槽鋼孔型設(shè)計

1、槽鋼孔型設(shè)計5.5.1 概述目前國內(nèi)生產(chǎn)的角鋼有三種類型： 一種是普通槽鋼， 其執(zhí)行的產(chǎn) 品標(biāo)準(zhǔn)為 GB707 88；另一種為輕型槽鋼， 其執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)為 YB164 63；第三種為集裝箱專用槽鋼， 通常有 Hxdxb=113x10x（3941） 或 113x12x（ 3941）兩種規(guī)格。槽鋼的規(guī)格都以腰部寬度的厘米數(shù)來表示，其型號自5#至 40#。目前國內(nèi)中小型連軋機生產(chǎn)的槽鋼為 5#至 16#。在同一型號中槽鋼又 可按照不同腰部厚度及腿部高度分為若干種。 槽鋼的規(guī)格目前已經(jīng)標(biāo) 準(zhǔn)化了。輕型槽鋼的主要特點是壁厚比普通槽鋼的壁厚小， 型號越大， 壁 厚減薄量越大。輕型槽鋼的斷面系數(shù)大，質(zhì)量輕，節(jié)

2、約金屬，故又稱 經(jīng)濟型斷面武鋼。這種經(jīng)濟型鋼在東南亞得到了廣泛應(yīng)用。集裝箱專用槽鋼鐵特點是腰部厚度比普通槽鋼的腰厚， 而其腿又 比普通槽鋼腿短，而且其斷部有 Cx45o 倒角的要求。這種槽鋼主要 是隨著集裝箱的國際化而發(fā)展起來的，它主要用于集裝箱的門框上， 一只集裝箱僅用兩根這種類型的槽鋼， 所以目前國內(nèi)的需求是每年約 為 2 萬噸。槽鋼的特點是腿部較長，腿部內(nèi)側(cè)斜度較小（約10%）。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn) GB707 88，槽鋼型號愈大，腰部截面積占總截面面積的比例 F腰/F也愈大。普通槽鋼的號數(shù)與 F腰/F的關(guān)系如圖551所示。因此在軋制大號槽鋼時， 若腰部延伸大于腿部延伸， 則容易引起腿長的劇烈拉縮，

3、即使延伸分配合理， 腿長也容易波動，而超出公差。 又如在軋制集裝箱專用槽鋼時，F(xiàn)腰/F=72.16s 76.58%,這個值遠大于 40號普通槽鋼的F 腰/F值，在生產(chǎn)中往往發(fā)現(xiàn)：即使 卩腰大與卩腿相 同,但由于軋制過程中腿部的外側(cè)壁磨擦力大于腰部的磨擦力, 因此 在腿部厚度方向磨損較快，從而產(chǎn)生腰卩腿的情況，導(dǎo)致了腰部拉腿收縮的后果,使腿長往往小于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。5.5.1 槽鋼孔型系統(tǒng)軋制槽鋼的孔型系統(tǒng)有直軋孔型系統(tǒng)、 彎腰式孔型系統(tǒng)、 大斜度 孔型系統(tǒng)及工字鋼軋制系統(tǒng)。上述孔型系統(tǒng)都不得有切深孔、控制孔、成品孔三種孔型組成。直軋孔型系統(tǒng)腿部外側(cè)壁斜度較小，一般成品孔為1 s 1.5%其它孔型

4、 為4s 10%;而且切槽深，當(dāng)孔型磨損后重車量大，往往一對軋輥只 能使用 1s3 次。另外軋件不易脫槽,易造成沖衛(wèi)板、纏輥等事故。彎腰式孔型系統(tǒng)可采用較大的腿部外側(cè)斜度,成品孔為 5s10%, 其它各孔為10s20%孔型磨損后的軋輥重車量小，軋輥使用壽命長； 軋件容易脫槽,減少了對衛(wèi)板的沖擊和纏輥事故。大斜度孔型系統(tǒng)即孔型的側(cè)壁斜度比彎腰式的還要大, 其成品孔 可達 12,其它各孔的斜度可達 30以上,因而在軋輥的重車次數(shù)、 軋件易脫槽、減少各類軋制中的生產(chǎn)事故等方面這種孔型系統(tǒng)都優(yōu)于 彎腰式孔型系統(tǒng)。 同時由于其軋輥上的各點的直徑差小于上述兩種系 統(tǒng)的直徑差, 因此由于速度差而產(chǎn)生的拉縮腿

5、部的現(xiàn)象比上述兩種有 所改善,所以還可適當(dāng)減小坯料的高度。工字鋼軋制系統(tǒng)的實質(zhì)就是在粗軋孔型系統(tǒng)中采用共同的孔型。 其主要優(yōu)點是當(dāng)工字鋼和槽鋼相互轉(zhuǎn)換時， 可減換輥次數(shù)， 起到提高 軋機作業(yè)率和減少軋輥儲備的作用。 但由于假腿的作用是牽制腰部對 腿部的拉縮作用， 而粗軋共用孔型就必須大大壓縮假腿， 從而產(chǎn)生不 均勻變形的程度增加，軋槽磨損增加。上術(shù)四種孔型系統(tǒng)中， 彎腰式和大斜度的孔型系統(tǒng)比較適合于連 軋機組。但是當(dāng)矯直能力不足時，就必須采用直軋孔型系統(tǒng)。5.5.3 孔型設(shè)計5.5.3.1 面積劃分 一般把槽鋼分為腰部、腿部及假腿三個部分。5.5.3.2 孔型設(shè)計 槽鋼的型設(shè)計一般從成品孔開始

6、往前按照逆軋制順序進行， 成品 孔為第1孑L,即K 1孑L,成品前孔為第二孔，即 K2孑L,其他依次類 推。Bn表示第n孔的寬度，Hn-1表示第n1孔的高度，dn表示第n 孔的腰部厚度。A、成品孔設(shè)計根據(jù) GB707 88，由圖 5 54 可知：Bi=( B 部分負偏差)x (1.01 1.03)(5 42)5 43)0 部 分正 偏5 44)di = d（ 0部分負偏差）m = H + （ 0部分正偏差）d + 差)x(1.011 1.013)式中：B、d、H分別為槽鋼的腰寬、腰厚及腿長的標(biāo)準(zhǔn)尺寸計算hi時，應(yīng)考慮到腰厚di調(diào)整到最大正偏差時，腿長 H不超 出最大正偏差；當(dāng)腰厚 d1 調(diào)整到

7、最小負偏差時，腿長 H 不小于最小 負偏差。鎖口余量= 5 10m m,且ti=( 0.961) t(5-45)式中t腿厚的標(biāo)準(zhǔn)尺寸。ai = ti ( hi/2) x (1/10)(5-46a)bi = b+(h1/2) x (1/10)(5-46b)為防止槽孔磨損后腿部太厚，則腿厚 a、b 可取部分負偏差，但不能過大，否則在裝輥及導(dǎo)衛(wèi)安裝不當(dāng)、調(diào)整不當(dāng)時，易使一條腿厚 超出負偏差。當(dāng)腿部斜度值取得較小時(約1%左右)，貝廬生如下問題：(1) 太小，使接觸弧長度增加，金屬橫向運動加劇，使腿 的外側(cè)壁磨損增加，常常造成成品肩角且腰部與腿外側(cè)壁夾角大于 90，或“塌角”。(2) 太小，使軋件難于

8、脫槽，容易造成纏輥等軋制事故。(3) 太小，腿部外側(cè)壁磨擦力增加，軋制負荷增加。某廠 在400連軋機組上軋制GB70 88中的8號槽鋼，當(dāng)9=1%時， 其成品機架的軋制電流竟達 10001200A。( 4)軋槽壽命低，單槽軋制噸位往往只能達到 100t 左右，而且重車時不僅難度大，而且只能重車 12次，輥耗極大。( 5)成品質(zhì)量較差， 由于外側(cè)壁磨擦劇烈， 因此腿外部的表面上有較嚴(yán)重的擦傷和刮傷，而且在槽鋼的內(nèi)圓角處易發(fā)生網(wǎng)裂。(6)太小，使成品前孔的軋件在進入成品孔時， 由于其腿部的較大，而使軋件經(jīng)多道次軋制后，進入成品孔的軋件腰部端 頭呈舌狀，即進成品孔時，腰部先咬入、壓平，所以對成品前孔

9、的軋 件腿外側(cè)斜度有收小作用。但過大的A,則產(chǎn)生強烈的收縮，會引 起槽鋼腿外側(cè)嚴(yán)重擦傷。在橫列式軋機上軋制槽鋼(GB707-88)時，一般卩腰= 腿+ (0 0.02),即腰部的延伸系數(shù)大于腿部的延伸系數(shù),腰部金屬拉縮腿部 金屬,以保證腰部的肩角不產(chǎn)生“塌角” 。但在連軋機中,由于粗、 中軋一般沒有活套軋制, 實際操作中存在著 “微拉”軋制的不良操作。 即使精軋有活套, 也存在著起套的間隙時間。 在兩架連軋機之間活套 沒有形成時, 一定產(chǎn)生大小不一的拉鋼軋制, 因此上面三個因素都使 腿長發(fā)生變化，所以如果繼續(xù)采用 腰腿的設(shè)計方法，則無法保證 腿部尺寸。當(dāng)軋制F腰/F腿較大的集裝箱專用槽鋼時，則

10、腿部尺寸不 容易控制的情況尤為突出。 因此,連軋機中成品孔的腰部延伸系數(shù)希 望略小于腿部延伸系數(shù),即腰=卩腿一(0.01 0.03 )(5 47)當(dāng)腿部斜度取得較大時，一般不小于 5%,上述六個不足之處 將得到很大改善。如果車間有矯正能力，則希望采取5%。倘若 矯直能力不足,則建議將腿部斜度由 5%以上改為 3%較為適宜。某 連軋機組軋制 8槽鋼和集裝箱專用槽鋼時,成品孔腿部斜度在5%時，經(jīng)7輥矯直機矯直后的兩腿外側(cè)斜度往往為(34%) H,超過 GB70 88中2.5 %的規(guī)定。當(dāng)把此腿部斜度由5%改為3%時，則可 完全解決此“扒腳”問題。B 切分孔設(shè)計為了獲得合格的成品腿長以及防止控制孔出

11、耳子， 正確設(shè)計切分 孔非常重要。 一般切分孔的孔型特征是兩腿的內(nèi)壁在腰部相交， 且一 般腰厚20mm以及實際腿根厚度2gB/2，見圖5-55。a 切分孔的形狀 切分孔有開口式和閉口式兩種，這兩種的優(yōu)缺點已在前面介紹 了。但不論開口式或閉口式， 其切分孔兩腿內(nèi)側(cè)壁的交角大小對軋制 時切分孔型中的充滿情況和能量消耗、 軋槽磨損都有很大影響。 根據(jù) 切分孔型中金屬不均勻變形的過程可以明顯地看到： 當(dāng)切入楔角度減 小時，腿部的充滿情況得到改善，軋制時的能量消耗減小，同時切分 孔型中的總延伸量也就減小。設(shè)計切分孔型下槽的“楔子”時應(yīng)注意 到：如“楔子”太鈍，則金屬的拉縮愈嚴(yán)重，顯然對腿長形成不利； 若

12、“楔子”太尖，對腿長形成有利，但下槽冷卻條件較差， “楔子” 容易磨損，當(dāng)磨損嚴(yán)重時， 容易使軋件表面產(chǎn)生溝痕且不易消除，將 影響到成品的表面質(zhì)量。a 切分孔切入孔型的條件對一般切分孔來講， 切入楔的總高度與腿部高度上的壓下量之和 大于該機座軋輥直徑的 20，則軋件就咬入困難，即刀 f+A hp= bn+1/ bn（ an+1an） （ bn+1bn）（5 51）式中an+i、an分別為n孔、（n+1）孔的腿端尺寸；bn+1、bn分別為n孔、（n+1）孔的腿根尺寸。(2)當(dāng)軋件從開口孔進控制孔時腿部尺寸按下式確定:hn= hn-i+(3s 13) mm(552a)式中，(3s 13) mm為控

13、制孔的腿部直壓量，其值隨規(guī)格的增大 而增大。圖562為軋件進控制孔時確定腿部尺寸的示意圖。(3) 當(dāng)軋件從控制孔或開口孔進開口孔時，軋件腿部按下式確 定(見圖563):hn= hn-1- (0.5 s3) mm(552b)式中，(0.5 s3) mm為腿部經(jīng)過開口孔側(cè)壓后腿部尺寸的增長量 (成品孔除外)。E異型孔的設(shè)計異型孔的設(shè)計見圖564 (大斜度變腰變形孔型)。從圖564中可知a= 0,貝卩B=2xb/2- (R-c) sin q/cos a+2x3.14 (R+d/2) /360(553)a=arctg (Bb) / (2H)h=H/ cos a- (c+d)式中B腰部平均高度；h腿高。

14、a腰部尺寸的確定根據(jù)腰部的壓下量 dA確定各孔型的腰厚，根據(jù)腰部的寬展量 b確定各孔型的腰寬，即dn= dn-1 + dn-1Bn= Bn-l+ bn-1(554)由于腰部溫度較低，特別是成品孔表面質(zhì)量要求又較高時， 壓下 量不宜取得太大，一般 d可按表516參考選取。表5 16某連軋機軋制 5 16#槽鋼時的 d機架5#6.3#8#10#12#14#16#K10.70.81.20.90.90.70.35K21.92.21.51.621.41.45K32.93.52.22.22.522K4563.54.83.53.33.9K58.5106.58.465.54.8K61215.36127K714

15、22207.5K89.5K97.5從表516知，K1s K5孔的 d如下：K1 : d=0.35s 1.2; &: d=1.4s2.2; K3 : d=2s3.5; K4: d=3.3s6.6; K5: d=4.8s 10。 b可按表5 17參考設(shè)計。表517 K1 sK5孔的 b孔型號K1K2K3K4K5 b1s 1.20.8s 1.21s 22s 2.53 s 4在異型孔的設(shè)計中，要依照切分孔前的軋件寬度方向的尺寸與成 品斷面的寬度尺寸之差來設(shè)計切分孔后各道的 b,從而確定是采用 負寬展軋制還是寬展軋之。一般講，負寬展軋制能使軋件在孔型中較 為穩(wěn)定，但反過來由于腰部側(cè)壓的存在，使磨擦力增加

16、，軋槽外側(cè)壁磨損加劇，同時也增加了主電機負荷，而且使軋件脫槽困難。所以， 一般希望將負寬展軋制盡量放大前面的道次來完成， 在接近成品的機 架中，盡量不要采用負寬展軋制， 以避免軋槽磨損加劇而影響成品質(zhì) 量，以及發(fā)生軋件纏輥的事故。腰部的延伸系數(shù)按下式計算： n 腰= (dn-lX Bn-1)/ (dnX Bn)(555)腰部的延伸系數(shù)也可參照以下公式確定：粗軋機中：腰=卩腿+ (0.050.1 )中軋機中：腰=卩腿+ (0.030.05 )精軋機中：腰=腿+(0.000.03 )成品孔：腰=腿(0.01 0.03)b 腿部尺寸的確定確定腿部孔型面積的原則是： 從粗軋到中軋到精軋到成品孔， 各

17、道次的變形不均勻程度由大至小逐步遞減，以保證成品尺寸的精度。一般講，在K4孔前可采用較大的不均勻變形，而K1 K3孔則力求變 形均勻。當(dāng) 腰選定后，腿部的面積為：Fn 腿=F (n-1 )腿 X n-1 )腿(556)腿部面積確定后，則腿長可按式 551和式 552來確定。c 腰、腿部斜度的設(shè)計當(dāng)成品孔的腿部斜度不大于 5%時，一般希望成品前孔腿部斜度小于10%其它各孔可仿效增大5% 10%同時希望相鄰兩個孔型 的不宜過大，以防止發(fā)生腿端刮傷或鱗層等缺陷。另外，控制 孔前的彎腰孔的腿斜度應(yīng)比控制孔腿斜度小 2% 4%腰部的斜度 般等于腿部斜度或略小1% 2%即盡可能保持 腰部與腿部基本垂直，以

18、保證成品形狀正確。目前采用彎腰大斜度的孔型后，貝S成品前孔與成品孔的腿部相差較大。其原因是在粗、中、精的各道孔型中，其腰腿，因此成品前的軋件其腰部頭端總是呈舌狀，即成品腰部先咬入，然后壓平，這樣對成品前軋件腿外側(cè)壁起到收小的作用， 所以成品孔的咬入 沒有發(fā)生困難，同時由于腰部與腿部成 90o,因此在實際生產(chǎn)中也未 見外側(cè)有鱗層和肩角、塌角等缺陷。表5 18列出某廠5#s 16#中K1與K2腿部斜度表5 18某廠5#s 16#中K1與K2的腿部斜度規(guī)格5#6.3#8#10#12#14#16#K1 1/%1.291.4110.9880.9870.9871.52K2 2/%30.8729.38242

19、2.7316.2615.279.15/%29.5827.972321.74215.27314.2837.63注：j = 2 1從表518可看出：隨著規(guī)格的增大而逐步減小。其 5號 槽鋼，可達29.58%,而16號槽鋼僅為7.63 %當(dāng)K2孔的 腿部斜度 2確定后，則以后各孔依照上述原則逐步確定。在連軋機原軋制中，要保證軋制的穩(wěn)定性，則希望相鄰機架的腿 部外側(cè)斜度盡量接近，同時又考慮到進入控制孔前的腿部斜度應(yīng)小于 控制孔的腿部外側(cè)壁斜度，而且在輥道上輸送又要力求穩(wěn)定，因此在 某些連軋機的槽鋼孔型設(shè)計中，其腿部從腰的頂部到腿端有三個斜度的變化，以適應(yīng)軋制穩(wěn)定和避免在控制孔出耳子的機率。表5 19和

20、表5 20反映了某廠400連軋機組在軋制8#槽鋼時，其孔型外 側(cè)壁頂點至腿端斜度的變化，以及進入孔型軋件與孔型外側(cè)壁斜度 差。表5 19某廠/ 400連軋機8#槽鋼孔型外側(cè)壁頂點至腿端斜度的變化名稱K1K2K3K4K5K6K7K821機架19機架12機架11機架9機架8機架6機架5機架 1/%1.0962427.7828.2627.2721.4316.17614.29 2/%52.752.6313.4739.45.750 3/%72.9211.76-16.33-10 1垂直投影/mm45.59150182338.5283428 2垂直投影/mm91924.516.543.512 3垂直投影/m

21、m121724.540 1直線段/mm45.651.4218.6823.939.9128.6434.4428.28 2直線段/mm10.1821.4724.7217.7343.5712 3直線段/mm14.8517.1224.8240.2表5 20某廠/ 400連軋機8號槽鋼進入孔型軋件與孔型外側(cè)壁斜度差名稱K1K2K3K4K5K6K7 1/%22.9043.780.49-0.99-5.84-5.254-1.866 2/%-0.07-39.1625.92-33.64-5.75 3/%-61.16d腰部直線段長度a如圖564所示，成品前孔a= (B/4sB/8), B為成品前孔的平均寬度，小規(guī)格取大值，大規(guī)格取值。在以后各孔a可依次逐步增大，至U K4孔可增大到B/3s B/5.5。表5 19和表520中，K3及K6為控制孔。e腰部彎曲段如圖565所示，彎曲段所對應(yīng)的張角a按下式計算：tg a= %(55