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孔型设计

冶金学术语

孔型设计是指将钢锭或钢坯在两个或两个以上带槽轧辊间经过若干道次的轧制变形，以获得所需要的断面形状、尺寸和性能的产品，为此而进行的设计和计算工作。

相关概念
(1)轧槽：热轧型钢时，往往把轧辊车削成用来轧制轧件的环型沟槽和凸台，通常把它们称为轧槽。
(2)轧制面：通过两个或两个以上轧辊轴线的垂直平面称为轧制面。
(3)孔型：两个或两个以上轧辊的轧槽，或者一个轧辊的轧槽与另一个轧辊的凸台，对合起来时在轧制面所形成的孔口叫做孔型。
(4)孔型设计：钢锭或钢坯只有依次通过一系列孔型的若干道次的轧制变形后，才能获得具有一定断面形状和尺寸的型钢。把为达到此目的而确定各孔型形状、计算各孔型尺寸、并把孔型合理地配置在轧辊上以及进行导卫装置的设计与计算的工作称为孔型设计，它属于型钢轧制时的工具设计。
内容
孔型设计是型钢生产的工具设计，完整的孔型设计包括三方面：
(1)断面孔型设计。根据原料和成品的断面形状、尺寸和产品的性能要求，选择孔型系统，确定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)轧辊孔型设计。根据断面孔型设计确定孔型在每个机架上的分配及其在轧辊上的配置，要求轧件能正常轧制且操作方便，并且其轧制节奏时间短，轧机的生产能力高，成品的质量好。
(3)导卫装置及辅助工具设计。导卫装置及辅助工具设计是指根据轧机特性和产品断面形状特点设计出相应的导卫装置，以保证轧件能按照要求顺利地进出孔型，或使轧件进孔型前或出孔型后发生一定的变形，或对轧件起矫正或翻转作用等。而其他辅助工具则包括检查样板等。
要求
孔型设计是否合理，直接影响到产品质量、轧机生产能力、产品成本和劳动条件等。
通常合理的孔型设计应满足以下要求：
(1)保证产品质量符合技术标准和用户要求。这主要包括断面形状正确、尺寸公差合格、表面光滑、机械性能合乎要求。
(2)生产成本低。为降低生产成本，应使及轧辊和电能消耗最少，各项经济技术指标先进。
(3)轧机有较高的生产效率。应使轧制过程易于实现自动化、机械化，便于调整和操作，使轧机具有最短的轧制节奏和较高的产量。
(4)设计的孔型应符合生产车间的具体工艺及设备条件，充分考虑车间各主、辅设备的性能及其布置情况。不能盲目地将其他车间使用的孔型，搬到某一车间去，这可能不适用。在孔型设计过程中，应理论联系实际，在充分掌握车间设备工艺特点的基础上依据孔型的基本原则，做出正确的孔型设计。
原则
为了得到一套合理的孔型系统，在设计过程中应注意遵循下述设计原则：
(1)选择合理的孔型系统。选择合理的孔型系统是孔型设计的关键环节之一。孔型系统合理与否直接影响到轧机的生产率、产品质量、各项消耗指标以及生产操作等。通常在设计新产品的孔型时，应根据轧件的变形规律，拟定出各种可能的孔型系统方案，通过充分的对比分析和论证，从中选择合理的孔型系统。
(2)充分利用钢的高温塑性，把变形量和不均匀变形尽量放在前几道次，然后顺轧制程序逐道减小变形量，这样对轧制成形过程有利。
(3)尽可能采用形状简单的孔型，专用孔型的数量要适当。
(4)在多品种的型钢轧机上，多选用共用性好的孔型。
(5)各机架间的道次数分配、翻钢及移钢次数和程序应合理。
(6)轧件在孔型中力求有良好的稳定性。
(7)孔型在轧辊上有合理的配置，便于轧机调整且有较强的共用性。
步骤
一、收集和了解有关的原始资料
收集和了解必要的原始资料是孔型设计的重要工作，其主要内容有：
(1)了解产品的技术要求和技术标准。这包括产品的断面形状、尺寸、允许公差、表面质量、金相组织和性能要求等。有时还应了解用户对产品的使用情况及其特殊要求。
(2)了解原料条件。掌握已有的钢锭或钢坯的断面形状和尺寸，或者按照产品要求重新选定坯料尺寸。
(3)了解轧机的性能及其他设备条件。这包括轧机的布置形式、机架数目、轧辊直径、辊身长度、轧制速度、电机能力以及加热炉、移钢机和翻钢设备、工作辊道与延伸辊道、剪机或锯机的性能等。
(4)了解国内外生产该产品的有关生产工艺情况。这包括生产方式、选用的孔型系统、变形系数的范围以及生产该产品的难点、存在的问题等等。只有充分地研究和借鉴国内外的先进经验和方法并结合具体的实际情况，才能进行合理的设计。
二、选择合理的孔型系统
通常，对于新产品应了解类似产品的轧制情况及其存在的问题，作为新产品孔型设计的依据之一；对于老产品应了解该产品在其他轧机上轧制情况及存在问题。同时还应考虑与其他产品共用孔型的可能性，拟定出可能采用的各种孔型系统方案，在分析对比的基础上，确定较为合理的孔型系统。
三、确定坯料断面尺寸与总的轧制道次
在一定的设备和工艺条件下，正确地确定坯料断面尺寸与轧制道次，涉及到确定总变形量及分配各道次的变形量。在孔型设计中可用延伸系数来表示变形，确定总变形量和道次。
四、各道次变形量的分配
在总的变形量和道次确定以后，需要将总的变形量合理地分配到各个道次上，在分配道次变形量时应综合考虑金属的塑性，咬入条件，轧辊的强度，电机的能力和孔型的磨损等因素。根据实际生产的经验，分配道次变形量的主要原则是：
(1)轧制开始时，轧件高温氧化铁皮厚，摩擦系数低，咬入困难，而高温时钢塑性较好，变形抗力低有利于轧制，此时主要考虑咬入条件的限制。
(2)随氧化铁皮的脱落，咬入条件改善，温降不多，变形量可增大，随变形量不断增大，并达到最大值，这以后随着变形抗力增大，轧辊强度和电机能力成为限制变形量的主要因素，因而变形系数逐道减少，
(3)最后几道主要考虑到产品几何尺寸的要求和减小孔型的磨损，宜采用较小的变形量。
(4)在实际生产中，需针对不同的生产工艺条件做具体分析，进行合理的道次变形量的分配。例如在连轧机上轧制时，因轧速逐渐升高，轧件温度变化小，因此连轧各道次的延伸系数可取相等或近似相等。
五、孔型的尺寸确定
根据各道次的延伸系数，计算出各道次轧件的断面积，然后根据所计算出的断面积及变形系数的关系确定轧件的尺寸。并在此基础上确定孔型的尺寸，绘制出孔型图。在利用经验法直接构孔时，可先不计算出轧件的尺寸，而直接确定出孔型的尺寸。
六、其他工作内容
(1)配辊。将设计好的各孔型按一定的规律配置在轧辊上，并绘制出配辊图。
(2)必要的校核。根据具体的实际情况进行必须的校核工作，通常校核的内容有：咬入条件、轧辊强度、电机负载能力、孔型的充满度和轧件在孔型中的稳定性等。
(3)轧辊的辅件设计。根据孔型图和配辊图来设计导卫、围盘、检测样板等辅件。
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