华北理工孔型设计讲义07导卫装置设计

第七章导卫装置设计导卫装置的作用轧制任何断面形状的型钢，几乎在所有孔型的入口和出口，都要安装导卫装置(诱导装置或称轧辊辅件)，其目的是使轧件按照所要求的状态进出孔型，保证轧件按规定的变形条件进行轧制。导卫装置的设计和使用是否得当，直接影响到产品的质量和轧机的生产能力；尽管孔型设计合理，如果导卫装置的设计或使用不当，也轧不出合格的成品，并可能造成刮切轧件、挤钢、缠辊，甚至产生断辊或更严重的设备及入身事故。导卫装置设计得好，调整得当，可以弥补孔型设计的不足，如轧制角钢、Z字钢、槽钢，当它边长不合格时，则可通过调整导卫装置来调整，对某些其他产品，导卫装置也可起到类似的作用。导卫装置通常包括横梁、导板、卫板、夹板、导板箱、托板、扭转导板、扭转辊、围盘、导管和其他诱导、夹持轧件或使轧件在孔型以外产生既定变形和扭转等的各种装置。横梁横梁(导板梁)，它是固定导卫装置用的，常见的横梁的断面形状如REF_Ref278386314图7-1所示。横梁的断面尺寸一般是根据横梁的长度确定。横梁厚度为其长度的十分之一，横梁宽度约为其厚度的三分之二。横梁两侧面的斜度以1：6较好，此外上横梁也有用矩形断面的。横梁不仅要有足够的强度，而且要能在牌坊中固定牢固和装卸方便；导卫装置在横梁上的固定也要保证牢固和装卸方便。安装在机架中的横梁必须保持水平，上下方向的位置也要恰当。若横梁位置不对，它会影响固定在横梁上的导卫装置的位置也不正确，因此横梁位置将随轧辊直径的变化而作必要的改变。机架上安装横梁的槽，以及横梁的断面形状和尺寸，应该是固定不变的，因而横梁距轧辊轴心联线（即横梁距轧制面的距离）也应该是不变的，REF_Ref278386317图7-2所示的、和是不变的。和分别为上、下横梁内侧边距轧制面的距离，它们是设计导卫装置所依据的尺寸。卫板卫板亦称辊刀或导垫。使用卫板的目的，是防止轧件出孔型时产生向上或向下弯曲或缠辊。卫板安装在出口方向的横梁上，其固定方式如REF_Ref278386320图7-3所示。下卫板安装在下横梁上。上卫板常用弹簧或重锤吊挂在上横梁上。（REF_Ref278386320图7-3a和b）是分别用于非可逆和可逆转的轧机上的卫板。在某些开坯机上，由于轧件断而较大，卫板也较大，为了不使卫板磨损孔型，同时也使卫板本身不被轧辊磨损．因此采用图6-4所示的固定方式。其特点是在横梁前加小横梁，卫板前端与孔型槽底有一定的间隙。卫板的尺寸如图6-5所示。卫板的上表面应低于孔型槽底5~10mm，其前尖应低于卫板上表面5~l0mm。卫板应与横梁上表面的后边呈线接触，横梁上表面的前边与卫板有5~10mm的间隙，以保证卫板靠自重或弹簧或重锤使其前端(前尖)永保持与孔型槽底相接触。图STYLEREFu正文1级标题\n7-SEQ图\*Arabic\r11常用横梁的断面形状图STYLEREFu正文1级标题\n7-SEQ图\*Arabic\n2横梁与轧辊的相对位置图STYLEREFu正文1级标题\n7-SEQ图\*Arabic\n3卫板的固定方式卫板的前尖圆弧半径r＝20~50mm，而N＝30~100mm，＝20~70mm，＝20~80mm。这些尺寸根据轧机的大小而定，小轧机取数据的下限，大轧机取数据的上限。尺寸M应略大于橡梁上表面宽度；尺寸H应考虑装卸轻便，也要考虑卫板的使用寿命。卫板的厚度h是根据强度要求按经验数据确定的，h≥20~50mm，对于大轧机当卫板宽度小时，h值应取大些，反之h可取小些。小轧机的卫板厚度h可取小些。卫板与孔型槽底接触弧长视卫板的宽窄而定，宽者其接触弧可短些，窄者其接弧长应长些。卫板的前端宽度B应比孔型槽底宽度略小些。有的开坯机箱形孔型中的卫板(图6-6)，其中间部分不与孔型槽底中部的凸度接触，以便在使用中稳定。图6-4某开坯机卫板的固定方式图6-5卫板尺寸的确定图6-6开坯机器箱形孔型中的卫板图6-7卫板厚度的确定在型钢轧机上，尤其是在开坯机上，常有许多个孔型(图6-7)，中辊与下辊之间有1，3，5，7，9和11孔。各孔的轧辊工作半径分别为，，，，和。若其中以为最小，就要首先确定第3孔的卫板厚度h3(h3≥20~50mm)；根据h3确定出口下横梁上表面距下轧辊轴线的距离mm。其他各孔的卫板厚度以Hb为基准而分别定出。对卫板材质的要求是可断而不可弯，因此一般采用钢5锻成。轧制异型钢或孔型槽底非平直者，其卫板前端与轧槽接触部分应与轧榴的形状相适应，有时卫板的上表面形状也要与轧件的形状相适应，但在可能的条件下，尽量采用宽度方向平直的工作表面。各种孔型使用卫板的情况，如图6-8所示。图6-8各种孔型使用卫板的情况导板使用导板的目的，是在左右方向保证轧件正直地进出孔型。导板的设计(图6-9)是先画出轧辊的圆心，与的距离为，为轧辊的原始直径。根据卫板设计中定出的出口横梁位置和，以和为圆心，以Rh十画出圆弧。Rh为辊环半径，取15~20mm。导板不与辊环接触，导板前端与轧辊中心线的间距为C，在有效地引导轧件的前提下，C值可取大些。为了保证导板在横梁上固定牢固，E值一般不小于横梁厚度的一半。F值应以导板尾部有足够的强度，以免被折断为准，其值视轧机的大小而定，通常取40~120mm。M值等于横梁宽度加楔铁顶部宽度减去4~6mm。导板的高度H应超过孔型上槽底，出口导板的高度H等于出口轧件高度加上下卫板的厚度h，再加上20~40mm。导板的斜面尺寸P、N和、，应根据轧机的大小和导板的长度和宽度而定，尽可能取大些。导板的宽度B，主要根据导板在横梁上能否固定牢固来确定。为了使导板共用性大些，既可做为左侧导板，又能做为右侧导板，可在导板的两侧都做成斜面。若仅用做单侧导板，则只在导板的一侧做出斜面。为了减轻导板的重量以便装卸，可将导板做成如图6-10的形式。其特点是将与固定无关的部分减薄，为此也有用钢板焊接而成的导板。图6-10轻便的单面导板轧制某些型钢时(如角钢)，有时需采用带台的入口导板(如图6-11)，以保证轧件：确地进入孔型。这种导板为减轻重量，也可以用钢板焊接成台，如图6-12所示。图6-11带台的导板图6-12焊台的导板入口导板与出口导板的差别，表现为入口横梁的位置应比出口横梁的位置略低一些，导板上的斜面在轧件入口部位；其他要求和设计方法与出口导板相同。在轧辊孔型比较固定的轧机上，有时还采用死导板，或仅左右两块导板做成一个整体，或几个孔型的导板做成一个整体。其设计原则和方法仍如前所述。固定导板的螺栓尺寸，因轧机的大小而定，一般对轧辊直径为250～300，350～500，600～800mm的轧机，螺校直径分别为15，25和40mm。图6-13夹板的尺寸夹板亦称小瓦，其作用是将出入孔型不稳定、易倾倒的轧件，保持其稳定的状态。常用的夹板如图6-13所示。O与为轧辊的中心，D0为两轧辊的中心距，其值等于轧辊原始直径，Rh为辊环半径，及为辊环与夹板间的间隙，L为夹板的总长，B为夹板的厚度，r为夹板的前尖半径，H为夹板的高度，C和G为凸台的高度和厚度，R为入口椭圆轧件的圆弧半径，b为夹板的槽深，Q为斜面尺寸，为夹板的直线段长度，加G为斜面的长度。在设计夹板时，应根据轧机的大小，按表6-1选取有关的尺寸。工作面的尺寸，根据所诱导的轧件尺寸而定，若为椭圆件：（mm）表6-1夹板尺寸与辊径的关系直线段主要取决于轧件的大小。轧件断面大，取长一些；轧件断面小，取短—些，一般取80～130mm，也有用大于200mm者。在能扶正轧件的条件下，越短越好，因过长，会使轧件进入孔型困难；过短，则难以扶正轧件。为了可靠地扶正和夹持轧件，并为提高夹板的使用寿命，在可能的条件下，应使夹板的工作面与轧件呈四点接触，即夹板工作面的中间做成小槽(图6-14)。也有的夹板如图6-15所示，其特点是用上凸台和侧向凸台，使夹板固定在导板箱中，这种夹板的设计方法及尺寸关系同前。图6-14有小槽的夹板图6-15小夹板夹板一般是用冷硬铸铁制成，为了提高夹板的使用寿命，也可用镀铬或钨钢等耐磨材料制成。图6-13中的尺寸为设计导板箱的依据，根据已有的导板箱设计夹板，也需尺寸导板箱(导板盒)它是用来安装夹板的，同时也借助它来调整夹板。常见的导板箱如图6-16所示。导板箱实际上就是将左右面块入口导板，用上盖和底板连在一起而构成的。导板箱两侧的设计方法与入口导板一样，仅在立端有三个螺孔，用以穿过螺栓来固定和调整夹板在导板箱中的位置和所处的状态。上盖后端距轧辊中心线的距离应与图6-13中的相同，在上盖上的两个螺孔，是用以穿过螺栓从上面固定夹板的。图6-16导板箱的尺寸设计导板箱的主要尺寸及相互关系为：(H为图6-13所示夹板的高度)；+(5~l0)mml，h3＝(15~20)mm；h4＝2d(d为固定螺栓直径)，当用图6-18所示的导板箱时，h4按此数据选取，当用其他形式的导板箱时，h4值可取小些，h5＝(40-60)mm或更大些，或按设计导板的数据；h6之值应略大于图6-13中所示的C值，卯为导板箱内宽度，其值应为W＝2B+z+(20-50)mm，其中B为图6-13中所示的夹板厚度，z为两夹板之间的间隙，20-50mm为宽度余量，因为导板箱常为共用的，因此它应适于几种规格轧件的夹板，因此也要求夹板在左右方向有一定的调整余量。图6-17焊接的导板箱图6-18小导板箱根据轧件的大小不同和使用习惯，除图6-16所示，用于轧大规格轧件的导板箱之外，还有(图6-17)用钢板焊接的导板箱，以及图6-18所示的小导板箱。导板相的形式虽然是多种多样的，但其设计的原则都是相同的。围盘围盘装置的作用是使轧件在各孔型之间，或在各机架之间，进行自动传递和自动翻钢。使用围盘操作的好处甚多，它能代替笨重的体力劳动，并提高轧制速度，显著地缩短间隙时间，从而提高轧机的生产能力，使轧件温度明显提高，降低电能和轧辊消耗等。在横列式小型和线树轧机上，使用围盘较为普遍，围盘的种类根据用途和构造可分为立围盘和平围盘两种。立围盘是在同一机架上下轧制线各孔型之间传递轧件的装置，用于传递断面尺寸较大的轧件，大部分用在三辊式小型轧机的粗轧机架上；乎围盘是在两个机架之间传递轧件的装置，通常用于传递断面尺寸为40×40mm以下的轧件，多用于小型轧机和线材轧机的中轧和精轧机列上。围盘和平围盘都有反和正之分。正围盘是指在传递轧件过程中．使轧件翻钢45°的围盘装置；而反围盘是指在传递轧件过程中，使轧件翻90°围盘装置。根据同时传递轧件根数的不同，又分为单槽、双档和四槽围盘。此外还有交叉传递轧件的交叉围盘。不论正和反、平或立、多槽或单槽或交叉因盘，都是由入口导卫装置a，盘体b和出口导卫装置c三部分组成，见图6-19所示。围盘出口的导卫装置正围盘的出口导卫装置(图6-20)，它包括框架a和出口导管b、垫铁d和楔铁d，用螺栓e将框架a固定在横梁f上。当轧制断面较大的轧件时，则用卫板来代替导管，其卫板和导管的设计原则，与前述的导板和卫板的设计原则相同。图6-19图盘装置图6-20平围盘的出口装置反围盘的出口导卫装置(图6-21)，它由二节嘴子a、扭转导管b、框架c、垫块d和楔块e组成。图6-21反围盘的出口导卫装置图6-22二节嘴子二节嘴子起卫板的作用，其主要尺寸如图6-22所示。D0为轧辊原始直径，Rh为辊环半径；Rg为轧辊工作半径；a为画二节嘴子时，半径Rh和Rg的圆心距轧辊轴心O和的间距，一般为10~20mm：hk为孔型高度h＝hk+(5~10)mm；上为二节嘴子的长度，一般为120~180mm；R为二节嘴子工作面的圆弧半径，常取R＝Rk+(2.5~5)mm，其中的Rk为孔型的圆弧半径；t＝5~10mm，，d2＝d1-（10～20）mm；l＝30~50mm。要求二节嘴子的前端与轧辊孔型紧密接触，其接触部分与轧槽形状相同。二节嘴子的材质可以为铸铁或锻钢，其工作表面要光滑。扭转导管的作用是将轧件扭转一定的角度，其扭转角度要根据具体情况面定，理论上的扭转角度为：式中：——二节嘴子出口到扭转导管的距离；——二节嘴子出口经扭转导管、围盘到下一个孔型的入口导卫装置的总长。理论上的扭转角，K为大于l的系数。的原因是轧件断面与导槽断面有差异所致，如图6-23所示。因此轧件实际的扭转角度不可能等于，其差值的大小与扭转导管断面，和轧件断面之间隙差成正比；此外还由于轧件虽然在热状态下，但它在出扭转导管之后仍有一定的弹性恢复。图6-23轧件尺寸与导槽尺寸差图6-24扭转导管的设计扭转导管的设计如图6-24所示，其主要尺寸为扭转导管长度L＝300~500mm，必须与二节嘴子和框架相配合，当扭转导管安装后，其尾端只少露出管子框架30mm左右；扭转导管与二节嘴子的接头处尺寸、和必须与二节嘴子相配合；d3须大于二节嘴子出口的最大尺寸，取d3＝-（5~15）mm；扭转导管的孔高h＝hz+(3~5)mm，其中hz为轧件厚度；孔宽B＝bz+(5~10)mm，其中bz为轧件宽度；孔中圆弧半径只应与椭圆孔型的半径相适应。扭转导管内孔的形式有圆—椭圆锥形的、螺旋线形的和直斜线形的。其中以圆—椭圆锥形的为最好，其特点是扭转导管与二节嘴子接触端是圆形，而出口端为椭圆形，出口端对入口端没有权转角度，中间部分是圆形到椭圆形的过渡，轧件的扭转是靠安装时将出口端对轧辊孔型的水平线扭转一定角度。它的制造简单，使轧件的扭转变形也较为均匀。在设计和使用扭转导管时，必须注意扭转方向(图6-25)。应该使轧件由内墙向外墙扭转。因为这样阻力小，轧件的长轴一端支承在盘体导槽上，而另一端则为悬空的自由端，它可以在盘体跑槽中边行走边扭转。否则轧件长轴两端都受有前进方向的阻力，这样对轧件扭转不利。图6-25扭转导管的扭转方向盘体盘体是围盘的主要组成部分，它可用整体铸造，钢板焊接，或用钢管弯曲后开口而成。正围盘主要是用于传递方轧件的，其盘体构造简单，工作可靠。盘体导槽的曲率半径一般采用一个就够了(图6-26)。其主要尺寸如下，L为两个机架的中心距；L1为围盘入口端的直线段，它是为防止轧件易于跳槽所需的，当轧件断而大、轧制速度较低和机架间距较小时，l1可取小些，通常取l1＝(1.5~2.0)D0。，其中D0为轧辊名义直径；l2为围盘出口端的直线段，为使围盘与入口导卫装置配合均称，可取l2＝(0.8~1.2)D0，或取200~400mm，其长度主要根据入口喇叭嘴子的长短来确定。反围盘它的盘体要能在传递轧件的同时使轧件翻转90°和扭转，盘体一般由两个以上的圆弧组成(图6-27)故要求较高。为了保证轧件顺利弯曲尺寸L＝R1+R2；R1＝(1.2~1.5)R2；l1＝(1.5-2.0)D0；l2＝(0.8~1.2)D0。图6-26正围盘的盘体图6-27反围盘的盘体尺寸图6-28入口喇叭嘴子的型式和尺寸为了保证轧件在盘体内行进不致于穿出槽外，导槽的外侧壁在盘体中部向内倾斜70°左右，其他部位外侧壁的倾斜度，从入口端的90°过渡到中部的70°，然后再由中部的70°过渡到出口端的90°。入口导卫装置围盘的入口导卫装置包括有入口喇叭嘴子、夹板和导板箱。入口喇叭嘴子如图6-28a所示，其形式有两种，如图6-28b和c所示。形式b的上面和两侧是倾斜的，下面是平直的，它适用于由上向下传递轧件的上开口正围盘，形式c的四面都是倾斜的，它适用于由下至上传递轧件的上开口反围盘。因为前者使轧件头部与盘底接触前进，而后者使轧件头部拾起前进，能减少冲击力量。现厂多采用形式c，因为形式b当辊径变化时，在安装和调整时难以使其底面保持水平状态。喇叭嘴子如图6-28a所示，其长度人一般应用范围为500~1200mm，长度不易太短，因为太短就会增加轧件的冲击力，使轧件容易跳套，对更换轧揩也不利。用较长的喇叭嘴子是合理的，这样可在一定范围内更换孔型而不必移动围盘。喇叭嘴子L的确定(图6-29)：－（20～30）mm式中：L1——围盘导槽到轧机中心的距离；L2——夹板外端到轧机中心的距离，而且S2＞S1。喇叭嘴子出口端的宽度b和高度h(图6-28)，以及形状应适合轧件形状并很好地同入口夹板相配合。宽度b要小于夹板宽度，大于最大轧件厚度，其高度h要大于最大轧件宽度的1.5倍。出口端外侧尺寸要与入口夹板尺寸配合设计。入口端高度对于正、反围盘要求各有不同。正围盘喇叭嘴子入口端高度比外墙高，应大于外墙高度的1-2倍。反围盘喇叭嘴子入口端高度，必须高出围盘压板的高度，或大于围盘封闭部分出口端的高度。入口端的宽度，对于平槽正围盘，其值不应小于导槽宽度与导槽外侧的喇叭口宽度之和；对于多槽正、反围盘，除考虑上述问题之外，还必须考虑到导槽之间的距离，要能保证几个喇叭嘴子都能安放得下。喇叭嘴子可用钢板焊接而成，或者采用铸造成型，为制造简便而多采用焊接制成。使用围盘时所用的入口导板、夹板或导板箱的型式，及其设计方法与前述相同，但要求与轧件接触的工作表面的加工精度要高些，工作表面更光洁些，导板或夹板的入口处的开口即喇叭口要更大些．以保证轧件能顺利无阻地进入孔型。滚动导卫装置为了提高型钢的表面质量和提高轧机的生产能力，在先进的轧机亡，都尽量使用滚动导卫装置，来代替前述的各种滑动接触的导卫装置。不论在粗轧或精轧机上，使用滚动导卫装置都日益增多。实践证明，使用滚动导卫装置对于产品质量，减少导卫的消耗，以及轧机生产能力的提高等，都有良好的效果。图6-29喇叭嘴子长度的确定滚动入口导卫装置滚动入口导卫装置如图6-30所示，由导板箱1、夹板7、辊架3和4以及小辊5所组成。其导板箱和夹板的设计与前述的相类似。在这种滚动导卫装置中的小辊辊型和前述夹板工作面的设计方法相同。设计这种导卫装置的关键是小辊轴承的润滑和冷却，其轴承有采用滚动轴承的，也有采用胶木轴承的。滚动出口导卫装置滚动出口导卫装置，在导板和卫板的末端装有小辊，以达到滚动接触的目的可使小辊对轧件起着翻转作用，这种出口导卫装置(图6-31)的小辊还可以转动所需的扭角，达到使轧件进入下一机架前所要求的翻钢角度。扭转辊某些连续式钢坯轧机、小型和线材轧机，其翻钢工序常使用权转辊。图6-31所示的滚动出口导卫装置也是扭转辊的一种型式，它用于小断面的轧件；对于大断面的轧件则需使扭转辊支承牢固，因而做成出口导板箱的形式，它安装在横梁上(图6-33)；也有的把扭转辊安装在机架出口侧的牌坊上。扭转辊一般皆为从动辊，它的转动是依靠轧件的摩擦力。扭转辊对轧件扭转的角度，取决于轧辊轴线到扭转辊轴线的距离l、两机架间的距离L，以及后一机架的入口导卫装置到后一机架轴线的间距l1，如图6-23所示。当使轧件进入下一机架要求扭转90°角时，则扭转辊需使轧件扭转α角，即当l1＝0时，即后一机架无入口导卫装置时，则。图6-30滚动的入口导卫装置图6-31滚动的出口导卫装置在后一机架咬入轧件时，要求轧件完成90°角的翻钢，因而扭转辊的扭角不应当根据L来确定，因为轧件前端进入下一机架被轧辊咬入时，其前端并没有到达轧辊轴线，而是相差一个咬入弧。因此精确计算α角可按下式：式中R——后一机架轧辊的工作半径；——轧件在后一机架中的压下量当需要改变扭转角度时，则可调整扭转辊的辊缝。减小辊缝可使扭转角加大；反之可使扭转角减小。在设计扭转辊的孔型时，应考虑断面孔型设计所用的孔型系统．孔型与出孔型轧件的断面形状和尺寸。先根据前一机架的孔型形状和尺寸，考虑充满度画出前一机架的轧件断面形状，然后根据