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《计算机辅助孔型设计》讲稿 安徽工业大学 材料科学与工程学院 第一章 孔型设计的基本概念 1.1 孔型和孔型设计的概念 型钢是重要的钢铁产品。其生产方法有许多种，其中热轧法应用最为广泛，具有生产规模大、效率高、能量消耗少和降低成本的特点。轧制方法主要采用普通轧法，即二辊轧法，二辊轧法生产的品种最多。除此之外，还有多辊轧法等其他轧制方法。 型钢品种繁多，外形变化复杂，由于型钢外形上的特点，在普通二辊轧机上轧制型钢时，须在轧辊上刻制不同形状的轧槽，即孔型。孔型设计的好坏对顺利轧制达到优质高产的目的有至关重要的作用，型钢生产工艺制订的一个重要内容就是进行孔型设计。 1.1.1孔型的概念 轧辊轴线：轧辊的轴线。 轧制面：通过两根轧辊轴线的平面称为轧制面。 孔型：轧槽在轧制面上所形成的孔称为孔型，孔型的尺寸指正在过钢时的尺寸。 1.1.2孔型设计 孔型设计就是如何在轧辊上刻制形状正确，尺寸精确的轧槽以达到生产出满足产品质量要求的产品。将钢锭或钢坯在连续变化的轧辊孔型中进行轧制，以获得所需的断面形状、尺寸和性能的产品，为此而进行的设计和计算称之为孔型设计。 轧槽的形状就是金属在整个生产过程中每道次我们所要求的金属变形形状。但是金属有其自身的变形规律，它能否按照我们的要求去变形就涉及到一个重要问题—金属的塑性变形规律。这一问题是相当复杂的，在理论上目前还难以解决金属塑性变形的计算问题，尤其是型钢塑性变形的复杂计算问题。 目前，尽管有限元模拟技术已经得到应用，但有限元大规模地投入实际应用还有待时日，况且理论分析的结果一定要经过实际生产的检验。 问题的解决只能通过另一条途径，在实践中摸索经验，掌握金属的变形规律。型钢生产已经有数百年的历史，在长期的实践中，人们总结出各种不同的变形方法，不同的变形方法使用于不同的产品以及不同的轧制条件。每种变形方法就是一种孔型系统，孔型设计的首要任务就是选择合适的孔型系统，正确选择孔型系统的基础就要了解各种孔型系统的特点。 确定了孔型系统就是确定了变形方式，以后的孔型设计的重要问题就归结为压下系数、延伸系数、宽展系数的确定和计算以及孔型具体尺寸的确定。 压下系数、延伸系数是设计时确定的，而金属的宽展则是由金属的塑性变形规律决定，宽展的计算尽管有很多的计算公式并能达到相当高的精度，但对多数型钢而言，仍以经验为主。因此孔型设计是一门实践性很强的科学。学习孔型设计，除进行理论学习之外，还要积极地向现场实践学习，掌握金属的变形规律。 因此，型钢设计既是复杂的，又是简单的。 综上所述，孔型设计的主要问题归结为三点： 1）孔型系统的选择； 2）孔型参数的计算； 3）孔型尺寸的确定。 孔型设计的内容为： 断面孔型设计。根据原料和成品断面形状和尺寸及对产品性能的要求，确定孔型系 统，轧制道次和各道次的变形量，各道次的孔型形状和尺寸。 配辊。确定孔型在各机架上的分配及其在轧辊上的配置方式。 轧辊辅件设计—导卫或诱导装置的设计。保证轧件以正确的方式进出轧辊，有的使轧件在孔型外发生一定的变形。 1.2 孔型的形式及其分类 1.2.1孔型的形式 二辊及多辊孔型，二辊孔型应用的最为普遍。 1.2.2孔型的分类 1）按用途分 开坯孔型；预轧孔型；成品前孔型；成品孔型。 图1-1 孔型按用途分类 a-开坯孔型; b-预轧孔型; c-成品前孔型; d-成品孔型 2）按配置方式 开口孔型；闭口孔型；半开孔型。见图1-2。 3) 按形状分 简单断面—方、圆、六角孔等 复杂断面—工字形、槽形、角形等。 1.3 孔型的构成和各部分的作用 图 1-2 孔型按车削方式的分类 1.3.1孔型的构成 孔型的形状复杂多样，但各种孔型都有其共同的基本组成部分，以箱形孔为例如图1-1。 图1-3 箱形孔型基本组成部分 箱形孔型基本组成部分有：内外圆角，辊缝，侧壁斜度等。无论孔型的形状如何变化，孔型的基本组成部分是不可缺少的。 1.3.2孔型各部分的作用 辊缝 辊缝指过钢时的辊缝，包括了轧机的弹跳在内，设计中必须遵循辊缝大于轧机的弹跳值的原则，否则过钢前轧辊就会压靠在一起，造成设备事故。 a.由于轧机的弹跳，辊缝的存在是不可避免的。 b.辊缝的存在有利于调整。轧制过程中孔型的磨损使孔型高度增大，调整辊缝可使孔型高度维持固定值，保证轧件的几何尺寸；由于轧制过程中条件变化或孔型设计不当，调整辊缝可使轧制过程顺利进行。 c.调整辊缝，可在同一孔型中轧出几种不同尺寸的轧件。在初轧机上，不同规格，不同尺寸的轧件的生产完全靠在相同轧槽中调整辊缝的方法达到的。 实际生产中通常根据轧辊直径来估计辊缝值，例如： 成品孔型：s=0.01D 预轧孔型：s=0.02D 开坯孔型：s=0.03D 式中 D为轧辊直径。 2）孔型的内外圆角 a.减少应