偏平变断面轧件的轧辊孔型设计方法

D0I:10.13374/j.issm1001-053x.1979.02.005 北京钢铁学院学报 1979年第2期 偏平变断面轧件的轧辊孔型设计方法 北京钢铁学院金属压力加工教研室 袁从述 摘 要 偏平变断面零件采用轧制成型的方式，比其他方式，如切制加工、模最、辊锻 等具有生产效率高、設备简单、金属消耗少和成本低等优点。作者与有关单位协作 成功地轧出了四种符合产品要求的变断面零件。在此基酬上，对偏平变断面的孔型 设计的要点、孔型组成、型腔尺寸计算、孔型配制等孔型设计方法进行了探讨，为 变断面零件生产提供了新的工艺技术途径。 14 前。言 扁平变断面零件的主要特点是：沿零件长度断而尺寸是变化的，而且任一断而的几何形 状是不对称的。图(1)为四种采用轧制成型的扁平变断面零件。 图(1) 扁平变断而零件成型，可以采用切削加工、模锻、银锻及轧制四种方式。轧制成型同其 它成型方式比较起来，具有生产效率高、设备简单、金属利用率高、成本低等优点。但是对 于一些形状复杂、尺寸精度要求高、断而变化大的零件，采用轧制成型常常只能制成毛坏， 然后进行精锻或者切潮加工成成品。 这类变断面轧件轧制过程的主要特点是： 1.产生剧烈的不均匀变形，而不均匀变形又将导致产品局部拉缩（充不满）、强迫宽 展、扭曲等缺。 46

北 京 钢 铁 学 院 学 报 19 7 9年第 2 期 . . . . . . ~ ~ 侧州. . . . . . . 偏平变断面轧件的轧辊 歹 礼 一 州 娜 、 · 丧 - 玲 一 方法 一 北京钢铁 学 院 金 属压 力加 工 教研 室 袁 从 述 摘 要 偏 平 变断 面零 件采 用 轧制成 型 的 方式 , 比其 他 方式 , 如 切 削 加 工 、 模锻 、 辊锻 等具 有生产 效率 高 、 靛备 简单 、 金属 清耗少 和成 本 低等 比 点 。 作 者与有关单位协 4 作 成 功 地 轧 出了 四 种 符合产 品 要 求的 变断面 零 件 。 在此 基 砂上 , 对 偏 平 变断两的孔型 段计 的要 点 、 孔型 组 成 、 型 腔尺 寸计 算 、 孔 型配 制等孔型 靓 计 方法进 行了探汁 , 、 为 变 断面 零件 生产 提供 了新 的 工 艺枝 术途 径 。 粉r 理护 门 切 口 扁 平变 断面零 件的 主要特 点 是: 沿零 件长度断 而尺 寸是 变 化的 , 而 且任 , 一 断而 的几何 形 状 是不对 称的 。 图 ( l ) 为 四种 采 用轧 制成 型的 扁平 变断 而零 件 。 摄撰焦麟 瑙裂一 图 ( l ) 扁 平 变断而零 件成 型 , 可 以 采 用切 削 加工 、 模锻 、 辊 锻及 轧 制四 种 方式 。 夺七制戍型同 其 它 成型方 式 比 较起 来 , 具 有生产 效率 高 、 设备 简单 、 金属 利 用率高 、 成本低 等优 点 。 但是对 于一 些 形状 复杂 、 尺 寸精 度要求 高 、 断而 变 化大 的零 件 , 采 用轧 制成型 常 常只能 制成 毛坯 , 然后进 行 精锻或者切 削加 工成成 品 。 这 类 变断面 轧件 轧 制过 程的主 要特 点是 : 1 . 产 生剧 烈 的不均 匀变 形 , 而不均 匀 变形 又 将 导致产 品局 部拉 缩 (充 不 满 ) 、 强迫 宽 展 、 扭 曲等缺 陷 。 4 6 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1979. 02. 005

2.花整个轧制过程中变形量是变化的、因此，前滑、宽展、轧制压力、，辊跳等参数都 随过程而发生变化。 由此可以看出，变断面轧件的轧制过程要比等断面轧件轧制过程复杂得多，轧辊孔型设 计有它独特的特点。 经与有关单位协作，对图(1)小的四种变断面零件行了轧制成型研究，並且都轧制出 了符合产品图要求的零件。术文仅对扁平变断面轧件轧制时轧辊孔型设计方法进行探讨。 二、孔型设计要点，’ 1.采用双片对称排列 图(2)为某种变断面零件图。款图中可以看出，这种零件不仅沿长度断面是变化的，而 耳沿宽度一边厚、…边薄，形状极不对称，如果采用单片轧制必将生“镰刀”弯。·： 图(2) 采用双片对称排列，.便不对称的零件变成对称零件进行轧制，如图(3)所示。双片对称 排列有以下三个特点： 图(3) (1)在轧制过程中以对称轴（两片零件的连接筋）为分界线，'左右两片零件变形量分 布是相等的，因此；：可以消除“镰刀”弯。 4 (2),对乳机来讲，可以消除在轧制过程中产生的轴向力。. (3)比单片轧制提高生产效率…倍。 47

冬 在整 个轧 制过程巾变形 鼠是变化的 , 因此 , 前坦 、 拿斤释 、 轧 一 制压抓 戈辑卿唠参数都 随过 嘿 由 西布 此可 牛孪终 、 以看出 _ , 孪断而轧件的轧御{过 . 程要比等断面轧件轧制过程复杂得多 , 轧辊孔型设 计有它独特的特点 。 绎与有矛单位协饥 对图 i( 衬哟 四种 变断 而零件逃行了轧制成型研丸 业且都轧制出 讲犷 品图要水殉零件: 木文仅对扁平变响 东`件郊制时轧棍孔型 设计方 鸽进行娜讨 · 二 、 孔型 设 计要 点 l 朋衅对 称 图 ( 2 一 ) 为某种 变 一 断峋面零件 L 凰 。 从图 巾句 一 以看出 , _ 这种零件不仅沿 长度断面是变化的 , 而 且 沿宽度一边 厚 、 一 边 薄 , 形状极不对称打如果采用单片轧希协将 产生 “ 镰刀 ” 一 弯 图( 2 ) 采 用 双片对称排列 , 一 使不对称 的 一 零件变成对称零件进行轧制 , 女姻. ) 所示 。 双片对称 排列青以 卞三个特点 : 丫 — - 二 _ 、 民了一 价 = 牛, -一 件 一 - - -一认一~ 一夯一二一 瓜一 认 ) 俪、 程恤、赫 、 两篙息 。 布是姗等的衬 因此 介以消除 嘛方 ? 氰 - 一 一 、 一 为分界线歼左右两片零件变形量分 黔黑珊冀篇雄黑拿耀严帜钾 ha 一 向九

2.采用等厚度坯料、一次轧制成型 这类变断面产品辊锻成型时，·一般采用多次成型，这样可以减小每次辊锻的变形量。但 是轧制成型时，若采用多次轧制成型、将会带来很难克服的困难一一就是上一道工序轧出的 形状很难与下一道孔型相吻合，于是产品将出现重边、折迭等缺陷，而且送料也发生困难。 若采用一次轧制成型，就可以克服以上缺陷，並且可以提高生产效率。但是一次成型变形量 大，並且产生剧烈的不均匀变形，因此，需要采取热加工，这样既可以提高金属的塑性，又 可以减小变形抗力；此外，设计孔型时还需要采取增加余料槽和咬入刚端等措施。 3,采用开口孔型带飞边轧制 所谓开口孔型带飞边轧制，是指孔型对称地分配在两个轧辊上，轧制时金属沿宽度方向 充满孔型后多余的量流入辊缝形成飞边。 这种排列孔型的方法主要优点是：安全可靠、轧机诵整方便、孔型加工简单、两辊速度 差小，轧件易于切边；其缺点是由于有飞边、降低了材料的利用率。 三、孔型组成 变断面轧件轧辊孔型由型腔，咬入刚端、余料槽、飞边槽、连接筋等部分组成。图(4)为 某产品孔型展开图（示意）。 ☒〔4) 1.型腔3：型腔是轧件成型的主要部分，设计和加工时，其尺寸精度和光沽度都要求 很严格。 2.余料槽1和6：当送料出现差错或者坯料尺寸有误差时，坯料充满型腔后多余的金 属将流进余料槽，因此，可以减小轧机负荷，防止机损事故。 余料槽的宽度，可与型腔最宽的部位一致，余料槽的长度，视坯种的长短而定，一般的 为坯料长度的三分之一。如果在轧辊园周上连续配置孔型，余量槽可以不要，因为出现余料 后，金属可以流进下一个孔型的型腔。余料槽的深度由坯料厚度而定，在一般情况下，坏料 在余料槽中压缩20%即可。 3.飞边槽4（或称侧边余坯槽）：它的作用是，一方面可以防止出现肥大的飞边；另 一方面可以提高轧件的刚性。特别是轧件薄边很薄，轧制成型时在薄边容易出现皱折时，在 这种情况下，飞边槽是很必要的。飞边槽的长度与型腔一致，宽度要大于5毫米，深度也是 48

2 . 采 用 等厚度坯料 、 一 次 轧制 成 型 这 类 变断 面产 品辊锻 成型 时 , 一般 采 用多次成型 , 这样可 以减 小每次辊锻 的变形量 。 但 是轧 制成型 时 , 若采 用多 次 轧制成 型 、 将会带 来很难竟服 的 困难一就是上` 道工 序 轧出的 形状 很难 与下一道孔型相吻 合 , 于是产 品将出现 重边 、 折迭 等缺陷 , 而 且送料也发生 困难 。 若 采 用一次轧制 成型 , 就可以 克服 以上 缺陷 , 业 且可 以提高生产效率 。 但是一 次成 型变形量 大 , 业且产生剧烈 的不均 匀变 形 , 、 因此 , 需要 采取热 加工 , 这样 既可 以提高金属 的塑性 , 又 一 可 以减 小变形 抗力 ; 此 外 , 设计 孔型时 还 需要 采取 增 加余料 槽和咬 入刚端等措施 。 3 . 采 用妊口孔 型带 飞边 轧制 所谓开 口 孔 型带 飞边 轧制 , 是指 孔 型对称 地 分配 在两个轧辊 上 , 轧制时 金属 沿宽度方 向 充 满 孔型后 多余 的量流 入辊缝 形成飞 边 。 卜 _ - 这种 排 列孔 型的方 法主 要优 点是 : 安全可 靠 、 轧机调整方 便 、 孔型 加工 简单 、 两辊速 度 差 小 , 轧件易于 切边 ; 其缺 点是由于 有飞边 , 降 低 了材料的利 用 率 。 三 、 孔 型 组成 变 断面 轧件轧辊 孔型 由型 腔 、 咬入 刚端 、 余料槽 、 飞边槽 、 连 接 筋等 部分组成 。 图 ( 4 ) 为 某 产 品孔型 展开 图 (示意 ) 。 4 _一奋奋户, 竺二二二二 了 子 乙 一` 二 , 份~ 一 , 一 ~ 、公` 一 一~ 一 ` 一 份一二之卜 ` 韶 少 图 〔4 〕 1 . 型腔 3 : 型腔是 轧件成 型 的主 要部分 , 设 计 和加 工时 , 其良寸精度和 光洁度都 要求 很 严格 。 2 . 余料槽 1 和 6 : 当送料出现差 错 或者坯 料尺 寸 有误 差时 , 坯 料充满 型腔后 多余的金 属 将 流 进余料槽 , 因此 , 可 以 减小轧机 负荷 , 防 止机损事故 。 余料槽 的宽度 , 可与型腔最 宽的 部位一 致 , 余料槽的长度 , 视 坯料的长短而定 , 一 般 的 为 还 料 长度的 三分 之一 。 如果 在 轧辊 园周 上 连续配 置 孔型 , 余 量槽可 以不要 , 因为出现余料 后 , 金 属可 以 流进下一个 孔型 的型腔 。 余料 槽 的深度 由坯料厚 度 而定 , 在一 般 情况下 , 坯料 在 余料槽 中压 缩 20 % 即 可 。 「 「 3 . 一匕边槽 4 (或称 侧边 余坯槽 ) : 它 的作 用是 , 一 方面可 以防止出现 肥大的飞边 ; 另 一 方而 可 以提高 轧件的 刚性 。 特 别是轧件薄边 很薄 , 轧制 成型时 在 薄边容易出现皱 折时 , 在 这 种 情况 下 , 飞 边槽是很 必要 的 。 飞边槽 的长 度 与型腔一 致 , 宽度 要大于 5 毫米 , 深度 也 是

由环料尺寸面定，使坯料在飞边槽中压缩20%即可。 4,,连接筋5：双片对称排列的轧件，两片之间需要有连接筋。连接筋有两个作用，-一 方面是便于轧件切边；另一方面是当轧件进入出口导卫装置时，起着导向和校直作用。 连接筋的长度与型腔长度一致，宽度取6一8毫米较合适。连接筋过宽，不仅浪费金 属、增加轧制压力，而几.易于拉倍相邻部位的金属，造成充不满的觖陷。连接筋的深度与飞 边的尺寸一致即可。 5.咬入刚端（或称咬入口）2：它起着保证坯料准确、平稳地送进型腔的作用。其深 度应与连接筋一致，宽度应与型腔一致，长度取15~20毫米。 四、型腔尺寸计算 1.型腔计算截面的选取 变断面轧件的型腔尺寸始终是变化的，任一截面的尺寸都不相同，计算型腔尺寸时，必 须将整个型腔长度分若干截面进行计算，截面分得越多，尺寸越精确。但是太多的截面、不 仅增加了计算工作量，而且还要多制作型腔样板，型腔加工也麻烦得多。选取型腔计算截面 的原则是：在保证型腔尺寸精度的原则下，尽量少取计算藏面，一般地在轧件的尺寸相交点 或者相切点取计算截面。图(9)为某变断面轧件的孔型配道图，共选取17个计算截而。 2.型腔长度计算 (1)前滑对型腔长度的影响：轧制成型主要特点之一是在轧制过程中产生前滑。所谓前 滑，即指轧件的出口速度大于轧辊孔型表面的线速度。对于轧制定长的轧件，表现为轧出的 轧件长度大于型腔的长度。 为了使轧出的轧件获得准确的长度，必须使型腔的长度设计得很正确。型腔长度设计得 正确与否，又取决于前滑值是否考虑得正确。影响前滑的因素很多，如变形量大小、金属塑 性、烧擦条件、轧制速变、轧辊直径、坯料尺寸、轧制温度等。轧制这类扁平变断面轧作， 月前还没有研究出计算前滑的理论公式。根据大最的实验测出，轧制上述四种变断面产品， (采用8~9毫米厚的等厚坯料、热加工一次成型、无特殊润滑条件、轧制速度为0.5一6 米/秒)，前滑系数为5~8%。 第一次设计孔型时，在：5~8%之间假定一前滑系数计算型腔的长度，然后根据实验后 实测的前滑系数，逐渐进行修正，直到得到正确的型腔长度为止。，· (2)热膨胀系数对型腔长度的影响。因为是热加工，轧件冷却到常温时必然会缩短，设 计型腔长度时必须考虑到这部分收缩量。不同的材料、不同的加工温度、·收缩的量是不相等 的。 (3)型腔长度计算公式。考虑了前滑和热胀冷缩的影响，型腔的长度可按(1)式进行 计算： Lx=(1+at-S)/x (1) Lx一型腔长度 1x一一轧件长度 S一一前滑系数 金属线膨胀系数 t一轧制温度 49

由斥附饲 . 而定 , 使 坯料在飞边槽中压缩20 % 即可 。 _ _ _ _ ~ 、 一 共…洲淞龚蒸沐散{… : 度 、 跳髯吧穿囊几忿森戈弃黑黑骂馨翼厂 稳地送担 亘吵 作 爪 ` 其深 四 、 型腔尺 寸计算 .1 型腔计算截面 的选取 形茹洲城{琪撰拼或 ( 王) 黔默 、 的影咖 制碌 要特点 一 , 在、 制过 、 、 前、 所俞 茸与 哪扛长俞藏廊碱哪 冷翩扮碰 腔的 、 动 1 ) 式进 … 行 计算 : ’ L 笙 一 l( 十 叭 一 5) 1 : L : — 型 腔长度 尽一 轧件长 度 昌” ? 前滑系数 - 「 。 一 金属线 膨胀 系数 t — 轧制 温度 _ ( 1 )

3.型腔宽度计算 在轧制过程中，轧件的宽度山型腔的侧壁予以保证。多尔量形成的飞边，将在切边时切 除。只要还料尺寸选择合适，飞边是很小的。 计算型腔宽度附，只需考虑热胀冷缩的影响，按(2)式计算： Bx-(1+a1)1x (2) Bx一型腔宽度 bx一轧件宽度 a一金属线膨胀系数 t一一轧制温度 4.型腔深度计算 型腔任一截面的深度按(3)式计算： Qx=hx-tx (3) Qx一一型腔总深度 hx一轧件月度 tx一一辊缝优i 从(3)式中可以看出，hx是一个已知数，如果tx也是一个同定的已知数时，型腔任 一藏面的深度是很容易求出的。 但在实际轧制过程巾，t,往往是一个变量，原因是：采用等厚度坯还料轧制变断面轧件 时，在轧制过程中变形量是变化的，相应地要引起轧制E力发生变化，进而引起辊跳发生变 化（辊跳包括轧辊、机架、压下螺丝、轴承等部件的系统弹性变形），辊跳的结果，必将增 大辊缝值。因此，tx随辊跳变化而发生变化。假设原始辊缝为t×。,辊跳值为δ，这时辊缝 值为： tx=txo+.6 (4) 根橱（4)式，(3)式可化成： Qx=hx-(txo+8) (5) 在轧制过程中型控深Qx和原始辊缝tx。是一个定值，轧件厚度hx随辊跳值8的变化而发 生变化。特别是当轧制压力很大，而轧机的刚性和精度较差的情况下，辊跳的变化就更加明 显。图(5)为在中300毫米轧机上轧制某种变断面轧件时实测的辊跳曲线。 当辊跳变化值在轧件厚度允许偏差范围之内，设计孔型时，就不必考虑对型腔深度尺寸 进行修正；如果接近或者超过轧件厚度允许的偏差，设计孔型时，就必须对型腔深度尺寸进 行修正。 辊跳曲线可以通过实验测出，对于不同轧机、轧制不同零件时，都可以测绘出相应的辊 跳曲线。修正型腔深度时，就依据辊跳曲线、按(5)式进行修正。 计算型腔深度时注意以下三点： (1)热胀冷缩的影响可以忽略不计。一是因为轧件厚度尺小，冷缩的绝对景很小：其 次是可以调整轧机的压下螺丝，以保证轧件厚度尺。 (2)Qx表示型腔总深度。如果在上、下两个轧辊上都刻孔型，则： 50

3 . 型月空宽度计 算 在 轧 制过 程 中 , 轧件的宽 度由型腔 的侧 壁予 以 保 证 。 除 。 只要 还料尺 寸选择合适 , 飞 边是很小的 。 多余量形 成 的一娜立 , 将 在切边 时 切 计算型腔 宽度时 , 只 需考虑 热 服冷缩的影 响 , 播 ( 2 ) 式计 算 : 日 、 二 ( 1 一 卜以 t ) ! 。 ( 2 ) n : — 型 腔宽 )夏 1 。 : — 轧 件宽度 a — 金 属线 膨胀 系数 t — 轧制 温度 4 型 腔 深度计 算 型腔任一 截而 的 深度按 ( 3 ) 式 计 算 : Q : = h 二 一 t 、 ( ` 3 ) Q 二 — 型腔 尝 、 深 )宜 1 , 、 — 轧件 厚 度 、 x — 辊 缝位 从 ( 3 ) 式 中可 以看 出 , h x 是 一 个已知数 , 一 截面 的深 度是很 容易 求 出的 。 如果 t : 也是 一个 固定的 已知数时 , 型 腔任 ( 时 大 化 辊 : 缝低 )嚣 卿 操 匕 · 份` · 布淤公{黔样淞}燃 吟昆跳变 啊了发生 变化 。 假设原 触瞬脚一 值 为 : 辊 跳值 为己 , 这时辊缝 「 ~ 认 二 呱 + 八 - 侧居 ( 如 式 , ( 3) _弋可化 成 : Q : 二 h 、 一 ( t 、 。 十 吝 ) ( 4 ) ( 、 5 ) 在 轧制过 程 中型 腔深 Q 、 和 原始辊 缝 坑 。 是一 个定值 , 轧 件厚度 h : 随辊跳值 脚勺变 化而发 生 变 化 。 特 别是 当轧制压 力很大 , 而轧机的刚性 和精度较差 的情况下 , 辊跳的 变 化就 更加 明 显 。 图 丈5 )为 在小3 0 0毫米车L机上轧制某种 变断面 轧件 时实测的辊跳曲 线 、。 、 当辊跳 变 化值 在轧 件厚 度 允许偏 差 范围 之 内 , 设计 孔型 时 , 就不必 老虑对型腔 深度尺寸 进行修 正 ; 如 果接近 或者 超过 轧件厚 度 允许的偏差 , 设计 孔 型时 , 就 必须 对型腔深度尺 寸进 行 修正 。 辊 跳 曲线 一 可以通过 实验 测 出 , 对 于不同 轧机 、 轧制不同零件时 , 都 可 以测 绘 出相应 的辊 跳 曲线 。 修 正型 腔深 度时 , 就 依据 辊跳 曲线 、 按 ( 5 ) 式 进行修 正 。 计 算型腔深度 时注 意 以 下三 点 : - ( D 热 胀 冷缩 的影 响可 以忽 略不 计 。 一 是 因为轧 件厚 度尺 一 寸小 , 冷缩的绝 对 量很小 ; 其 次 是可 以 调 整 轧机的压 一 下螺 丝 , 以 保证轧 件厚 度 尺寸 。 ( 2) Q 、 表示型 腔总深度 。 如 果 在土 、 下 两个轧 辊 卜都 刻 孔型 , 则 :