材料成型課程設(shè)計(jì)――圓鋼孔型系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、材料成型專業(yè)課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目：圓鋼孔型系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師：沈曉輝設(shè)計(jì)學(xué)生：楊浩（ 成型101班）2014年1月12日目錄1. 設(shè)計(jì)題目2. 產(chǎn)品技術(shù)要求3. 工藝流程4. 孔型設(shè)計(jì)（1）. 孔型系統(tǒng)的選擇(2). 延伸系數(shù)的分配(3) .等軸孔型的尺寸參數(shù)的計(jì)算（4）.非等軸孔型的尺寸參數(shù)計(jì)算（5）.各孔型圖5.軋制壓力計(jì)算孔型設(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)題目：成品尺寸(直徑mm)：22 坯料尺寸（mmmm）：140機(jī)組設(shè)備：15架平立交替連軋機(jī) 表1.軋輥參數(shù)架次軋輥直徑(mm)1#2#5003#4#6105#6#5607#12#42013#15#3702、產(chǎn)品技術(shù)要求以國家標(biāo)準(zhǔn)（GB）、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JB

2、、SJ、YD等）、國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO、IEC等）為準(zhǔn)，也可以根據(jù)與用戶達(dá)成的技術(shù)協(xié)議來生產(chǎn)。（1）制定軋制制度的原則和要求線材軋制制度的確定要求是充分發(fā)揮設(shè)備能力、提高產(chǎn)量、保證質(zhì)量，并且操作方便、設(shè)備安全。即：1) 在保證設(shè)備能力允許的條件下盡量提高產(chǎn)量；2) 在保證操作穩(wěn)便的條件下提高質(zhì)量。（2）原料及產(chǎn)品規(guī)格原料：140140mm；鋼種：45號鋼；產(chǎn)品規(guī)格：22mm.（3）45鋼化學(xué)成分和線材產(chǎn)品技術(shù)要求表1成分要求(GB/T700-1988)牌號化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）脫氧方法CMnSiSP0.420.500.500.800.170.370.0450.040F,b,Z3、工藝流程：4、

3、孔型設(shè)計(jì):產(chǎn)品要求：用140140mm坯料軋制成直徑22mm的圓鋼（一）孔型系統(tǒng)的選擇：圓鋼孔型系統(tǒng)一般由延伸孔型系統(tǒng)和精軋孔型系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。延伸孔型系統(tǒng)的作用在于壓縮軋件斷面，為成品孔型系統(tǒng)提供合適的紅坯。它對鋼材軋制的產(chǎn)量、質(zhì)量有很大影響，但對產(chǎn)品最后形狀尺寸影響不大。常用的延伸孔型系統(tǒng)有箱形、菱-菱、菱-方、橢-方、橢圓-圓、六角-方、橢圓-立橢圓等，常用精軋孔型系統(tǒng)有方-橢圓-圓，圓-橢圓-圓等。這里采用的是箱形加橢圓-圓孔型系統(tǒng)。箱形孔系統(tǒng)的優(yōu)、缺點(diǎn)：（1）箱形孔型系統(tǒng)切槽淺，可以提高軋輥的強(qiáng)度。（2）軋件在寬度方向上的變形比較均勻，因此孔型的磨損 較為均勻，斷面溫降也比較均勻。（

4、3）在箱形孔型系統(tǒng)中軋制，側(cè)面氧化鐵皮容易脫落。（4）箱形孔型不能軋出形狀精確的方形和矩形，軋件尺寸 越小，這種現(xiàn)象越突出，側(cè)面不易平直，尺寸小時(shí)易 超出尺寸公差。（5）軋件在箱形孔型中只在一個(gè)方向受壓縮，如果在多個(gè) 方向受到壓縮，則軋件的性能較好。（6）箱形孔型中軋制比較穩(wěn)定（不易扭轉(zhuǎn)），操作方便， 便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。 （7）孔型的共用性好。橢圓圓孔型系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：（1） 孔型形狀能使軋件從一種斷面平滑的過渡到另一種斷面，從而避免由于劇烈不均勻變形而產(chǎn)生的局部應(yīng)力。（2） 孔型中軋出的軋件斷面圓滑無棱、冷卻均勻，從而消除了因斷面溫度分布不均而引起軋制裂紋的因素。（3） 孔型形狀有利于去除軋件表面

5、氧化鐵皮，改善軋件的表面質(zhì)量。（4） 需要時(shí)可在延伸孔型中生產(chǎn)成品圓鋼，從而減少換輥。缺點(diǎn)：1. 延伸系數(shù)小。通常延伸系數(shù)不超過1.301.40，使軋制道次增加。2. 變形不太均勻，但比橢圓方孔型要好一些。3. 軋件在圓孔型中穩(wěn)定性差，需要借助于導(dǎo)衛(wèi)裝置來提高軋件在孔型中的穩(wěn)定性，因而對導(dǎo)衛(wèi)裝置的設(shè)計(jì)、安裝及調(diào)整要求嚴(yán)格。4. 圓孔型對來料尺寸波動(dòng)適應(yīng)能力差，容易出耳子，故對調(diào)整要求高。（二）延伸系數(shù)的分配：先計(jì)算總的延伸系數(shù)，=51.14, 設(shè)平均的道次延伸系數(shù)為=1.30，所以軋制道次為=15,由此可以確定孔型系統(tǒng)為箱形橢圓圓橢圓圓橢圓圓橢圓圓橢圓圓橢圓圓橢圓圓，然后分配各個(gè)道次的延伸系數(shù)

6、，有經(jīng)驗(yàn)及生產(chǎn)實(shí)踐數(shù)據(jù)可知，=1.25，=1.25，=1.28，=1.30，=1.29，=1.31，=1.31，=1.28，=1.30，=1.28，=1.28，=1.28，=1.28，=1.26，=1.26（三）.各孔型的尺寸參數(shù)的計(jì)算：先計(jì)算等軸孔的各個(gè)孔型尺寸參數(shù)，主要是圓孔型的計(jì)算，在確定了孔型面積后，即可按下式確定圓孔型的直徑，。（1）第三道次圓孔型尺寸的計(jì)算: =56.3mm 孔型高度：=112.6mm 槽口寬度：=112.6+1=113.6mm，為寬展余量，其取值范圍為14mm 輥縫：=0.1112.6=11.26mm 外圓角： 通常連軋中采用切線擴(kuò)張，擴(kuò)張角取=，所以采用切線擴(kuò)張

7、，擴(kuò)張角為圓孔型內(nèi)軋件面積的計(jì)算圓孔型中軋件一般情況充滿較好，因此軋件面積可采用圓面積計(jì)算，即：=9753.77 （2）第五道次圓孔型尺寸的計(jì)算: =43.47mm 孔型高度：=86.94mm 槽口寬度：=86.94+1=87.94mm，為寬展余量，其取值范圍為14mm 輥縫：=0.186.94=8.6mm 外圓角： 通常連軋中采用切線擴(kuò)張，擴(kuò)張角取=，則，則采用切線擴(kuò)張，擴(kuò)張角為圓孔型內(nèi)軋件面積的計(jì)算圓孔型中軋件一般情況充滿較好，因此軋件面積可采用圓面積計(jì)算，即：=5814.80（3）第七道次圓孔型尺寸的計(jì)算: =33.18mm 孔型高度：=66.36mm 槽口寬度：=66.36+1=67.

8、36mm，為寬展余量，其取值范圍為14mm 輥縫：=0.166.36=6.6mm 外圓角： 通常連軋中采用切線擴(kuò)張，擴(kuò)張角取 =，則，則采用切線擴(kuò)張，擴(kuò)張角為 圓孔型內(nèi)軋件面積的計(jì)算圓孔型中軋件一般情況充滿較好，因此軋件面積可采用圓面積計(jì)算，即：=3387.73（4）第九道次圓孔型尺寸的計(jì)算: =25.72mm 孔型高度：=51.44mm 槽口寬度：=51.44+1=52.44mm，為寬展余量，其取值范圍為14mm 輥縫：=0.151.44=5.1mm 外圓角： 通常連軋中采用切線擴(kuò)張，擴(kuò)張角取 =，則，則采用切線擴(kuò)張，擴(kuò)張角為圓孔型內(nèi)軋件面積的計(jì)算圓孔型中軋件一般情況充滿較好，因此軋件面積可

9、采用圓面積計(jì)算，即：=2035.62（5）第十一道次圓孔型尺寸的計(jì)算: =20mm 孔型高度：=40mm 槽口寬度：=40+1=41mm，為寬展余量，其取值范圍為14mm 輥縫：=0.140=4mm 外圓角： 通常連軋中采用切線擴(kuò)張，擴(kuò)張角取=，則，則采用切線擴(kuò)張，擴(kuò)張角為圓孔型內(nèi)軋件面積的計(jì)算圓孔型中軋件一般情況充滿較好，因此軋件面積可采用圓面積計(jì)算，即：=1568（6）第十三道次圓孔型尺寸的計(jì)算: =15.7mm 孔型高度：=31.4mm 槽口寬度：=31.4+1=32.4mm，為寬展余量，其取值范圍為14mm 輥縫：=0.131.4=3.14mm 外圓角： 通常連軋中采用切線擴(kuò)張，擴(kuò)張角

10、取=，則，則采用切線擴(kuò)張，擴(kuò)張角為圓孔型內(nèi)軋件面積的計(jì)算圓孔型中軋件一般情況充滿較好，因此軋件面積可采用圓面積計(jì)算，即：=758.50（5）第十五道次圓孔型尺寸的計(jì)算: 由于是成品孔，它設(shè)計(jì)的好壞直接影響到成品的尺寸精度、軋機(jī)調(diào)整，要考慮偏差允許范圍。 孔型高度：=22.52mm，為負(fù)偏差，其取值為-0.5mm(按最新國家標(biāo)準(zhǔn)給值選取) 槽口寬度：=22.52mm，為正偏差，其取值為0.5mm(按最新國家標(biāo)準(zhǔn)給值選取) 輥縫：=0.122.52=2.25mm 外圓角： 通常連軋中采用切線擴(kuò)張，擴(kuò)張角取=，則，則采用切線擴(kuò)張，擴(kuò)張角為圓孔型內(nèi)軋件面積的計(jì)算圓孔型中軋件一般情況充滿較好，因此軋件面

11、積可采用圓面積計(jì)算，即：=390.15（四）在等軸孔計(jì)算完成后，可以利用前后兩個(gè)等軸孔的尺寸參數(shù)計(jì)算中間非等軸孔的尺寸參數(shù)。在這里主要是利用前后兩個(gè)圓孔的尺寸參數(shù)計(jì)算中間橢圓孔的尺寸參數(shù)：（1） 第十四道次的橢圓孔型尺寸的計(jì)算：利用上述方法計(jì)算橢圓孔的寬度=34.5mm,橢圓孔的高度或=15.75mm，這里D為前一個(gè)圓孔的直徑，d為下一個(gè)圓孔的直徑，為軋件在下一個(gè)圓孔中的寬展系數(shù)，為軋件在中間橢圓孔中的寬展系數(shù)，=0.4，=0.8 孔型高度：=15.75mm 槽口寬度：=37.95mm 外圓角：或=3.0mm 輥縫：=3.15mm 內(nèi)圓：=31.73mm，這是由幾何關(guān)系計(jì)算得到的。橢圓孔中軋件

12、面積的計(jì)算 :=409.975，m為橢圓鈍邊=4.15mm驗(yàn)算第十五孔的充滿情況：22.52，1，完全充滿，符合生產(chǎn)要求。（2） 第十二道次的橢圓孔型尺寸的計(jì)算：利用上述方法計(jì)算橢圓孔的寬度=54.16mm,橢圓孔的高度或=22.30mm，這里D為前一個(gè)圓孔的直徑，d為下一個(gè)圓孔的直徑，為軋件在下一個(gè)圓孔中的寬展系數(shù)，為軋件在中間橢圓孔中的寬展系數(shù)，=0.4，=0.8 孔型高度：=22.3mm 槽口寬度：=59.576mm 外圓角：或=4.77mm 輥縫：=4.46mm 內(nèi)圓：=54.20mm，這是由幾何關(guān)系計(jì)算得到的。橢圓孔中軋件面積的計(jì)算 :=903.75，m為橢圓鈍邊=5.46mm驗(yàn)算第

13、十三孔的充滿情況：31.4，0.96，充滿度較高。（3） 第十道次的橢圓孔型尺寸的計(jì)算：利用上述方法計(jì)算橢圓孔的寬度=70.28mm,橢圓孔的高度或=27.89mm，這里D為前一個(gè)圓孔的直徑，d為下一個(gè)圓孔的直徑，為軋件在下一個(gè)圓孔中的寬展系數(shù)，為軋件在中間橢圓孔中的寬展系數(shù)，=0.4，=0.8 孔型高度：=27.89mm 槽口寬度：=77.31mm 外圓角：或=6.18mm 輥縫：=5.58mm 內(nèi)圓：=72.55mm，這是由幾何關(guān)系計(jì)算得到的。橢圓孔中軋件面積的計(jì)算 :=1460.89，m為橢圓鈍邊=6.58mm驗(yàn)算第十一孔的充滿情況：40，0.97，充滿度較高。（4） 第八道次的橢圓孔型

14、尺寸的計(jì)算：利用上述方法計(jì)算橢圓孔的寬度=90.93mm,橢圓孔的高度或=35.644mm，這里D為前一個(gè)圓孔的直徑，d為下一個(gè)圓孔的直徑，為軋件在下一個(gè)圓孔中的寬展系數(shù)，為軋件在中間橢圓孔中的寬展系數(shù)，=0.4，=0.8 孔型高度：=35.644mm 槽口寬度：=100mm 外圓角：或=8mm 輥縫：=7.13mm 內(nèi)圓：=94.80mm，這是由幾何關(guān)系計(jì)算得到的。橢圓孔中軋件面積的計(jì)算 :=2407.16，m為橢圓鈍邊=8.13mm驗(yàn)算第九孔的充滿情況：51.14，0.98，充滿度較高。（5） 第六道次的橢圓孔型尺寸的計(jì)算：利用上述方法計(jì)算橢圓孔的寬度=120.84mm,橢圓孔的高度或=4

15、4.568mm，這里D為前一個(gè)圓孔的直徑，d為下一個(gè)圓孔的直徑，為軋件在下一個(gè)圓孔中的寬展系數(shù)，為軋件在中間橢圓孔中的寬展系數(shù)，=0.4，=0.8 孔型高度：=44.568mm 槽口寬度：=132.924mm 外圓角：或=10.63mm 輥縫：=8.90mm 內(nèi)圓：=132.76mm，這是由幾何關(guān)系計(jì)算得到的。橢圓孔中軋件面積的計(jì)算 :=3989.17，m為橢圓鈍邊=9.9mm驗(yàn)算第七孔的充滿情況：66.36，0.98，充滿度較高。（6） 第四道次的橢圓孔型尺寸的計(jì)算：利用上述方法計(jì)算橢圓孔的寬度=154.86mm,橢圓孔的高度或=59.772mm，這里D為前一個(gè)圓孔的直徑，d為下一個(gè)圓孔的直

16、徑，為軋件在下一個(gè)圓孔中的寬展系數(shù)，為軋件在中間橢圓孔中的寬展系數(shù)，=0.4，=0.8 孔型高度：=59.772mm 槽口寬度：=170.346mm 外圓角：或=13.63mm 輥縫：=12mm 內(nèi)圓：=163.74mm，這是由幾何關(guān)系計(jì)算得到的。橢圓孔中軋件面積的計(jì)算 :=6841.92，m橢圓鈍邊=13mm驗(yàn)算第五孔的充滿情況：86.94，充滿度較高。（五）由于第一道次的箱形孔和第二道次的橢圓孔都為非等軸孔，所以先計(jì)算第一道次的箱形孔的尺寸： 孔型高度：=93.8mm,其中=46.2mm 孔型槽底寬度：=138mm，B為來料寬度，B=140mm 槽口寬度: =154.24mm,其中為箱形孔

17、中的寬展系數(shù)，=0.2 槽底圓角半徑：=16.8mm 槽口圓角半徑：=14mm 輥縫：=10mm 槽底凸度：=4.2mm 孔型側(cè)壁斜度：=19.38%,其中=41.9mm軋件斷面面積為=13998.712（六）在計(jì)算完第一道次的箱形孔尺寸后，利用計(jì)算橢圓孔型尺寸的方法計(jì)算第二道次的橢圓孔的尺寸：橢圓孔的高度=68.6mm,其中、為第三道次圓孔直徑，為第一道次的箱形孔軋件的寬度，為第一道次箱形孔軋件的高度。為第二道次的橢圓孔的寬展系數(shù)， 為第一道次箱形孔的寬展系數(shù)，=0.5，=0.4。橢圓孔的寬度=170.1mm 孔型高度：=68.6mm 槽口寬度：=187.11mm 外圓角：或=15.0mm

18、輥縫：=13.72mm 內(nèi)圓：=173.20mm，這是由幾何關(guān)系計(jì)算得到的。橢圓孔中軋件面積的計(jì)算 :=11668.866，m橢圓鈍邊=14.72mm驗(yàn)算第三孔的充滿情況：112.6mm，充滿度較高。5.軋制力計(jì)算：計(jì)算軋制力首先要確定軋制溫度，然后利用軋制力公式即可。軋制溫度的確定，利用軋制過程溫度公式和生產(chǎn)實(shí)踐數(shù)據(jù)，得到各個(gè)道次的軋制溫度，見下面軋制程序表，然后根據(jù)軋制壓力公式計(jì)算軋制力。由于軋制力計(jì)算的復(fù)雜，在這里使用S.Ekelund公式，這是一個(gè)半經(jīng)驗(yàn)的簡化公式，適合型鋼軋制時(shí)使用。其該公式為，式中，表示外摩擦對單位壓力影響系數(shù)，為粘性系數(shù)，為平均變形速度。為求式中一些參數(shù)，S.Ek

19、elund給出公式， , ，,將這些參數(shù)帶入上述平均軋制壓力公式中得到，S.Ekelund還給出了計(jì)算 和的經(jīng)驗(yàn)公式， ，其中t為軋制溫度，C為以%表示的碳含量，Mn為以%表示的錳含量，鋼軋輥，式中。將上述參數(shù)帶入該公式即可，45號鋼的C含量取為0.45，Mn含量取為0.5。其他數(shù)據(jù)以及具體計(jì)算過程見說明書所附的計(jì)算表。給出孔型尺寸參數(shù)表2.道次孔型孔型高度槽口寬度內(nèi)圓半徑外圓半徑輥縫擴(kuò)張角充滿度/mm/mm/mm/mm/mm/1箱形93.8154.2416.814100.902橢圓68.6187.11173.2015.013.720.913圓112.6113.6511.26300.984橢圓

20、59.772170.346163.7413.63120.915圓86.9487.9448.6300.986橢圓44.568132.924132.7610.638.90.917圓66.3667.3646.6300.988橢圓35.64410094.8087.130.919圓51.4452.4445.1300.9810橢圓27.8977.3172.556.185.580.9111圓404144300.9712橢圓22.3059.57654.204.774.460.9013圓31.432.443.14300.9614橢圓15.7537.9531.733.03.150.9115圓22.5222.524

21、2.25301給出軋制程序表3.架次孔型軋件尺寸延伸系數(shù)軋輥直徑/mm壓下量/mm軋制溫度/軋制力/t高/mm寬/mm面積/(mm*mm)1H箱形93.80168.0013394.641.2650046.201120116.2502H橢圓68.60170.109918.541.2250025.201108110.8203 H圓112.60112.609753.771.2361057.50110393.3874 V橢圓59.77154867867.581.2461052.831099171.6075 H圓86.9486.945933.471.3256067.92109587.0736 V橢圓44

22、.57120.844577.961.3056042.371090152.7307 H圓66.3666.363387.731.3542054.48108563.7888 V橢圓35.6490.932592.591.3142030.72109296.8849 H圓51.4451.442083.321.2542065.21109871.81010 V橢圓27.8970.2816661.2542023.55110586.83511 H圓40.0040.001256.001.3142030.28111149.60812 V橢圓22.3054.16966.21.3042017.70111782.31413

23、 H圓31.4031.40758.501.2837023.06112550.54014 V橢圓15.7534.50543.371.2637015.65112893.33515 H圓22.0022.00390.151.2637012.50113141.389給出各道次孔型圖第一道次箱形孔圖第二道次橢圓孔型圖第三道次圓孔型圖第四道次圓孔型圖第五道次圓孔型圖第六道次圓孔型圖第七道次圓孔型圖第八道次橢圓孔型圖第九道次圓孔型圖第十道次橢圓孔型圖第十一道次圓孔型圖第十二道次橢圓孔型圖第十三道次圓孔型圖第十四道次橢圓孔型圖第十五道次圓孔型系統(tǒng)說明書附表軋制力計(jì)算表給定有關(guān)軋制參數(shù)表4.n/(r/min)s/

24、mmT/D/mmh/mmb/mmH /mmB/mm H-h/mm15.610112050093.816814014046.218.513.72110850068.6170.193.816825.226.311.261103610112.6112.6170.168.657.535.612109961059.772154.86112.6112.652.82851.78.6109556086.9486.94154.8659.77267.9268.28.9109056044.568120.8486.9486.9442.37282.46.6108542066.3666.36120.8444.56854.48104764490.9366.3666