学号：课程设计课程型钢孔型设计同组学生院别机械工程学院专业班级10材控2班指导教师刘建二0一三年十一月目录摘要第一章绪论.........................................................................................................- 1 - 1.1 孔型及其分类............................................................................................... - 1 - 1.2 孔型的组成及各部分的作用....................................................................... - 2 - 第二章轧制道次的确定与孔型系统的选择.....................................................- 4 - 2.1设计目的和任务............................................................................................ - 4 - 2.2设计内容的方坯轧制成................................................................................ - 4 - 2.3轧制道次的确定............................................................................................ - 4 - 2.4孔型系统的选择............................................................................................ - 4 - 第三章轧件断面尺寸的确定.............................................................................- 5 - 3.1 精轧孔型的设计........................................................................................... - 5 - 3.2 确定各中间扁轧件的断面尺寸................................................................... - 6 - 3.3孔型尺寸- 10 - (16)参考文献............................................................................................................ - 17 -圆钢孔型设计摘要型钢是经各种塑性加工成形的具有一定断面形状和尺寸的直条实心钢材，是重要的钢材产品之一，它被广泛的应用于国民经济的各个部门，如机械、金属结构、桥梁建筑、汽车、铁路车辆制造等，它都占有不可缺少的地位。

孔型设计是型钢生产中必不可少的步骤之一，孔型设计的合理与否直接影响到产品的质量、轧机的生产能力、产品的成本、劳动条件和劳动强度等。

圆钢属于简单断面型钢的一种，在工业生产中，自然缺少不了孔型设计这一步骤。

轧制圆钢的孔型系统有多种，应根据直径、用途、钢号及轧机形式来选用。

本文主要介绍孔型设计的一些基本知识和原理，并以生产 25mm圆钢为例，说明孔型设计的方法。

第一章绪论1.1 孔型及其分类由两个或两个以上的轧槽在过轧辊轴线的平面上所构成的空洞称孔型。

根据孔型的形状。

用途及其在轧辊上的切削方式可将孔型分类。

1、按形状分类按孔型形状可以把所有孔型分为简单断面（如方、圆、扁等）和异型断面（如工字形、槽形、轨形等）两大类。

也可按孔形的直观外形分为圆、方、箱、菱、椭圆、六角、扁、工字、轨形以及蝶式孔型等。

2、按用途分类（图1.1）根据孔型在变形过程中的作用分为：(1)开坯或延伸孔型，这种孔型的任务是把钢锭或钢坯的断面减小。

常用的孔型有箱型孔、菱形孔、方形孔、椭圆孔、六角孔等。

(2)预轧或毛轧孔型，其任务是在继续减小轧件断面的同时，并使轧件断面逐渐成为与成品相似的雏形。

(3)成品前或精轧前孔型，它是成品孔型前面的一个孔型，是为在成品孔型中轧出合格产品做准备的。

(4)成品或精轧孔型，它是一套孔型系统的最后一个孔型，它的作用是对轧件进行精加工，并使用轧件具有成品所要求的断面形状和尺寸。

图1.1 孔型按用途分类3、按孔型在轧辊上的车削方式可分为如下三类；（图1.2）(1)轧辊辊缝s在孔型周边上的称为开口孔型。

(2)轧辊辊缝s在孔型周边之外的称为闭口孔型。

(3)半开（闭）口孔型，亦称控制孔型。

图1.2孔型按车削方式分类1.2 孔型的组成及各部分的作用为了轧出所需的各种型钢，必须设计出相应的孔型。

尽管孔型的种类很多外形也各有差异，但它们都是由几个基本部分组成的，如辊缝、圆角、侧壁斜度等(图1.3)。

下面来讨论孔型各部分的作用。

图1.3孔型的组成1、辊缝s在轧制过程中，除轧件产生塑性变形外，工作机架各部分因受轧件变形抗力的作用将产生弹性变形。

机架的弹性变形由下面几部分组成：(1)轧辊的弯曲和径向压缩；(2)牌坊立柱的拉伸；(3)牌坊上下横梁的弯曲；(4)压下螺丝、轴承、轴瓦的压缩等。

以上弹性变形的总和称为轧辊的弹跳，简称辊跳。

辊跳值的大小与轧制压力和轧机的结构有关。

在轧制压力相同时，开口式牌坊比闭口式牌坊的辊跳大的多。

轧辊的辊跳增加了孔型的高度，所以如果早设计孔型时没有考虑轧辊的辊跳，就不可能轧出合格的产品。

例如轧制直径30毫米的圆钢时，如果轧槽的深度为圆钢直径之半（图1.4.a），当轧制时由于辊跳，轧件的垂直直径将大于水平直径，不能轧出合格的产品。

为了获得精确的断面形状和尺寸，孔型设计时必须在轧辊间留辊缝，使两个轧槽的深度与辊缝之和等于孔型的总高度。

这样在轧制前使轧辊之间的距离比设计的辊缝小一辊跳值。

在轧制时由于辊跳孔型达到要求的高度，如图1.4.b所示。

不难看出，辊缝值应大于辊跳值。

如果辊缝值正好等于辊跳，在轧件进入孔型前，轧辊将相互接触，这将引起附加的能量消耗与轧辊的磨损。

在许多情况下，调整辊缝值的大小可改变孔型的尺寸（如菱形、方形、椭圆孔等），这从提高轧辊的共用性和节约轧辊的角度出发是很有价值的。

此外，增大辊缝值可相对减少轧槽刻入深度，提高轧辊强度，延长了轧辊的使用寿命；简化轧机调整，即当孔型磨损时，可以用减少辊缝的方法使孔型恢复原来的高度。

轧辊的弹跳与金属作用在轧辊上的压力成正比，而允许轧制压力的大小又与轧辊的强度和轧辊直径有关，所以在实际生产中通常根据轧辊直径来估算辊缝值。

如大中型轧机的开坯机上采用8~15mm,成品轧机采用4~6mm,小型轧机的开坯机采用6~10mm,精轧机用1~3mm。

图1.4在圆孔型中轧制a——无辊缝；b——有辊缝同样也可以根据如下经验关系确定辊缝值s，成品孔型s=0.01D；毛轧孔型=0.02D；开坯孔型=0.03D。

式中D为轧辊直径。

开坯孔型和毛轧孔型的辊缝值比成品孔型大，这是因为最初道次辊缝大对成品质量影响不大的缘故，且辊缝越大，调整范围大，增加轧辊重车次数。

2、孔型的圆角除特殊要求外孔型的角部很少用折线，一般都做成圆角，(见图1.3)(1)孔型内圆角的作用可以防止轧件角部的急剧冷却；可以使槽底的应力集中减小增加轧辊强度：通过改变内圆角半径，可以改变孔型的实际面积和尺寸，从而改变轧件在孔型中的充满程度，有时还对轧件的局部加工起一定的作用。

(2)孔型外圆角的作用当轧件进入孔型不正时，外圆角能防止轧件的一侧受辊环切割；当轧件在孔型中略有过充满现象时，即出现“耳子”时，外圆角可使其避免有尖锐的折线，这样可以防止轧件继续轧制形成折叠（图1.5）；对于异型轧孔，增大外圆角半径也可使轧辊的局部应力集中减少，从而增加轧辊的强度。

应当指出，在轧制某些简单断面型钢时，其成品孔型的外圆角半径可以取小些，甚至为零。

图1.5 孔型外圆角的作用第二章 轧制道次的确定与孔型系统的选择2.1设计目的和任务本课程设计是材料成型与控制工程专业本科学生在修完《型钢孔型设计》课程之后进行的一门专业课程设计。

本课程设计的目的是使学生进一步理解并掌握型钢孔型设计的原理和方法。

本课程设计的任务是能根据生产工艺要求选定孔型系统、计算孔型并确定孔型参数，进行轧辊的孔型设计。

2.2设计内容的方坯轧制成在5250/2400⨯Φ⨯Φmm mm 横列式小型轧机上，将原料为mm mm 8080⨯的方坯轧制成mm 12Φ的圆钢，设计延伸孔型系统，并绘出孔型图。

已知轧机的平均延伸系数4.1=c μ。

本设计采用Z.乌萨托夫斯基法。

2.3轧制道次的确定计算总延伸系数6.5621214.380802=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯==ΞnF F μ根据本轧机的布置形式和选择的孔型系统，参考有关厂的延伸系数，取平均延伸系数4.1=μ，则轧制道次数为:99.114.1ln 6.56ln ln ln ===∑c n μμ根据轧机布置应取偶数道次，则取n=12，故最后确定轧制道次为12道次。

2.4孔型系统的选择生产圆钢的孔型系统一般由延伸孔和精轧孔两部分组成,延伸孔的主要目的是减小轧件断面,并为轧件正确、顺利地进入精轧孔创造良好的条件。

延伸孔型系统采用箱形孔型系统一菱—方孔型系统一角—方孔型系统一椭圆一方系统一椭圆一方系统,精轧孔型常用的孔型系统采用, 椭圆—圆孔型系统。

第三章轧件断面尺寸的确定3.1 精轧孔型的设计 3.1.1 K 1孔的设计：为了提高轧件的真圆度，提高侧压，限制宽展，缩小误差；K1孔选用切线连接扩张角法成品孔。

采用高精度法成品孔设计，允许偏差为mm 25.0±∆。

[][][]()oo o ok k k o k k k B S B h B S mmmm d h mm d B 9.277.182.97.184.12214.129.11arccos )(1arccos 2.94.122arctan arctan2S 9.11015.125.012)02.1~007.1()1~0(4.12015.125.012)02.1~0007.1()1~5.0(22=+=+==⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+======⨯-=∆-==⨯+=∆+=-+ϕαθϕα取辊缝：考虑到 θ<30°,所以θ=30°3.1.2 成品前孔K 2：根据经验公式法可以得出mm d B mm d h k k 18125.1)70.1~42.1(6.9128.0)86.0~78.0(22=⨯===⨯==取辊缝为：则椭圆半径R ,3mm S =()()()()mm s h B s h R k k k 1436.941836.94222222=-+-=-+-=3.1.3 K 3孔：方形孔的边长：()mmd a 3.13121.114.1~110=⨯==槽口宽度k b ：mms b b k 173.131.03.1341.1=⨯-⨯=-= 辊缝S ：mm a S 3.13.131.01.0=⨯==内圆角半径r ：()mm a r 23.1315.02.0~15.0=⨯== 外圆角半径R ：()mm a R 7.23.132.02.0~15.0=⨯==顶角β：o90=β3.2 确定各中间扁轧件的断面尺寸 3.2.1 第一孔型表3-1常用延伸孔型的m 值 孔型形状a b c d e f g h i m0.510.50.7850.50.96--0.990.70--0.88已知mm a 800=，mm a 632=。