华北理工孔型设计讲义05H型钢孔型设计

第五章H型钢孔型设计H型钢工字钢H型钢主要用于工程，厂房设备，机械设备，桥梁，高速公路，民房等；机械性能和物理性能好，牢固，节约能源和环保的效果。H型钢是一种经济型断面钢材，广泛用于工业、建筑、桥梁、石油钻井平台等方面，据预测2005年我国H型钢需求量约250万吨，2010年需求量500万吨，但目前我国H型钢年生产能力为120万吨，市场需求量非常巨大。H型钢分类及特点

热轧H型钢分类

热轧H型钢按照其翼缘宽窄类型分为以下三类：我国热轧H型钢国标（GB/T11263-1998）。宽翼缘H型钢（HK）；窄翼缘H型钢（HZ）；H型钢桩（HU）。目前为（GB/T11263-2005）。H型钢分为四类，其代号如下：宽翼缘H型钢HW(W为Wide英文字头)；中翼缘H型钢HM(M为Middle英文字头)；窄翼缘H型钢HN(N为Narrow英文字头)；薄壁H型钢HT(T为Thin英文字头)。其表示方法为：高度H×宽度B×腹板厚度t1×翼板厚度t2，如H型钢Q235、SS400200×200×8×12表示为高200mm宽200mm腹板厚度8mm，翼板厚度12mm的宽翼缘H型钢，其牌号为Q235或SS400。H型钢优点

H型钢截面形状经济合理，力学性能好，轧制时截面上各点延伸较均匀、内应力小，与普通工字钢比较，具有截面模数大、重量轻、节省金属的优点，可使建筑结构减轻30-40%；又因其腿内外侧平行，腿端是直角，拼装组合成构件，可节约焊接、铆接工作量达25%。常用于要求承截能力大，截面稳定性好的大型建筑（如厂房、高层建筑等），以及桥梁、船舶、起重运输机械、设备基础、支架、基础桩等。H型钢与工字钢的性能比较

工字钢翼缘是变截面，靠腹板部厚，外部薄；H型钢的翼缘是等截面。工字钢性能比较

工字钢的用途相当于HN型钢。

1、工字型钢不论是普通型还是轻型的，由于截面尺寸均相对较高、较窄，故对截面两个主轴的惯性矩相差较大，因此，一般仅能直接用于在其腹板平面内受弯的构件或将其组成格构式受力构件。对轴心受压构件或在垂直于腹板平面还有弯曲的构件均不宜采用，这就使其在应用范围上有着很大的局限。

2、H型钢属于高效经济截面型材(其它还有冷弯薄壁型钢、压型钢板等)，由于截面形状合理，它们能使钢材更高地发挥效能，提高承载能力。不同于普通工字型的是H型钢的翼缘进行了加宽，且内、外表面通常是平行的，这样可便于用高强度螺栓和其他构件连接。其尺寸构成合理系列，型号齐全，便于设计选用。3、H型钢的翼缘都是等厚度的，有轧制截面，也有由3块板焊接组成的组合截面。工字钢都是轧制截面，由于生产工艺差，翼缘内边有1：10坡度。Ｈ型钢的轧制不同于普通工字钢仅用一套水平轧辊，由于其翼缘较宽且无斜度(或斜度很小)，故须增设一组立式轧辊同时进行辊轧，因此，其轧制工艺和设备都比普通轧机复杂。国内可生产的最大轧制H型钢高度为800ｍｍ，超过了只能是焊接组合截面。H型钢轧制方式H型钢主要是用四辊孔型，上下两个水平辊左右两个立辊，或称为万能孔型，以及二辊孔型(轧边孔型)轧制。根据所轧H型钢的规格、生产能力和生产条件的不同，可分为以下轧制方法。一般的可逆式轧法(1)开坯-UE-Uf轧法：即先将钢锭或钢坯轧成万能机架U所需的轧件断面形状和尺寸，再在U机架与轧边机架E组成的双机架连轧机组中，进行多道次往复轧制，最后在成品万能机架Uf中轧制一道次后得出成品H型钢。这种轧法适用于中小型的H型钢和生产能力不高的轧钢车间。(2)开坯轧法：这种轧法是将开坯后的轧件，先在双机架连轧机组往复轧制,再在双机架往复轧制，最后在成品机架轧一道次。这种轧法适用于轧制大规格的H型钢和生产能力较高的轧钢车间。2.串列式可逆轧法串列式可逆轧法的特点是开坯后的轧件，先在UEU三机架组成的连轧机组往复轧制，最后在Uf机架轧一道次出成品。在这种轧法中还有开坯-UEU-UEUf轧法，即开坯后，先在UEU三机架中可逆连轧3道次以上，最后在UEUf三机架连轧中轧1道次出成品。这种串列式轧法可减少轧制道次，提高轧机生产能力。3.紧凑式可逆连轧—X-H轧法X-H轧法的特点是成品万能机架Uf与UE机架组成连轧机组，在UEUf中进行往复轧制，再在其中进行UEUf连轧一道次出成品，为提高生产能力或轧较大规格的H型钢，也可先在第一组三机架往复连轧，再在第二组机架中往复连轧。4.连轧方式连轧法的特点是开坯后的轧件在组成的连轧机组中连轧，即用多个万能机架与轧边机，在每个机架中仅轧1道次。H型钢孔型设计H型钢生产方式如图4-74所示，首先在二辊切深孔型中轧制出工字形异形坏(图4-47a),然后在万能机架和轧边机上进行多道次轧制。轧出“X”形轧件(图4-47b),最后在万能精轧机上轧出H型钢。从图4-47中可以看出，在轧制H型钢的过程中使用两类孔型，异形坯和轧边在二辊轧机上进行，其孔型属二辊孔型，而H钢的主要变形量在四辊万能轧机上进行，属四辊万能H型钢孔型。故H型钢的孔型设计分为二辊孔型设计和四辊H型钢孔型设计两部分。二辊孔型设计方法如前所述。本节主要讨论四辊H型钢孔型设计。四辊H型钢轧机孔型设计包括两部分。辊型设计和压下规程设计。成品孔型设计水平辊宽度式中—轧件高度冷尺寸；—翼缘厚度冷尺寸；—轧件腹板高度方向上的正偏差；—轧件翼缘厚度方向公差尺寸；—热膨胀系数=1.012~1.013。水平辊孔底宽式中—侧壁斜角；—水平辊高度。侧壁斜角范围为，多为，值越大翼缘厚度差异越大。当翼缘宽度大于250mm时，取水平辊圆角半径与成品圆弧尺寸相同。水平辊高度。式中—轧件翼缘宽度；—轧件腰部厚度。立辊圆角半径取5mm。立辊高度。万能粗轧机孔型四辊万能轧机目前大多由和构成，孔型设计分别设计和。和的侧壁斜角为，立辊侧壁斜角为，其圆弧半径。其他参数如下表。万能粗轧机轧辊名称水平辊立辊宽度圆角半径高度孔底宽高度圆角半径轧边机孔型设计轧边机示意图平辊槽深为：式中—轧件翼缘宽度；—轧件腰部厚度；—主要用于防止轧制时轧件与轧辊辊身接触，为了便于调整，一般调整余量设定为5~7mm。侧壁斜度取万能孔型侧壁斜度，轧边机孔型的槽底斜面应与侧壁成夹角。槽底斜面角度比UR的侧壁斜角大。平辊底宽：平辊宽度：平辊圆角半径与相应的万能粗轧机平辊圆角半径相同。为避免水平辊与轧件腰部接触，有时将轧边机孔型的上下水平辊车成如图虚线部分。其。二辊开坯机孔型设计进万能孔型前的开坯机最终道次形状设计，根据万能轧机平均延伸系数与总轧制道次n，可求出总的延伸系数（相对腹板而言）：由此可求得该道次的腹板翼缘厚度：式中，平均延伸系数可根据H型钢腹板高度h取1.15~1.33(大规格取下限，小规格取上限)。通常，内侧壁斜度取10%~25%，外侧壁斜度取5%~15%，从而可求得该道次腹板总高度H；翼缘高度万能轧机压下规程设计UEU机组压下规程制定时，一般应使翼缘压下系数大于腰部压下系数，精轧机UF的压下系数可取1.05~1.1，其余道次可取1.1~1.5。轧件在U孔型中轧制时，轧件的边高会有变化，轧件边部在U孔中轧制时的增长量为自然增长量与强迫增长量之和。从U1到U3道次时，轧件边部的为：式中—翼缘轧前厚度与轧后厚度，；—翼缘