，孔型设计工作者除要很好池掌握金属在孔型内的变形规律外，还应

深入生产实际，与工人结合，与实践结合，比较充分地了解和掌握车间的工艺和设备条件以

及它们的特性，只有这样才能做出正确、合理和可行的孔型设计来。

1.2孔型设计的科学程序及基本原则

1.2.1孔型设计的科学程序

孔型设计各部分的内容具有严密的连续性和严格的科学性，设计时必须按其固有的内在

联系.遵照设计内科学程序进行。孔型设计程序如下

1.2,1.1调查研究掌握情况

调查研究的主要内容：

1）了解产品技术条件、包括产品断面几何形状、尺寸和公差标准、表面状态以及内部金

相组织相机械性能等。有时还应了解用户对产品的特殊要求和使用情况；

2）掌握生产：车间情况，包括可供选择的坯料种类、断面形状与尺寸或者按设计要求允

许选择的坯料条件；车间设备特让及其主要技术性能如轧机布置形式、机架数目、轧辐尺寸、

电机能力、转速高低以及轧机前后的附属设备等。有时还要了解工人的操作习惯：

3）收集与产品有关的技术资料，作为设计的参考。主要包括生产该产品的同类车间选用

的孔型系统、设计方法、变形参数（如道次、变形量分配等）以及生产的难点和存在的问题等。

1.2.1.2选择合理的孔型系统

孔型系统反映着所轧产品在生产过程中的形状变化的特点。因此，孔型系统选择的是否

合理不仅直接影响产品的质量，而且对生产的正常进行以及工人操作条件均有重要影响。因

此，选择孔型系统时应在充分调查研究、对多种方案进行对比的基础上慎重确定；

1.2.1.3确定坯料断面尺寸与轧制道次

在一定的工艺与设备条件下，确定坯料的断面尺寸和轧制道次其实质就是正确地决定总

变形量。三者之间的关系如下式所示：

A)

Ai=

4

式中：〃工一一总延伸系数;

&一一原料断面积;

A„一一成品断面积。

总延伸系数队又等于各道次延伸系数的乘积，即有如下关系:

A]A?*

4

A|A24

式中：〃］、林〃3…4”从---相应道次的延伸系数;

4、4、4、…4一一相应道次轧件的断面积。

如用平均延伸系数4P代表各道次的延伸系数，则

平均延伸系数一般是根据经验数据选取的。但是在既定条件下，平均延伸系数的大小既

反映了轧制进程的快慢，也反映了轧件在孔型内变形的剧烈程度。因此，平均延伸系数要根

据所轧钢种、孔型系统、轧机布置等具体生产条件选定。

按总延伸系数〃工和平均延伸系数4,即可确定轧制道次n

In必_In&Tn

fl——

In/In/

确定轧制道次n时，应根据轧制的具体条件决定选用偶数道还是奇数道.并本着各架负

荷均匀以取得最短轧制节奏的原则，合理分配各架轧机上的道次数。

至于坯料断面尺寸的确定则是个很复杂的问题，它受多种因素的影响。在生产成品已定

的情况下,坯料断面尺寸决定既要考虑总变形量对产品性能的影响，又要满足产品成型要求。

如生产工槽钢时.就应选用足够高的钢还以满足腿高的需要，又保证工槽钢腿部得到良好的

加工。又如生产角钢时，通常要考虑坯料轮廓能把成品角钢包括进去为好，如图1—1所示。

1.2.1.4分配各道次延伸系数

各道次延伸系数大小受很多因素的影响，不仅要考虑金属的塑性条件，还要考虑咬入能

力、轧辐强度、电机能力、孔型磨损以及成型条件等因素。实际生产经验证明，上述各种因

素通常是综合发生作用的。因此，延伸系数分配要根据具体情况辩证考虑，统筹兼顾。一般

延伸系数分配曲线如图1—2所示。延伸系数分配的根据是：1）轧制开始时，轧件温度较高,

表面氧化铁皮较多，摩擦系数小，咬入困难，此时延伸系数的分配主要考虑咬入条件的限制，

2）随着轧件表面氧化铁皮的脱落，咬入条件大为改善，此时应充分利用轧件温度高、塑性好、

变形抗力低的特点给以大变形；3）最后几道为保证成品断面形状和尺寸的正确性，减少孔型

磨损，提高轧辑使用寿命以及降低能耗应采用较小延伸系数。

图1一1角钢坯料尺寸的确定

轧制道次顺序写

图1—2延伸系数分配曲线图示

各道次延伸系数确定之后要进行校核，看其乘积是否等于总延伸系数，如若不等则须进

行调整，使之相等。

1.2.1.5尺寸计算

主要计算各道次轧件面积，

1.2.1.6构孔

根据计算的轧件尺寸确定各孔型形状和尺寸并构成孔型图。但有时可按经验方法直接构

孔而不用事先计算轧件尺寸。

在进行孔型设计计算时，通常是逆轧制顺序进行的。但有时（如初轧机孔型设计、开坯

机孔型设计）也顺轧制顺序或从中间开始设计。

1.2.1.7配辐

把设计出的各孔型，按照一定规律配置到各架轧机的轧辐上，并绘制配辐图，作为轧辐

车削成孔型的依据。

1.2.1.8检验与校核

孔型设计的内容不同，校核内容也不尽相同。通常校核内容有咬人条件、轧辐强度、电

动机负荷、轧件在孔型内的充满情况及稳定性等。

1.2.1.9导卫设计

根据所设计的孔型图、轧辑配辑图按照轧制需要设计导卫装置或围盘等辅助工具。

1.2.2设计遵循的原则

是否有良好的技术经济指标和显著的经济效益，是评价和衡量孔型设计质量优劣的重要

标准，也是检验设计思想是否正确、设计任务是否很好完成的主要标志。为此要求设计者注

意遵循下述基本原则：

1）选择合理的孔型系统，因为孔型系统是轧件形状变化的体现，是型材生产中能否顺利

轧制、能否获得合格产品的关键。

2）充分利用钢在高温阶段塑性好、变形抗力小的特点，把变形量和不均匀变形尽量放在

前面道次，以降低能耗和轧根磨损。

3）各机架间的道次分配和翻钢、移钢程序要合理，以便缩短轧制节奏，提高轧机产量，

并有利于操作。

4）当生产型钢品种规格较多时•，要考虑相邻规格孔型的共用性，以减少轧辑储备和相应

的更换轧辐的工作时间。

5）力求轧件在孔型中具有良好的稳定性，以利于轧件在孔型中的变形，防止弯扭，并简

化轧机的操作和调整。

6）确保设备安全，注意改善工人的劳动条件。做到调整容易，操作简便，工作安全。

1.3孔型及其分类

1.3.1轧糟与孔型

（1）轧槽型材是在带有所谓轧槽的环形凹槽或凸缘的轧辑上轧制出来的。在一个轧辐

上用来轧制轧件的工作部分，也就是轧辐与轧件相接触的部分称为轧槽。孔型的形状不同，

构成孔型的轧槽型式也不相同，如图1—3所示。

图1—3构成孔型的轧槽型式

1—凹槽，2—凸缘；

（2）孔型由两个或多个轧转的轧槽所构成的断面轮廓，或在过轧辐轴线的平面上所构

成的孔腔称为孔型。

孔型可以仅由凹槽或凸缘或者同时由凹槽和凸缘构成。孔型设计所确定的尺寸是指正在

轧制时得到的轧件尺寸（孔型的各部分尺寸）。

1.3.2孔型分类

孔型通常按孔型形状、在轧辑上配置及用途进行分类。

1.3.2.1孔型按形状分类

孔型按形状可分为两大类：简单断面孔型（如箱形孔型、菱形扎型、六角孔型、椭圆孔

型、方孔型、圆孔型等）和异型断面孔型（加工字形孔型、槽形扎型、轨形孔型、T字形孔型

等）。如图1—4所示。

图1一4孔型按形状分类

a一箱形孔型；b一菱形孔型；c一六角形孔型；d一椭圆孔型：

e一圆孔型；f一方孔型；g—六边形孔型；h—工宇形孔型；

i一槽形孔型；j一角形孔型；k一轨形孔型，I—T字形孔型

1.3.2.2孔型按配置分类

孔型按在轧辑上的配置方式可分为开口孔型、闭口孔型、半闭口孔型和对角开口孔型如

图1—5所示。

图1—5按配置分类

a一开口孔型；b一闭口孔型；c一半闭口孔型；d一对角孔型

（1）开口孔型孔型辐缝在孔型周边之内的称为开口孔型，其水平辐缝一般位于孔型高

度中间。

（2）闭口孔型孔型的辐缝在孔型周边之外的称为闭口孔型。

（3）半闭口孔型通常称为控制孔型（如控制槽钢腿部高度等），其辑缝常靠近孔型的底部

或顶部（见图1—5）。

（4）对角开口ZL型孔型的短缝位于孔型的对角线。如左边的根缝在孔型的下方，则右

边的辐缝就在孔型的上方（见图1—5）。

1.3.2.3孔型按用途分类

根据孔型在总的轧制过程中的位置和其所起的作用，可将孔型分为四类：

1）开坯孔型亦称延伸、压缩孔型，其主要作用是减小被轧金属的断面积，形状不发生

很大变化，为后面孔型提供合适的轧件尺寸。

2）粗轧或毛轧孔型其作用是在继续减小轧件断面的同时，对轧件进行粗加工，使之逐

渐接近成品的形状和尺寸。

3）成品前孔指成品孔型前面一个孔型，其作用是为在成品孔型中轧出合乎要求的成品

（包括形状和尺寸）做好准备。

4）成品孔亦称为完成孔，是指轧出成品的最后一个孔型，但是成品孔型的尺寸不等于

成品断面尺寸。因为成品孔型尺寸不仅要考虑成品断面尺寸的要求，还要考虑金属热膨胀、

轧辑磨损以及断面尺寸公差的影响和要求。

1.4孔型组成及其作用

型材品种繁多，断面形状差异也很大。因此，生产型材所用的孔型也是多种多样的。不

论什么孔型在组成孔型的几何结构上却有共同的部分，如辑缝、圆角、斜度等。

1.4.1辑缝

辐缝的作用在于考虑轧辐的弹跳和轧机的调整。在轧制过程中，在轧制压力作用下，工

作机架和其它零部件会发生弹性变形。这种弹性变形的总和构成了轧辑的所谓“弹跳”。弹

跳的结果使孔型高度增加，轧辐辐缝加大。因此，辑缝的数值应等于轧机空转时上下辐环间

距加上轧辑弹跳，即弹跳应包括在辑缝之内，以式示之：

S=l+l

式中：I一一上下辐环间距；

I一一弹跳值。

除上述考虑辑缝的原因外还有：1)在轧制过程中由于孔型磨损而使孔型高度增加，为保

持孔型原有高度，通过减小辑缝的办法来达到；2)在不影响轧件断面形状和稳定性的条件下，

留有足够大的辐缝，可用通过调整辐缝的办法，从同一孔型中轧出不同断面尺寸的轧件；3)

辐缝可以减小轧槽切入深度，提高轧辐强度，增加轧辐车削次数，延长轧辑使用寿命；4)

用调整辑缝的办法在一定范围内能适应轧件温度变化和孔型设计考虑不周带来的问题。

确定辐缝值的关系式如下：

成品孔型S=0.01D

毛轧孔型S=0.02D

开坯孔型S=0.03D

式中：D——轧辐直径。

根缝值也可根据轧机构造、机架刚度大小和孔型用途等不同情况按经验数据选定，表1

-I所示为各类型钢轧机辐缝的经验数值。

表1一1型钢轧机辑缝值(mm)

初轧机500〜轨梁和大、中型轧机小型轧机

轧机类

及二辐650开

型开坯毛轧精轧开坯毛轧精轧

开坯机坯机

辐缝S6〜206〜208〜156〜104〜66-103〜51〜3

1.4.2侧壁斜度

一般孔型的侧壁均不垂直于轧辐轴线而有一些倾斜。孔型侧壁倾斜的程度称之为斜度(见

图1—6),其表示方法为:

如用百分数表不为：

（p=Bk~bkxlOO%

2%

式中：Bk一一孔型槽口宽度

bk一一孔型槽底宽度；

hk一一槽的高度。

孔型侧壁斜度的作用如下：

1）轧件易于正确的进入孔型在垂直侧壁的孔型中，轧件入孔困难，送入不正又会碰到

辐环上。而有斜度的孔型侧壁，象一个喇叭口，轧件入孔时可避免上述缺点。

2）有利于轧件脱槽当孔型侧壁与轧辐轴线相垂直时，由于轧制时轧件产生展宽，轧件

将严重地受到孔型侧壁的夹持作用，造成脱槽困难，严重时会缠绕轧辐。

3）能恢复孔型原有宽度如图1—7所示，孔型无侧壁斜度时，当孔型侧壁使用一定时

间磨损后，轧辐车削时无法恢复轧槽原有宽度。

4）减少轧辐车削量，增加轧辐使用寿命因为孔型侧壁斜度不同，在侧壁磨损量相同的

条件下，为恢复孔型原有宽度而车削轧短的量也不相同（见图1—8）。其关系式如下：

图1一7有无侧壁的孔型

图1—8不同侧壁斜度对车削量影响

2a

\D=D-D=--

si”

式中：AD一轧辑重车量；

D一轧辑原有直径；

O一轧辐车削后直径；

9-倾角；

a一孔型侧壁磨损深度

当侧壁倾角。不很大时，sin。=tan。代入上式则有：

\D=D-D=^-

tan夕

由上式可知：当磨损量。一定时，9角愈大，轧辐重车量就愈少；反之，轧辐重车量就

大。这就说明了孔型侧壁斜度对轧辐车削量和轧辐使用寿命的影响和它的意义。

5）孔型具有共用性孔型侧壁具有较大料度时，如箱形孔，可以通过调整孔型的充满度,

在同一孔型产轧出不同尺寸的轧件，这对于生产钢坯的初轧机、开坯机的孔型具有重要作用。

6）加大变形量实践证明，当轧制异型钢材时，孔型侧壁斜度对变形量有一定影响。斜

度大，可以允许有较大的变形量，甚至可以减少轧制道次。另外，也有利于提高轧辐强度，

改善不均匀变形情况，并减少电能消耗。因此，复杂断面孔型常用具有斜度的孔型。

孔型侧壁斜度固然有上述重要作用，但斜度过大也会使轧件断面形状“走样”。因为侧

壁斜度小有利于夹持轧件，其侧面加工良好，断面形状比较规整。侧壁斜度与孔型的用途、

产品的公差范围以及其他一些因素有关，一般取：

延伸用箱孔9=10〜20%

闭口扁钢毛轧孔9=5〜17%

钢轨、工字钢、槽钢毛轧孔夕=5〜10%

异型钢成品孔9=1〜15%

为充分发挥孔型侧壁斜度的作用，我国一些厂曾经成功地使用过双侧壁料度的箱形

孔.如图1—9所示。此类箱形孔槽底处斜度小，为5〜12%；槽口处斜度较大，为15〜30%。

这样既有利于夹持轧件，又有了较大的展宽余地。

图1—9双侧壁斜度箱形孔

1.4.3圆角

孔型的角部一般都做成圆弧形，由于孔型形状和圆角的位置不同，其所起的作用也不尽

相同。

1.4.3.1孔型内圆角

内圆角的主要作用有；1）防止轧件角部急剧冷却，减少角部发生裂纹的机会；2）使槽底

应力集中减弱，改善轧辑强度；3）可以调整孔型的展宽余地，防止产生耳子（如菱形轧件翻

钢进入方孔轧制时）；4）通过改变圆角尺寸，可以改变孔型的实际面积和尺寸，以调整轧件

在孔型中的变形量和充满度。

1.4.3.2孔型外圆角

外圆角的主要作用有：1）在孔型过充满不大的情况下能形成钝而厚的耳子，避免在下一

个孔型内轧制时产生折迭，因为外圆角增加了屉宽余地；2）较大的外因角可以使比孔型宽的

轧件进入孔型时，不会受到辐环的切割而产生刮铁丝的现象，也避免了割导卫板事故；3）

对于异型孔型，适当增大外因角可以改善轧辑的应力集中，有利于提高轧辑强度。

图1一10为孔型各部分名称。

图1―10孔型各部分名称

1.4.4锁口

当采用闭口孔型以及轧制某些复杂断面型钢用的异形孔时，为控制轧件的断面形状而使

用锁口，如图1—11所示。若在同一孔型中轧制厚度或高度差异较大时，其所用的锁口长度

应适当增加，以便防止轧制较厚和较高轧件时金属有可能挤入辑缝内。值得注意的是，用锁

口的孔型，其相邻孔型的锁口位置是相互交替的，以保证轧件形状正确。

图1—11孔型的锁口

1.5孔型在轧辐上的配置

孔型在轧辑上配置的任务是：把已设计好的断面7L型按照一定的规律放置到已定轧机

的轧辑上去。其主要内容有二方面，即在孔型轧制面垂直方向上的配置和在轧辑辑身长度方

向上的配置。

1.5.1垂直方向上的配置

孔型在轧制面垂直方向上的配置涉及到许多与此有关的基本概念，而这些基本概念正是

配幅的基础。下面对这些基本概念作简要叙述。

1.5.1.1轧机尺寸

（1）名义直径型钢轧机通常用轧辐直径表示轧机大小。当轧机有几个机架或排列成

几个机列，而这些饥架的轧辑直径又不相同时，则以成品机架的轧辐直径来表示。因为一般

情况下最后一机架的轧辑直径大小决定了所轧产品的尺寸规格。

直接用实际的轧辑直径表示轧机大小并不完全合适。因为轧辑在使用过程中固磨损需要

车削而使每次使用的轧辐直径各不相同；为此r型钢轧机的大小一般采用传动轧辑的齿轮座

的齿轮的中心距或其节圆直径。。的大小来表示。因为它是不变化的，。。称为轧机的名义

直径。

（2）原始直径为了提高轧辑的使用寿命，在机架开口高度允许的条件下，常使新辐直

径D大于。°，而最后使用报废前的轧辑直径。’小于。°，在配置孔型或绘制轧辐图时，是

以新辑直径D为依据的。我们通常把这种包括辐缝在内的直径称为轧辑的原始辐径，它是

配辑开始时的基准直径（见图1—12）。

J—

图1-12轧机尺寸与轧辐直径

轧辐原始直径的变化范围受联接轴允许倾斜角度的限制。当用万向接轴时，其倾角最大

可达10°用梅花套简时，其倾角最大不超过4.5°通常使用的为2.5°。最理想的情况是：

新辑最大直径时联接轴倾角与轧辑使用到报废时的联接轴倾角相等。此时轧辐的原始辐径

D（最大值）和。'（最小值）的平均值与轧机的名义辑径相等，即有如下关系:

如果用K表示轧辑的重车率，则

=KxlOO%

解以上二个方程式可得到:

开坯机和型钢轧机的重车率范围为8〜12%,一般可取10%。

（3）工作直径在轧制过程中轧件与轧辑接触处的轧辑直径叫做工作直径或轧制直径（见

图轧制钢板或采用无孔型轧制时其辑身直径即为工作直径，但在孔型轧制的条件

下，轧件与孔型接触的各处工作直径往往是不相同的。对于箱形孔可采用孔型的底部处的直

径为轧制直径。此时下较直径有如下关系：

Dsb=D-h

式中：。骸一下辐工作直径;

〃除一下辐孔型高度。

图1—13轧辑各处直径

如为对角的方形孔（图1—14）,孔型各处的工作直径不同，轧辑底部工作直径最小：而

槽口处工作直径为最大，在这种情况下，通常按平均工作直径来考虑。精确地计算平均工作

辐径对于正确地进行轧制速度、摩擦系数等参数的计算有重要作用。但在实际工作中为了计

算简便，平均工作直径采用孔型的平均高度进行近似计算。如下式：

式中：与一孔型平均高度;

A一孔型面积;

B一孔型宽度。

此时Dg=D—hp

图1—14方孔的轧辑直径

1.5.1.2压力

在开坯和型钢生产中，经常有目的的使上下轧辐直径不等.这种上下轧辐工作直径的差

值称之为“压力”，以示之。若上轧槽轧辐的工作直径。必,大于下轧槽轧辐工作直径

。明，称为''上压力"；反之，如下轧槽轧辐工作直径大于上轧槽轧辐工作直径，称为“下

压力”。

在生产中为了安全，要求轧件顺利平直地脱槽。当上下轧辐工作直直径相等时，轧件一

般能平直地队孔型中轧出。但由于各种原因会使轧件造成上弯或下弯，严重时其全会造成缠

根。因此，在向轧辐上配置孔型时.采用上下轧辑工作直径不等的办法，避免轧件任意弯曲，

而使轧件固定地向一方向弯曲，以控制轧件的走向，这就是为什么要采用“压力”的原因。

通常在型钢轧机正采用“上压力”并安装下卫板，以使轧件能贴着下卫板自孔型中平直

轧出。初轧机则多用“下压力”，它能减轻轧件前端对轧机第一个辐道的冲击，因为轧制断

面粗大的坯料不会发生缩短的危险。在轧制如工字钢、槽钢等异型钢材时，原则上当闭口腿

的轧槽车削在下或上短时，则采用“上”或“下”压力，以使轧件能顺利地脱离闭口轧槽而

不致产生缠辑。

配辐时采用一定的“压力”是必要的，是控制轧件出口方向保证轧制过程顺利进行的一

项措施。但是压力值太大对生产也是不利的。这是因为：1）辐径差使轧轻圆周速度不等，

导致轧辐与金属间产生滑动，并使轧件内部产生附加应力；，2）辐径差造了压下量分布不均，

使轧辐磨损也不均匀；3）短径差使轧钢机受到冲击，使相应的传动件如接轴、梅花套以及齿

轮等承受不同的扭矩而产生不均匀磨损，有时甚至会因此而扭断。

“压力”大小与孔型的用途有关。如“上压力”一般按轧辐直径大小选取。如对箱形孔

可取不大于辐径的3%；对其它开坯延伸孔取不大于辐径的1%：对成品孔应尽量取小值，

甚至可为零。

1.5.1.3轧短中线与轧制线

（1）轧辐中线等分上下两个轧辑轴线之间距离的等分线叫做轧辑中线，亦称为轧辐平

均线（图1-35）»

（2）轧制线配置孔则的基准线。配辐时孔型中性线和轧制线重合。显然，当采用“零

压力”时，即上下轧辐工作直径相同时，轧制线与轧辐中线重合，若采用“上压力”时，则

轧制线在轧辐中线的下方；当采用“下压力”时，轧制线则在轧短中线上方。

上轧幄水平粕核

当压力值已选定时，可按下列公式确定轧制线与轧辑中线之间的距离x。当采用上压

力”时，则,

M)gu=2Rl,u-2Rph

Rp”=4，+x

Rpb=Rp-x

由上述关系式代入后即可得到：2Rp“-2Rpb=AD?„=4x

AD,,,,

化简得：x=—"

4

上式说明：当采用“上压力”值为“时，轧制线应在轧辐中线下方距离为一丝处。

4

若采用“下压力”值为他时，轧制线在轧馄中线上方距离为z也处。

1.5.1.4孔型中性线

上下轧辐作用在轧件上的力对某一水平直线的力矩相等，此条水平直线称为孔型中性

线。确定孔型中性线的目的是为了配置轧根孔型。因为配辑时孔型中性线必须和轧制线重合,

使上下轧辐对轧件作用的力矩相等，使轧件出孔时能保持平直。

孔型中性线的确定由于孔型不同而有许多方法。对于轧制前后轧件断面形状上下均为对

称的，其孔型中性线就是它们的水平对称轴线，如箱形孔、菱形孔、椭圆孔、圆孔、方孔等:

对非对称形状的轧件如槽钢孔型等，应根据上下轧辐对其作用的力矩相等并使轧件平直出孔

的原则确定。由于影响上下轧辐作用于轧件使之力矩相等的因素较多，因而这类孔型中性线

的确定比较复杂。通常都采用简化的方法来确定这类孔型中性线。常用的办法有：

1）重心法。它是将通过孔型儿何形状面积重心的水平线作为孔型中性线。

2）面积相等法。孔型中性线是将孔型面积等分为上、下面部分的那条水平线（见图1-

16a)o

图1一16确定孔型中性线图示

a一面积相等法，b一周边重心法

3）平均高度法。此法认为孔型中性线是等分孔型平均高度的水平线。

4）轮廓线重心法。此法也称为周边重心法（见图1—16b）。此种求法认为，孔型中性线是

通过在两个轧辑上的孔型轮廓（也即轧槽）的两个重心之间等距离的地方的水平线。

孔型中性线的求法还有其它方法，一股都是根据实用、简便的原则选取。

1.5.1.5孔型配置的方法与步骤

孔型在轧制面垂直方向上的配置，一般按下列步骤进行

1）按轧辑原始辑径确定上下轧辑的轴线。

2）确定上下轧辐轴线间距的等分线，即轧辐中线。

3）在距轧辐中线％=空处画轧制线。此时应注意△。数值大小应根据需要确定；“压

4

力”的性质也要视孔型类别相实际情况解决。此外要注意“上压力”配置时轧制线在轧辑

中线之下；“下压力”配置时轧制线则在轧短中线之上；“零压力”时轧制线则与轧辐中线重

合。

4）按照上述方法确定孔型的中性线。

5）将孔型中性线和轧制线重台，以此为准按照已设计出的孔型确定孔型各处的轧辑直

径，画出轧辑图，并注明孔型各部分尺才。

6）进行校核，检查各部分尺寸是否正确。

1.5.2辐身长度方向上的配置

在轧辐辐身长度方向上配置孔型的原则是：有利于轧机产量的提高印产品质量的保证；

操作方便，便于实现机械化相自动化，有助于轧辐的充分利用，减少轧辐的消耗和储备等。

配置孔型要考虑的因素有：

1）成品孔和成品前孔应尽量争取单独配置，即不配置在同一架轧机的同一轧线上。以便

实观单独调整，保证成品质量。

2）分配到各架轧机上的轧制道次应力争使各架轧机轧制时间负荷均衡，以便获得较短的

轧制节奏，有利于提高轧机产量。

3）根据各个孔型磨损对成品质量影响程度不同，在轧辐上孔型配置数日也不相同。成品

孔应尽可能多配，成品前孔和再前孔根据条件和可能也应多配一些。这样做的另一好处是可

以减少换辐次数、减少轧辑储备数量，并能降低轧辐消耗。

4）轧辐相邻孔型间的凸台叫辐环，在轧辑长度方向上要留有足够的宽度，以保证辐环强

度和满足安装导卫和调整的要求。在满足了上述要求的条件下辐环宽度可适当减小。以便能

多安排孔型数目。铸铁辑环的宽度一般可考虑等于轧槽深度，而钢辐辐环可以小些。轧辐两

端的辐环宽度对于大中型轧机可取100mm以上，而对小型轧机一般在50〜100mm的范围

内选取。至于在孔型倾斜配置的情况下，还要考虑设置止推斜而辐环的要求。各类型钢轧机

两端辑环宽度如表1—2所示。图1—17为不同类型孔型的轧辐辐环配置图示。

图1—17孔型间距（辑环宽度）的确定

表1—2各类轧机边辐环宽度

轧机名称初轧机大型轧机三辐开坯机中小型轧机

边辑环宽度，mm250〜100>100〜150>60-15050〜100

习题与思考题

I.完整的孔型设计都包括哪些内容？

2.对孔型设计有哪些要求？

3.试述孔型设计的程序与应遵循的基本原则。

4.孔型与轧槽有什么区别，为什么轧辐之间要用辐缝？

5.孔型有哪些种类？

6.孔型的侧壁有哪些作用，其值如何表示？

7.为什么孔型要有内和外圆角?哪种孔型要用锁口，它有什么作用？

8.何谓轧机的名义直径、轧辑原始直径、轨辑工作直径和压力？

9.何谓轧辑中线、孔型中性线和轧制线?如何确定孔型的中性线？为什么要确定孔型的中

性线？

10.简述在轧制面垂直方向上孔型孔型的步骤。

11.箱形孔的槽底宽度为205mm,槽口宽度为235mm,轧槽深度为127mm,试求其孔

型的侧壁斜度？

12.试确定等边角钢100X100X10mm成品孔型中性线距其孔型顶点的距离。

13若己知轧辐的平均直径O„=850mm,辐缝为10mm,孔型的高度为200mm,下压力

为15mm,试确定上和下辑的工作直径与辐环直径？

14.若轧辐的名义直径为600mm,其轧辑重车率为10%,试求其最大和最小直径？

2延伸孔型系统

2.1延伸孔型系统及其特点

2.1.1延伸孔型系统

为了获得某种型钢，通常在成品孔和预轧孔之前有一定数量的延伸孔型或开坏孔型。延

伸孔型系统就是这些延伸孔型的组合。常见的延伸孔型系统有：箱形孔型系统；菱一方孔型

系统；菱一菱孔型系统；椭圆一方孔型系统；六角一方孔型系统；椭圆一圆孔型系统；椭圆

一椭圆孔型系统等。

孔型设计时究竟采用哪种孔型系统，这要根据具体的轧制条件（轧机型式、轧辑直径、

轧制速度、电机能力、轧机前后的辅助设备、原料尺寸、钢种、生产技术水平及操作习惯）

来确定。由于各种轧机的轧制条件不同，选用的孔型系统也不完全相同，也常采用由几种延

伸孔型系统组合的混合孔型系统，如在三辐开坯机上常采用箱形一菱方孔型系统，在小型轧

机上常采用箱形一六角一方一椭一方孔型系统。下面分别介绍各种延伸孔型系统的优缺点。

2.1.2箱形孔型系统（图2—1）

图2—1箱形孔型系统

2.1.2.1箱形孔型系统的特点

1）用改变辑缝的方法可以轧制多种尺寸不同的轧件，其共用性好。这样可以减少孔型数

量，减少换孔或换辑次数，提高轧机的作业率。

2）在轧件整个宽度上变形均匀，因此孔型磨损均匀.且变形能耗少。

3）轧件侧表面的氧化铁皮易于脱落，这对于改善轧件表面质量是有益的。

4）与相等断面面积的其它孔型相比，箱形孔型在轧辐上的切槽浅，轧辐强度较高，允许

采用较大的道次变形量。

5）轧件断面温度降较为均匀。

6）由于箱形孔型的结构持点，难以从箱形孔型轧出几何形状精确的轧件。

7）轧件在孔型中只能受两个方向的压缩，故轧件侧表面不易平宜，甚至出现皱纹

箱形孔型系统常有如图2—2所示的四种组成方式。

具体选用何种轧制方式，应根据设备条件相对产品的质量要求而定。为了保证产品质

量，在有翻钢设备的轧机上，应采用第1种和第2种轧制方式，尤其是使用经风铲清理后的

钢坯时，这两种轧制方式可避免沟痕形成（图2—3）的折迭。但在无翻钢设备或翻纲设备不能

每一j直次翻一次钢的条件下，可采用第3和第4轧制方式。采用这两种轧制方式既可以避

免人工翻钢，又可缩短轧制节奏时间，从而提高轧机的小时产量。因此这两种轧制方式，特

别是第3种轧制方式被广泛应用于三辑开坯机及中小型轧机的粗轧机上。

2.1.2.2箱形孔型系统的使用范围

由箱形孔型系统的特点可知，它适用于初轧机、大中型轧机的开坯机及小型或线材轧机

的粗轧机架。

采用箱形孔型轧制大型相中型断面时轧制稳定，轧制小型断面时稳定性较差。箱形孔型

轧制断面的大小取决轧机的大小。轧辐直径愈小，所能轧的断面规格也愈小。例如，在850mm

的轧辐上用箱形孔型轧制方断面的尺寸不应小于90mm；在辐径为650mm的轧辐上不应小

于60mm,在辐径为400mm和300mm的轧辑上不应小于56mm和45mm。

2.1.3菱一方孔型系统（图2—4）

2.1.3.I菱一方孔型系统的特点

1）能轧出几何形状正确的方形断面轧件。

>000

图2—2箱形孔型系统的组成方式

图2一3二次压下时沟痕形成折迭

1一沟痕；2一折迭

2）由于有中间方孔型，所以能从一套孔型中轧出不同规格的方形断面轧件。

3）用调整辑缝的方法，可以从同一个孔型中轧出几种相邻尺寸的方形断面轧件

4）孔型形状使轧件各面都受到良好的加工，变形基本均匀。

5）轧件在孔型中轧制稳定，所以对导板要求不严，有时可以完全不用导板。

6）与同等断面尺寸的箱形孔型相比，轧槽切入轧辐较深，影响轧辐强度。

7）在轧制过程中，角部金属冷却快，因此在轧制某些合金钢时易在轧件角部出现裂纹。

8）由于轧件的侧面紧贴在孔型侧壁上，所以当轧件表面有氧化铁皮时。将被轧入轧件表

面，影响轧件表面质量。

9）同一轧辑内的辐径差大，附加摩擦大，轧辑磨损不均匀。

图2一4菱一方孔型系统

2.1.3.2菱一方孔型系统的使用范围

根据菱一方孔型系统的特点，它可以做为延伸孔型，也可以用来轧制60X60-80X

80mm以下的方坯和方钢。当作延伸孔型使用时，最好接在箱形孔型之后。菱一方孔型系统

被广泛应用于钢坯连轧机、三辐开坯机、型钢轧机的粗轧和精轧道次。

2.1.4菱一菱孔型系统（图2—5）

1）在一套菱一菱孔型系统中，用翻90。的方法能轧出多种不同断面尺寸的轧件，在任

意一对孔型中皆能轧出方坯，如图2—6所示。这对于轧制多品种的旧式轧机是有利的。

人

图2—6在菱一菱孔型系统轧出相似方形轧件

2）利用菱一菱孔型系统可将方形断面由偶数道次过渡到奇数道次，如图2—7所示。

解。令令

图2—7菱形孔型在麦一方孔型系统中的作用

3）易于喂钢和咬入，故对导卫板要求不严。

4）菱一菱孔型系统除具有菱一方孔型系统的缺点外，还有在菱形孔型中轧出的方坯具有

明显的八边形（图2—6）.这对连续式加热炉的操作不利，钢坯在炉中运行时局产生翻炉事故

5）轧件在孔型中的稳定件较菱一方孔型为差。

6）延伸系数较小，很少超过1.3。

2.1.4.2菱一菱孔型系统的使电范围

菱一菱孔型系统主要用于中小型粗轧孔型。当产品品种规格较多时一个菱形孔内，往返

轧制一次就可以获得各种尺寸的中间方坯。另外要在奇数道次获得方坯，往往来用菱一菱系

统作为过渡孔型。

2.1.5椭圆一方孔型系统（图2—8）

2.1.5.1椭圆一方孔型系统的特点

图2—8椭圆一方孔型系统

1）延伸系数大。方轧件在椭圆孔型中的最大延伸系数可达2.4,椭圆件在方孔型中的延

伸系数可达1.8。因此，采用这种孔型系统可以减少轧制道次.提高轧制温度，减少能耗和轧

辐消耗。

2）没有固定不变的棱角，如图2—9所示，在轧制过程中棱边和侧边部位互相转换，因

此，轧件表面温度比较均匀。

3）轧件能在多方向上受到压缩（图2—9）,这对提高金属质量是有利的。

4）轧件在孔型中的稳定性较好。

5）不均匀变形严重.特别是方轧件在椭圆孔型中轧制时更甚。结果使及型磨损加决且不

均匀。

6）由丁仟椭圆孔型中延伸系数较方孔为大，放椭圆孔型比方孔型磨损快。若用于连轧机。

易破坏既定的连轧常数，从而使轧机调整困难。

2.1.5.2椭圆一方孔型系统的使用范围

由于椭圆一方孔型系统延伸系数大，所以它被广泛均于小型和线材轧机上做延伸孔型轧

制40X40〜75X75mm以下的轧件。

2.1.6六角一方孔型系统（图2—10）

2.1.6.1六角一方孔型系统的特点

图2—10六角一方孔型系统

六角一方孔型系统与椭圆一方孔型系统很相似，可以把六角孔型看成是变态的椭圆孔型

所以，六角一方孔型系统除具有椭圆一方孔型系统的优点外，还有以下优点：

1）变形比较均匀。

2）单位压力小（能耗小、轧辐磨损亦小）。

3）轧件在孔型中稳定性好。但六角孔型充满不良时，则易失去稳定性。

2.1.6.2六角一方孔型系统的使用范围

六角一方孔型系统被广泛应用于粗轧和毛轧机上，它所轧制的方件边长为17X17-50

X60mm之间。它常用在箱形孔型系统之后和椭圆一方孔之前，组成混合孔型系统，这样就

克服了小断面轧件在箱形7L型中轧制不稳定和大断面轧件在椭圆孔型中轧制有严重不均匀

变形的缺点。

2.1.7椭圆一立椭圆孔型系统（图3—11）

2.1.7.1椭圆一立椭圆孔型系统的特点

图2—11椭圆一立椭圆孔型系统

1）轧件变形和冷却较均匀。

2）轧件与孔型的接触线长，因而轧件展宽较小

3）轧件的表面缺陷如裂纹、折迭等较少。

4）轧槽切入轧辑较深。

5）孔型各处速度差较大，孔型磨损较快，电能消耗也因之增加

2.1.7.2椭圆一立椭圆孔型系统的应用范围

椭圆一立椭圆孔型系统主要用于轧制塑性极低的钢材。近来，由于连轧机的广泛使用，

持别是在水平辑机架与立辑机架交替布置的连轧机和45°轧机上，为了使轧件在机架间不

进行翻钢，以保证轧制过程的稳定和消除卡钢事故，因而椭圆一立椭圆孔型系统代替了椭圆

一方孔型系统被广泛地用于小型和线材连轧机上。

2.1.8椭圆一圆孔型系统（图2—12）

2.1.8.1椭圆一圆孔型系统的特点

图2—12椭圆一圆孔型系统

1）变形较均匀，轧制前后轧件的断面形状能平滑地过渡，可防止产生局部应力。

2）由于轧件没有明显的棱角，冷却比较均匀。轧制中有利于去除轧件表面的氧化铁皮。

3）在某些情况下，可由延伸孔型轧出成品因钢，因而可减少轧辐的数量和换辑次数。

4）延伸系数较小，一般不超过1.3〜14。由于延伸系数较小，有时会造成轧制道次增加。

5）椭圆件在孔型中轧制不稳定

6）轧件在圆孔型中易出耳子。

2.1.8.2椭圆一圆孔型系统的使用范围

尽管椭圆一圆孔型系统的延伸系数小，限制了它的应用范围。在某种情况下，如轧制优

质钢或高合金钢时，要获得质量好的产品是主要的，采用椭圆一圆孔型系统尽管产量低，成

本可能高些，但减少了梢整和次品串，经济上仍然是合理的。

除此之外，椭圆一因孔型系统还被广泛应用于小型和线材连轧精轧机组。

2.2延伸孔型的几何关系

为了构成延伸孔型，必须确定如下尺寸(图2—13)；孔型的高度”,和宽度8*,轧槽深

度”,和宽度星；孔型槽底因角半径r和辐环圆角半径八。除此之外，对于箱形孔型还需确

定槽底宽度B”；对于椭圆孔型还需确定轧槽半径R。在计算轧轨孔型时，有时还需要确定

孔型的周边长度W。上述孔型尺寸与其几何形状的关系如表2—1所示。

由于延伸孔型的形状简单，孔型相对轧制线是对称布置，所以轧槽深度为：

乩=(d-s)/2

式中S——辐缝，其值按表2—2选取。

表2—1简单形状孔型的尺寸及其几何关系

孔型形状公式与关系式

BL(0.93〜LOQ)B,,iBt=Bjh(Wj-S)tgp

8广例tgk(BA-BJ)/HL(BX-BJ)/2WX

箱形

r=-(0.10~0.]S)/fl,(0.8〜1.0)rjHh=~Bt/Hy*=0.5~2.5

况=6「&=1-3%(」一如)/an6B=(当一3)/(&一小)；IV-27/)/7

//]=nCl：H/=VTCi-0.83广

对用方形Bx=Bk—Sir=(0.l~0.2)g

ri合(0.WO.15)HMW=2Hl/T

a产BJH1=L点/2;Ci=&/2sMs/2

菱形H/=Hi—2rC-b1/a>2—1JjIiz=Bt-S*anr=(0.15〜0.2。)H\

ri』(0.10-0.15)Hi；即=2+以；a>=l-2.5

R=H\(1+a*2)/4s(Hi—S)JJ&w_11「1=(0.l~0.4>

vrii_*o

椭圆形

'田+a%=l.5~4.5

BN=BA-S。献;

圆形

n=(o.o8~o,io)由y-孔型的扩张角Jw=才d

BLBLH”尻=必<5,a^Bk/Ht

六角形r=r\^(0・15~0.4。)U\ia*—2.0~4.5

W=2(年+0.414闭)

4=82—//“<ttrcsin5/Hi)ir=^0,5H\

平椭圆形r(=(0.2~0.4)H11a£H1.8~3.0

WAHI+2(8i一曰i)

R=华(l+l/a|Z>:BL瓦—2R(1-cosarcsin]

立椭圆形

r=H=<0.10~0.15)a*=0,75〜0・85;J//F+等屈2

注：成品圆孔型的Y角与其直径关系如下：直径，mm,105~56,55~50,45~30,30~

10

Y角11°20',14—16°40',21°10',26°

35'

对于轧圆孔型Y角的角度值应增大2—4°

图2—13简单形状的孔型

a一箱形；b一方形；c一菱形；d一椭圆形；e一圆形;

f一六角形；g一平椭圆形；h一立椭圆形

表2—2辐缝值S

用不同轴承时的S值

轧机孔型

胶木瓦滚动和液体摩擦轴承

钢坯连轧机毛利(0.015-0.020)D(0.015〜0.020)D

精轧前和精轧(0.010〜0.015〉D(0.008-0.012)D

大型轧机开堤(0.025〜0.030)D(0.015〜0.025)D

毛坯(0.015〜0.020)D(0.010-0.014)D

精轧前和精轧(0.008〜0.010〉D(0.006〜0.007)D

,中型乳机开堤(0.010-0.018)D<0.008-0.016)D

毛轧(0.010-0,015)D(0.008〜。.012)D

精轧前和精轧(0.006〜0.008)D(0.005〜0,007)D

小型和线材轧机开坯<0.010-0.013)D<0,006-0.008)D

毛ft(0.005〜0,008)D(q003〜0.005)D

精轧前和精轧(d005〜0.008)D(0.002〜0.003)D

对于箱形孔型，轧槽深度取决于轧前轧件的轴比4=Ho/8o；当即<1.2时，可取

“;=0,外用平辑，如果为了夹持轧件，防止袖向窜动或使其圆角半径保持不变，也可取

=(0.2~0.3)H|；当4>12,并且在同一孔型轧制不同高度轧件时，取

Hz=(0.35~0.45)Wmin,其中"mh,为轧出轧件的最小厚度，当«0>2.0,并且不需要轧

制不同厚度的轧件时，轧槽深度按(2-1)式确定。

箱形孔型的侧壁斜度tan。取决于孔型的用途，轧制大坯料时精轧孔型取0.08~0.15；

开坯或毛轧孔型取0.20〜0.35；小型和线材轧机中间孔型取0.4〜0.5。根据轧辑直径和轧件

尺寸的大小，箱形孔型槽底凸度△(图2—13)可取0.5〜5mm。

比值为/84=生称为轧件在孔型中的夹持程度。当生＞1时，坯料进入轧根时，产生

孔型侧壁对坯料的扶持和侧压，由此改善了咬入条件和轧件在孔型中的稳定性。一般取生=

1.0-1.05,个别情况下，可取凡=1.3。

对非等轴孔型（高度和宽度不相等的孔型），孔型轴比小=线/和在其小轧出的轧

件的轴比%=用/"I是两个非常重要的参数。孔型的延伸能力在很大程度上与出有关。当

其它条件相同时、延伸系数随着血的增大而增大。但是，随着％的增大，轧件在下一个等

轴孔型中轧制时的稳定性变坏，它限制着知值的大小。各种孔型出值的选取范围见表2—1。