《型钢孔型设计》课程授课教案（完整讲义，共七部分）

型钢孔型设计宋卓斐河北联合大学2010-9-17--I

- I - 型钢孔型设计 宋卓斐 河北联合大学 2010-9-17-

目录课时分配1前言2孔型设计理论基础.82.1孔型设计的内容与要求82.1.1孔型设计的内容：.8d2.1.2孔型设计的要求：2.2孔型设计的基本原则与设计程序92.2.1设计遵循的原则：.9102.2.2孔型设计的程序：2.3孔型及其分类..12132.4孔型的组成及各部分的作用2.5孔型在轧辊上的配置..162.5.1垂直方向上的配置.162.5.2孔型在辊身长度方向配置.19...223延伸孔型系统设计....223.1延伸孔型系统及其特点...23.1.1箱型孔型系统.253.1.2菱一方孔型系统..263.1.3菱一菱孔型系统3.1.4椭圆一方孔型系统.28.303.1.5六角一方孔型系统313.1.6椭圆一立椭圆孔型系统.313.1.7椭圆一圆孔型系统..333.2混合孔型系统，.343.3延伸孔型的设计方法3.3.1延伸孔型系统选择.34.343.3.2孔型系统尺寸计算...353.4延伸孔型设计实例4简单断面型钢孔型设计.404.1成品孔型设计的一般问题.40404.1.1热断面4.1.2负偏差轧制4111

II 目 录 课时分配 . 5 1 前言 . 7 2 孔型设计理论基础 .8 2.1 孔型设计的内容与要求 . 8 2.1.1 孔型设计的内容： . 8 2.1.2 孔型设计的要求： . 8 2.2 孔型设计的基本原则与设计程序 .9 2.2.1 设计遵循的原则： . 9 2.2.2 孔型设计的程序： . 10 2.3 孔型及其分类 . 12 2.4 孔型的组成及各部分的作用 . 13 2.5 孔型在轧辊上的配置 . 16 2.5.1 垂直方向上的配置 . 16 2.5.2 孔型在辊身长度方向配置 .19 3 延伸孔型系统设计 .22 3.1 延伸孔型系统及其特点 . 22 3.1.1 箱型孔型系统 . 22 3.1.2 菱—方孔型系统 . 25 3.1.3 菱—菱孔型系统 . 26 3.1.4 椭圆—方孔型系统 . 28 3.1.5 六角—方孔型系统 . 30 3.1.6 椭圆—立椭圆孔型系统 . 31 3.1.7 椭圆—圆孔型系统 . 31 3.2 混合孔型系统 . 33 3.3 延伸孔型的设计方法 . 34 3.3.1 延伸孔型系统选择 . 34 3.3.2 孔型系统尺寸计算 . 34 3.4 延伸孔型设计实例 . 35 4 简单断面型钢孔型设计 . 40 4.1 成品孔型设计的一般问题 . 40 4.1.1 热断面 .40 4.1.2 负偏差轧制 . 41

4.2圆钢孔型设计..424.2.1轧制圆钢的孔型系统..42..4.4.2.2圆钢成品孔型设计4.2.3圆钢成品前孔（K2）的构成..464.2.4圆钢成品再前孔（K3）的构成..474.2.5圆钢孔型设计实例..47..504.3螺纹钢孔型设计4.3.1螺纹钢的孔型系统，...514.4角钢孔型设计..554.4.1角钢的孔型系统...564.4.2孔数与变形系数..594.4.3等边角钢的孔型设计.0.5H型钢孔型设计..655.1H型钢分类及特点.65.5.1.1热轧H型钢分类..65..665.2H型钢优点5.2.1H型钢与工字钢的性能比较..665.3H型钢轧制方式.....67...685.4H型钢孔型设计5.4.1成品孔型设计...695.4.2万能粗轧机孔型....70...715.4.3轧边机孔型设计，...725.4.4二辊开坏机孔型设计5.5万能轧机压下规程设计..736连轧机孔型设计..74...746.1连续轧制的基本概念...776.2连轧的三种轧制状态6.3连轧机孔型设计的方法与步骤....78..786.3.1连轧机孔型设计原则..79.6.3.2连轧机孔型设计方法6.3.3成组集体传动连轧机孔型设计的步骤...816.445无扭高速线材轧机孔型设计....83..836.4.1孔型系统6.4.2变形系数..83- III

- III - 4.2 圆钢孔型设计.42 4.2.1 轧制圆钢的孔型系统.42 4.2.2 圆钢成品孔型设计.44 4.2.3 圆钢成品前孔（K2）的构成.46 4.2.4 圆钢成品再前孔（K3）的构成.47 4.2.5 圆钢孔型设计实例.47 4.3 螺纹钢孔型设计.50 4.3.1 螺纹钢的孔型系统.51 4.4 角钢孔型设计.55 4.4.1 角钢的孔型系统.56 4.4.2 孔数与变形系数.59 4.4.3 等边角钢的孔型设计.60 5 H 型钢孔型设计.65 5.1 H 型钢分类及特点.65 5.1.1 热轧 H 型钢分类.65 5.2 H 型钢优点.66 5.2.1 H 型钢与工字钢的性能比较.66 5.3 H 型钢轧制方式.67 5.4 H 型钢孔型设计.68 5.4.1 成品孔型设计.69 5.4.2 万能粗轧机孔型.70 5.4.3 轧边机孔型设计.71 5.4.4 二辊开坯机孔型设计.72 5.5 万能轧机压下规程设计.73 6 连轧机孔型设计.74 6.1 连续轧制的基本概念.74 6.2 连轧的三种轧制状态.77 6.3 连轧机孔型设计的方法与步骤.78 6.3.1 连轧机孔型设计原则.78 6.3.2 连轧机孔型设计方法.79 6.3.3 成组集体传动连轧机孔型设计的步骤.81 6.4 45 无扭高速线材轧机孔型设计.83 6.4.1 孔型系统.83 6.4.2 变形系数.83

.856.4.3孔型尺寸确定6.4.4拉堆系数的选择.87..897导卫装置设计7.1导卫装置的作用，897.2横梁.897.3卫板.907.4导板.937.5导板箱(导板盒).977.6围盘.997.6.1围盘的种类.997.6.2围盘出口的导卫装置.997.6.3盘体....1037.6.4正围盘1037.6.5反围盘...1037.6.6入口导卫装置1051067.7滚动导卫装置7.7.1滚动入口导卫装置.1067.7.2滚动出口导卫装置.1067.7.3扭转辊..1068附录111IV

IV 6.4.3 孔型尺寸确定 . 85 6.4.4 拉堆系数的选择 . 87 7 导卫装置设计 . 89 7.1 导卫装置的作用 . 89 7.2 横梁 . 89 7.3 卫板 . 90 7.4 导板 . 93 7.5 导板箱(导板盒). 97 7.6 围盘 . 99 7.6.1 围盘的种类 . 99 7.6.2 围盘出口的导卫装置 . 99 7.6.3 盘体 . 103 7.6.4 正围盘 . 103 7.6.5 反围盘 . 103 7.6.6 入口导卫装置 . 105 7.7 滚动导卫装置 . 106 7.7.1 滚动入口导卫装置 . 106 7.7.2 滚动出口导卫装置 . 106 7.7.3 扭转辊 . 106 8 附录 .111

课时分配内容合计讲课习题课讨论课实验课上机其它77孔型设计的基本知识44延伸孔型系统设计方法44三辊开环机孔型设计22圆钢孔型设计33角钢孔型设计3工字钢孔型设计11H型钢孔型设计的原则连轧机孔型设计2222导卫装置设计24.24合计二课程内容孔型设计的基本知识（学时数：7学时）本章的学习目的和要求：本章是孔型设计的基本知识，要求掌握孔型设计的内容与要求、孔型的分类和孔型的组成。孔型在轧辊上的配置。通过本部分的学习掌握孔型设计的基本知识，为进行孔型设计打下基础。2.延伸孔型系统及其设计方法（学时数：4学时）本章的学习目的和要求：重点讲述箱形孔型系统，菱-方孔型系统，椭圆-方孔型系统的稳定性条件。（实验教学：椭圆-方孔型系统轧机调整实验，内容见实验指导书）3.三辊开坏机孔型设计（建议学时数：4学时）重点讲述共轭孔型的配置。4.圆钢孔型设计（学时数：2学时）重点讲述椭圆-方孔型系统及其设计方法，椭圆-圆孔型系统及其设计方法自学。通用系统及设计主要阐明孔型构造的原则和实质问题。5.角钢孔型设计（学时数：3学时）角钢的孔型系统，压下规程，蝶式孔型的构成，重点分析构成。孔型各要素对轧制效果的影响。-5-

- 5 - 课时分配 内容 讲课 习题课 讨论课 实验课 上机 其它 合计 孔型设计的基本知识 7 7 延伸孔型系统设计方法 4 4 三辊开坯机孔型设计 4 4 圆钢孔型设计 2 2 角钢孔型设计 3 3 工字钢孔型设计 3 3 H 型钢孔型设计的原则 1 1 连轧机孔型设计 2 2 导卫装置设计 2 2 合 计 24 24 二 课程内容 孔型设计的基本知识（学时数：7 学时） 本章的学习目的和要求：本章是孔型设计的基本知识，要求掌握孔型设 计的内容与要求、孔型的分类和孔型的组成。孔型在轧辊上的配置。通过本 部分的学习掌握孔型设计的基本知识，为进行孔型设计打下基础。 2．延伸孔型系统及其设计方法（学时数：4 学时） 本章的学习目的和要求：重点讲述箱形孔型系统，菱-方孔型系统，椭圆 -方孔型系统的稳定性条件。 （实验教学：椭圆-方孔型系统轧机调整实验，内容见实验指导书） 3．三辊开坯机孔型设计（建议学时数：4 学时） 重点讲述共轭孔型的配置。 4．圆钢孔型设计（学时数：2 学时） 重点讲述椭圆-方孔型系统及其设计方法，椭圆-圆孔型系统及其设计方 法自学。通用系统及设计主要阐明孔型构造的原则和实质问题。 5．角钢孔型设计 （学时数：3 学时） 角钢的孔型系统，压下规程，蝶式孔型的构成，重点分析构成。孔型各 要素对轧制效果的影响

7.工字钢孔型设计（学时数：3学时）孔型系统，孔型设计方法及孔型构成；通过讲述设计方案，阐明变形量及其相互关系的影响。8.H型钢孔型设计的原则（学时数：1学时）重点是H型钢万能孔型和轧边孔型设计。9.连轧机孔型设计（学时数：2学时）单独传动、集体传动的连轧机孔型设计。重点是各种条件下的微堆、微拉轧制使用原则。10.导卫装置设计（学时数：2学时）导板、卫板、围盘设计，重点是卫板设计。6

6 7．工字钢孔型设计（学时数：3 学时） 孔型系统，孔型设计方法及孔型构成；通过讲述设计方案，阐明变形量 及其相互关系的影响。 8．H 型钢孔型设计的原则 （学时数：1 学时） 重点是 H 型钢万能孔型和轧边孔型设计。 9．连轧机孔型设计（学时数：2 学时） 单独传动、集体传动的连轧机孔型设计。重点是各种条件下的微堆、微 拉轧制使用原则。 10．导卫装置设计（学时数：2 学时） 导板、卫板、围盘设计，重点是卫板设计

1前言我国目前型线材产量材总产量的一半左右。在型钢生产中面临着提高产品质量，调整产品结构，开发经济型钢和专用型钢品种，节能、节材、降低各种消耗以便降低成本等等艰巨的任务。型钢孔型设计与这些任务是密切相关的，是解决上述问题的关键技术之一。型钢孔型设计在型钢生产的作用，不仅是将钢锭或钢坏在所设计的轧辊孔型中经过若干道次轧制变形，获得所要求的断面形状和尺寸与性能的产品，同时它对产品质量、轧机生产能力、金属消耗、能耗、产品成本和劳动条件等等都有直接至关重要的作用。孔型设计：将钢锭或钢坏在连续变化的轧辊孔型中进行轧制。以获得所需的断面形状、尺寸和性能的产品，为此而进行的设计和计算工作称之为孔型设计。-7

- 7 - 1 前言 我国目前型线材产量材总产量的一半左右。在型钢生产中面临着提高产 品质量，调整产品结构，开发经济型钢和专用型钢品种，节能、节材、降低 各种消耗以便降低成本等等艰巨的任务。型钢孔型设计与这些任务是密切相 关的，是解决上述问题的关键技术之一。 型钢孔型设计在型钢生产的作用，不仅是将钢锭或钢坯在所设计的轧辊 孔型中经过若干道次轧制变形，获得所要求的断面形状和尺寸与性能的产品， 同时它对产品质量、轧机生产能力、金属消耗、能耗、产品成本和劳动条件 等等都有直接至关重要的作用。 孔型设计：将钢锭或钢坯在连续变化的轧辊孔型中进行轧制。以获得所 需的断面形状、尺寸和性能的产品，为此而进行的设计和计算工作称之为孔 型设计

2孔型设计理论基础2.1孔型设计的内容与要求2.1.1孔型设计的内容：1断面孔型设汁：根据原料和成品的断面形状和尺寸及对产品性能的要求，确定孔型系统、轧制道次和各道次的变形量。以及各道次的孔型形状和尺寸。2配辊：确定孔型在各机架上的分配及其在轧辊上的配置方式，以保证轧件能正常轧制、操作方便、成品质量好和轧机产量高。3轧辊辅件设计（导卫或诱导装置的设计）：诱导装置应保证轧件能按照所要求的状态进、出孔型。或者使轧件在孔型以外发生一定的变形，或者对轧件起矫正或翻转作用等。导卫装置包括：横梁、导板、卫板、夹板、导板箱、托板、扭转导板扭转辊、围盘、导管等。2.1.2孔型设计的要求：1保证获得优质产品所轧产品除断面形状正确和断面尺寸在充许偏差范围之内外。应使表面光洁。金属内部的残余应力小，金相组织和力学性能良好。2保证轧机生产率高轧机的生产率决定于轧机的小时产量和作业率。影响轧机小时产量的主要因素是轧制道次数及其在各机架上的分配。在一般情况下，轧制道次数愈少愈好。在电机和设备允许条件下，尽可能实现交叉轧制，以达到加快轧制节奏，提高小时产量的目的。影响轧机作业率的主要因素是孔型系统、孔型和轧辊辅件的共用性。注：交叉轧制：两根钢同时轧制的时间（横列式轧机）轧制节奏（T）：是指机组每轧一根钢所需要的时间即轧制第一根钢与第二根钢之间的时间间隔），它是决定轧机产量的主要因素。8

8 2 孔型设计理论基础 2.1 孔型设计的内容与要求 2.1.1 孔型设计的内容： 1 断面孔型设汁：根据原料和成品的断面形状和尺寸及对产品性能的要 求，确定孔型系统、轧制道次和各道次的变形量。以及各道次的孔型形状和 尺寸。 2 配辊：确定孔型在各机架上的分配及其在轧辊上的配置方式，以保证 轧件能正常轧制、操作方便、成品质量好和轧机产量高。 3 轧辊辅件设计（导卫或诱导装置的设计）：诱导装置应保证轧件能按照 所要求的状态进、出孔型。或者使轧件在孔型以外发生一定的变形，或者对 轧件起矫正或翻转作用等。 导卫装置包括：横梁、导板、卫板、夹板、导板箱、托板、扭转导板、 扭转辊、围盘、导管等。 2.1.2 孔型设计的要求： 1 保证获得优质产品 所轧产品除断面形状正确和断面尺寸在允许偏差范围之内外。应使表面 光洁。金属内部的残余应力小，金相组织和力学性能良好。 2 保证轧机生产率高 轧机的生产率决定于轧机的小时产量和作业率。影响轧机小时产量的主 要因素是轧制道次数及其在各机架上的分配。在一般情况下，轧制道次数愈 少愈好。在电机和设备允许条件下，尽可能实现交叉轧制，以达到加快轧制 节奏，提高小时产量的目的。影响轧机作业率的主要因素是孔型系统、孔型 和轧辊辅件的共用性。 注： 交叉轧制：两根钢同时轧制的时间（横列式轧机）。 轧制节奏（ T ）：是指机组每轧一根钢所需要的时间(即轧制第一根钢与 第二根钢之间的时间间隔)，它是决定轧机产量的主要因素

中1中2I间中3中4间2Tiaa中5Ti间4T总时间/S连续式轧机工作图表轧制时间（T氧）：即钢的纯轧时间。间隙时间（T简）：是指相邻道次间的时间间隔，它随轧制的具体情况而变化。轧制周期（T）：是指轧制一根钢所用的总时间（包括各道次轧制时间和间隙时间)和相邻两根钢之间的空隙时间。3保证产品成本最低为了降低生产成本，必须降低各种消耗。由于金属消耗在成本中起主要作用，故提高成材率是降低成本的关键。因此，孔型设计应保证轧制过程进行顺利，便于调整减少切损和降低废品率；在用户无特殊要求的情况下，尽可能按负偏差进行轧制。同时，合理的孔型设计也应保证减少轧辑和电能的消耗。4保证劳动条件好孔型设计时除考虑安全生产外，还应考虑轧制过程易于实现机械化和自动化，轧制稳定，便于调整：轧辊辅件坚固耐用，装卸容易。2.2孔型设计的基本原则与设计程序2.2.1设计遵循的原则：是否有良好的技术经济指标和显著的经济效益，是评价和衡量孔型设计质量优劣的重要标准，也是检验设计思想是否正确、设计任务是否很好完成的主要标志。为此要求设计者注意遵循下述基本原则：1选择合理的孔型系统，因为孔型系统是轧件形状变化的体现，是型材.9

- 9 - 轧制时间（ T轧 ）：即钢的纯轧时间。 间隙时间（ T间 ）：是指相邻道次间的时间间隔，它随轧制的具体情况而 变化。 轧制周期（ T总 ）：是指轧制一根钢所用的总时间(包括各道次轧制时间和 间隙时间)和相邻两根钢之间的空隙时间。 3 保证产品成本最低 为了降低生产成本，必须降低各种消耗。由于金属消耗在成本中起主要 作用，故提高成材率是降低成本的关键。因此，孔型设计应保证轧制过程进 行顺利，便于调整减少切损和降低废品率；在用户无特殊要求的情况下，尽 可能按负偏差进行轧制。同时，合理的孔型设计也应保证减少轧辊和电能的 消耗。 4 保证劳动条件好 孔型设计时除考虑安全生产外，还应考虑轧制过程易于实现机械化和自 动化，轧制稳定，便于调整；轧辊辅件坚固耐用，装卸容易。 2.2 孔型设计的基本原则与设计程序 2.2.1 设计遵循的原则： 是否有良好的技术经济指标和显著的经济效益，是评价和衡量孔型设计 质量优劣的重要标准，也是检验设计思想是否正确、设计任务是否很好完成 的主要标志。为此要求设计者注意遵循下述基本原则： 1 选择合理的孔型系统，因为孔型系统是轧件形状变化的体现，是型材

生产中能否顺利轧制、能否获得合格产品的关键。2充分利用钢在高温阶段塑性好、变形抗力小的特点，把变形量和不均匀变形尽量放在前面道次，：以降低能耗和轮辑磨损。3各机架间的道次分配和翻钢、移钢程序要合理，以便缩短轧制节奏提高轧机产量，并有利于操作。4当生产型钢品种规格较多时，要考虑相邻规格孔型的共用性，以减少轧辊储备和相应的更换轧辊的工作时间。5力求轧件在孔型中具有良好的稳定性。以利于轧件在孔型中的变形，防止弯扭，并简化轧机的操作和调整。6确保设备安全，注意改善工人的劳动条件。做到调整容易，操作简便，工作安全。2.2.2孔型设计的程序：1了解产品的技术条件产品的技术条件包括产品的断面形状、尺寸及其允许偏差，也包括对产品表面质量、金相组织和性能的要求：对某些产品还应了解用户的使用情况及其特殊要求。2了解原料条件原料条件包括已有的钢锭或钢坏的形状和尺寸或者是按孔型设计要求重新选定原料的规格。3了解轧机的性能及其他设备条件包括轧机的布置、机架数、辊径、辊身长度、轧制速度电机能力、加热炉、移钢和翻钢设备、工作辊道和延伸辊道、延伸台、剪机或锯机的性能以及车间平面布置情况等。4选择合理的孔型系统选择孔型系统是孔型设计的关键步骤之一。对于新产品，设计孔型之前应该了解类似产品的轧制情况及其存在的问题，作为考虑新产品孔型设计的依据之一。对于老产品，应了解在其他轧机上轧制该产品的情况及其存在的问题。在品种多，但产量要求不高的轧机上，应该采用共用性大的孔型系统这样可以减少换辊次数及轧辊的储备量。但在品种比较单一，即专业化较高的轧机上，应该尽量采用专用的孔型系统，这样可以排除其他产品的干扰，使产量提高。5总轧制道次数的确定10

10 生产中能否顺利轧制、能否获得合格产品的关键。 2 充分利用钢在高温阶段塑性好、变形抗力小的特点，把变形量和不均 匀变形尽量放在前面道次，以降低能耗和轧辊磨损。 3 各机架间的道次分配和翻钢、移钢程序要合理，以便缩短轧制节奏， 提高轧机产量，并有利于操作。 4 当生产型钢品种规格较多时，要考虑相邻规格孔型的共用性，以减少 轧辊储备和相应的更换轧辊的工作时间。 5 力求轧件在孔型中具有良好的稳定性。以利于轧件在孔型中的变形， 防止弯扭，并简化轧机的操作和调整。 6 确保设备安全，注意改善工人的劳动条件。做到调整容易，操作简便， 工作安全。 2.2.2 孔型设计的程序： 1 了解产品的技术条件 产品的技术条件包括产品的断面形状、尺寸及其允许偏差，也包括对产 品表面质量、金相组织和性能的要求：对某些产品还应了解用户的使用情况 及其特殊要求。 2 了解原料条件 原料条件包括已有的钢锭或钢坯的形状和尺寸或者是按孔型设计要求重 新选定原料的规格。 3 了解轧机的性能及其他设备条件 包括轧机的布置、机架数、辊径、辊身长度、轧制速度电机能力、加热 炉、移钢和翻钢设备、工作辊道和延伸辊道、延伸台、剪机或锯机的性能以 及车间平面布置情况等。 4 选择合理的孔型系统 选择孔型系统是孔型设计的关键步骤之一。对于新产品，设计孔型之前 应该了解类似产品的轧制情况及其存在的问题，作为考虑新产品孔型设计的 依据之一。对于老产品，应了解在其他轧机上轧制该产品的情况及其存在的 问题。在品种多，但产量要求不高的轧机上，应该采用共用性大的孔型系统， 这样可以减少换辊次数及轧辊的储备量。但在品种比较单一，即专业化较高 的轧机上，应该尽量采用专用的孔型系统，这样可以排除其他产品的干扰， 使产量提高。 5 总轧制道次数的确定