华北理工孔型设计课件02孔型的组成及各部分的功用

孔型的组成及各部分的功用

孔型组成：辊缝、侧壁斜度、圆角、锁口及辊环等。孔型的组成及各部分的功用

(1)辊缝定义：辊环；辊缝；辊跳辊缝的作用：①轧辊空转时，防止两轧辊辊环间发生接触摩擦。辊缝s=轧辊空转时上下辊环间的缝隙L+辊跳值c②简化轧机调整。③在不改变辊径的条件下，增大辊缝可减少轧槽切入深度，相应地增加了轧辊强度，增加轧辊重车次数，延长轧辊使用寿命。孔型的组成及各部分的功用

辊缝的作用：④在开坯孔型中使用较大的辊缝，可用调整辊缝的办法，从同一个孔型中轧出断面尺寸不同的轧件，减少换辊次数，提高了轧机作业率。

辊缝值的大小取决于机架构造、轧制压力的大小以及孔型的用途。对于延伸孔型，在不影响轧件断面形状和轧制稳定性的条件下，辊缝值愈大愈好。在接近成品孔型的几个孔型中，其辊缝值不能太大，否则就会影响轧件的断面形状。当轧制异型断面型钢时，辊缝值不应大于孔型的最小高度，以便保护轧槽。辊缝值应大于轧机的弹跳值。（列表和经验关系式）孔型的组成及各部分的功用

(2)孔型侧壁斜度定义：孔型侧壁斜度表示方法：①用百分数表示（角度的正切值）。②用角度ψ表示。孔型的组成及各部分的功用

孔型侧壁斜度的作用：①能使轧件易于正确地进入孔型。②使轧件易于脱槽，减少缠辊事故。③重车轧辊时可减少车削量，延长轧辊的使用寿命。（用图说明）。④当轧制异型断面型钢时，孔型侧壁斜度愈大，允许的变形量亦愈大，甚至可以减少轧制道次，不仅可以节约轧辊，而且可以减少电能消耗。⑤用大侧壁斜度的孔型，如大斜度的箱形孔型，通过控制轧件在孔型中的充满度，可轧出宽度尺寸不同的轧件。孔型的组成及各部分的功用

(3)孔型圆角定义：孔型的圆角；内圆角R；外圆角r孔型内圆角的作用：可防止轧件因角部急剧冷却而产生角部裂纹和孔型磨损不均；可使孔型角部应力集中减小，增加轧辊强度；给轧件在下一孔型的宽展留有余地。例如通过改变菱形、方形孔型内圆角半径R的数值，可以改变轧件在孔型中的变形量和在下一孔型中的充满程度，这样就可以给轧件在下一孔型内的宽展留有余地。初设计孔型时，孔型内圆角半径R应取大些，因为内圆角半径R在轧辊重车时可由大变小，而由小改大则比较困难。成品孔型的内圆角半径R取决于成品断面的标准要求。孔型的组成及各部分的功用

孔型外圆角的作用：待讲

①当轧件进入孔型不正时，外圆角能防止轧件的一侧受辊环切割，即防止刮铁丝的现象发生；②保证轧件在孔型中过充满不大的情况下形成钝而厚的“耳子”，使“耳子”处避免有尖锐的折线，因而轧件入下一孔型内继续轧制时不会形成折迭；③对于异型断面孔型，增大外圆角半径r可使轧辊的应力集少减小，从而增加轧辊的强度。在轧制某些简单断面型钢时，其成品孔型的外圆角半径可取小些，甚至为零。孔型的组成及各部分的功用

(4)锁口定义：锁口孔型在轧辊上的配置

(1)孔型沿辊身长度方向的配置(轧制面上水平方向)1)原则：①尽量使轧件在各机架中的轧制时间均衡，以充分发挥轧机的生产能力。(前面机架轧件短，多配置一些孔型，后面依次递减)②应保证成品孔的单独调整。(成品孔型与成品前孔型不配置在同一机架的轧辊上，或同一机架的同一轧制线上)③留有备用孔型。(备用孔型以成品孔型为最多，前几道次距离成品孔型较远，可不用备用孔型)孔型在轧辊上的配置

2)辊环宽度的确定根据辊环在轧辊上所处的位置不同，辊环可分为端辊环和中间辊环两种（图示；作用）。辊环宽度确定原则（尽可能窄，以便多配置孔型，过窄易折断）：①根据辊环强度确定辊环宽度。辊环强度取决于轧辊的材质和轧槽的深度。②考虑导卫装置的安装与调整方便。③端辊环的宽度是根据生产经验确定的（表）。孔型在轧辊上的配置

(2)孔型在轧制面上垂直方向的配置定义：轧辊名义直径；原始直径（推导轧辊最大和最小直径）孔型在轧辊上的配置

(2)孔型在轧制面上垂直方向的配置定义：辊环直径（辊身直径）；工作直径（轧制直径）孔型在轧辊上的配置

(2)孔型在轧制面上垂直方向的配置定义：上压力；下压力使用压力轧制的目的：控制轧件出口的弯曲方向。“压力”的利弊：利：可以控制轧件出口的弯曲方向。弊：由于上下表面层的轧制速度差，导致轧件内部产生附加应力，加速上、下辊轧槽的磨损。因此在条件允许的情况下，应尽量不采用或者尽可能减少“压力”。应用：初轧机－下压力：减轻轧件冲击辊道孔型在轧辊上的配置

(2)孔型在轧制面上垂直方向的配置定义：平均直径；轧辊中线；轧制线采用压力轧制时，轧制线与轧辊中线的相对位置关系不同。当采用“上压力”值为⊿Dgu时，轧制线应位于轧辊中线下方的⊿Dgu/4处，同理，当采用“下压力”值为⊿Dgb时，轧制线应位于轧辊中线上方的⊿Dgb/4处。孔型在轧辊上的配置

(2)孔型在轧制面上垂直方向的配置定义：孔型中性线确定孔型中性线的目的：在于按照把断面孔型图上的孔型中性线在任何情况下都与配辊图上的轧制线相重合的原则，把设计好的断面孔型正确地确定在轧辊上。孔型中性线的确定方法：①对于上、下辊轧槽对称的开口孔型，其水平对称轴就是该孔型的中性线。孔型在轧辊上的配置

(2)孔型在轧制面上垂直方向的配置孔型中性线的确定方法：②对于上、下辊轧槽非对称的孔型，孔型中性线的确定受很多因素影响。a.平分高度法b.面积等分法c.测量法d.悬垂重心法孔型在轧辊上的配置

(2)孔型在轧制面上垂直方向的配置孔型在轧制面垂直方向配置的步骤①根据轧辊的原始直径，画出上、下轧辊的轴心线，使它们之间的距离等于两轧辊原始直径之和的二分之一，即等于平均原始直径。②在与两轧辊轴心线等距离处画一平行于两轴心线的一条直线，即画出轧辊中线。③在距轧辊中线x=⊿Dg／4处画轧制线。此时要注意根据轧机条件和工艺要求确定是否采用“压力”轧制及采用何种“压力”轧制。当采用“零压力”轧制时，轧制线与轧辊中线重台；当采用“上压力”轧制时，轧制线在轧辊中线之下；采用“下压力”轧制时，轧制线位于轧辊中线之上。

④确定孔型中性线。

⑤使孔型中性线与轧制线重台，画孔型，把孔型配置在轧辊上。

⑥计算辊环直径Dh和孔型各处的工作直径，注明孔型各部分尺寸，画出轧辊图。2.3菱－方孔型系统2.3.1菱－方孔型系统的特点；2.3.2菱－方孔型系统的应用范围；2.3.3轧件在菱－方孔型系统中的变形系数；2.3.4稳定性指标；2.3.5孔型的构成与计算。2.3.1菱－方孔型系统的特点

菱－方孔型系统

①尺寸好--能轧出角部形状正确，四边平直的方形断面轧件和成品方钢；

②多种尺寸产品--由于在该孔型系统中有较多的中间方孔型，所以能在同一套孔型系统中的许多个中间孔型中轧出几种不同尺寸的方坯或方钢；

③

相近尺寸--可以在同一个方孔型中，采用调整辊缝大小的方法，轧出几种尺寸相近的方轧件。由于菱－方孔型系统满足了多规格的要求，所以它比箱形孔型更为优越，既可减少换辊次数，又能减少轧辊的储备量（图示）；2.3.1菱－方孔型系统的特点

④稳定性--孔型对轧件的夹持力大，从而使孔型侧壁由于对轧件的挤压所产生的侧向摩擦力亦大，这既利于改善轧件的咬入条件，又增加了轧件在孔型中的稳定性，因而对导卫装置的安装与调整的要求并不严格，对于工人操作较为方便；

⑤加工条件好－轧件在菱—方孔型系统中同时受到四个方向的压缩加工，有利于改善金属内部组织，并能防止轧件头部及表面开裂；2.3.1菱－方孔型系统的特点

⑥强度弱--与相同面积的箱形孔型比较，菱形和方形孔的轧辊切槽较深，因而削弱了轧辊的强度，故该孔型系统不适用于轧制大断面的轧件；

⑦磨损不均--沿孔型宽度方向各处的轧辊工作直径差异较大（图示），因此孔型侧壁上各点线速座差亦较大，而沿轧件宽度方向上各处仍按相同的速度轧出，这就造成金属和孔型间产生相对滑动，从而引起了轧件与孔型的附加摩擦，这种附加摩擦造成能耗大，孔型磨损加快而且不均匀；

2.3.1菱－方孔型系统的特点⑧变形不均--在菱－方孔型系统轧制时，角部的冷却速度比其它地方的快，易出现冷却裂纹。由于最大绝对压下量和最大延伸系数都发生在孔型中间的顶角部位，并且延孔型宽度从中间向两边急剧下降，因此，轧件角部易出现拉裂，尤其是在轧制某些合金钢时更容易产生角部裂纹；

⑨表面不佳--在轧制过程中，出于轧件的四面同时都能得到压缩，因此轧件表面的氧化铁皮不易脱落，对产品表面质量有一定影响。2.3.1菱－方孔型系统的特点

菱－方孔型系统既可以作为延伸孔型压缩轧件断面，又可以用来轧制成品方钢。它适用于钢坯连轧机、三辊开坯机以及中小型轧机轧制断面尺寸为l00mmxl00mm以下的方坯和方钢。在要求产品有精确的方形断面形状时，一般都采用菱—方孔型系统。菱—方孔型所能解决的主要问题是四面得到良好的加工和得到断面形状较正确的方坯和方钢，因此它应适用于箱形孔型之后，而不宜于用在开始的道次。2.3.2菱－方孔型系统的应用范围

(1)宽展系数β

方断面轧件在菱形孔型中轧制时的宽展系数βla）计算法

b）查图法

c）按生产经验选取菱形断面轧件在方孔型中轧制时的宽展系数βfa）计算法

b）查图法

c）按生产经验选取2.3.3轧件在菱－方孔型系统中的变形系数

(2)延伸系数μ①方轧件在菱形孔型中的延伸系数μl2.3.3轧件在菱－方孔型系统中的变形系数

βl＝导出：

b＝1.41A+βl(1.41A-h)=(1+βl)1.41A-βlh整理上式：2.3.3轧件在菱－方孔型系统中的变形系数

2.3.3轧件在菱－方孔型系统中的变形系数

②菱形轧件在方孔型中轧制时的延伸系数μf2.3.3轧件在菱－方孔型系统中的变形系数

菱形轧件尺寸的确定2.3.3轧件在菱－方孔型系统中的变形系数

在方形孔轧制时，宽度变为高度。2.3.3轧件在菱－方孔型系统中的变形系数

μf取决于菱形轧件的宽高比b/h和在下一方型孔中的宽展系数βf。当菱形轧件的宽高比b/h一定时，在方形孔型中的宽展系数愈大，则延伸系数愈小；当展宽指数一定时，菱形轧件的宽高比b／h愈大，则延伸系数愈大（成正比）。菱—方孔型系统的延伸系数与菱形孔的顶角成正比。顶角愈大，则其延伸系数也愈大，顶角愈小，则其延伸系数愈小。 因此，为了增大菱－方孔型系统的延伸系数，可增大菱形孔顶角。但不能过大。顶角增大，稳定性变坏。（稳定性靠孔型侧壁挟持作用获得）。（α-90°）愈小，稳定性愈好，但延伸系数小。顶角大于120°时，用导卫。顶角小于98°，效率低。∴选择介于98°和120°之间为佳。2.3.3轧件在菱－方孔型系统中的变形系数

③菱—方孔型系统中方孔至方孔之间延伸系数的关系

菱－方孔型系统中方－方之间的延伸系数与前一个方孔中的轧件尺寸和中间菱形孔顶角有关。前一方孔型轧件尺寸大，则菱形顶角小。

菱形孔与方形孔延伸系数不等，一般方形孔的延伸系数要比前一菱形孔中的延伸系数小，即μf<μl。（2-17,2-18图示说明，用公式表示延伸系数的比值）

2.3.3轧件在菱－方孔型系统中的变形系数

2.3.4稳定性指标对于横列式型钢轧机对于连轧机当轧件轴比大于允许的轧件轴比，即大于稳定性指标时，轧件在孔型中处于不稳定状态，应修改有关参数，使轧件轴比小于稳定性指标。2.3.5孔型的构成与计算（1）菱形孔型的构成与计算（笔记画图）①菱形孔顶角；②上下轧槽侧壁夹角；③孔型高度和宽度；④内圆角半径，外圆角半径，辊缝；⑤孔型的面积。

2.3.5孔型的构成与计算（2）方形孔的构成与计算（按笔记画图）①孔型的构成高度；②孔型的构成宽度；③孔型高度和宽度；④辊缝；⑤内圆角半径，外圆角半径；⑥孔型面积。2.4椭圆－方孔型系统2.4.1椭圆－方孔型系统的特点;2.4.2椭圆—方孔型系统的应用范围;2.4.3椭圆—方孔型系统的变形系数;2.4.4稳定性指标;2.4.5椭圆－方孔型的构成与设计。2.4.1椭圆－方孔型系统的特点

①延伸系数大（具体延伸系数）；

②轧件周边各部位冷却均匀，不易产生冷却裂纹（角度和弧边位置交替变换，图说明）；

③有利于改善金属的内部组织，提高钢材质量（说明）；

④轧件在孔型中较为稳定（轧件自动找正，简化导卫装置的安装，并且有利于操作）；

⑤不均匀变形严重是椭圆－方孔型系统较突出的一个缺点（图示说明）；

⑥不适用于作连轧机的延伸孔型；

⑦对入口导卫装置的安装要求较为严格。2.4.1椭圆－方孔型系统的特点

椭圆—方孔型系统适用于做小型和线材轧机的延伸孔型。在一般的情况下，首先是用其它延伸孔型把轧件的边长压缩到40一75mm以后，再应用椭圆—方孔型系统以较少的轧制道次迅速地将轧件断面压缩到所要求的尺寸，然后轧件进入精轧孔型系统轧制出小型材和线材。2.4.2椭圆—方孔型系统的应用范围

椭圆－方孔型系统的宽展系数（1）经验法椭圆轧件在方孔型中的宽展系数βf＝0.3～0.6,一般为0.3～0.5

方轧件在椭圆孔型中的宽展系数βt与方轧件的边长尺寸的大小有关（见书上表）。2.4.3椭圆—方孔型系统的变形系数（2）计算法按平均压下量（轧前轧件平均高度减去轧后轧件平均高度）计算的宽展系数βpa）方轧件在椭圆孔型中的宽展系数（可做成图说明关系）

b）椭圆轧件在方孔型中的宽展系数2.4.3椭圆—方孔型系统的变形系数（2）椭圆－方孔型系统的延伸系数

①方轧件在椭圆孔型中的延伸系数（解释公式）2.4.3椭圆—方孔型系统的变形系数2.4.3椭圆—方孔型系统的变形系数式中为去掉四角中的圆角与尖角之间面积之和后的方轧件断面面积。方轧件在椭圆孔型中延伸系数取决于b/h和2.4.3椭圆—方孔型系统的变形系数根据上式绘图，可知方轧件在椭圆孔型中的延伸系数与宽高比成正比。为了增大延伸系数，可采用增大轴比（宽高比）的措施。但轴比不能太大，太大时，孔型接近于平辊，孔型无法限制宽度。一般不大于3，取2~2.6。列表给出不同断面尺寸的方轧件在椭圆孔中的宽展系数，延伸系数和轴比的关系。②椭圆轧件在方形孔中的延伸系数（平均高度法）详细推导通过表2-4和图2-30对比：椭圆轧件在方形孔中的延伸系数和方轧件在椭圆孔中的延伸系数，前者一般要小（3）延伸系数的比值在一般的轧制中，轧件在相邻两个孔型中的后一个方孔型中的延伸系数与其前一椭圆孔型中的延伸系数的比值e为：

e=0.3~0.9列表给出延伸系数范围。两种方法确定大方轧件边长：①边长比；②边长差

2.4.3椭圆—方孔型系统的变形系数

2.4.4稳定性指标

轧件在椭圆－方孔型系统中轧制时稳定性指标为:

对于横列式轧机：

对于连轧机：

2.4.5椭圆－方孔型的构成与设计

①方孔型的构成与设计

②椭圆孔型的构成与设计2.5六角—方孔型系统2.5.1六角—方孔型系统的特点;2.5.2应用范围;2.5.3变形系数；2.5.4稳定性指标;2.5.5孔型的构成与设计。2.5.1六角—方孔型系统的特点

与椭圆－方相似

①在轧件断面宽度上绝对压下量基本均匀，各部分金属基本同时变形，金属的附加流动小，从而轧制能耗和孔型的不均磨损小；

②轧件在轧辊入口处的夹板之间及咬入时的状态较为稳定，简化了导卫装置的安装调整；

③延伸系数大，变形效率高；

④六角孔型比相同面积的椭圆孔型轧槽浅，相应提高了轧辊强度；

⑤只有当延伸系数大于1.4时，轧件才能在六角—方孔型系统中的六角孔型中充满，因此轧件在六角孔型中容易充不满。这样，从该孔型中轧出来的六角形轧件进入下一个方孔型中轧制时也就容易失去稳定性。2.5.1六角—方孔型系统的特点

六角—方孔型系统—般广泛地应用于小型和线材轧机的毛轧机或毛轧机组上。所轧制的方轧件边长a＝l5～55mm。大于55mmx55mm的方轧件多在箱形系统和菱—方孔型系统中轧制，小于15mmx15mm的方轧件多用椭圆—方孔型系统。因此六角—方孔型系统常在箱形孔型系统、菱—方孔型系统之后和椭圆—方孔型系统之前。它一般都和其它孔型系统混和使用。2.5.2应用范围2.5.3变形系数

(1)宽展系数β

六角—方孔型系统比椭圆—方孔型系统变形均匀。这样方轧件在六角孔型中和六角形轧件方形孔型中的宽展系数均相应地比方轧件在椭圆孔型中和椭圆轧件在方形孔型中略小一些。（列表）

(2)延伸系数与边长比六角形轧件进入方孔型中变形时，沿轧件宽度方向各处绝对压下量是均匀的，压下率边部比中间部分大，即轧件边部的延伸比中间部分大。轧件在六角－方孔型系统中的方孔型中的延伸系数比在椭圆－方孔型系统中的方孔型中的延伸系数大。相邻两方轧件的边长比为η＝A/a(轧件尺寸，延伸系数列表)。2.5.4稳定性指标

轧件在六角－方孔型系统中的稳定性指标为：对于横列式轧机：对于连轧机：2.5.5孔型的构成与设计（1）方孔型的构成与设计六角－方孔型系统中的方孔型构成及设计与椭圆－方孔型系统中的方孔型构成与设计相同。（2）六角孔型的构成及设计

2.5.5孔型的构成与设计

①孔型高度：孔型高度等于从六角孔型中轧出轧件的高度；（绘孔型图）

②孔型槽底宽度：

a）当bk＜A时，方轧件断面的四个角部先与孔型侧壁接触，沿轧件断面宽度方向上的四角处压下量稍大于中心部分，这将造成咬入初期的稍许强迫宽展；

b）当bk＝A时，方轧件进入六角孔型时同时接触孔型的槽底与侧壁，孔型侧壁稍有限制轧件自由宽展和夹持轧件的作用，保证了轧件在孔型中的稳定性；

c）当bk＞A时，在刚开始咬入时，轧件只与槽底接触，侧壁不能夹持轧件，轧件在孔型中不够稳定，并容易产生孔型充填不满的现象。

因此尽量使bk＝A或者bk稍小于A。经几何关系推导可求出bk表达式。

③孔型槽口宽度；

④孔型侧壁斜度；

⑤内圆角半径；

⑥外圆角半径；

⑦辊缝。

2.5.5孔型的构成与设计2.6椭圆—立椭圆孔型系统2.6.1椭圆—立椭圆孔型系统的特点;2.6.2应用范围;2.6.3变形系数；2.6.4稳定性指标;2.6.5孔型尺寸及构成。

2.6.1椭圆—立椭圆孔型系统的特点

椭圆－立椭圆孔型系统

①轧件变形较均匀，无论是椭圆件还是立椭圆件，整个断面均无尖角部位，故冷却均匀；

②轧件与孔型的接触线长，因而轧件宽展小；

③轧件的表面缺陷，如裂纹、折迭等较少；

④轧槽切入轧辊较深，相应地降低了轧辊强度和使用寿命；

⑤孔型各处的速度差较大，孔型的磨损快，电能消耗也因之增加。2.6.1椭圆—立椭圆孔型系统的特点2.6.2应用范围

椭圆—立椭圆孔型系统主要用于轧制低塑性的钢材。近来，由于连轧机的广泛使用，特别是在水平辊机架与立辊机架交替配置的连轧机以及45度轧机上，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，因而在现代连轧机上，这种孔型系统已经取代了椭圆—方、菱—方孔型系统被广泛地用于小型和线材连轧机上。2.6.3变形系数宽展系数①按孔型垂直轴端点处压下量计算的宽展系数β轧件在立椭圆孔型中的宽展系数βl＝0.3-0.4轧件在平椭圆孔型中的宽展系数βt＝0.5-0.6②按平均压下量计算的宽展系数βp轧件在平椭圆孔型中的宽展系数βptb1－进平椭圆孔型中的立椭圆件的高度；D－轧辊名义直径；Δhp－轧件在平椭圆孔型中的平均压下量；μt－轧件在平椭圆孔型中的延伸系数。2.6.3变形系数

椭圆件在立椭圆孔型中的宽展系数βpl

轧件在立椭圆孔型中的延伸系数；立椭圆孔型的高度；

D

轧辊的名义直径；轧件在立椭圆孔型中的平均压下量.2.6.3变形系数

延伸系数

椭圆—立椭圆孔型系统的延伸系数主要取决于平椭圆孔型的宽高比bk／hk，其比值为1.8~1.35时，平均延伸系数为1.15~1.34。轧件在平椭圆孔型中的延伸系数ut＝1.15~1.55，一般用ut=1.11~1.34。轧件在立椭圆孔型中的延伸系数为ul＝1.16~1.45，一般用ul＝1.16~1.27。2.6.4稳定性指标

轧件在椭圆－立椭圆孔型系统中的稳定性指标为：对于横列式轧机：

对于连轧机：

2.6.5孔型尺寸及其构成（1）平椭圆孔型尺寸及构成

平椭圆孔型尺寸及其构成与椭圆件的尺寸关系同椭圆—方孔型系统中的椭圆孔型尺寸及其构成与椭圆件的尺寸关系一样。（2）立椭圆孔型尺寸及构成

立椭圆孔型的高宽比Hk/Bk为1.04~1.35，一般为1.2。立椭圆孔型的构成方法有两种（绘图）

:

立椭圆孔型的高度与轧出轧件的高度相等，其宽度等于1.055-1.1倍的轧出轧件的宽度。立椭圆孔型的弧形侧壁半径可取R1=(0.7～1.0)Bk，R2＝(0.2～0.25)R1；外圆角半径r＝(0.5～0.75)R2，辊缝

s=(0.1