金屬塑性加工學-型材生產第二章孔型設計基礎知識金屬塑性加工學-型材生產第二章孔型設計基礎知識1孔型及孔型設計基本概念孔型定義孔型分類孔型組成及作用孔型設計的內容和要求2孔型設計程序和基本原則孔型設計基本原則孔型設計程序（步驟）3孔型在軋輥上的配置孔型沿輥身長度方向的配置軋機尺寸與軋輥直徑軋輥中線、軋制線和孔型中性線孔型在軋輥上的配置步驟配輥舉例1孔型及孔型設計基本概念1孔型及孔型設計基本概念

1.1孔型的定義兩個或兩個以上軋輥的軋槽在軋制面上所組成的幾何圖形稱為孔型。【說明

】軋制面：通過兩個或兩個以上軋輥軸線的垂直平面，即軋件從軋輥軋出處的垂直平面。軋槽：刻在一個軋輥上的槽子，軋制時軋輥與軋件接觸部分的軋輥輥面。輥環：沿軋輥軸線方向用來把軋槽與軋槽分開的軋輥輥身部分。1孔型及孔型設計基本概念1.1孔型的定義兩個或兩個以上1.2孔型的分類按形狀分

簡單斷面（方、圓、扁）異形斷面（工、槽、H等）按用途分延伸孔型成型孔型成品前孔按開口位置方式分

開口孔型

閉口孔型

半開（閉）口型成品孔abcd孔型輥縫在孔型周邊之內，其水平輥縫一般位于孔型高度中間孔型輥縫在孔型周邊之外通常稱為控制孔型，其輥縫常處在孔型的頂部或底部1.2孔型的分類按形狀分簡單斷面（方、圓、扁）異形斷面（輥縫：實際軋鋼時兩輥環間的間距,包括預設定和彈跳值，常用s表示。側壁斜度：指孔型側壁對軋輥軸線垂直線的傾斜程度圓角：孔型角部除特殊要求外，一般均做成圓弧形。位于孔型內的稱內圓角，外的為外圓角槽底凸度：某些孔型將槽底做成具有一定高度、形狀的凸起，這些凸起稱為槽底凸度。鎖口：閉口孔型中用來隔開孔型與輥縫的兩軋輥間的縫隙1.3孔型的組成及作用★輥縫：實際軋鋼時兩輥環間的間距,包括預設定和彈跳值，常用s表各組成部分的作用輥縫的作用防止軋輥輥面磨損提高孔型共用性減少軋槽的刻入深度，提高軋輥強度簡化軋機調整大輥縫不利好處a.切槽淺b.重車次數多c.調整量大a.軋制不穩定b.影響軋件尺寸和形狀輥縫取值輥縫與軋輥直徑D有著密切的關系大中型軋機輥縫尺寸（㎜）小型軋機輥縫尺寸（㎜）開坯軋機8～15開坯軋機6～10毛軋機6～10毛軋機3～5精軋機4～6精軋機1～3

也可以：成品：s=0.01D粗軋：s=0.02D開坯：s=0.03DSmin大于彈跳值，避免兩輥貼面成品孔型和精軋孔型，盡量取小開坯孔型和延伸孔型，適當增大各組成部分的作用輥縫的作用防止軋輥輥面磨損大輥縫不利好處a.孔型側壁斜度y—孔型側壁斜度；φ—孔型側壁傾斜角；Bk—孔型槽口寬度；bk—槽底寬度；hp—孔型高度。

各組成部分的作用孔型側壁斜度的作用a.有利于咬入和脫槽（入口與出口形成喇叭口）b.延長軋輥使用壽命（減少了重車量）c.提高孔型的共用性（寬展余量，耳子，充滿度）d.增大時，可以提高腿部側壓下量，減少道次側壁斜度過大：（1）影響軋件形狀的正確性；（2）影響軋件在孔型中的穩定性。設計原則：綜合考慮出孔型軋件的形狀和軋件在孔型中的穩定性。參考數據:初軋30-50%精軋5-10%，延伸箱孔:10-20%垂直的側壁是沒有的。用側壁和軋輥軸線的垂直線夾角的正切值表示孔型側壁斜度y—孔型側壁斜度；各組成部分的作用孔型側壁斜度的孔型圓角內圓角R外圓角r作用作用a.防止軋件角部急劇冷卻，消除角裂產生b.改善軋輥強度，防止因尖角部分引起應力集中而削弱軋輥強度c.改變孔型的實際面積，從而改變變形量和充滿度a.防止形成折疊缺陷b.防止刮絲現象c.增加軋輥強度各組成部分的作用圓角半徑的取值：一般槽底圓角半徑應取大一些，成品孔型的槽底圓角半徑取決于成品斷面的標準要求。在軋制簡單斷面型鋼時，成品孔型的外圓角半徑作用(a)已失去意義，半徑可取小，甚至為0，以保證成品斷面達到標準要求。孔型圓角內圓角R外圓角r作用作用a.防止軋件角部急劇冷卻，鎖口的作用控制軋件斷面形狀，便于閉口孔型的調整各組成部分的作用槽底凸度的作用使軋件斷面邊稍凹，在輥道上運行比較穩定，進入下一道孔型時咬入條件也較好；另外可提高軋槽的使用壽命。給翻鋼后的孔型增加寬展余地，減小出耳子的危險性。保證軋件側面平直設計原則：相鄰孔型鎖口要上、下交替，防止飛翅；鎖口要大于孔型軋不同厚度時的調整量。參考數據：m=r1+2~8mmr1：輥環圓角半徑設計原則：單鼓變形嚴重，f大些；成品孔不用，翻鋼后如果是高軋件則要少用或不用參考數據：f=0~6mm,以2~4mm為多。鎖口的作用控制軋件斷面形狀，便于閉口孔型的調整各組成部分的作1.4孔型設計孔型設計定義將鋼錠或鋼坯在軋輥孔型中經過若干道次軋制變形，獲得所需要的斷面形狀、尺寸和性能的產品，為此而進行的設計、畫圖、計算等工作稱為孔型設計孔型設計的內容★斷面孔型設計確定孔型系統，軋制道次，變形量以及各個道次的孔型形狀、尺寸軋輥孔型設計確定孔型在各機架上分配及在軋輥上的配置形式，以保證軋件能正常軋制，操作方便軋輥輔件設計孔型設計的要求★優質高產低成本便于操作導衛、圍盤、翻鋼裝置、檢查樣板，防止出現偏心、纏輥等1.4孔型設計孔型設計定義將鋼錠或鋼坯在軋輥孔型中經過若干

將選擇孔型系統、分配道次延伸率、確定軋制道次、計算孔型尺寸、驗算、畫孔型圖等一系列工作稱為斷面孔型設計2.1斷面孔型設計基本原則選擇合理的孔型系統利用鋼的高溫塑性，把變形量和不均勻變形集中在前幾道，然后按照軋制程序逐道次減小變形量。盡可能采用形狀簡單的孔型，專用孔型的數量要適當。軋制道次數、各機架間的道次分配以及翻鋼和移鋼程序要合理，以便縮短軋制節奏，提高軋機產量，并利于操作。軋件在孔型中的狀態要穩定，防止軋件變形過程中彎扭。生產多品種時要盡量考慮孔型的共用性，以減少軋輥儲備和換輥時間2斷面孔型設計程序及基本原則 將選擇孔型系統、分配道次延伸率、確定軋制道次、計算孔型尺寸選擇坯料尺寸總軋制道次數的確定各道次變形量的分配確定軋件的斷面形狀和尺寸確定孔型的形狀和尺寸繪制配輥圖進行校核軋輥輔件設計選擇合理的孔型系統2.2孔型設計程序孔型設計基本條件儲備選擇坯料尺寸總軋制道次數的確定各道次變形量的分配確定軋件的斷孔型設計基本條件儲備產品的技術條件產品斷面形狀、尺寸及其允許偏差，對產品表面質量、金相組織和性能的要求，對某些產品還應了解用戶使用情況及其特殊要求原料條件車間設備條件鋼錠或鋼坯形狀和尺寸，或者按孔型設計要求重新選定原料規格軋機布置、機架數、輥徑、輥身長度、軋制速度、電機能力、加熱爐、移鋼和翻鋼設備、工作輥道和延伸輥道、延伸臺、剪機或鋸機性能以及車間平面布置情況等選擇合理的孔型系統新產品舊產品多種產品單一產品設計孔型之前應該了解類似產品的軋制情況及其存在問題，作為新產品孔型設計的依據

應了解在其他軋機上軋制該產品情況及存在問題產量要求不高的軋機上應采用共用性大的孔型系統，這樣可以減少換輥次數及軋輥的儲備量專業化較高的軋機上應盡量采用專用的孔型系統，可以排除其他產品的干擾并使產量提高孔型設計基本條件儲備產品的技術條件產品斷面形狀、尺寸及其允選擇坯料尺寸從坯料到成品應具有一定的壓縮比，并能使終軋溫度控制在工藝規程要求的范圍內，以保證成品的組織和性能要求。必須考慮軋機型式和能力。一般對于一定的軋機來講，應根據該軋機的能力確定合理的道次和平均延伸系數以及坯料的尺寸范圍。應考慮金屬成形的需要。如角鋼、重軌、扁鋼等時。選用坯料斷面尺寸和長度時應考慮加熱爐、冷床等輔助設備的允許長度，以及各設備之間的距離，以免生產時相互干擾。對于線材而言，為了增大盤重，應該在允許的范圍內盡量增大坯料的重量。對于多品種型鋼車間，應盡量減少坯料規格。選擇坯料尺寸從坯料到成品應具有一定的壓縮比，并能使總軋制道次數的確定壓下量法：主要用于初軋機與開坯機β—寬展系數β=0.15～0.25H、h—軋制前、后軋件高度B、b—軋制前、后軋件寬度Fi—各道軋后的軋件橫斷面面積主要參數★延伸系數法：大部分型鋼軋機已知鋼錠或鋼坯的斷面尺寸壓下量法延伸系數法總延伸系數：平均延伸系數：總軋制道次：總壓下量：總軋制道次：平均壓下量，由軋機能力所決定，可參照各類軋機的經驗數值選取。總軋制道次數的確定壓下量法：主要用于初軋機與開坯機β—寬展系延伸系數法舉例：例：702→φ7.5㎜，在φ400x2/φ250x5軋機上軋制（P164)可取18，19道次，根據布置方式兩列，所以取偶數18道如果有幾種鋼坯尺寸可以任意挑選時，應根據軋機的具體情況選擇最適合的軋制道次，然后根據鋼坯的橫斷面積：鋼坯的邊長為：根據鋼坯邊長選擇與其接近的鋼坯尺寸延伸系數法舉例：例：702→φ7.5㎜，在φ400x2/φ2各道次變形量的分配★考慮的條件金屬的塑性咬入條件軋輥強度電機能力孔型磨損確定的原則軋件溫度高，金屬的塑性、軋輥強度和電機能力不成為限制因素，而爐生氧化鐵皮和咬入條件成為限制變形量的主要因素，一般取較大值隨著爐生氧化鐵皮的剝落，咬入條件得到改善，而此時軋件溫度降低不多，故變形系數可不斷增加，并達到最大值隨著軋制過程繼續進行，軋件斷面面積逐漸減小，軋件溫度降低，變形抗力增加，軋輥強度和電機能力成為限制變形量的主要因素，因此變形系數降低最后幾道中，為了減少孔型磨損，保證成品斷面形狀和尺寸精確度，應采用較小的變形系數橫列式軋機上變形系數按道次分配的典型曲線連軋機上變形系數按道次分配的典型曲線各道次變形量的分配★考慮的條件金屬的塑性咬入條件軋輥強度電機確定軋件的斷面形狀和尺寸根據軋件斷面形狀和尺寸確定孔型形狀和尺寸，并構成孔型。有時孔型設計是根據經驗數據直接確定孔型尺寸及其構成，可不事先確定軋件尺寸。確定孔型的形狀和尺寸根據各道延伸系數確定各道次軋件橫斷面面積，然后按照軋件橫斷面面積及其變形關系確定軋件斷面形狀和尺寸。繪制配輥圖把設計出的孔型按一定規則配置在軋輥上，并繪制配輥圖。進行校核對咬入條件、電機負荷、軋輥強度、孔型充滿程度以及軋件在孔型中位置的穩定性進行校核。軋輥附件設計根據孔型圖和配輥圖設計導衛、軋輥車削和檢測樣板等輔件并繪圖。確定軋件的斷面形狀和尺寸根據軋件斷面形狀和尺寸確定孔型形狀和軋機名義直徑與軋輥尺寸直徑參數D0——軋機名義直徑，即傳動軋輥的齒輪座內齒輪的中心距或節圓的直徑Dmax——軋輥最大直徑Dmin——軋輥最小直徑D——軋輥原始直徑最大值，D＝Dmax+SD‘——軋輥原始直徑最小值，D’＝Dmin+S3.1軋機尺寸與軋輥直徑型鋼軋機的大小不能按照實際使用的軋輥直徑來表示，而采用傳動軋輥的齒輪座內齒輪的中心距或節圓直徑來表示。3孔型在軋輥上的配置孔型配置時是以新軋輥直徑Dmax對應的軋輥原始直徑D為基準直徑的。軋機名義直徑與軋輥尺寸直徑參數D0——軋機名義直徑，即傳動軋軋輥重車系數（重車率）D和D’受到連接軸允許傾角的限制：萬向軸≤10°,K=0.18~0.2;梅花軸≤4.5°,K=0.14~0.16。最理想的是新軋輥的連接軸傾角與軋輥到最后一次的連接軸的傾角相等，即此時新舊軋輥直徑可按下式確定：軋輥重車率是指軋輥總的重車量與軋機名義直徑D0之比，用K表示：又因為：軋輥重車系數（重車率）D和D’受到連接軸允許傾角的限制：萬軋輥平均工作直徑軋輥與軋件接觸處的軋輥直徑叫做軋輥工作直徑。對角方孔型中軋輥工作直徑的變化通常把軋件出口速度相對應的軋輥直徑（不考慮前滑），稱為軋輥的平均工作直徑Dk。（a）平輥；（b)箱形孔型軋輥Dk＝D-hD-軋輥原始直徑，mmh-孔型高度，mm。軋輥平均工作直徑軋輥與軋件接觸處的軋輥直徑叫做軋輥工作直徑。3.2軋輥上壓力和下壓力概念★上下軋輥工作直徑不等時的軋制稱為壓力軋制，上下軋輥的工作直徑之差為壓力值：

當時，稱為上壓力軋制，此時，軋件上表面的速度大于下表面的速度，下彎。反之，稱為下壓力軋制。軋制時軋輥的壓力（a)上壓力；（b)下壓力3.2軋輥上壓力和下壓力概念★上下軋輥工作直徑不等時的軋使軋件中產生附加壓力上下壓力的利用優點缺點初軋機采用下壓力軋制。為了減輕軋件前端對輥道第一個輥的沖擊型鋼軋制時大部分采用上壓力軋制。可以避免安裝復雜的上衛板，另外，使用上衛板時，機架被堵塞，難以觀察軋輥為了脫模方便，軋制復雜斷面型鋼時，應根據孔型的開口（鎖口）位置來選定配置上壓力或下壓力。開口向上配上壓力，反之下壓力。輥徑差造成上下輥壓下量分布不均，其結果是上下軋槽磨損不均對軋件產生沖擊，傳動軸易扭斷配輥壓力值的確定初軋機上取10～15mm的下壓力;對開壞軋機上的箱形孔配置壓力值不大于(2%～3%)D0;對其他延伸孔型配置壓力值不大于1%D0.閉口孔型配置壓力值取2～6mm；成品孔型力求不配置壓力值。使軋件中產生附加壓力上下壓力的利用優點缺點初軋機采用下壓力軋例：當上壓力為m時，軋制線與軋輥中線之間的距離？解：設距離為x，已知由圖可知：

則3.3軋輥中線、軋制線和孔型中性線概念★軋輥中線軋制線孔型中性線上下兩個軋輥軸線間距離的等分線稱為軋輥中線。配置孔型的基準線稱為軋制線。配輥時軋制線和孔型中性線重合上、下軋輥作用于軋件上的力矩對于某水平直線相等，該水平直線稱為孔型中性線。上壓力軋制時軋輥的配置情況例：當上壓力為m時，軋制線與軋輥中線之間的距離？3.3軋輥3.4孔型在軋輥輥身長度上的配置2.為了便于調整，成品孔和成品前孔最好單獨配置在一架機架上；1.孔型在各機架分配原則是力求軋機各架軋制時間均衡；3.根據各孔型磨損程度及其對質量的影響，每一道備用孔型數量在軋輥上應有所不同；4.咬入條件不好的孔型或操作困難的道次應盡量不要與其前后孔型配置在同一臺軋機的同一條軋制線上，以保證調整的靈活性；5.定孔型間距即輥環寬度時，應同時考慮輥環強度以及安裝和調整軋輥輔件操作條件。確定輥環的間距即輥環寬度原則中間輥環：對鋼軋輥的中間輥環寬度bz≥0.5hp(hp為軋槽深度)邊輥環；軋輥邊輥環寬度Bb在型鋼軋機上要為導衛裝置調整留出足夠的位置。大中型軋機一般取Bb＝100～150mm，小型軋機一般不小于40mm。6.對于左右不對稱的孔型，為了減少軋制時的軸向力，防止軋輥軸向竄動造成厚度不均，在配輥時應使孔型在縱軸上的投影相等。3.4孔型在軋輥輥身長度上的配置2.為了便于調整，成品孔和3.5孔型在軋輥上的配置步驟按軋輥原始直徑D畫出上輥和下輥軸線在兩個軸線間作一條等分線，即為軋輥中線當不配壓力時，孔型中性線與軋輥中線重合作為軋制線；當配置壓力時，在距軋輥中線x＝m/4處畫軋制線。使孔型中性線與軋制線重合，繪制孔型圖確定孔型各處軋輥直徑，畫出配輥圖3.5孔型在軋輥上的配置步驟按軋輥原始直徑D畫出上輥和下輥已知某1100mm方坯初軋機，其中箱型孔型高度為220mm，輥縫s=15mm，采用m=10mm下壓配置，試將此孔型配置到軋輥上。（取重車系數K=0.12）3.6孔型配置例題已知某1100mm方坯初軋機，其中箱型孔型高度為220mm，已知某1100mm方坯初軋機，其中箱型孔型高度為220mm，輥縫s=15mm，采用m=10mm下壓配置，試將此孔型配置到軋輥上。解：計算軋輥原始直徑，并繪制上、下軋輥軸線，取重車系數K=0.12,則在兩軋輥軸線間畫出軋輥中線，與上、下軋輥的距離為D/2=582.5MM。確定軋制線位置。因配置下壓力，故軋制向上偏移值為確定孔型中性線。簡單對稱斷面孔型的水平對稱軸線即為孔型中性線，使孔型中性線與軋制線重合，繪制出孔型圖。計算