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棒材轧制孔型设计

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孔型设计

本设计以φ28mm圆钢为代表产品进行设计。

1 孔型系统的选择

圆钢孔型系统一般由延伸孔型系统和精轧孔型系统两部分组成。延伸孔型的作用是压缩轧件断面，为成品孔型系统提供合适的红坯。它对钢材轧制的产量、质量有很大的影响，但对产品最后的形状尺寸影响不大。常用的延伸孔型系统一般有箱形、菱—方、菱—菱、椭—方、六角—方、椭圆—圆、椭圆—立椭圆等；精轧孔型系统一般是方—椭圆—螺或圆—椭圆—螺孔型。

本设计采用无孔型和椭圆—圆孔型系统。

1.1无孔型轧制法

优点：

（1） 由于轧辊无孔型，改轧产品时，可通过调节辊缝改变压下规程。因此，换辊、换孔型的次数减少了，提高了轧机作业率。

（2） 由于轧辊不刻轧槽，轧辊辊身能充分利用；由于轧件变形均匀，轧辊磨损量少且均匀，轧辊寿命提高了2~4倍。

（3） 轧辊车削量少且车削简单，节省了车削工时，可减少轧辊加工车床。

（4） 由于轧件是在平辊上轧制，所以不会出现耳子、充不满、孔型错位等孔型轧制中的缺陷。

（5） 轧件沿宽度方向压下均匀，故使轧件两端的舌头、鱼尾区域短，切头、切尾小，成材率高。

（6） 由于减小了孔型侧壁的限制作用，沿宽度方向变形均匀，因此降低了变形抗力，故可节约电耗7%。

1.2椭圆—圆孔型系统

优点：

（1） 孔型形状能使轧件从一种断面平滑的过渡到另一种断面，从而避免由于剧烈不均匀变形而产生的局部应力。

（2） 孔型中轧出的轧件断面圆滑无棱、冷却均匀，从而消除了因断面温度分布不均而引起轧制裂纹的因素。

（3） 孔型形状有利于去除轧件表面氧化铁皮，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。

缺点：

（1） 延伸系数小。通常延伸系数不超过1.30~1.40，使轧制道次增加。

（2） 变形不太均匀，但比椭圆—方孔型要好一些。

（3） 轧件在圆孔型中稳定性差，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。

（4） 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。 2延伸系数的分配

2.1总的延伸系数μ

4/1.086.02220tnttttnadaAAaFFu

=[(1.012×120)2-0.86×(0.1×1.012×120)2]/[0.25×3.14×(28×1.012)2]

=23.20mm

式中：Fo—红坯断面面积，mm2;

Fn—成品于热状态断面面积，mm2;

ta—热胀系数，取ta=1.012；

tA—钢坯边长，mm;

dt—成品直径，mm;

轧制道次数n=282.123.20lglgggcll=12道次

2.2延伸系数的初步分配

分配原则：初轧道次小，以便取出氧化铁皮，保证产品质量；随后加大，以利用轧件在高温下塑性好，产生大的变形；精轧道次延伸系数小，以保证成品质量及孔型的耐磨性和成品尺寸精度。

将12道次的总延伸系数根据经验（如考虑咬入、摩擦等因素）具体分配如下：

μ1= 1.240 μ2 = 1.290 μ3=1.320 μ4=1.290

μ5= 1.320 μ6 = 1.361 μ7=1.380 μ8=1.361

μ9= 1.320 μ10 = 1.280 μ11=1.235 μ12=1.210

3各孔型中轧件尺寸的确定

3.1计算各等轴孔的轧件尺寸

1) 各等轴孔轧件的横截面积

12nnnnFF

2 ) 确定各等轴孔尺寸

由圆面积公式F=πR2得：

d=2Fi

各道次的轧件参数列于表（5—1）。

表1 等轴孔轧件尺寸

道次 6 8 10 12

轧件高/宽（mm） 66.16 48.27 37.14 30.38

轧件面积（mm2） 3435.93 1829.39 1082.74

724.55

3.2计算平辊出口轧件的断面积

前几个道次轧件表面氧化铁皮较多，摩擦系数较小，影响咬入。根据现场经验，无孔型轧制时既要防止产生轧件歪扭脱方现象，又要保证轧件在平辊上轧制的稳定性，故平辊出口轧件断面尺寸初步设计如下：

由筱仓公式：

β=1+0.8[2Lc/(Ho+2Bo)][(Ho-h)/Ho]

式中：Lc—平均接触弧长度，

2)(0hHDLc

Ho—轧前轧件平均高度；

h—轧后轧件平均高度；

Bo—轧前轧件宽度；

D—轧辊直径.

No.1 （第一道次）

来料：Bo×Ho =120.00×120.00mm

初设：h1=90.00mm;

2)00.9000.120(5001Lc = 86.60mm

βc1=1+0.8[2×86.60/(120+2×120)][(120-90)/120]

=1.096

则b1=βc1 Bo=1.096×120=131.52mm

F1= h1 b1=131.52×90= 11836.8mm2

校核：（1）Bo/ Ho>0.6~0.7 保证少产生歪扭脱方；

（2）h1/ b1<1.2 保证轧制状态稳定。

本道次中：Bo/ Ho=1，h1/ b1=0.68 符合要求

No.2 （第二道次）

来料：B1×H1=90×131.52mm

初设：h2=90mm;

2)00.9052.131(5002cL=101.88mm

βc2=1+0.8[2×101.88/(131.52+2×90)][(131.52-90)/131.52]

=1.206 则 b2=βc2B1=1.206×90=108.54mm

F2= b2h2=108.54×90=9768.6mm2

校核： B1/ H1=1.46 h2/ b2=0.83 符合要求

No.3 （第三道次）

来料：B2×H2=108.54×90mm

初设：h3=67.00mm; =112.56mm

β3=1+0.8[2×112.56/(108.54+2×90.00)][(108.54-90.00)/108.54]

=1.1066

则 b3=β3B2=1.1066×108.54=120.11mm

F3= b3h3=120.11×67.00=8047.4mm2

校核： B2/ H2=1.21 h3/ b3=0.56 符合要求

No.4 （第四道次）

来料：B3×H3=65.00×120.37mm

初设：h4=67.00mm; =127.58mm β4=1+0.8[2×126.38/(120.37+2×65.00)][(120.37-65.00)/120.37]

=1.375

则 b4=β4B3=1.372×67.00=92.13mm

F4= b4h4=67×92.13=6172.71mm2

校核： B3/ H3=1.85 h4/ b4= 0.73 符合要求

将前面四道次的出口轧件的有关尺寸列成表格见表5—2

表2 平辊出口轧件尺寸

道次 延伸系数 横截面积2mm 轧件高度mm 轧件宽度mm

1 1.240 11836.80 90.0 131.52

2 1.290 9768.60 90.0 108.54

3 1.320 8047.40 67.0 120.11

4 1.290 6172.71 67.0 92.13 3.3 椭圆孔型中轧件尺寸的确定

具体方法是两个等轴孔夹一个非等轴孔，以两圆夹一椭为例，根据经验理论确定轧件在椭孔中的延伸系数βt，轧件在圆孔中的延伸系数βy,来料尺寸为Bi-1×Hi-1,经椭孔后轧件尺寸为hi×bi,经过下一道次后轧件尺寸为 di+1,则由宽展系数的定义便可求得中间非等轴孔轧件的尺寸hi、bi，即：

βt=iiiihHBb11

βy=

11iiiidbhd

联立（1）（2）得：

bi=

ytiytititiddHB11111

hi=ytiytiyiyiHBdd11111

轧件在椭孔中的宽展系数t0.5~0.95，在圆孔中是宽展系数为y0.3~0.4。轧件尺寸偏大时，偏大取值，尺寸较小时，应偏小取值。具体计算过程如下：

No.5 （第五道次椭圆孔）

来料：B4×H4=67×92.13mm

轧件经第六道次后的尺寸为66.16mm;

取：t0.5, y=0.4

根据公式（），（）可算得第五道次椭圆后轧件的尺寸：mmb44.834.05.0116.664.05.016.665.013.925.0675

mmh25.595.04.0113.925.04.0674.016.664.016.665

校核第六道次圆孔中轧件的充满度：

第六道次后轧件的宽度mmdbhby16.664.0)16.6644.83(25.596556mmdbk16.67116.6666为宽展留的余量，取 mm）

则=%95%51.98%10016.67/16.66%100/66kbb

符合要求，校核通过。No.7 （第七道次椭圆孔）

来料：B6×H6=66.16×66.16mm

轧件经第八道次后的尺寸为48.27mm; 取：t0.8, y=0.4

根据公式（），（）可算得第七道次椭圆后轧件的尺寸：mmb61.954.08.0127.484.08.027.488.016.668.016.667

mmh34.298.04.0116.668.04.016.664.027.484.027.487

校核第八道次圆孔中轧件的充满度：

第八道次后轧件的宽度mmdbhby27.484.0)27.4861.95(34.298778mmdbk27.49127.4888为宽展留的余量，取 mm）

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φ70～80轴承钢棒材轧制过程的孔型设计及三维模拟

φ70～80轴承钢棒材轧制过程的孔型设计及三维模拟

φ70～80轴承钢棒材轧制过程的孔型设计及三维模拟

岳重祥;张立文;阮金华

【摘 要】A pass system to produce Φ70-80 bearing steel rod by using

300mm billet was developed. With the aid of software MSC. Marc and its

user subroutine, 3D FE models for the rolling process coupled with the

microstructure evolution model of GCr15 steel were established to

simulate the deformation of rolled piece and the rolling force at every pass.

Meanwhile, the evolutions of temperature, strain, strain rate and austenite

grain size in the rolled piece were obtained. The work realized the virtual

computer rolling before practical rolling of rod.%开发了采用300mm方坯生产φ70～80mm规格GCr15轴承钢棒材的孔型系统.利用有限元软件MSC.Marc,建立了该生产过程的三维有限元模型.借助MSC.Marc软件的二次开发功能,将GCr15钢的微观组织演变模型与轧制过程的热力耦合有限元模型相结合,预测了该生产过程中的轧制力、轧件变形情况及轧件内部温度、应变、应变率与奥氏体晶粒尺寸的演变情况,实现了棒材实际轧制前的计算机虚拟轧制.

【期刊名称】《材料工程》

【年(卷),期】2011(000)002

棒材轧制孔型设计

棒材轧制孔型设计

孔型设计

本设计以φ28mm圆钢为代表产品进行设计。

1 孔型系统的选择

圆钢孔型系统一般由延伸孔型系统和精轧孔型系统两部分组成。延伸孔型的作用是压缩轧件断面，为成品孔型系统提供合适的红坯。它对钢材轧制的产量、质量有很大的影响，但对产品最后的形状尺寸影响不大。常用的延伸孔型系统一般有箱形、菱—方、菱—菱、椭—方、六角—方、椭圆—圆、椭圆—立椭圆等；精轧孔型系统一般是方—椭圆—螺或圆—椭圆—螺孔型。

本设计采用无孔型和椭圆—圆孔型系统。

1.1无孔型轧制法

优点：

（1） 由于轧辊无孔型，改轧产品时，可通过调节辊缝改变压下规程。因此，换辊、换孔型的次数减少了，提高了轧机作业率。

（2） 由于轧辊不刻轧槽，轧辊辊身能充分利用；由于轧件变形均匀，轧辊磨损量少且均匀，轧辊寿命提高了2~4倍。

（3） 轧辊车削量少且车削简单，节省了车削工时，可减少轧辊加工车床。

（4） 由于轧件是在平辊上轧制，所以不会出现耳子、充不满、孔型错位等孔型轧制中的缺陷。

（5） 轧件沿宽度方向压下均匀，故使轧件两端的舌头、鱼尾区域短，切头、切尾小，成材率高。

（6） 由于减小了孔型侧壁的限制作用，沿宽度方向变形均匀，因此降低了变形抗力，故可节约电耗7%。

1.2椭圆—圆孔型系统

优点：

（1） 孔型形状能使轧件从一种断面平滑的过渡到另一种断面，从而避免由于剧烈不均匀变形而产生的局部应力。

（2） 孔型中轧出的轧件断面圆滑无棱、冷却均匀，从而消除了因断面温度分布不均而引起轧制裂纹的因素。

（3） 孔型形状有利于去除轧件表面氧化铁皮，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。

缺点：

（1） 延伸系数小。通常延伸系数不超过1.30~1.40，使轧制道次增加。

（2） 变形不太均匀，但比椭圆—方孔型要好一些。

（3） 轧件在圆孔型中稳定性差，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。

棒材孔型设计系统V1.0说明书

棒材孔型设计系统V1.0说明书

棒材孔型设计系统软件说明书Ｖ１．０ １

版权所有 违者必究

棒材孔型设计系统软件说明书V1.0

作者： 周 浩

雷 明

二零一七年五月

江苏·常州

棒材孔型设计系统软件说明书Ｖ１．０ ２

版权所有 违者必究　目录

第1章 绪论 ..................................................................... 3

1.1 概述 ....................................................................... 3

1.2 软件功能概述 ......................................................... 3

1.3 运行环境 ................................................................. 4

1.4 用户界面 ................................................................. 4

第2 章 孔型设计 ............................................................... 6

2.1 箱型孔设计 ............................................................. 6

2.2 椭圆-圆孔设计 ...................................................... 12

2.3 绘图模式 ............................................................... 17

第3章 力能参数校核 ...................................................... 19

Ф65mm圆钢孔型设计

Ф65mm圆钢孔型设计

Ф65mm圆钢孔型设计

摘 要：棒材作为小型材的重要组成部分，在我国的钢铁生产中占有重要的地位，尤其在近几年的城市建设以及房地产开发的热潮中，棒材的使用量在钢铁材料中占有很大比例。近年来，我国大多数棒材厂都进行生产线的改造，使生产设备和工艺更能满足生产需求。

本设计的棒材生产车间采用150×150mm连铸方坯，经过选定孔型系统及孔型设计方法，分配各道次延伸系数，计算各道断面面积，轧制速度、轧制温度、轧制力及轧制力矩等，生产出Ф65mm的圆钢。

关键词： 棒材；圆钢；生产工艺；孔型设计

1、各道次轧件尺寸及孔型尺寸计算

1.1第一至三道次 箱型孔型计算

图1 箱型孔型构成

—槽口宽度； —槽底宽度； —侧壁角；S—辊缝； —槽底凸度；

R—外圆角；r—内圆角； —轧槽深度

取压下量 h =50mm则h=150-50=100mm

轧件宽度： (1.1)

则宽展量 B=158.45-150=8.45mm

展宽系数:

咬入角: (1.2)

因此可以咬入。

孔型尺寸：

辊缝值S=(0.02~0.05) =(12.8~32)mm，取S=20mm； (1.3)

轧槽槽底宽 =B（1~1.06）=（158.45~167.95）mm，取 =165mm；(1.4)

轧槽槽口宽 =b+(5~12)=（163.45~170.45 ）mm, 取 (1.5)

孔型高度H= =100mm

轧辊工作直径 ＝640-100=540mm

侧壁斜度: (1.6)

内圆角半径R=(0.1~0.2)h=（10~20）mm (1.7)

外圆角半径r =(0.05~0.15)h=（5~15）mm (1.8)

槽底凸度 mm，取 mm

表2 各设计箱型孔尺寸

道孔槽槽口外内侧辊槽次 型高度H/mm 底宽度bk/mm 宽度Bk/mm 圆角半径r/mm 圆角半径R/mm 壁斜度tan

/％ 缝

s/mm 底凸度hd/mm

1 100 165 170 10 20 2.5 20 3