復雜斷面型鋼及萬能軋機孔型設計

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復雜斷面型鋼及
萬能軋機孔型設計軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室（東北大學）
, K8 ]5 }0 N: S; D2 O+ d& h內
容
1 復雜斷面與簡單斷面型鋼軋制變形的區別1．1 什么是復雜斷面型鋼？1．2 復雜斷面型鋼的用途和特點1．3 典型產品 1．4 復雜斷面型鋼與簡單斷面型鋼軋制變形的區別2 二輥孔型軋制復雜斷面型鋼時軋件的變形特點 3 萬能孔型軋制復雜斷面型鋼的優點3．1萬能孔型及其軋制凸緣斷面型鋼的優點3．2在萬能孔型和軋邊端孔型中軋件的變形特點4
二輥孔型軋制復雜斷面型鋼的孔型設計4．1成品孔型4．2延伸孔型4．3切深孔型 5萬能孔型軋制的孔型設計5．1 H 型鋼 5．2 重軌6萬能孔型的軋制力計算 7國內外型鋼軋制新技術7．1 近終形連鑄異形坯7．2 無開坯機軋制技術和MPS技術(Mulit-Purpose Section Technology)7．3 萬能孔型和軋邊端孔型二合一的UE孔型7．4 H型鋼生產新技術 8型鋼高精度軋制工藝研究與生產實踐8．1前言8．2 除軋機剛度外，影響軋件尺寸精度的因素分析 8．3 提高型鋼軋制尺寸精度的試驗研究 8．4 型鋼高精度軋制技術在生產上的應用 8．5 結論 9棒線材連軋機低溫軋制規程研究9．1前言9．2 影響低溫軋制的工藝參數 9．3 現有連軋機降低軋制溫度的阻礙 9．4 軋制實驗結果 9．5 結論 1 復雜斷面與簡單斷面型鋼軋制變形的區別
1．1 什么是復雜斷面型鋼？
7 }6 F+ q% @- `0 M( `- B復雜斷面型鋼又叫異型斷面型鋼，其特征是橫斷面具有明顯凸凹分枝。 1．2復雜斷面型鋼的用途和特點
復雜斷面型鋼的品種、規格繁多，被廣泛地應用于國民經濟的各個領域。
3 _& s: v6 O6 _% C7 M鋼結構用材中使用量最大的品種是H型鋼。交通運輸用材中用量最大且對產品質量要求最高的當屬重軌。1）品種規格多。2）斷面形狀差異大。3）斷面形狀復雜。4）軋機結構和軋機布置形式多種多樣。
. m4 f5 T2 z( Q2 g常用的分類方法有以下4種：1）按生產方法分類。現今生產型鋼的主要方法是熱軋。2）按使用部門分類。3）按斷面尺寸大小分類。分為大型、中型和小型。4）按使用范圍分類。有通用型鋼、專用型鋼和精密型鋼。1．3 典型產品1．3．1
+ v  s; X4 H6 i, t' x6 jH型鋼和工字鋼

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用途廣泛

H型鋼的產品規格很多，有如下幾種分類：1）按邊寬分為寬邊、中邊和窄邊。寬邊：邊寬b大于或等于腰高h，中邊：b大于或等于h的1/2，窄邊：b等于或小于h的1/2。2）按用途分為H型鋼梁、H型鋼柱、H型鋼樁、厚邊H型鋼梁。窄邊為梁材，寬邊為柱材。故又有梁型H型鋼和柱型H型鋼之稱。3）按生產方式分為焊接H型鋼和軋制H型鋼。4）按尺寸規格分為大、中、小號H型鋼。腰高在700mm以上稱大號、腰高在300-700mm稱中號、腰高小于300mm的產品稱小號。1．3．2
! J/ k" r* i1 J6 F% Z- I6 j鋼軌
歷史長。1840年就開始了鋼軌軋制。
  a. d- L; u5 Z; }# E7 X鋼軌橫斷面可分為軌頭、軌腰和軌底。世界各國對鋼軌的技術條件有不同的要求，但鋼軌的橫斷面形狀是一致的。鋼軌的規格以每米長的重量來表示。普通軌的重量范圍為5-78kg/m，起重軌可達120kg/m。常用的規格有9，12，15，22，24，30，38，43，50，60，75kg/m。通常將30kg/m以下的鋼軌稱為輕軌，在此重量以上的鋼軌稱為重軌。 鋼樁（鋼板樁）1．4 復雜斷面與簡單斷面型鋼軋制變形的區別
0 d9 @( k! H, {8 ]& A" X; X主要區別有如下幾點：1）簡單斷面型鋼孔型，要求1個方向壓下。復雜斷面型鋼，需要多方向壓下，最難軋出的是薄而高的腿，即凸緣。
; E: Q/ X4 H0 e% @: A解決問題，思路有兩條，1是在設備上，采用萬能軋機，用立輥和水平輥側壁軋凸緣。2是在孔型，所謂2輥孔型軋制凸緣斷面型鋼的孔型設計，即復雜斷面型鋼孔型設計。2）簡單斷面型鋼孔型，變形參數如咬入、壓下量、軋制速度等，可用數字表達。復雜斷面型鋼的變形參數，很難用數字表達，因此在復雜斷面型鋼孔型設計時，作圖是必不可少的手段3）復雜斷面型鋼，沿軋件橫斷面上的不均勻變形不可避免，軋制中軋件承受附加的拉、壓和扭轉等。在孔型設計時必須考慮這些不均勻變形，不能影響軋制順利進行。1) 除腰部外，孔型橫斷面上各處變形程度不同2) 軋件的邊部必須帶有一定的斜度，不能軋出內外側均無斜度的平行邊；3) 軋輥消耗大，原因一是輥環直徑大，二是斜度小時軋輥的車修量大，三是輥面上線速度差大；4) 動力消耗大；5) 產品尺寸精度低；6) 軋制效率低，對邊部，兩道才能頂一道7) 閉口邊的楔卡使軋件邊寬拉縮嚴重。3 萬能孔型軋制復雜斷面型鋼的優點
: g4 C2 [2 r. q4 F0 ^, [3．1萬能孔型及其軋制凸緣斷面型鋼的優點萬能孔型軋制的優點：1) 立輥直接軋腿，可軋制薄而高的平行邊。2) 軋件的邊高拉縮小，坯料高度小，可以不用或少用異型坯。粗軋的道次數可以減少。萬能孔型邊部可以大壓下，得到大延伸，減少總道次數。3) 調整壓下規程(輥縫)，可軋出厚度不同的產品。調整軋邊端孔型，可控制邊寬。一架軋機可以軋制多道次，機架數少。
' V8 F; }( I" a5 e4)
3 W% S! K0 `- J' F5 h8 G. F. \! w  c輥面線速度差小，軋輥磨損小且均勻。軋輥幾何形狀簡單，容易使用具有高耐磨性能的新材料軋輥。軋輥的加工和組裝也比較簡單。5)
軋制過程是對稱壓下，變形相對均勻。6)
6 Q4 w$ r( |: |7 ~4 `不依靠孔型的側壓和楔卡使軋件變形，軋件的表面劃傷小，軋制動力消耗小。3.2在萬能孔型和軋邊端孔型中軋件的變形特點3 .2.1 萬能孔型中軋件的變形特點1）由變形區形狀所決定，在萬能孔型中軋件變形均勻，好于兩輥孔型軋工字鋼。所以輥耗、能耗都比較小，是一種較經濟的軋制方式。2) 邊部和腰部的變形互相影響。寬邊產品，邊部拉腰部的現象明顯，邊面積 Fb=2tb

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腰面積 Fy =d(h-2t)=0.75t(h-2t)=0.75th-1.5txt式中：t是邊厚，b是邊寬，h是腰高。
反之，腰部也拉邊部，雖然情況不會有邊部拉腰部那么嚴重，但也不可忽略。尤其是對于窄邊的產品，腰部壓下大將把邊寬拉小，邊寬是很不容易軋出來的，除非是特殊情況，應避免拉小。在孔型設計時應充分考慮這一點。
在工程實踐中有兩種作法：1）在萬能孔型中擴邊；2）萬能孔型中邊寬減少。5) 軋制后邊端不齊，外側寬展大，見圖4。原因如下：(1)水平輥側面對邊部內側的金屬質點有向下的摩擦力；(2)邊部內側軋輥的線速度差大，軋件出輥時是一個整體，邊端受到邊根的拉縮，類似于軋件閉口邊的拉縮；(3)邊部外側立輥的壓下量大，寬展也大。由于邊端不齊，為了保證產品質量，軋邊端孔型是必不可少的。3.2.2 在軋邊端孔型中軋件的變形特點1)根據l/h，l－變形區長，h－變形區平均高，軋邊端是典型的高件軋制。軋制時變形深入不下去，寬展集中在軋輥接觸面附近，形成明顯的雙鼓變形，造成軋件邊端局部增厚。雙鼓局部增厚的邊部在后續的萬能孔型中產生不均勻壓下，一是造成強迫寬展，邊寬又得到恢復，二是造成水平輥側面和立輥的不均勻磨損，對應雙鼓局部增厚處出現槽溝。因此，軋邊端的壓下量應盡量小，只要軋平邊端即可。
; s( n; _/ Q. n( z/ o. W2) 軋邊端時變形區內軋件的斷面形狀是窄而高，邊根不能橫向移動，邊端受到摩擦力的約束，壓下量一旦過大，軋件邊部將出現塑性失穩彎曲，達不到軋邊端的目的。由于這一原因，軋邊端壓下量也不能大，一般情況下，軋邊端道次的壓下率不應大于5%。3) 由于軋邊端時軋件與軋輥的接觸面很窄，壓下量小，接觸面積很小，所以在萬能--軋邊端往復可逆軋制時存在著張力飽和現象。張力一旦加大，軋邊端孔型中的軋件將被拉住或者拔出。可以自動調節張力。4 二輥孔型軋制復雜斷面型鋼孔型設計
4．1 成品孔型
4 Y5 O3 b  r8 L. ~; r為了延長軋槽壽命，閉口槽（死槽），一般盡可能小，磨損變大后，調整開口槽尺寸，孔型軋出的軋件還是對稱的。
二輥孔型軋制工、槽鋼，由于脫槽的限制，軋件幾何形狀不符合產品標準要求。工字鋼有內拼和外擴，槽鋼腰部有彎曲，這些缺陷需要用矯直機矯正。由于矯直盲區，二輥孔型軋出的工、槽鋼，產品端頭質量不能令用戶滿意。
如使用萬能孔，則工字鋼的內拼和外擴，槽鋼的腰部彎曲就不再成為問題。4．2 延伸孔型4．2．1 孔型系統和孔型數目選擇工字鋼孔型，孔型系統的選擇主要考慮成品腿高
" X: ~" X7 d& [$ I) o3 a鋼坯高度B0與成品腿寬b之比B0/b B0/b=(1.8-2.2)時，使用直軋系統。B0/b=(1.6-1.8)，使用直腿斜軋系統B0/b=(1.5-1.6)，使用彎腿斜軋系統
( Q& X0 M; i, \8 }% ~9 ^+ W' n7 t0 s1 E鋼坯寬度H0與成品高度h的關系為H0－∑h，∑h是軋制時，產品高度方向上各個道次軋件寬展量之和。
' {- A& a: s6 S( V2 ^如果坯料尺寸大于上述參考值，則在異形孔型前設置箱形孔。直軋系統和斜軋系統的最大區別在于：
6 {( `* n+ r1 n- y) J" @斜軋孔型中，開口腿有比較大的側壓量，腿高拉縮量小，其它參數的確定與直軋孔型一樣。直軋孔型和斜軋孔型的區別見圖6。表2 各規格工字鋼軋制道次及所用輥徑工字鋼規格
異形孔數量
參考輥徑,mmNo.10—14
6－
/ }2 P% A% K3 [/ r; D4 b/ y4 w8
; A( G( m9 u, r" w350-500
14—20
8－10
400-650
8 k  N1 {& s1 Q. v) q1 ~3 ?0 a8 c& c* O20—30
10－12
+ J5 \6 v  m  v$ P600-750
30—63
10—14
9 ^- z9 f! f: p
9 R( t( }  p/ C" s4 Z750-950
以上異形孔型的數量，包括了切深孔型。異形孔型的數目最好是偶數，在受到軋機布置形式限制，必須使用奇數孔型數時，要設置對稱切深孔，或者是在盡可能遠離成品孔型處，將不對稱

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變形消除。 4．2．2 延伸孔型變形參數設計1)首先確定各孔型的腰部壓下量
$ h# F5 M5 Y7 n1 _0 t. s' j; o工字鋼孔型設計，延伸分配的主要依據是腰部壓下量。限制因素除咬入條件、電機能力和軋件表面質量之外，還有一個特殊因素―腿部內側壁斜度。
+ K0 l# J( i' _  l/ R& v直軋孔型，軋件腿部的內側壁愈小，所允許的腰部壓下量也愈小。軋普通工字鋼時，其成品內側壁斜度為1：6。所以在成品孔型中，腰部壓下量一般為0.5mm。成品前孔的腰部壓下量一般為1―2mm。其它各孔中的腰部壓下量Δd可以按等差級數或者近似等差級數逐漸增加。

! l# ^; u( T+ D6 T還要校核。注意：校核咬入條件要根據圖示結果，不能簡單計算壓下量。
各孔要有一定的腰部寬展量，可減輕軋輥磨損，利于咬入。成品孔為0.5－1.0mm，逆軋制順序各孔的寬展量可逐漸加大，在1―10mm范圍內。
2 @& Q2 a# Q! I5 k原因是：壓下量大，則寬展量也大。
. G6 ]; |/ P- Q鋼坯寬且矮的時候，可采用負寬展，負寬展量根據咬入條件確定，最大可到15－17mm。這樣對增加腿高有利，但是加大軋輥磨損，也易造成咬入困難。各孔型的腰部橫斷面積為F yi＝di hi腰部延伸系數為λyi ＝F yi+1/F yi。成品孔腰部延伸系數λy1 ＝1.05-1.15,成品前孔λy2 ＝1.15-1.25其它各孔λyi ＝1.3-1.8平均腰部延伸系數λy＝1.25-1.35。
大號工字鋼取下限，
' o6 U2 m: G' @7 r& }小號工字鋼取上限。
為保證腿高，腰部延伸系數λy和開口腿延伸系數λk，閉口腿延伸系數λb應滿足如下關系：1）大號工字鋼：
腰部斷面積F y占軋件斷面積F的比率較大，如果腰部延伸大于腿部延伸，會造成腿高拉縮，設計時要使腿部平均延伸大于腰部。即：
0.5*(λk+λb)> λy為滿足上述關系，延伸孔型應該使用異形坯。大號工字鋼，用切深孔將矩形坯軋成異形坯的生產實例不多。老式軋機軋大號工字鋼時，異形坯由初軋機提供。新型軋機，使用連鑄異形坯或者是利用連鑄板坯軋成異形坯。2）中、小號：腿部平均延伸也要大于腰部。中、小號工字鋼經常使用矩形坯和方坯，這樣勢必有一些孔型的腰部延伸大于腿部平均延伸。這種情況，應該盡量安排在切深孔型或緊鄰切深孔的孔型中。3）各種規格的工字鋼，在延伸孔型中都應該遵守以下原則：λk> λy >λb（0.5*(λk+λb)）－ λy ＝0～0.05
, W5 o$ }2 i) U8 u' u" w" H二輥孔型軋制異形斷面型鋼，最困難就是軋制薄而高的腿，腿又只能在開口槽中受到加工。故開口腿延伸系數λk大，目的就是使金屬在開口槽中有較大的側壓。在閉口槽中，軋件的腿部延伸主要是由來料的腿部進入閉口槽，形成楔卡和腿高被壓下而實現的，腿高將明顯縮短。如果在孔型設計時，在閉口槽中安排較大的側壓，將造成楔卡嚴重，腿高拉縮過大。直軋孔型中，λk－λb為0.04～0.08，斜軋孔型中，λk－λb可為0.1～0.2，最大可到0.4。各孔型中，閉口腿變短，拉縮量Δhb，
開口腿變長，增長量Δhk。各孔型軋后的開口腿和閉口腿高度為hk2=hb1+Δhb1, hb2=hk1-Δhk1, hk3=hb2+Δhb2, hb3=hk2-Δhk2, hk4=hb3+Δhb3, hb4=hk3-Δhk3……, 等。拉縮量Δhb和增長量Δhk的經驗數據見表3。表3
. Y  L% Z+ s$ @' Q% n拉縮量Δhb和增長量Δhk經驗數據
Unit:mm

工字鋼
直軋孔型系統
( d/ T" v8 o- ?斜軋孔型系統
規格No.
成品孔
8 z% S% a  W' K) M3 S+ J% X, P6 f其它孔
7 _, X( E2 q0 R- k) ?8 a成品孔
# `( u' W  I% q; M4 g其它孔
6 Y% n. j4 m7 @! b$ g: b
1 ~1 v+ y9 T& |) C; k7 H( z
Δhk
Δhb
Δhk
Δhb
Δhk
Δhb
1 }* i* T9 b- U8 Q- J; MΔhk
Δhb
$ n" j/ i( r; Y4 P* `
( s$ x2 s% V+ b+ @  ?* m! T( @8-18
0-0.5
% H4 G/ p, x, Z0 x* @0 P+ t4-5
& c' b' P* V9 Y6 ]4 A0.2-0.5
7 j- U, }5 p% U) y( e5-6
0.5-1
2-6
, |; F: v1 B, @$ v2-5
4 K7 X/ p" |* \) ?, Q3-6
10-30
0-1.0
5-8
1 X+ d, Y+ r6 a/ }  C1 e0.4-1.0
4 P( [- w4 h7 n8 d9 z* k6-8
0.6-1
3-7
: Z- q" d. M9 V2-5
4-7
30以上
0-1.5
! ~7 G# _6 p: i2 J# e! E7-8
$ H0 I" b+ W4 g' F6 i0.6-1.5
7-10
1-1.5
4-8
2-5
5-8

  R7 u" N9 S7 t2 k根據腿部側壓，確定各孔腿厚。腿面積按梯形面積計算，需要確定的尺寸有，腿尖厚ak ,ab, 腿根厚bk ,bb, 腿高hk ,hb。閉口槽接受的是前一孔軋出的開口腿，為避免楔卡太大，要求來料的腿最少可以插入閉口槽1/3。見圖。故每孔的開口腿尖厚aki小于后一孔（逆軋制順序，已設計完）閉口腿尖厚，aki＝abi－1-(0.5～0.8)，bki＝2F ki /hki-aki。閉口腿厚根據已得到的閉口腿面積Fki 如下：abi +bbi＝2F bi /hbi,
bbi -bki-1> abi -aki-1,abi/ aki-1> bbi/ bki-1,換一種方式理解：在開口腿中軋制，要求腿根部絕對變形量大，腿尖部相對變形量大。各孔型的閉口腿外側壁斜度為2％，開口腿外側壁斜度為4－8％，以閉口腿內側壁無內斜為原則。如果使用彎腿斜軋法，閉口腿外側壁斜度可取2～23％，開口腿外側壁斜度可取10～45％，比較理想的是使內外側壁斜度接近相等。
各孔型的閉口腿尖內外圓角半徑，成品孔型按2－4mm選取，逆軋制順序每孔逐漸加大1－3mm，但要保證閉口槽底有一平直段。開、閉口腿根部圓角半徑，成品孔型按產品標準選取，逆軋制順序每孔逐漸加大5－10mm。

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孔型鎖口長度l，見圖，為10－15mm。孔型外圓角半徑r，見圖，為8--10mm。輥縫s應大于該機架上最小腰厚孔型的腰厚，以便保護軋槽。4．3切深孔形
" |/ _9 |3 z  K) u( T* _順軋制順序的第一個異形孔到開始應用變形接近均勻的孔型之間的各個孔型皆稱為切深孔型。小于20號的工字鋼，腰厚在20―25mm，大于20號的工字鋼，腰厚在38―45mm以上，且腰部中間寬度－楔寬小于孔型總寬h的（1/2～1/3），均可認為是切深孔形。
2 Q9 z0 |1 Y( ]2 v1 C在切深孔形中，要保持λy> λk>λb 。使用直軋孔型時，腿高減縮量一般為腰部壓下量的35－40％。使用斜軋孔，腿高減縮量為腰部壓下量的20－30％。不論直軋還是斜軋，都是腰部愈薄，腿高的拉縮量愈大。因此在設計切深孔型時，離成品孔遠的孔型腿高拉縮量取下限，反之取上限。在有開、閉口腿的區別時，開口腿的拉縮量要比閉口腿小2－3mm。
按接觸點校核咬入，必須用圖示法。條件允許，應盡量加大腰部壓下量，使腰部變薄，形成高腿，以便以后各孔可以進行接近均勻的變形。
: [4 }. @* [7 w: S4 G6 B  M' g, p切深孔型必須保證不能切偏，一旦切偏，將無法矯正。所以孔型設計時，必須用作圖法，保證軋件在進第一個切深孔型時，軋件先接觸孔型側壁，后接觸切深楔，見圖7。5 萬能孔型軋制的孔型設計5．1 H型鋼
在萬能孔型中軋制H型鋼，孔型設計的工作比較簡單。由孔型形狀和軋件的變形條件所決定，軋件的軋制前后腰高不變，腿寬近似不變，即孔型設計可以不計軋件寬展。所以H型鋼的孔型設計類似于軋制板材的壓下規程分配。
由變形特點所決定，軋制H型鋼時孔型設計一般應遵守以下原則： 1) 萬能孔型，腿的延伸應略大于腰。為避免拉縮腿寬。一般是令(λy-λt)=0.01～0.03。如果差值較大，將影響腰部表面的質量。2) 軋邊端的壓下量應盡量小，只要軋平即可。3) 為保證咬入，萬能孔型前的來料內腔應略小于水平輥的寬度，差值為1-2mm。4) 一般常規軋制，成品孔型側面的斜度在0—200之間，其它萬能孔型側壁的斜度在4-100之間。
. Q, i3 I' O7 l腰部面積Fy等于腰厚d和腰內側寬(水平輥寬)hn的乘積。腿面積Ft等于腿厚t和腿高b乘積的2倍。

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這個資料很難得，所以特向老大申請加精，希望能給大家有所啟示

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謝謝老大的鼓勵，呵呵

一兩酒

明天細看，東工的吳迪吧？
4 o- R3 D/ f# T跟他多談佛教，就比較容易接近了，他比較喜歡這個。

過街蛤蟆

H型鋼的孔型可不好玩，玩過不少東西了，但沒玩過這東西，四周的不少牛人也沒玩過這東西，有難度，學習一下。

Jumchen

lz,能不能弄到軋鋼軌的資料呀?