椭圆立椭圆孔型系统设计.docx
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椭圆立椭圆孔型系统设计
学生课程设计（论文）
题目：
椭圆—立椭圆孔型系统设计
学生姓名：
****学号：
所在院（系）：
材料工程学院
专业：
材料成型及控制工程
班级：
2011级压力加工班
指导教师：
职称：
2014年10月13日
********教务处制
******大学本科学生课程设计任务书
题 目
椭圆—立椭圆孔型系统设计
1、课程设计的目的
通过本课程设计教学所要达到的目的是：
1、训练学生综合运用机械原理、金属塑性成型原理、金属凝固原理、成型工艺设备及设计等课程的理论知识独立思考、分析、初步解决材料成型工艺问题的技能，提高运算、设计绘图能力及查阅资料的技能；2、使学生熟练掌握工艺设计的步骤和方法；3、培养学生以理论为基础并结合生产实际进行工艺设计的设计思想。
4、为毕业设计（论文）及毕业后从事工程工作打下良好的基础。
2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）
内容：
1、根据所选的题目查阅相关的资料，认真理解题目的意图。
2、按要求设计计算出相应的轧制规程（孔型图）。
3、对照生产实际，对自己的设计进行综合评定、总结。
要求：
1、设计过程中要做到严谨、科学、切合实际。
2、要有一定的突破及创新。
3、设计说明书要严格按要求书写。
3、主要参考文献
[1]《轧钢车间设计基础》，袁康，北京钢铁学院压力加工系
[2]《板带钢轧制工艺指导书》，李登超
[3]《挤压工艺及模具》，贾俐俐等，机械工业出版社
[4]《冲模设计应用实例》，模具实用技术丛书编委会，机械工业出版社
[5]《塑性成形工艺与模具设计》，高锦张等，机械工业出版社
4、课程设计工作进度计划
第一周：
1、认真领会指导书中所给题目的内容，查阅相关的资料。
2、根据自己的理解形成初步的设计方案。
第二周：
1、对自己的设计方案进行修改。
2、书写设计说明书。
指导教师（签字）
日期
2014年10月9日
教研室意见：
同意。
2014年10月11日
学生（签字）：
接受任务时间：
年月日
课程设计（论文）指导教师成绩评定表
题目名称
椭圆—立椭圆孔型系统设计
评分项目
分值
得分
评价内涵
工作
表现
20%
01
学习态度
6
遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。
02
科学实践、调研
7
通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。
03
课题工作量
7
按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。
能力
水平
35%
04
综合运用知识的能力
10
能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。
05
应用文献的能力
5
能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。
06
设计（实验）能力，方案的设计能力
5
能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。
07
计算及计算机应用能力
5
具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。
08
对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）
10
具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。
成果
质量
45%
09
插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度
5
符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。
10
设计说明书（论文）质量
30
综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。
11
创新
10
对前人工作有改进或突破，或有独特见解。
成绩
指导教师评语
指导教师签名：
年 月 日
摘要
介绍椭圆—立椭圆孔型设计的方法与步骤。
椭圆—立椭圆孔型系统的延伸系数主要取决于平椭圆孔型的宽高之比，根据延伸系数，逐步设计了每一道次的压下量和变形量的分配。
最后生产出所需要的粗轧产品。
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，及整个轧制过程设计。
椭圆—立椭圆孔型系统主要用于轧制塑性极低的钢材。
近年来，由于连轧机的广泛使用，特别是在水平辊机架与立辊机架交替布置的连轧机和45°轧机上，为了使轧件在机架间不进行翻钢，以保证轧制过程的稳定和消除卡钢事故，椭圆—立椭圆孔型系统代替了椭圆—方孔型系统被广泛地用于小型和线材连轧机上。
关键词孔型设计，延伸系数，压下量，变形量，轧制过程
ABSTRACT
Introducesthedesignoval-slugsequenceofmethodandstep.Ellipticalverticalovalpasssystemmainlydependsontheextensionofcoefficienttotheovalgroovewidthratioofthehigh.Designgradually,based on its elongation coefficient,thequantityof the each time andthe distribution ofdeformation.The final produceroughingproducts you need. Ingot or billet incontinuouschange of roll passrolling, inorder to obtain the required cross section shape sizeand performance ofproducts, and the whole rolling process design. Elliptical vertical oval pass system ismainlyusedinsteelrollingplasticityisextremelylow.Recently, due to the wideuseoftandem mill, especially in horizontal roller frame and vertical roll frame tandemmillandmill on 45 of alternative arrangement.In order to make therolledturnoverbetweenthe frame, to ensure the stabilityofrolling process and eliminateaccidentandeliminate card steelthus elliptical verticaloval pass system instead of theellipticalsquare pass system is widely usedin small and wire rolling machine.
Keywordsgroove design,coefficientofelongation,deformation,rollingprocess
摘要1
ABSTRACTII
1绪论1
1.1椭圆—立椭圆孔型系统应用1
1.2椭圆—立椭圆孔型系统优缺点1
1.2.1椭圆—立椭圆孔型系统优点1
1.2.2椭圆—立椭圆孔型系统缺点1
1.3轧制过程所需量及尺寸与构成2
1.3.1宽展系数2
1.3.2延伸系数2
1.3.3平椭圆孔型尺寸与构成2
1.3.4立椭圆孔型尺寸与构成3
2椭圆—立椭圆孔型系统设计4
2.1孔型设计的基本条件储备4
2.1.1产品技术条件4
2.1.2原料条件4
2.1.3轧机性能及其他设备条件4
2.2选择合理的孔型系统4
2.3总轧制道次数的确定5
2.3.1已知原料的断面尺寸的轧制道次数确定方法5
2.3.2如有几种钢坯尺寸可以任意选择时 5
2.4各道次变形量的分配 5
2.4.1金属的塑性 5
2.4.2咬入条件6
2.4.3轧辊强度和电机能力 6
2.4.4孔型的磨损 6
2.5确定轧件断面形状与尺寸7
3成品孔型设计8
3.1热断面9
4结论11
5参考文献12
1绪论
1.1椭圆—立椭圆孔型系统应用
椭圆—立椭圆孔型系统（见图1-1）主要用于轧制塑性极低的钢材。
近来由于连轧机的广泛使用，特别是在水平辊机架与立辊机架交替布置的连轧机和45°轧机上，为了使轧件在机架间不进行翻钢，以保证轧制过程的稳定和消除卡钢事故，因而椭圆—立椭圆孔型系统代替了椭圆—方孔型系统被广泛地用于小型和线材连轧机上。
图1-1椭圆—立椭圆孔型系统
1.2椭圆—立椭圆孔型系统优缺点
1.2.1椭圆—立椭圆孔型系统优点
（1）轧件变形和冷却均匀。
（2）轧件与孔型的接触线长，因而轧件宽展较小。
（3）轧件的表面缺陷如裂纹、折叠等较少。
1.2.2椭圆—立椭圆孔型系统缺点
（1）轧槽切入轧辊较深。
（2）孔型各处速度差较大，孔型磨损较快，电能消耗也因之增加。
1.3轧制过程所需量及尺寸与构成
1.3.1宽展系数
轧件在立椭圆孔型中的宽展系数
轧件在平椭圆孔型中的宽展系数
1.3.2延伸系数
椭圆—立椭圆孔型系统的延伸主要取决于平椭圆孔型的宽高比，其比值为1.8～3.5，平均延伸系数为1.15～1.34。
轧件在平椭圆孔型中延伸系数
一般用
。
轧件在立椭圆孔型中的延伸系数为
一般用
。
1.3.3平椭圆孔型尺寸与构成
椭圆孔型的构成如图1-2所示，孔型宽度
，
为椭圆轧件的宽度，相当于孔型的充满程度
即希望在椭圆孔型中留一些宽展余量，一般以
为好；
辊缝
；
椭圆孔型的圆弧半径
；
椭圆轧件的断面面积近似为
；
外圆角半径
；
图1-2椭圆孔型的构成
1.3.4立椭圆孔型尺寸与构成
立椭圆孔型的构成方法有两种，如图1-3所示，立椭圆孔型的高宽比为
1.04～1.35，一般为1.2。
立椭圆孔型的高度
与轧出轧件的高度
相等，其宽度
其中
为轧出轧件的宽度。
立椭圆孔型的弧形侧壁半径可取为
和
；
外圆角半径
;辊缝
。
图1-3立椭圆孔型构成
2椭圆—立椭圆孔型系统设计
2.1孔型设计的基本条件储备
2.1.1产品技术条件
椭圆—立椭圆的断面形状是椭圆，轧制成
mm的椭圆钢，立椭圆其高宽比为1.2，误差
％，表面质量光滑，平整，具有强度高，延展性好的性能。
2.1.2原料条件
品种：
方坯规格：
a=100钢种：
301
2.1.3轧机性能及其他设备条件
轧机的布置：
椭圆—立椭圆孔型系统，机架数：
12架（粗轧机7架：
横列式轧机，精轧机为5架）、辊径D=120mm、辊身长度为400mm、轧制速度（第一列轧制速度
m/s，第儿列轧制速度
m/s）。
2.2选择合理的孔型系统
椭圆—立椭圆孔型系统（图2-1）
图2-1横列式轧机
2.3总轧制道次数的确定
2.3.1已知原料的断面尺寸的轧制道次数确定方法
已知断面的钢坯轧成椭圆断面的钢坯，则总压下量为：
总轧制道次为：
n=∑△h∕△hc
式中β为宽展系数，β＝△b∕b；H，h为轧制前、后轧件高度，B,b为轧制前、后轧件宽度;β＝0.15～0.25,△hc为道次平均压下量△hc＝（0.8～1）△hmax。
轧制方钢时，由于断面形状比较复杂，而且压下量是不均匀的，所以变形量通常用延伸系数来表示。
当坯料和成品的横断面面积为已知时，
总延伸系数为
式中
为各道次轧后的轧件横断面面积；
为坯料和成品的横断面面积。
如用平均延伸系数
代替各道的延伸系数，则：
由此可以确定出总轧制道次数为
轧制道次数应取整数，具体应取奇数还是偶数则取快于轧机的布置。
参考有关厂的延伸系数实验，取平均延伸系数为
，则轧制总道次数为
由于轧机布置应取偶数道次，取n=12。
2.3.2如有几种钢坯尺寸可以任意选择时
应根据轧机的具体情况选择最合理的轧制道次，然后求出钢坯的横断面面积和边长，根据计算出的钢坯边长选择与其接近的钢坯尺寸。
2.4各道次变形量的分配
2.4.1金属的塑性
根据对金属的大量研究表明，金属的塑性一般不成为限制变形的因素。
对于
某些合金钢锭，在未被加工前，其塑性较差，因此要求前几道次的变形量要小些。
2.4.2咬入条件
在许多情况下条件是限制道次变形量的主要因素，例如在初轧机，钢坯轧机
和型钢轧机的开坯道次，此时轧件温度高，轧件表面常附着氧化铁皮，故摩擦系数较低，所以，选择这些道次的变形量时要进行咬入验算
2.4.3轧辊强度和电机能力
在轧件很宽而且轧槽切入轧辊很深时，轧辊强度对道次变形量也起限制作用。
在一般情况下轧辊工作直径应不小于辊脖直径。
在新建轧机上，一般电机能力是足够的，仅在老轧机上，电机能力往往限制着道次的变形量。
2.4.4孔型的磨损
在轧制过程中，由于摩擦力的存在，孔型不断磨损。
变形量越大，孔型磨损越快。
孔型的磨损直接影响到成品尺寸的精度和表面的粗糙度。
同时，孔型的磨损增加了换孔换辊时间，影响轧机产量。
成品尺寸的精确度和表面粗糙度主要决
定于最后几道，所以成品道次和成品前道次的变形量应取小些。
不难看出，影响道次变形量的因素是很复杂的，经常是各种因素综合起作
用。
图2-2是变形系数按道次分配的典型曲线，它的主要依据是:
在轧制初期，
因轧件温度高，金属的塑性、轧辊强度与电机能力不成为限制因素，而炉生氧化铁皮使摩擦系数降低，咬入条件成为限制变形量的主要因素；继之，随着炉生氧
化铁皮的剥落，咬入条件得到改善，而此时轧件温度降低不多，故变形系数可不
断增加，并达到最大值。
随着轧制过程的继续进行，轧件的断面面积逐渐减小，轧件温度降低，变形抗力增加，轧辊强度和电机能力成为限制变形量的主要因素，因此变形系数降低。
在最后几道中，为了减少孔型磨损，保证成品断面的形状和尺寸的精确度，应采用较小的变形系数。
曲线的变化范围很大，是考虑其他意外因素的影响。
在实际生产过程中。
为了合理地分配变形系数，必须对具体的生产条件做具体地分析。
如在连轧机上轧制时，由于轧制速度高，轧件温度变化小，所以各道的延伸系统可以取成相等或近似相等，如图2-3。
各道次的延伸系数被确定之后，要用其连乘积进行校核。
若其连乘稳中有积等于总延伸系数，则说明确定的各道次的延伸系数是对的；否则需调整各道次的延伸系数使其连乘积等于总延伸系数。
2.5确定轧件断面形状与尺寸
椭圆一立椭圆孔型系统，从K1立椭圆，到K3，K5，K7，K9立椭圆，均匀
分配延伸系数，即从立椭圆到立椭圆的平均延伸系数为1.16--1.28，佳值区为1.27--1.28。
在求得每个立椭圆的宽度后，再按孔型的构成算挂其他尺寸。
当确定了每个立椭圆孔后，再分别设计每个立椭圆孔上一道椭圆孔的尺寸。
（如图2-4）
成品前椭圆孔型尺寸按表2-1确定
图2-4椭圆—立椭圆孔型设计系统
高度为:
H4=（0.7～0.8）B3
H6=（0.7～0.8）B5
……
宽度为:
B4=1.65B3+（0～5）
B6=1.65B5+（0～5）
……
辊缝为:
S4＝（1/5～1/4）H4
S6=（1/5～1/4）H6
……
表2-1成品前椭圆孔型尺寸
成品规格d/mm
成品前椭圆孔型尺寸与d的关系
6-9
0.70-0.78
1.64-1.96
9-11
0.74-0.82
1.56-1.84
12-19
0.78-0.86
1.42-1.70
20-28
0.80-0.83
1.34-1.64
30-40
0.86-0.90
1.32-1.61
40-50
约0.91
约1.4
50-60
约0.91
约1.4
60-80
约0.91
约1.4
3成品孔型设计
3.1热断面
轧件在精轧孔型经最末一道轧制后，便得到要求的成品钢材。
但精轧孔型的尺寸和热断面的形状与所要求的成品名义尺寸和断面形状并不完全一致，这主要是考虑了轧件温度和断面温度不均匀对成品尺寸和断面形状的影响。
热断面尺寸。
轧件经过精轧孔型时，温度在800～1100℃之间，冷却后轧件尺寸与高温时轧件尺寸间关系为
式中，
为轧件冷尺寸；
为轧件热尺寸；
为膨胀系数，对钢通常采
用
=0.000012。
为简化计算，将不同轧制温度下的1+
列表于3-1中。
表3-1不同温度下的1+
热轧温度/℃
1+
热轧温度/℃
1+
800
1.010
1100
1.013
900
1.011
1200
1.0145
1000
1.012
因此，欲使冷却后轧件断面尺寸精确，就必须根据不同中扎温度，使孔型断面的主要先吃吃是成品孔的1.0100～1.0145倍。
根据各道次的延伸系数确定各道次轧件的横断面面积，然后按照轧件的断面面积及其变形关系确定轧件的断面形状和尺寸。
（如图3-1）
B3=（1.15～1.25）d 佳值为B3=1.2d
在此次选用终轧温度为1100℃,及1+
=1.013，已知成品
的立椭圆，其h/b=1.2,则
=
mm;
热轧断面尺寸：
mm
mm
则第十道次的立椭圆断面尺寸
前10道次的总延伸系数为：
图3-1成品孔K1，K2，K3
4结论
采用宽展系数方法设计孔型是很简单的，原则如下：
在其他条件相同的情况下，轧件温度越高，宽展系数越小。
在一般情况下，在轧制过程中轧件温度逐渐降低的，这样对同类孔型系统宽展系数应越来越大的数值。
轧辊材质的影响。
使用钢轧辊时应取较大的宽展系数。
轧件断面大小的影响。
轧件断面越大，宽展系数越小。
在轧制过程中，轧制断面面积减小的速度大于轧辊直径变化的速度。
所以，宽展系数应沿轧制道次逐渐增加。
轧制速度的影响。
在其他条件下，轧制速度越高，宽展系数越小。
轧制钢种的影响。
在其他条件相同时，普碳钢的宽展系数小，合金钢的宽展系数大。
另外，还有其他因素影响宽展系数的取值范围，凡是有利于宽展的因素，宽展系数应取较大值，反之则相反。
在轧制过程中往往是多种因素同时起作用的，所以选取宽展系数时应考虑诸因素的综合影响，当然要分清主要影响因素和次要影响因素。
前面5条在一般情况下是主要影响因素。
5参考文献
[1] 赵松筠，唐文林．型钢孔型设计（第二版）[M]．北京：
冶金工业出版社，2000.4
[2] 庞玉华，社忠泽．金属塑性加工学［M］．西安：
西北工业大学出版社，2011.4．
[3] 田占坡，李春智．椭圆一立椭圆孔型系统在小型轧机中的应用［C］. 首钢集团公司，2001．
[4] 白光润，栾瑰馥．型钢孔型设计［C］东北工学院，1991．
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