9延伸孔型设计 延伸孔型的作用是压缩轧件断面,为成形孔提供合乎要求的坯料。它对产品产量、质量有很大 影响,但对产品最后形状影响不大。常见的延伸孔型系统有:箱形孔型系统、菱一方孔型系统、菱 菱孔型系统、椭圆—方孔型系统、六角一方孔型系统、椭圆圆孔型系统和椭圆一立椭圆孔型系 统等。每种孔型系统具有各自的特点和适用范围,孔型设计时究竞采用哪种孔型系统要根据具体的 轧机型式、轧辊直径、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 平及操作习惯等确定 91延仲孔型系统 911箱形孔型系统 箱形孔型系统(图91),一般用于轧制大、中型断面产品。适用于初轧机、大中型轧机的开 坯机、连续式钢坯轧机、二或三辊开坯机、型钢轧机前几个延伸孔以及小型或线材轧机的粗轧机架 箱形孔型系统的主要优点:(1)在轧件整个宽度上变形均匀,速度差小,孔型磨损较均匀;(2) 孔型切入轧辊较浅,轧辊强度高,允许采用较大的道次变形量;(3)在同孔型内,通过调整上辊 可以得到多种厚度轧件,减少孔型数量,减少换孔或换辊次数,提高轧机作业率;(4)轧件表面氧 化铁皮容易脱落,稳定性也较奷(不易扭转);(5)轧件无尖锐棱角,轧件断面温降较均匀;(6)操 作方便,便于实现机械化操作。但是,由于箱形孔型的结构特点,孔型側壁斜度较大,不能从箱形 孔型中轧出几何形状精确的轧件,故不官用来轧制成品和断面尺寸较小的方坯;轧件在孔型中只能 受两个方向的压缩,轧件表面不易平直,甚至出现皱纹 常见箱形孔型系统组成方式如图91所示,应根据设备条件和对产品的质量要求选择轧制方式 轧件在箱形孔型中的延伸系数一般采用115~14,平均可取115~1.34。宽展系数B=0~045,不 同情况下β的取值范围如表91所示。 锡母母鲁 每母昔 母母昏 图92箱形孔型构成 令今 图91箱形孔型系统的组成方式 图93菱一方孔型系
表91轧件在箱形孔型中的宽展系数B 中、小型开坯机轧制钢锭或钢坯 型钢轧机轧制钢环 轧制条件 箱形孔型 宽展系数B 0~0.1 0.15~0.30 0.15~025 0.25~045 箱形孔分为立箱形孔型、方箱形孔型和矩形箱形孔型三种,其构成原则相同。如图92所示, 孔型尺寸确定如下: 孔型高度h等于轧后轧件的高度 孔型槽口宽度BB4=b+ 孔型槽底宽度bb=B-(0~6),mm 式中B→出孔型的轧件宽度;4—展宽余量,可取5m~12mm,或更大;B-来料宽度;或b= (101~-106)B。在确定b值时,最好使来料恰好与孔型槽底和两侧壁同时接触,或与接近孔型槽 底的两侧壁先接触,以保证轧件在孔型中轧制稳定。 孔型的侧壁斜度y或mφ一般采用10%~25%,个别情况可取30%或更大。在初轧机和开坯机 上有时采用双斜度箱形孔型。此孔型梄底处的侧壁斜度小于槽口处。优点是改善咬入条件,使轧件 进入孔型时稳定,并且给轧件宽展留有较大的余地 内外圆角半径R和r通常取R=(0.1-02;r=(0.05~0.15 凸度∫采用凸度的目的是为使轧件在辊道上行进时稳定,避免轧件左右倾倒,同时也给轧件翻钢 后在下一个孔型中轧制时多留一些展宽余量,防止轧件出“耳子”凸度f的大小应视轧机及其轧制 条件而定,如在初轧机上f值可取5m~10m:在三辊开坯机上/值可取2 mm;一般按轧 制顺序,前面孔型中的∫值取大些,最后孔型无凸度。凸度的构成有三种式(图92),即折线 形、弧线形和直线形。后者的平直段b根据孔型宽度B的大小,可取30mm-80m,在开坯机上 的前儿个孔型中可用有平直段的凸度,对于防止产生“耳子”比弧线形为好。在后几个孔型中可采 用弧线形或折线形的凸度,或从前到后都用后两者。 912菱方孔型系统 菱一方孔型系统(图9-3)既可作为延伸孔型,也可用来轧制60×60mm~-80×80m以下方 形断面成品。当作延伸孔型使用时,最好接在箱形孔型之后。菱一方孔型系统被厂广泛应用于钢坯连 轧机、三辊开坯机、型钢轧机的粗轧和精轧道次。 菱—一方孔型系统的主要优点:(1)能得到形状和尺寸精确的方形術面;(2)可通过孔型系统内 中间方形孔型轧出不同尺寸方钢或方坯,也可在同一方孔形中依靠调整轧辊的方法,得到尺寸相邻 近的方形轧件,满足多规格要求,节约换辊时间,减少轧辊储备量;(3)调整和操作方便,孔型对 轧件夹持力大,轧件容易咬入,轧制稳定,并简化了导卫板的制造,也便于导卫的安装和调整;(4) 菱一方孔型系统可以使用较大延伸系数;(5)轧件各个面能得到良好加工,预防或减轻侧面产生裂 纹,故表面质量好。但是,与同样尺寸箱形孔比较,轧辊切槽较深,降低了轧辊强度;沿孔型宽度 方向辊径差和速度差较大,孔型容易磨损;轧件的角部位置固定,四角冷却较快,轧制过程中, 易在此处形成裂纹等缺陷;去除氧化铁皮能力较差。 在菱一方孔型系统中,无论是菱形孔还是方型孔,金属沿宽度方向变形都是不均匀的,最大变 形量发生在孔型垂直中线上,往两边逐渐卜降。一对菱、方孔型延伸系数与菱形孔顶角a成正比, μ大则a也应大。但是α过大,轧件在菱形孔内不稳定,当α>100°时,轧件在菱形孔中的稳定 97
第二篇型材生产及孔型设计 性逐渐下降,在其后的方形孔中轧件稳定性也会减少;当α<98°时,轧件在孔型内稳定性较好, 但孔型延伸系数很小,使轧制道次增加。一般常用菱形孔的顶角α=90°~120°,当顶角α较大 时,可采用小顶角圆弧半径,以增加稳定性。通常一对菱一方孔平均延伸系统μ=1.2~-14,最大 可达1.6,在相邻二孔中,菱孔的延伸大于方孔的延伸。方形断面轧件在菱形孔型中延伸系数山取 决于菱形孔型宽高比bh和宽展系数月1;菱形在方孔型中延伸系数取决于菱形件宽高比b和在 方孔型中宽展系数B。方断面轧件在菱形孔型中宽展系数B=0.3-0.5:菱形断面轧件在方孔型中 宽展系数B=02-04 方轧件在菱形孔型中轧制时,方形和菱形轧件的尺寸如图94所示。即: b=1414+(0414-6)=0+B)414-h:;h=141a-B(b-141a)=114+B)-b 图95菱形孔型构成 菱形孔型构成如图α5所示,孔型主要尺寸h和b确定之后,其它尺寸可按下式计算: hk= h-21 R=(0.1~0.2)h (0.1~0.35 方形孔型的构成如图96所示,方轧件边长a确定后,其它尺寸可按下式计算: h=(14~14);b=(41-142k;h=h-0.828R;bh=b-s; R=(01-02);r=(0-0.35;s≈0.:F=a2-0.86R2 图96方形孔型构成 图97菱菱孔型系统 913菱菱孔型系统 菱菱孔型系统(图97)主要用于中小型粗轧孔型。当产品品种规格较多时,可以在任一个 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,轧制系统中有时要在奇数道次获 得方坯,采用菱一菱系统作为过渡孔型。 菱_菱孔型系统优点:(1)用翻∞°的方法能轧出不同断面尺寸轧件,任意一对孔型皆能轧出 方坯;(2)可将方形断面由偶数道次过渡到奇数道次,易于喂钢和咬入,对导板要求不严。但是, 除具有菱一方孔型系统缺点外,在菱形孔型中轧出的方坯具有明显八边形,钢坯在加热炉中运行时 易产生翻炉事故;轧件稳定性较差;延伸系数较小。 菱菱孔型系统宽展系数=0.2~035;延伸系数主要由孔型顶角α决定,生产中一般采用α 7°~110°,延伸系数常用=125~1.45 菱—菱孔型系统根据内接圆直径或边长的关系进行设计(图98)。相邻两个菱形內接圆直径 98
的关系如表92所示。相邻菱形边长之间的关系如表93所示。 菱形孔型构成可按菱一方孔型系统中菱形构成方法,也可按万能菱形孔型构成,如图99所 示,各孔型内接圆直径或边长及顶角确定后,可按如下方法确定其他尺寸: 扩张段长度MM(0.3~04)D或M=(0.3~04)A 扩张角O=30°~40°,通常用=30° 侧壁圆弧半径;r=1.0-2.0)D或r=(1.0~20)A 其他尺寸R=(0.15~02)D或R=(015~02)A;r=(0.050.1)h;s=(0.12~016)D或 s=(0.12~0.16)A 表92相邻两个菱形内接圆直径的关系 直径关系 开坯机 型钢轧机的开坯孔型 精轧机 邻两个菱形内接圆直径之比Da 1.08~1.2 0=14105-14 相邻两个菱形内接圆直径之差D-dm 8~15 6~12 表93相邻两个菱形边长关系 关系 坯机 型钢轧机的开坯孔型 精轧机 l.08~1.2 l.08~1.17 1.05~1.17 相邻菱形边长之比Aam 8~15 图98菱形内接员直径和边长 图9-9菱形或万能菱形孔型构成 914椭圆一方孔型系统 椭圆—一方孔型系统(图9-10)延伸系数较大,能以较少轧制道次将轧件断面压缩到较小尺寸, 所以在小型和线材轧机上应用较广。一般用其他孔型系统把坯料轧成40×40~75×75mm以后再开 始用椭圆一方孔型系统 椭圆一方孔形系统优点:(1)方轧件在椭圆孔型中的最大延伸系数可达24,椭园件在方孔型 中延伸系数可达18,因此,采用这种孔型系统可以减少轧制道次,提高轧制温度,在实现快速变形 的同时降低了能耗和轧辊消耗。此外,减少了工作机架数日和轧机前后操作设备数量,减少了操作 人员,降低了成本;(2)轧制角部位置经常变化,没冇固定不变的棱角,使轧件得到均匀冷却,保 证断面温度均匀,有利于获得均匀组织产品;(3)轧件在多方向受到压缩,对提高产品质量有利 (4)轧件容易咬入,轧制稳定,易于操作和调整,导板安装简便。但是,轧件在方孔和椭圆孔內沿 宽度方向变形很不均匀,导致槽孔磨损快,影响钢材质量;由于在椭圆孔型中延伸系数较方孔大, 故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。 椭圆件在方孔中宽展系数603-06,常采用B产03-05。方件在椭圆孔中宽展系数与方件 边长之间的关系如表94所示。椭圆一方孔型系统常用延仲系数及相邻方件边长差与其边长的关系 如表95、96所示 99
第二篇型材生产及孔型设计 图9-10椭圆一方孔型系统 图9-11椭圆孔型的构成 表94方件在椭圆孔型中宽展系数与其边 方件边长mm 9-14 14~20 20~30 30~40 09~14 0.7~1 0.55~09 表95常用延伸系数 欄圆一方孔型系统的平均延伸系数方件在椭园孔型中的延伸系数椭圆件在方孔型中的延伸 1.25~16 1.7~22 1.25~1.8 2424 表96相邻方件边长差与其边长关系 方件边长 9-14 20~30 30--40 边长差m 1.5~2 2.5~4.0 5~10 椭圆孔型的构成如图911:孔型宽度B=(1.088-1.11)b,b椭圆轧件的宽度,相当于 孔型的充满程度δ=bB=09~0.92,一般以δ=0.85~09为好;辊缝s=(0.2~03)h;椭圆孔 (h-s)2+B2 型的圆弧半径R=-41-5) 椭圆轧件断面面积近似为F=2(b-s+sb;外圆角半径 =(0 915六角一方孔型系统 六角一方孔型系统(图9-12)广泛应用于小型和线材轧机的粗轧机上,轧制方件边长为17× 17~60×60mm之间。常用在箱形孔型系统之后和椭國—方孔型系统之前,组成混合孔型系统。在 轧制小型钢材和线材时,用它代替椭圆一方孔型系统效果特别好 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)轧件在孔型内变形 比较均匀:(2)单位压力小,能耗小,轧辊磨损也小;(3)轧件在孔型中稳定性好。但是,无升降 设备和使用撬棒、夹钳操作的轧钢车间,采用此系统时送钢较费劲。 该孔型系统最突出的优点是变形均匀,延伸系数大,=1.35~1.8,常用14-1.65。且方进六 角孔时,以必须大于14,否则六角孔将充不满。此外,在轧制过程中,轧件角部位置经常变换, 轧件冷却均匀。六角形轧件在方孔內轧制时延仲不均匀,导致轧件边缘部分延伸比中间大,因而引 起强迫宽展。但由于侧壁斜度的限制,宽展量容易控制。为了使方坯进入六角孔时变形均匀,孔型 对方坯不产生侧压,必须使槽底宽度近似等于方坯边长。同时为使六角孔两侧充满良好,必须采用 较大的压下量。因此,在六角一方孔型系统内轧制轧件断面大小有一定范围。有时因轧机能力小, 不能采用较大的延伸系数,可以在六角孔前加一个平箱孔,进行预轧或增大进坯圆角,以放大进坯 尺寸范围。六角一方孔型系统中宽展系数、延伸系数如表97、表98所示。 六角孔型构成如图914所示,A为来料边长,h和b为轧件轧后的高度和宽度。根据六角孔 型的充满程度bBk=0.95~0:85来确定Bk;a≤90°;s=(0.2~0.3)h;R=(0.3~0.6)h;R0= (04~0.5)h;R的确定原则是使孔型槽底的两侧圆弧和槽底同时与来料接触。方孔型的构成与椭 圆一方孔型系统相同 100一