第三章 延伸孔型设计.ppt
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1、金属塑性加工学-型材生产第三章 延伸孔型设计p3.1 延伸孔型系统概述箱形孔型系统菱方孔型系统菱菱孔型系统椭方孔型系统六角方孔型系统椭圆孔型系统椭立椭圆孔型系统混和孔型系统p3.2 延伸孔型的设计原则p3.3 延伸孔型的设计实例经验系数法斯米尔诺夫方法乌萨托夫斯基法第三章 延伸孔型设计特点使用范围变形系数孔型构成3.1 3.1 延伸孔型系统概述延伸孔型系统概述通常在成品孔和预轧孔之前有一定数量的、目的在于减小轧件断面积的一系列孔型,称为延伸孔型;延伸孔型的组合称为延伸孔型系统。菱方孔型系统 菱菱孔型系统 箱箱孔型系统椭圆方孔型系统 六角方孔型系统 椭圆圆孔型系统 椭圆立椭圆孔型系统 箱形孔型系
2、统 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 箱形孔型系统箱形孔型系统在轧件整个宽度上变形均匀,速度差小,孔型磨损较均匀 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 在同一孔型内,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 轧件表面氧化铁皮容易脱落,稳定性也较好(不易扭转)轧件无尖锐棱角,轧件断面温降较均匀 操作方便,便于实现机械化操作 不能轧出形状正确的轧件(侧壁斜度大)轧制小断面时不稳定侧面不易轧制,有时出现皱褶(两个方向)用改变辊缝的方法可以轧制多种尺寸规格的轧件,共用性好 平箱
3、平箱方箱方箱立箱立箱一般用于轧制大、中型断面的延伸孔型。适用于初轧机、大中型轧机的开坯机、型钢轧机前几个延伸孔以及小型或线材轧机的粗轧机架。轧辊直径孔型尺寸2850902650802400500562300452箱形孔型的断面大小取决于轧机的大小,对应关系见下表:(1)稳定性。轧制矩形断面轧件时,如果轧件不发生扭转和倒坯现象,则轧件在孔型中是稳定。影响轧件在箱形孔中的稳定性因素有:影响轧件在箱形孔中的稳定性因素有:轧件断面尺寸。(小)轧件断面高宽比h/b。()孔型的侧壁斜度和槽底宽度bk。取值范围轧 制 条 件中、小 型 开 坯 机 轧 制 钢 锭 或 钢 坯型 钢 轧 机 轧 制 钢 坯前1
4、4道轧锭扁箱形孔型方箱形孔型扁箱形孔型方箱形孔型宽展系数00.10.150.300.150.250.250.450.20.3取值的考虑因子c.在其他条件相同时,大轧件值偏大,小轧件的偏小a.轧钢锭时前14道次取00.1b.方箱形孔型的应小于扁箱孔型的d.顺着轧制方向值增加延伸系数延伸系数一般采用一般采用1.151.4,平均可取,平均可取1.151.34之间之间(2)宽展与延伸宽展系数箱形孔内的宽展与压缩面积(压下量)和孔型侧壁斜度大小有关。压下量增加,宽展增大;孔型侧壁斜度减小,限制宽展作用增大,宽展减小,延伸增加,轧制变形效率增加。孔型尺寸的确定孔型高度 h等于轧后轧件的高度孔型槽口宽度 B
5、KBkb+,孔型槽底宽度 bKbKB-(06),孔型侧壁斜度y=tan一般10%25%,个别取30或更大内外圆半径R和 rR=(0.10.2)hr=(0.050.15)h凸度 f初轧机:f510;三辊开坯机:f26一般时前面的大,后面的小直线形折线形弧线形一般箱形孔型的结构h/BKb出孔型的轧件宽度;h出孔型的轧件高度;展宽余量,5 12mm;B来料宽度 采用槽底凸度 f的作用:(1)轧件在辊道上位置稳定,不易倒钢,操作方便(2)为翻钢后轧制时留有宽展余地,防止产生过充满(3)由于槽底中部容易磨损,结果使轧件上、下鼓起,采用槽底凸度可克服这种缺点,提高轧辊寿命。u为了避免因在轧件表面上出现皱纹
6、而引起的成品表面为了避免因在轧件表面上出现皱纹而引起的成品表面质量不合格,当用箱形孔型轧成品坯或成品方钢时,最质量不合格,当用箱形孔型轧成品坯或成品方钢时,最后一个箱形孔型应无凸度;作为开坯延伸孔型的最后一后一个箱形孔型应无凸度;作为开坯延伸孔型的最后一个箱形孔型槽底也应无凸度。个箱形孔型槽底也应无凸度。3.1.2 3.1.2 菱菱方孔型系统方孔型系统能轧出几何形状正确的轧件共用性大,能从一套孔型中轧出多种方形轧件 轧制稳定,变形均匀轧槽较深角部冷却快不易去除轧件表面的氧化铁皮延伸孔型:用在箱形之后,不能用在初轧机开坯机上,可用在开坯机的最后道次。成品孔型:也可用在精轧孔型系统轧制方钢。一般用
7、于6060 8080mm以下方坯和方钢生产。宽展系数:菱 l 0.5 方 f变形基本均匀,改善组织轧槽磨损不均匀延伸系数方轧件在菱形孔中延伸系数方断面轧件在菱形孔型中的延伸系数l取决于菱形孔型的轴比b/h和宽展系数l。延伸系数菱形轧件在方形孔中延伸系数当宽展系数为某一数值时,菱形孔和方形孔的延伸系数只与菱形孔的轴比b/h,即顶角有关。顶角越大,菱形孔和方形孔的延伸系数越大。孔型的稳定性由此确定的延伸系由此确定的延伸系数在之间,常用数在之间,常用。菱形断面轧件在菱方孔型中的延伸系数f取决于菱形件的宽高比b/h和在方形孔中的宽展系数f。3.1.3 3.1.3 菱菱菱孔型系统菱孔型系统利用菱菱孔型系
8、统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,对导板要求不严在任意一对孔型中皆能轧出方坯 除具有菱方孔型系统的缺点外,轧出方坯有明显八边形轧件稳定性差延伸系数小,很少超过主要用于中小型粗轧机上,奇数道次获得方坯时,可用于过渡孔型宽展系数 l0.35延伸系数 按内接圆直径设计直径关系开坯机型钢轧机的开机孔型精轧孔相邻菱形直径比D/d1.081.21.081.141.051.14相邻菱形的内接圆直径差D-d/mm81561248边长关系开坯机型钢轧机的开坯孔型精轧孔相邻菱形边长比A/a1.081.21.081.171.051.17相邻菱形边长差A-a/mm81561268按菱形边长设计菱形
9、孔型的构成可按菱-方孔型系统中菱形孔型的构成方法。为了加大菱-菱孔型的延伸系数,可设计成万能菱形孔型。3.1.4 3.1.4 椭圆椭圆方孔型系统方孔型系统不均匀变形严重,使孔型的磨损快且不均匀。轧件在孔型中的稳定性较好。椭圆孔型在轧辊上的切槽深度较浅。没有固定不变的棱角,轧件表面温度均匀。(轧件角部位置变换和四个方向压缩轧件,使轧件得到均匀冷却,有利于改善金属的组织性能和防止角部裂纹的产生)椭圆孔型比方孔型磨损快。若用于连轧易破坏连轧常数,另外,椭圆孔型和方孔型的延伸系数差别较大,按此孔型设计的集体传动连轧机,很难再改用其他孔型系统。延伸系数大.tmax=2.4,fmax=1.8(因此可通过椭
10、圆方孔型系统迅速压缩轧件断面,减少轧制道次,保持较高的轧制温度。)广泛用于小型和线材轧机上作为延伸孔型轧制40407575mm以下的轧件,用于箱式或六角方之后。延伸系数 宽展系数c1.6 t1.8 fcmax2.2 tmax=2.4 fmax椭在方中宽展系数f=0.30.6 常用f 方在椭中宽展系数说 明m=s3.1.5 3.1.5 六角方孔型系统六角方孔型系统(3)轧件在轧辊入口处的夹板之间和咬入时的状态较为稳定,并且易于调整。六角孔型充满不良时,易失去稳定性;采用此系统时送钢费劲。六角方孔型系统广泛用于粗轧和毛轧机上,它所轧制的方件边长在17mm17mm60mm60mm之间。常用在箱形孔型
11、之后和椭圆方孔型之前,组成混合孔型系统。这样克服了小断面轧件在箱形孔型中轧制不稳定和大断面轧件在椭圆孔型中轧制严重不均匀变形的缺点。(1)变形均匀(沿宽展方向比椭圆均匀)(2)单位压力小,能耗小,轧辊磨损小宽展系数延伸系数l不得小于,否则,六角不得小于,否则,六角孔型将充不满,从而造成孔型将充不满,从而造成轧制不稳定。轧制不稳定。根据六角孔型的充满程度根据六角孔型的充满程度b/Bk来确定来确定Bk9090 s=(0.20.3)h;R=(0.30.6)h;R0=(0.40.5)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。来料接触。方孔型
12、的构成与椭圆方孔型系统相同。方孔型的构成与椭圆方孔型系统相同。轧件轧后的宽度,小于Bk等于轧件轧后的高度b3.1.6 3.1.6 椭圆圆孔型系统椭圆圆孔型系统(1)变形较均匀,轧制前后轧件的断面形状能平滑过渡,可防止产生局部应力。(2)轧件无明显棱角,冷却比较均匀。从而消除了因断面温度分布不均而引起的轧制裂纹的因素。(3)孔型形状有利于去除氧化铁皮,改善轧件的表面质量。(4)需要时,可在延伸孔型中生产成品圆钢,从而减少换辊。(1)延伸系数小,不超过,故使轧制道次增加。延伸系数小,不超过,故使轧制道次增加。(2)椭圆轧件在圆孔型中轧制稳定性差,需要借助于导卫装置来提高轧件在孔椭圆轧件在圆孔型中轧
13、制稳定性差,需要借助于导卫装置来提高轧件在孔型中的稳定性,因而对导卫装置的设计、安装及调整要求严格。型中的稳定性,因而对导卫装置的设计、安装及调整要求严格。(3)圆孔型对来料尺寸波动适应能力差,容易出耳子,故对调整要求高。圆孔型对来料尺寸波动适应能力差,容易出耳子,故对调整要求高。广泛用作棒线材连轧机延伸孔型甚至成品孔型。广泛用作棒线材连轧机延伸孔型甚至成品孔型。圆轧件进椭圆孔型时从圆孔型轧出的轧件断面只有最大和最小直径两尺寸,进入椭从圆孔型轧出的轧件断面只有最大和最小直径两尺寸,进入椭圆孔型时能自动认面进钢,从而减小轧制断面的波动。圆孔型时能自动认面进钢,从而减小轧制断面的波动。椭圆轧件进入
14、圆孔型时孔型侧壁对轧件无夹持作用,当轧件轴线稍有偏斜,即产生倒坯,稳定性差。另外,孔型侧壁对宽展的限制作用小,圆孔型宽展自由,但与其它孔型相比,轧件在圆孔型中的宽展空间小,即充许在水平成尺寸的宽展小,因此既限制了延伸系数,又容易出耳子。延伸系数 t1.6 y1.4 c宽展系数 0.95 椭椭 圆圆 孔孔 型型 的的 构构 成成 与与 椭椭 圆方圆方孔孔 型型 系系 统统 中中 椭椭 圆圆 孔孔 相相 同。同。BK3.1.7 3.1.7 椭圆立椭圆孔型系统椭圆立椭圆孔型系统(1)切槽深,消弱了轧辊强度。主要用于轧制塑性极低的钢材;水平辊机架主要用于轧制塑性极低的钢材;水平辊机架 与立辊机架(平、
15、立)交替布置的与立辊机架(平、立)交替布置的连轧机上,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连轧机上,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,因而椭圆立椭圆孔型系统代替了椭圆方孔型系统,被广泛用于小型钢事故,因而椭圆立椭圆孔型系统代替了椭圆方孔型系统,被广泛用于小型钢材和线材连轧机上。材和线材连轧机上。(2)孔型各处速度差大,孔型磨损快。(1)轧件变形和冷却较均匀。(2)轧件与孔型的接触线长,因而轧件宽展小(限制宽展).(3)易于去除氧化铁皮,表面质量好,表面缺陷如裂纹、折叠少。(4)提高轧件在孔型中的稳定性。(1)延伸系数 椭圆立椭圆孔型系统延
16、伸系数主要取决于平椭圆孔型宽高比,其比值为,平均延伸系数为。轧件在平椭圆孔型中延伸系数t,一般用t。轧件在立椭圆孔型中延伸系数为l,一般用l。(2)宽展系数轧件在立椭圆孔型中宽展系数l;轧件在平椭圆孔型中宽展系数t。立椭圆孔型构成方法有两种3.1.8 3.1.8 混合孔型系统混合孔型系统 为了提高轧机产量和成品质量,在生产条件允许范围内一般尽量采用较大断面原料,需要多道次轧制。由于轧机类型、坯料尺寸和成品规格不同,型钢轧机上很少采用单一的延伸孔型系统,而是采用混合孔型系统。箱形孔型的作用:去除钢锭或钢坯表面的氧化铁皮,增大压下。菱方孔型的作用:轧出方形坯(当箱孔轧制一定程度后,断面较小时,轧制
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