專利名稱：一種不等邊角鋼孔型設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于軋鋼技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種不等邊角鋼軋制中消除軋制軸向力的不等邊角鋼孔型設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
不等邊角鋼主要用于造船，鐵路車廂，機(jī)械，電力等行業(yè)。目前不等邊角鋼軋制生產(chǎn)時(shí)，采用長(zhǎng)、短邊相同的壓下量，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)邊厚，短邊薄，易倒角現(xiàn)象，由于軋件不等邊，軋制時(shí)調(diào)整困難，并且在短應(yīng)力線軋機(jī)上經(jīng)常出現(xiàn)上下軋輥軸向竄動(dòng)，軋輥軸承損壞嚴(yán)重。為了調(diào)整軋制力一般靠調(diào)整各架軋機(jī)上下輥軸向預(yù)先反方向串動(dòng)，使孔型短邊厚度大于長(zhǎng)邊厚度，來減小軋制軸向力，但產(chǎn)品尺寸精度不容易控制，質(zhì)量較差，成材率較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開一種不等邊角鋼孔型設(shè)計(jì)方法，通過對(duì)軋制不等邊角鋼時(shí)金屬在孔型內(nèi)塑性變形及所受軋制力進(jìn)行分析，計(jì)算出軋輥所受軸向力，使角鋼孔型設(shè)計(jì)滿足軋制軸向力合力為零的條件，并在軋制過程中不等邊角鋼時(shí)易于調(diào)整不等邊角鋼兩邊壓下量，減輕軋機(jī)軸向負(fù)荷，從而提高不等邊角鋼的生產(chǎn)效率和成材率。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，它是根據(jù)軋制不等邊角鋼時(shí)，金屬在孔型內(nèi)塑性變形及所受軋制力進(jìn)行分析，計(jì)算出軋輥所受軸向力，使角鋼孔型設(shè)計(jì)滿足上、下軋輥軋制軸向力合力為零的條件，發(fā)明一種消除軋制軸向力的不等邊角鋼孔型設(shè)計(jì)方法，其孔型的關(guān)系式滿足蝶式孔型，tg2β = Ahc/Ah11 (a)成品孔型(Lc/Ld)2 = Δ hD/ Δ hc (b)式中hc為長(zhǎng)邊高度；hD為短邊高度；Ahc, Ah11分別為長(zhǎng)邊、短邊的壓下量；Lc為長(zhǎng)邊直線段；Ld為短邊直線段β為長(zhǎng)邊與水平線傾角。其受力分析的過程如下1、軋制軸向力計(jì)算在用蝶式孔型和直腿孔型軋制不等邊角鋼時(shí)，由于長(zhǎng)、短邊與水平線的傾斜角度不同，金屬與軋輥接觸面積不同，所以軋件從咬入到從孔型中軋出，長(zhǎng)邊和短邊的軋制力各不相同，從而產(chǎn)生了與軋制方向垂直(Ζ軸方向)的水平分力。上輥受長(zhǎng)、短邊水平分力的合力作用而沿Z軸向長(zhǎng)邊方向移動(dòng)，下輥受長(zhǎng)、短邊水平合力的作用而沿Z軸向短邊移動(dòng)。設(shè)不等邊角鋼在孔型中軋制，長(zhǎng)邊和短邊上部受平均單位壓力為!)±，方向豎直向下。則短邊受上輥軋制壓力為Pd = ρ上Xi711 ；長(zhǎng)邊受上輥軋制壓力為Pc = P上X Fc。Fd為短邊與軋輥接觸面積、Fc為長(zhǎng)邊與軋輥接觸面積；以上輥孔型短邊為例，短邊上部平均單位壓力？±分解成對(duì)軋件垂直壓力Pdn和延孔型側(cè)壁的磨擦力PDF。同時(shí)軋件軋制過程對(duì)軋輥的垂直反作用力Pd/分解成水平分力Pdz和豎直向上的 Pdy，α為短邊與水平線傾角，β為長(zhǎng)邊與水平線傾角，Pdz為(短邊所受軸向單位力)；同理Pcz為(長(zhǎng)邊所受軸向的單位力)Pdz為短邊所受的(軸向合力)Pcz為長(zhǎng)邊所受的(軸向合力)Pz為軋輥水平合力(軸向力)1)上軋輥所受水平分力計(jì)算1-1)短邊pDN' =pDN = P 上 cos αpDZ = pDN' cos β=ρ 上 cos α cos βFd = hD/cos β X (RA hD)1/2Pdz = PdzXFd= ρ 上 cos α cos β X hD/cos β X (RA hD)1/2= ρ 上cos α XhDX (RAh11)1/2 (1)1-2)長(zhǎng)邊同理，Pcz = pczXFc = ρ上cos3 XhcX (RAhc)1/2 (2)由于 cos α = sin β1-3)計(jì)算上軋輥水平合力(軸向力)為Pz = Pcz-PdzPz = ρ上cos3 XhcX (RAhc)1/2_p上sin3 XhDX (RAhD)1/2 (3)在上式中，α為短邊與水平線傾角；β為長(zhǎng)邊與水平線傾角；R為軋輥半徑；Ah。、AhD分別為角鋼孔型長(zhǎng)邊、短邊的壓下量；軋輥水平合力(軸向力)與長(zhǎng)、短邊壓下量及水平傾角關(guān)系在蝶式孔型中，hc = hDPz = ρ上hcR1/2X [(Ahc)1/2cos3_(AhD)1/2sin3] (3-1)在成品孔型中，hc= LcXsin^ , hD = LdXcos^Pz = ρ 上 R1/2 X l/2sin2 β [ ( Δ hc) l72Lc- ( Δ hD) 1/2LD] (3-2)方向沿Z軸指向長(zhǎng)邊。2)下軋輥所受水平分力計(jì)算下軋輥的受力分析與上軋輥的受力分析同理，2-1)短邊水平分力PdzPdz = pDZX I7d = ρ 下 cos α X hD‘ X (R Δ hD)1/2 (4)
2-2)長(zhǎng)邊水平分力PczPcz = pczXFc = pTcos3Xhc' X (RΔhc)1/2 (5)2-3)計(jì)算下軋輥水平合力(軸向力)為Pz 下棍=Pcz-PdzPzrffi= ρ下 cos β XhcX (RΔ hc) 1/2-ρ下 sin β XhDX (RAh11)1/2 (6)式中h/ ,hc'分別為下輥長(zhǎng)邊、短邊的垂直高度；軋輥水平合力與長(zhǎng)、短邊壓下量與水平傾角關(guān)系下輥軸向力方向沿Z軸指向短邊，與上輥所受軸向力大小相等，方向相反，且 V ^ hD hc' ^ hc所以有以下關(guān)系式在蝶式孔型中，hc = hDPz 下棍=P 下 hcR"2 X [ ( Δ hc) 1/2cos β _ ( Δ hD) 1/2sin β ] = Pz 上棍 (6—1)在成品孔型中，hc= LcXsin^ , hD = LdXcos^Pz 下棍=P 下 R1/2 X l/2sin2 β [ ( Δ hc) l72Lc- ( Δ hD) "2Ld] = Pz 上棍 (6—2)2、不等邊角鋼孔型的設(shè)計(jì)由于上、下輥受到方向相反的水平軸向力，使上、下軋輥產(chǎn)生軸向竄動(dòng)，間隙來源于軸承內(nèi)外套與軋輥的配合，要使軸向力I3Z最小，也就是趨近于零，則:hc( Δ hc) 1/2cos β -hD ( Δ hD) 1/2sin β = O在蝶式孔型hc = hD，可推出 tg2 β = Δ hc/ Δ hD (a)在成品孔型hc不等于hD，可推出(LC/LD)2 = AhD/Ahc (b)所以在輥型設(shè)計(jì)時(shí)，滿足上述公式中各參數(shù)的關(guān)系，即可滿足不等邊角鋼的軋制要求。本發(fā)明在孔型設(shè)計(jì)時(shí)，蝶式孔型上輪廓形狀采用k2、k3相同原則，k4、k5、k6孔型由于壓下率較大，軸向力相對(duì)降低，可以根據(jù)具體的實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整長(zhǎng)、短邊壓下參數(shù) Δ hc、Δ hD，使長(zhǎng)、短邊壓下量參數(shù)相差不能太大，這樣頂角變化逐步過渡，保證軋制過程穩(wěn)定，又可以達(dá)到降低消除軸向力的效果，同時(shí)頂角留有假帽，使成品頂角能夠充滿，式中k2、k3、k4、k5、k6分別為不等邊角鋼蝶式孔型。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及效果，采用本方法設(shè)計(jì)出的孔型進(jìn)行軋制(1)容易調(diào)整，縮短了試軋調(diào)整時(shí)間，(2)質(zhì)量穩(wěn)定，消除了長(zhǎng)邊厚、短邊薄質(zhì)量缺陷，(3)實(shí)現(xiàn)負(fù)偏差軋制，與現(xiàn)有技術(shù)相比提高成材率高1. 8%以上，(4)事故減少，提
高生產(chǎn)作業(yè)率。


圖1為本發(fā)明的成品孔型軸向力受力分析示意圖；圖2為本發(fā)明的不等邊角鋼孔型設(shè)計(jì)實(shí)例示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)說明。
如圖1所示，本發(fā)明是根據(jù)軋制不等邊角鋼時(shí)，金屬在孔型內(nèi)塑性變形及所受軋制力進(jìn)行分析，計(jì)算出軋輥所受軸向力，使角鋼孔型設(shè)計(jì)滿足軋制軸向力合力為零的條件， 設(shè)計(jì)出不等邊角鋼的軋制孔型。圖2為本發(fā)明對(duì)75X50X6不等邊角鋼設(shè)計(jì)的孔型示意圖，按照本發(fā)明的軋輥孔型關(guān)系公式蝶式孔型tg2i3 = Ahc/Ah11(a)成品孔型(Lc/Ld)2 = Δ hD/ Δ hc (b)將上述的孔型設(shè)計(jì)方案代入常規(guī)的不等到邊角鋼設(shè)計(jì)方法和公式中，具體設(shè)計(jì)時(shí)考慮不等邊角鋼軋制時(shí)上下輥產(chǎn)生軸向力，變形不均勻，要求短邊壓下系數(shù)nD大于長(zhǎng)邊壓下系數(shù)ne;按照tg2i3 = Ah。/Ah11設(shè)計(jì)壓下量，提高軋制穩(wěn)定性。減小蝶式孔型水平段長(zhǎng)度，成品孔和各蝶式孔采用傾斜配置，即長(zhǎng)邊垂直投影大于短邊垂直投影；長(zhǎng)邊與水平線傾角β，對(duì)于蝶式孔β取越大，長(zhǎng)邊水平段越長(zhǎng)，不利于軋制穩(wěn)定，但β越大，軸向力變小，有利于長(zhǎng)短邊變形均勻?？紤]極限鎖口長(zhǎng)度，并保證孔型兩邊輥環(huán)直徑相等，使軋件不產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)條件下，β 范圍32. 2° < β < 45°，設(shè)計(jì)取β =36°，1)成品孔設(shè)計(jì)成品長(zhǎng)邊長(zhǎng)度為(75+1.2) X 1. 013 = 77mm短邊長(zhǎng)度為(50+l.2) X 1. 013 = 52mm邊厚度取負(fù)偏差5. 8mm。應(yīng)用軸向力最小條件公式(Lc/Ld) 2 = Δ hD/ Δ hc (b)取 Δ hD= 1. 5mm Ahc = 0. 7mm則Pz= pR1/2X0. 5sin72° [(0. 7) 1/2X77-(1. 5) 1/2X52]= 0. 35pR1/2 達(dá)到最小值。取長(zhǎng)邊鎖口長(zhǎng)度為5mm，短邊鎖口長(zhǎng)度為7. 6mm。2)蝶式孔型設(shè)計(jì)蝶式孔型上輪廓形狀采用lc2、k3相同原則，k2、k3按公式(a)制定參數(shù)，1^4、、、1^6道次，由于壓下率較大，軸向力相對(duì)降低，可以根據(jù)具體的實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整長(zhǎng)、短邊壓下參數(shù)Ah。、AtvH長(zhǎng)、短邊壓下量參數(shù)相差不能太大，這樣使頂角變化逐步過渡，保證軋制過程穩(wěn)定，又可以達(dá)到降低消除軸向力的效果，同時(shí)頂角留有假帽，使成品頂角能夠充滿，K1, k2、k3、k4、k5、k6、k7分別為成品孔型和蝶式孔型。成品前Ii2孔設(shè)計(jì)采用上開口，短邊直線段Ld范圍(0. 15 0. 45) X 50取18mm，圓弧半徑Rd范圍 (0. 5 0. 75) X 50 取 25mm。長(zhǎng)邊直線段Lc范圍(0. 15 0. 45) X75取30mm。由于兩水平段上部在同一水平線上，推出長(zhǎng)邊圓弧半徑&為39. 7mm。應(yīng)用軸向力最小條件公式tg2 β = Ahe/AhD，同時(shí)考慮到長(zhǎng)、短邊壓下量相差太多會(huì)影響變形穩(wěn)定，產(chǎn)生單邊拉拽及扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，取 AhD = 2.3mm Ahc= 1.5mm。
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則前一孔型長(zhǎng)邊厚為6. 5+1. 5 = 8. Omm,短邊厚為7. 3+2. 3 = 9. 6mm。生產(chǎn)時(shí)，測(cè)量的成品尺寸和抽查入庫合格品的規(guī)格尺寸數(shù)據(jù)經(jīng)過得出，長(zhǎng)邊平均長(zhǎng)度74. 70mm,平均厚度5. 91mm,短邊平均長(zhǎng)度49. 88mm,平均厚度5. 72mm。工藝設(shè)計(jì)上以120X120連鑄方坯為原料，選用13道次軋制，前6道次為開坯箱形孔型，第7道次為立軋孔控制坯料寬度，第8道次為切分孔型，9 12道次采用蝶式孔型設(shè)計(jì)，按照金屬流動(dòng)規(guī)則，長(zhǎng)、短邊分別給予不同壓下量，直到第13道次成品孔型?？傃由煜禂?shù)為19. 65，平均延伸系數(shù)為1^6。(有6道次為開坯孔型，這里不詳細(xì)說明)各個(gè)參數(shù)如下表。
權(quán)利要求
1.一種不等邊角鋼孔型設(shè)計(jì)方法，其特征在于，通過對(duì)不等邊角鋼軋制過程中金屬在孔型內(nèi)塑性變形及所受軋制力進(jìn)行分析，計(jì)算出軋輥所受軸向力，設(shè)計(jì)出的孔型滿足使角鋼軋制軸向力合力最小的條件，其蝶式孔型，tg2 β = Ahc/Ah11 (a) 成品孔型(LC/LD) 2 = Δ hD/ Δ hc (b) 式中hc為長(zhǎng)邊高度； hD為短邊高度；Ahc, Ah11分別為長(zhǎng)邊、短邊的壓下量； Lc為長(zhǎng)邊直線段長(zhǎng)度； Ld為短邊直線段長(zhǎng)度； β為長(zhǎng)邊與水平線傾角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不等邊角鋼孔型設(shè)計(jì)方法，其特征在于，不等邊角鋼軋制過程中金屬在孔型內(nèi)塑性變形及所受軋制力分析軋制軸向力計(jì)算設(shè)不等邊角鋼在孔型中軋制，長(zhǎng)邊和短邊上部受平均單位壓力為P上，方向豎直向下； 則短邊受上輥軋制壓力為Pd = ρ上Xi^11 ； 長(zhǎng)邊受上輥軋制壓力為Pc = ρ上XFc ； Fd為短邊與軋輥接觸面積，F(xiàn)c為長(zhǎng)邊與軋輥接觸面積；以上輥孔型短邊為例，短邊上部平均單位壓力？±分解成對(duì)軋件垂直壓力Pdn和延孔型側(cè)壁的磨擦力Pdf ；同時(shí)軋件軋制過程對(duì)軋輥的垂直反作用力Pdn'分解成水平分力Pdz和豎直向上的Pdy， α為短邊與水平線傾角，β為長(zhǎng)邊與水平線傾角，pDZ為(短邊所受軸向單位力)Pcz為(長(zhǎng)邊所受軸向的單位力)，Pdz為短邊所受的(軸向合力)， Pcz為長(zhǎng)邊所受的(軸向合力)， I3Z為軋輥水平合力(軸向力)， 1)上軋輥孔型受水平分力計(jì)算 1-1)短邊Pdn' =Pdn = P 上 cos αPdz = Pdn' COS β =PiCosacosiiFd = hD/cos β X (R Δ hD)1/2.1 DZ “ =PDZXFD=ρ 上 cos a cos β X hD/cos β X (RA hD)1/2=ρ上cosa XhDX (RAhD)1/2 (1).1-2)長(zhǎng)邊同理，Pcz = PczXFc=ρ上cos3 XhcX (RAhc)1/2 (2)由于 cos a = sin β.1-3)計(jì)算上軋輥水平合力(軸向力)為Pz 上輥=Pcz-PDZPziffi= ρ 上cos β XhcX (RAhc)1/2-p±sin3 XhDX (RAh11)1/2 (3) 在上式中，α為短邊與水平線傾角；β為長(zhǎng)邊與水平線傾角； R為軋輥半徑；Ah。、AhD分別為長(zhǎng)邊、短邊的壓下量； 軋輥水平合力與長(zhǎng)、短邊壓下量與水平傾角關(guān)系 在蝶式孔型中，h。= hDPziffi= p±hcR1/2X [(Ahc) 1/2cos β-(Ah11) 1/2sin β] 在成品孔型中，hc = LcXsin^ ,hD = LdXcos^ Pz 上棍=ρ 上R"2Xl/2Sin2i3 [ ( Δ hc) l72Lc-( Δ hD) 1/2Ld] 方向沿Z軸指向長(zhǎng)邊； 2)下軋輥孔型受水平分力計(jì)算 下軋輥的受力分析與上軋輥的受力分析同理， 2-1)短邊水平分力PdzPdz = PdzXI7d = P下cos α XhD' X(RAh11)"2 (4) 2-2)長(zhǎng)邊水平分力PczPcz = PczXFc = P下 COS β Xhc' X(RAhc)"2 (5)2-3)計(jì)算下軋輥水平合力(軸向力)為PzTffi= Pcz-PDZPzrffi= ρ 下 cos β Xhc' X (RAhc)1/2-pTsin3 XhD' 式中hD' ,hc'、分別為下輥長(zhǎng)邊、短邊的垂直高度； 軋輥水平合力與長(zhǎng)、短邊壓下量與水平傾角關(guān)系 下輥軸向力方向沿Z軸指向短邊，與上輥所受軸向力大小相等，方向相反，且h/ hDV ^hc所以有以下關(guān)系式 在蝶式孔型中，h。= hDPz下棍=Pz 上棍 ρ下hcR"2X [(Ahc) "2C0S β-(Ah11) "2Sin β] =Pz 上棍 (6—1) 在成品孔型中，hc = LcXsin^ ,hD = LdXcos^Pz 下棍=P 下 R1/2 X l/2sin2 β [(Ahc) l72Lc- ( Δ hD) "2Ld] = Pz 上棍 (6—2)
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種不等邊角鋼孔型設(shè)計(jì)方法，其特征在于，在孔型設(shè)計(jì)時(shí)，蝶式孔型上輪廓形狀采用!^七相同原則，^！^頂角變化逐步過渡，保證軋制過程穩(wěn)定，同時(shí)頂角留有假帽，使成品頂角能夠充滿，式中k2、k3、k4、k5、k6分別為不等邊角鋼蝶式孔型。(3-1) (3-2)X(RAhn)172 (6)
全文摘要
本發(fā)明公開一種不等邊角鋼孔型設(shè)計(jì)方法，它是根據(jù)軋制不等邊角鋼時(shí)，金屬在孔型內(nèi)塑性變形及所受軋制力進(jìn)行分析，計(jì)算出軋輥所受軸向力，使角鋼孔型設(shè)計(jì)滿足上、下軋輥軋制軸向力合力為零的條件，其孔型的關(guān)系式滿足蝶式孔型，tg2β＝ΔhC/ΔhD (a)成品孔型(LC/LD)2＝ΔhD/ΔhC (b)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及效果在于采用本方法設(shè)計(jì)出的孔型進(jìn)行軋制1、容易調(diào)整，縮短了試軋調(diào)整時(shí)間，2、質(zhì)量穩(wěn)定，消除了長(zhǎng)邊厚、短邊薄質(zhì)量缺陷，3、實(shí)現(xiàn)負(fù)偏差軋制，與現(xiàn)有技術(shù)相比提高成材率高1.8％以上，4、事故減少，提高生產(chǎn)作業(yè)率。
文檔編號(hào)B21B37/00GK102553935SQ20101059714
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者劉立新, 姜雨 申請(qǐng)人:鞍鋼股份有限公司