63a工字鋼孔型設(shè)計(jì)及其工藝流程綜述

太原科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)機(jī)械工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書專業(yè)班級(jí)：設(shè)計(jì)人：同組人：設(shè)計(jì)題目：工字鋼孔型設(shè)計(jì)及生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)參數(shù)：坯料F=15465.8mm2鋼種：Q235鋼；產(chǎn)品規(guī)格：63a工字鋼設(shè)計(jì)要求：通過本課程設(shè)計(jì)使學(xué)生了解型鋼生產(chǎn)現(xiàn)狀及今后發(fā)展趨勢(shì)；熟悉型鋼生產(chǎn)工藝過程；掌握型鋼軋機(jī)孔型計(jì)算方法，為畢業(yè)設(shè)計(jì)及今后從事相關(guān)的專業(yè)打下必要的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：1）制定工藝方案；2）設(shè)計(jì)孔型系統(tǒng)；3）計(jì)算軋制力能參數(shù)；4）計(jì)算機(jī)繪制相關(guān)圖紙；5）撰寫說(shuō)明書。設(shè)計(jì)時(shí)間：2014年11月24日至2014年12月12日設(shè)計(jì)人(簽字)指導(dǎo)教師(簽字)教研室主任（簽字）附注：本課程設(shè)計(jì)任務(wù)書由學(xué)生附入設(shè)計(jì)說(shuō)明書內(nèi)。摘要63a工字鋼在現(xiàn)代工業(yè)和建筑業(yè)用途相當(dāng)廣泛。同時(shí)可以表現(xiàn)出一個(gè)國(guó)家的工業(yè)發(fā)展程度。本文對(duì)工字鋼的生產(chǎn)及其設(shè)計(jì)有了一些解，掌握工字鋼生產(chǎn)的基本知識(shí)。通過鋼坯的選擇、粗軋機(jī)的軋制、軋邊機(jī)、萬(wàn)能軋機(jī)、萬(wàn)能精軋機(jī)、最后扎出符合客戶需要的產(chǎn)品。本文對(duì)工字鋼的優(yōu)點(diǎn)，本文綜合上述所有工字鋼的優(yōu)點(diǎn)，闡述了工字鋼的扎制時(shí)所需的孔型的設(shè)計(jì)。以及坯料的選擇等內(nèi)容。關(guān)鍵字：萬(wàn)能軋機(jī)、63a工字鋼、軋邊機(jī)、孔型目錄摘要 2第一章緒論 3第一章緒論 41.1工字鋼的優(yōu)點(diǎn) 41.2工字鋼的用途 41.3工字的種類 41.3.1普通工字鋼 41.4本文主要內(nèi)容 4第二章工字鋼的介紹 52.1工字鋼的介紹 52.2工字鋼截面圖 52.3設(shè)計(jì)63a工字鋼規(guī)格及各個(gè)參數(shù) 6第三章工藝流程 8第四章萬(wàn)能成品孔孔型設(shè)計(jì) 94.1坯料的選擇 94.2軋制道次的確定 94.363a成型孔型的設(shè)計(jì) 9第五章其他直軋法孔型設(shè)計(jì) 115.1，孔型腰寬的計(jì)算 115.2孔型腰厚的計(jì)算 115.3腰部面積的計(jì)算 115.4腰部延伸系數(shù)的計(jì)算 11第六章其他萬(wàn)能工字孔型的設(shè)計(jì) 126.1各孔高度的計(jì)算 136.2各孔腰厚的計(jì)算 146.3各腿腿長(zhǎng)的計(jì)算 14第七章軋制力的計(jì)算 167.1計(jì)算K7的軋制力 167.2接觸面積的計(jì)算 177.3軋制力的計(jì)算 177.4壓下規(guī)程的計(jì)算 17參考文獻(xiàn) 18結(jié)論 19致謝 20第一章緒論1.1工字鋼的優(yōu)點(diǎn)63a工字鋼由于性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)合理、強(qiáng)度和剛度好，目前在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上所占比例在逐步上升。翼緣寬，側(cè)向剛度大,抗彎能力強(qiáng)。翼緣兩表面相互平行使得連接、加工、安裝簡(jiǎn)便。與一般型鋼相比，成本低、精度高、殘余應(yīng)力小、無(wú)需昂貴的焊接材料和焊縫檢測(cè)、節(jié)約鋼結(jié)構(gòu)制作成本30%左右。相同截面負(fù)荷下．熱軋H鋼結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)重量減輕15%-20%。與砼結(jié)構(gòu)相比，工字鋼結(jié)構(gòu)可增大6%的使用面積，而結(jié)構(gòu)自重減輕20%-30%，減少結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)力。工字鋼可加工成T型鋼，蜂窩梁可經(jīng)組合形成各種截面形式，極大滿足工程設(shè)計(jì)與制作需求[1]。1.2工字鋼的用途廣泛用于各種建筑結(jié)構(gòu)、橋梁、車輛、支架、機(jī)械等。1.3工字的種類1.3.1普通工字鋼據(jù)GB/T706—1988規(guī)定，普通工字鋼的規(guī)格為10—63號(hào)(即H=100—630)

普通工字鋼推的寬度b較窄、腿內(nèi)側(cè)壁斜度較大、在使用上很不經(jīng)濟(jì)。

1.3.2

輕型工字鋼

在保證強(qiáng)度的條件下，為了節(jié)約金屬而出現(xiàn)輕型工字鋼，他的規(guī)格為10—70號(hào)，內(nèi)側(cè)斜度為20%。

輕型工字鋼與普通工字鋼相比，工字鋼腿寬平均增加12%左右，要和腿的厚度以及內(nèi)側(cè)壁斜度都減小，采用輕型工字鋼可節(jié)約金屬15%[2]。1.4本文主要內(nèi)容本文綜合上述所有工字鋼的優(yōu)點(diǎn)，闡述了工字鋼的扎制時(shí)所需的孔型的設(shè)計(jì)。以及坯料的選擇等內(nèi)容。第二章工字鋼的介紹2.1工字鋼的介紹工字鋼也稱鋼梁，是截面為工字形的長(zhǎng)條鋼材，工字鋼的型號(hào)用腰高的厘米數(shù)表示。工字鋼的種類有普通工字鋼，其腰寬由100~600毫米，表示為No10~No60，其邊部?jī)?nèi)側(cè)壁斜度為1:6；輕型工字鋼，No18以上者變高約增加12%，腰厚及邊厚內(nèi)側(cè)壁斜度均減小，采用輕型工字鋼可節(jié)約金屬15%，它的規(guī)格為No14~No70；寬平行邊工字鋼或?qū)捑壒ぷ咒摶騂型鋼，其特點(diǎn)是邊部?jī)?nèi)側(cè)壁幾乎沒有斜度，邊部較寬，故稱為寬平行邊工字鋼，其規(guī)格有No20~No100；此外還有柱形鋼以及H型鋼柱，其特點(diǎn)為邊寬與腰寬相等，及其他尺寸不同的特殊用途的工字鋼[3]2.2工字鋼截面圖圖2.2.1工字鋼結(jié)構(gòu)圖2.3設(shè)計(jì)63a工字鋼規(guī)格及各個(gè)參數(shù)2.3.163a工字鋼各參數(shù)表2.3.163a工字鋼各個(gè)參數(shù)型號(hào)截面尺寸/mm截面積/㎝2hbdirr145a45015011.518.013.56.8102.44645b15213.5111.44645c15415.5120.44650a50015812.020.010.47.0119.30450b16014.0129.30450c16216.0139.30455a55016612.521.014.57.3134.18555b16814.5145.18555c17016.5156.18556a56016612.5135.43556b16814.5146.63556c17016.5157.83563a63017613.022.015.07.5154.65863b17815.0167.25863c18017.0179.6582.3.2外形容許偏差表2.3.2外形容許偏差高度（h）高度允許偏差<100±1.5100~<200±2.0200~<400±3.0≧400±4.0腿寬度（b）<100±1.5100~<150±2.0150~<200±2.5200~<300±3.0300~<400±3.5≧400±4.0腰厚（d）<100±0.4100~<200±0.5200~<300±0.7300~<400±0.8≧400±0.9第三章工藝流程本設(shè)計(jì)是熱軋工字鋼型鋼工字鋼型鋼的軋制一般現(xiàn)在傳統(tǒng)的二輥軋機(jī)的平軋孔型中經(jīng)過多道次軋制出工字型異形坯，然后在萬(wàn)能軋機(jī)架和軋邊機(jī)中進(jìn)行多道次軋制，軋出工字型軋件，最后在萬(wàn)能精軋機(jī)上軋出工字鋼型鋼。即軋件在由萬(wàn)能軋機(jī)、軋邊機(jī)、萬(wàn)能軋機(jī)三機(jī)架組成的萬(wàn)能粗軋連軋機(jī)組上進(jìn)行往復(fù)軋制，后由一架萬(wàn)能精軋機(jī)軋出工字鋼型鋼。具體工藝流程如下：開坯除磷加熱連鑄坯開坯除磷加熱連鑄坯冷卻鋸切萬(wàn)能粗軋萬(wàn)能精軋冷卻鋸切萬(wàn)能粗軋萬(wàn)能精軋打印檢查矯直包裝打印檢查矯直包裝發(fā)貨堆垛發(fā)貨堆垛第四章萬(wàn)能成品孔孔型設(shè)計(jì)4.1坯料的選擇4.1.1材料的選擇：Q235B碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235B與優(yōu)質(zhì)碳素鋼的區(qū)別在于對(duì)含碳量及性能范圍要求，以及對(duì)硫，磷等殘余元素的限制較寬，一般在熱軋狀態(tài)下使用。Q235B鋼含碳量適中，綜合性能較好，強(qiáng)度，塑性和焊接等性能得到較好配合，用途最為廣泛。4.1.2柸料的尺寸初步選擇異形坯,斷面面積F=15465.8㎜24.2軋制道次的確定按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)查得63a工字鋼的斷面面積為15465.8m㎡,取μc=1.30(查經(jīng)驗(yàn)公式：n=lgηε/lgη)n=lgηε=lg()=0.81。n=lg0.81/lg1.10≈11n取整n=11,所以軋制道次為11次。4.363a成型孔型的設(shè)計(jì)圖4.3成品孔型4.3.1孔型寬度Bk1=[b-(0.5～1)△-]（1.012～1.014）B成品寬度冷尺寸mm△成品腰寬負(fù)偏差mm1.012～1.214熱膨脹系數(shù)Bk1=[630-0.6×（-4）]×1.013=[630+2.4]×1.013=640.62124.3.2腰厚的計(jì)算dk1=d-γ=13.0+0.9=13.9d成品腰厚冷尺寸mmγ成品腰負(fù)偏差mm4.3.3腿高的計(jì)算確定成品腿長(zhǎng)要保證以下兩個(gè)原則：a,當(dāng)腰厚調(diào)整到最大正偏差時(shí)H不得超出大腿高正偏差。b,當(dāng)腰厚調(diào)整到最小負(fù)偏差時(shí)，H不得小于最小腿高正偏差。這是因?yàn)殡S扎槽磨損腿高會(huì)自行減小，另外腿高隨輥縫調(diào)整而變化，腰厚尺寸調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，腿高不應(yīng)超過正偏差，隨扎制進(jìn)行，孔型不斷調(diào)整，腿高將不斷變短，因此為保證腿高，采用正偏差設(shè)計(jì)。h1=hk1+hb1+d1=(h+δ-γ)(1.012~1.014)=（176+4+4）×1.013=186.392h成品總高冷尺寸mmδ成品高正偏差mm開口腿與閉口腿長(zhǎng)度相等即hk1=hb1=(h1-d1)/2=(186.392-13.9)/2=86.25設(shè)計(jì)小號(hào)工字鋼時(shí)因腿高拉縮量較小，按標(biāo)準(zhǔn)尺寸確定：h1=（1.012～10.04）hk1=1.013×176=178.2884.3.4腿厚的計(jì)算腿厚容許偏差±△t一般采用負(fù)偏差，△t=腿端尺寸為：ak1=ab1=tk1-105hk1y=22-0.5×86.264×1/6=14.811y腿的側(cè)斜度腿根尺寸為：bk1=bb1=tk1+0.5hk1×1/6=22+0.5×86.264×1/6=其他尺寸，各處圓弧尺寸rk1=7.5mmr=15mm第五章其他直軋法孔型設(shè)計(jì)5.1孔型腰寬的計(jì)算Bk2=Bk1-△d=640.6212-1.5=639.1212mmd孔腰部壓下量5.2孔型腰厚的計(jì)算dk2=dk1+△d=13.9+1.5=15.4mm5.3腰部面積的計(jì)算Fy2=639.1212×15.4=9842.46648mFy1=B1d1=640.6212×13.9=8904.63468m5.4腰部延伸系數(shù)的計(jì)算μy1=Fy2/Fy1=9842.46648/8904.63468=1.105第六章其他萬(wàn)能工字孔型的設(shè)計(jì)對(duì)于萬(wàn)能成品孔前的各道次萬(wàn)能工字型，孔型形狀與成品孔相似，主要區(qū)別是工字形扎件的腿部外側(cè)壁與腰部并非垂直，而是形成大于90°的夾角，因而立輥形狀類似腰鼓（有利于提高立扎輥的重車率）。在設(shè)計(jì)平立輥孔型尺寸時(shí)，要注意平輥側(cè)緣斜度和立輥輥面斜度放入關(guān)系，通常平輥側(cè)緣斜度取13°，立輥輥面斜度取4°~5°，兩者形成8°~9°夾角，與成品腿部?jī)?nèi)側(cè)斜度1:6基本吻合。此外，平輥的圓角按成品腿根圓角的112倍選取，使成品孔的腿根得到良好的加工。萬(wàn)能工字孔型設(shè)計(jì)的關(guān)系是各道次腰部和腿部厚度的壓下分配，計(jì)算步驟如下。①逆扎制順序確定各道次的腰部壓下系數(shù)成品道次取較小值（1115~1120），然后逆扎制順序逐漸取較大值（1.20~1040）.②根據(jù)各道次萬(wàn)能孔的腰部壓下系數(shù)從成品道次反算扎件腰部厚度尺寸。③逆軋制順序確定各道次的腿部壓下系數(shù)根據(jù)工字鋼變形特點(diǎn)，腿根部壓下系數(shù)要比腰部厚度壓下系數(shù)大3%~8%。根據(jù)各道次萬(wàn)能孔的腿部壓下系數(shù)，即可從成品道次反酸扎件腿部厚度尺寸。④估算腿部長(zhǎng)度由于萬(wàn)能孔型中，工字型扎件的腿端完全是開口的，因此其腿長(zhǎng)只需粗略估算。在估算時(shí)要考慮在萬(wàn)能孔型質(zhì)檢軋邊道次的腿部壓下量的0.3~0.5倍。顯然，腿部長(zhǎng)度與萬(wàn)能孔型尺寸關(guān)系不大，但卻是關(guān)系到軋邊孔和中間孔設(shè)計(jì)的一個(gè)重要參數(shù)。成品成孔前各道萬(wàn)能工字孔型如圖5-17所示。其設(shè)計(jì)主要是分別確定平輥和立輥的壓下程序，因?yàn)楦鞯揽仔统叽缤耆嗤?，僅是輥縫值不同。因此，成品孔前各萬(wàn)能平輥對(duì)于某個(gè)規(guī)格可共用，前立輥對(duì)于所有規(guī)格的工字鋼均能共用。圖6.1其他孔型6.1各孔高度的計(jì)算圖6.1其他孔型取△b2=2mm△b3=3△b6=3△b7=3△b9=3△b10=2K2:B2=K3:B3=638.6212mmK4=K5=K6：B4=638.6212-3=635.6212mmK7：B6=635.6212-3=6212mmK8=K9:B7=632.6212-3=629.6212mmK10:B10=629.6212-3=626.6212mmK11:B11=626.6-2=624.6212mm6.2各孔腰厚的計(jì)算圖6.2其他孔型△d2=4mm△d3=2mm△d4=4mm△d6=3mm△d7=3mm△d8=4mm△d9=4mm△d10=3mm△d11K2:d2K3:d3=9.9+2=11.9mmK4=K5=11.9-4=7.9K6:d6=7.9+3=10K7:d7=10.9+3=13K8:d8=13.9-4=9.9mmK9:d9=9.9+4=13K10:d10=13.9+3=16K11:d11=16.9+3=196.3各腿腿長(zhǎng)的計(jì)算圖6.3其他孔型△h2=4mm△h3=1mm△h4=4mm△h6=1mm△h7=1mm△h8=1mm△h9=1mm△h10=1K2:h2=178.288-4=K3:h3=174.288-=173K4=K5:h4=173.288-4=169.288K6:d6=169.288-1=168.288mmK7:d7=168.288-1=167.288K8:d8=167.288-1=166.288K9:d9=166.288-1=165.288K10:d10=165.288-1=164.288K11:d11=164.288-1=163.288mm第七章軋制力的計(jì)算7.1計(jì)算K7的軋制力=（1+m）(K+η)試中m外摩擦對(duì)單位壓力影響的系數(shù);η黏性系數(shù);平均變形速度；其中（1+m）是考慮外摩擦的影響，為了決定m，公式如下：m=平均變形速度用下式計(jì)算：=計(jì)算黏性系數(shù)：η=0.1（14-0.01t）=0.1（14-0.01×1000）=0.4式中決定于軋制速度系數(shù)。軋制速度/ms-1系數(shù)<616~100.810~150.6515~200.60f=a(1.05-0.0005t)=1×(1.05-0.0005×1000)=0.55m==6.286==