1、攀枝花學院學生課程設計（論文）題 目： 橢圓圓孔型系統(tǒng)設計 學生姓名： 學 號： 201111102042 所在院(系)： 材料工程學院 專 業(yè)： 材料成型及控制工程 班 級： 2011級壓力加工班 指 導 教 師： 肖玄 職稱： 助教 2014年 10 月 13 日攀枝花學院教務處制攀枝花學院本科學生課程設計任務書題目橢圓圓孔型系統(tǒng)設計1、課程設計的目的通過本課程設計教學所要達到的目的是：1、訓練學生綜合運用機械原理、金屬塑性成型原理、金屬凝固原理、成型工藝設備及設計等課程的理論知識獨立思考、分析、初步解決材料成型工藝問題的技能，提高運算、設計繪圖能力及查閱資料的技能；2、使學生熟練掌握工藝

2、設計的步驟和方法；3、培養(yǎng)學生以理論為基礎并結合生產實際進行工藝設計的設計思想。4、為畢業(yè)設計（論文）及畢業(yè)后從事工程工作打下良好的基礎。2、課程設計的內容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術要求、工作要求等）內容：1、根據(jù)所選的題目查閱相關的資料，認真理解題目的意圖。2、按要求設計計算出相應的軋制規(guī)程（孔型圖）。3、對照生產實際，對自己的設計進行綜合評定、總結。要求：1、設計過程中要做到嚴謹、科學、切合實際。2、要有一定的突破及創(chuàng)新。3、設計說明書要嚴格按要求書寫。3、主要參考文獻1軋鋼車間設計基礎，袁康，北京鋼鐵學院壓力加工系2板帶鋼軋制工藝指導書，李登超3擠壓工藝及模具，賈俐俐等，機械工業(yè)出版社4

3、沖模設計應用實例，模具實用技術叢書編委會，機械工業(yè)出版社5塑性成形工藝與模具設計，高錦張等，機械工業(yè)出版社4、課程設計工作進度計劃第一周：1、認真領會指導書中所給題目的內容，查閱相關的資料。2、根據(jù)自己的理解形成初步的設計方案。第二周：1、對自己的設計方案進行修改。2、書寫設計說明書。指導教師（簽字）肖玄日期2014年 10月9 日教研室意見：同意。 孫青竹 2014年 10 月11日學生（簽字）： 接受任務時間： 年 月 日課程設計（論文）指導教師成績評定表題目名稱橢圓圓孔型系統(tǒng)設計評分項目分值得分評價內涵工作表現(xiàn)20%01學習態(tài)度6遵守各項紀律，工作刻苦努力，具有良好的科學工作態(tài)度。02科

4、學實踐、調研7通過實驗、試驗、查閱文獻、深入生產實踐等渠道獲取與課程設計有關的材料。03課題工作量7按期圓滿完成規(guī)定的任務，工作量飽滿。能力水平35%04綜合運用知識的能力10能運用所學知識和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實際問題，能正確處理實驗數(shù)據(jù)，能對課題進行理論分析，得出有價值的結論。05應用文獻的能力5能獨立查閱相關文獻和從事其他調研；能提出并較好地論述課題的實施方案；有收集、加工各種信息及獲取新知識的能力。06設計（實驗）能力，方案的設計能力5能正確設計實驗方案，獨立進行裝置安裝、調試、操作等實驗工作，數(shù)據(jù)正確、可靠；研究思路清晰、完整。07計算及計算機應用能力5具有較強的數(shù)據(jù)運算與處理能力；能運

5、用計算機進行資料搜集、加工、處理和輔助設計等。08對計算或實驗結果的分析能力（綜合分析能力、技術經濟分析能力）10具有較強的數(shù)據(jù)收集、分析、處理、綜合的能力。成果質量45%09插圖（或圖紙）質量、篇幅、設計（論文）規(guī)范化程度5符合本專業(yè)相關規(guī)范或規(guī)定要求；規(guī)范化符合本文件第五條要求。10設計說明書（論文）質量30綜述簡練完整，有見解；立論正確，論述充分，結論嚴謹合理；實驗正確，分析處理科學。11創(chuàng)新10對前人工作有改進或突破，或有獨特見解。成績指導教師評語指導教師簽名： 年月日摘 要橢圓圓孔型因其延伸較小,軋制穩(wěn)定性差等原因, 過去在生產中較少使用。近年來,由于對鋼材表面質量要求越來越高,具有

6、變形較均勻和表面皺折少等特點的橢圓圓孔型在國外被廣泛使用,尤其在軋制合金鋼中使用更為普遍。但由于過去使用少,因此其設計方法研究也較少。橢圓-圓孔型系統(tǒng)中變形較為均勻，軋制前后的斷面形狀過渡緩和，能防止產生局部應力；軋件斷面各處冷卻均勻；氧化鐵皮易于脫落；還可由延伸孔型軋出成品圓鋼，減少了軋輥數(shù)量和換輥次數(shù)。橢圓圓孔型系統(tǒng)多用軋制低塑性的合金鋼，也用于軋制普通的后幾個延伸孔型，特別是現(xiàn)代化連續(xù)式線材軋機上45°無扭精軋機組的延伸孔型。關鍵詞 橢圓-圓孔型，表面質量，軋件斷面，延伸孔型目 錄摘 要- 1 -1 緒論- 3 -1.1橢圓-圓孔型設計簡介- 3 -1.1.1橢圓-圓孔型系統(tǒng)的

7、優(yōu)點- 3 -1.1.2橢圓-圓孔型系統(tǒng)的缺點- 3 -1.2橢圓-圓孔型系統(tǒng)的應用范圍- 3 -1.3變形系數(shù)- 4 -1.3.1寬展系數(shù)- 4 -1.3.2延伸系數(shù)- 4 -1.4橢圓-圓孔型系統(tǒng)的孔型尺寸及其構成- 4 -2 了解生產條件- 6 -2.1了解產品的技術條件- 6 -2.2了解原料條件- 6 -2.3了解軋機的性能及其它設備條件- 6 -3 選擇合理的孔型系統(tǒng)- 6 -4 總軋制道次數(shù)的確定- 7 -4.1 當鋼錠或鋼坯的斷面尺寸- 7 -4.2如有幾種鋼坯尺寸可以任意選擇時- 7 -5 各道次變形量的分配- 8 -5.1 金屬的塑性- 8 -5.2咬入條件- 8 -5.3

8、軋輥強度和電機能力- 8 -5.4孔型的磨損- 8 -6 確定軋制斷面形狀和尺寸- 9 -6.1 橢圓-圓孔型的設計尺寸- 9 -6.2軋機輥縫調整- 10 -6.2.1 孔型設計誤差- 10 -6.2.2 輥縫調整量計算- 10 -7   結論- 13 -1 緒論1.1橢圓-圓孔型設計簡介圖1 橢圓圓孔型系統(tǒng)1.1.1橢圓-圓孔型系統(tǒng)的優(yōu)點軋件變形較為均勻，軋制前后軋件的斷面形狀過渡均勻，從而避免了金屬由于劇烈的不均勻變形而產生局部應力。軋件斷面各處冷卻均勻，因而不易產生冷卻裂紋。孔型形狀有利于去除軋件表面上的氧化皮，使軋件表面 質量良好。在某些情況下

9、，可由橢圓-圓延伸孔型系統(tǒng)軋出成品圓鋼，因而可減小軋輥數(shù)量和換輥次數(shù)。1.1.2橢圓-圓孔型系統(tǒng)的缺點延伸系數(shù)較小，通常不超過1.31.4，因為所需軋制道次較多。橢圓軋件在圓孔型中不易穩(wěn)定，要求圓孔型入口夾板班調整準確。在圓孔型，軋件對放寬展敏感，易產生耳子，因此軋機調整要求嚴格。1.2橢圓-圓孔型系統(tǒng)的應用范圍橢圓-圓孔型系統(tǒng)主要用于軋制塑性極低的鋼材。近年來，由于連軋機的廣泛使用，特別是在水平軋輥機架與立輥機架的交替布置的連軋機和45°軋機上，為了使軋件在機架上不進行翻鋼，以保證軋制過程中的穩(wěn)定和消除卡鋼事故，因而橢圓-圓孔型系統(tǒng)代替了橢圓-方孔型系統(tǒng)被廣泛地用于小型和線材和連軋

10、機。1.3 變形系數(shù)1.3.1寬展系數(shù)軋件在橢圓孔型中寬展系數(shù)為0.50.95。軋件在圓孔型中的寬展系數(shù)為0.30.41.3.2延伸系數(shù)橢圓-圓孔型延伸率一般不超過1.31.4。軋件在橢圓孔型系統(tǒng)中延伸系數(shù)為1.21.6軋件在圓孔型中的延伸系數(shù)為1.21.41.4橢圓-圓孔型系統(tǒng)的孔型尺寸及其構成(1)求基圓半徑（mm）：R=（Fy/）1/2 式中的Fy為圓軋件斷面積 (2)設計孔型高度（mm）：hk=2R(3)設計孔型寬度（mm）：bk=2R+ 式中為寬展余量，可取為=24mm(4)選取擴張角：一般在15°30°范圍內選擇，通常取=30°橢圓圓孔型系統(tǒng)如圖所示。

11、仍以軋件高度H1和寬度B1作為非線性方程組的未知量，以輥縫S1和充滿度1作為設定量，則根據(jù)圖示的幾何關系，孔型和軋件的其他各參數(shù)表達式為：下面采用筱倉寬展公式建立橢圓圓系統(tǒng)的非線性方程組，公式的統(tǒng)一表達式為：式中為孔型常數(shù)，圓進橢圓和橢圓進圓都為0.83；H0、B0、F0分別為來料的高、寬、斷面積 ；FH為被孔型壓下的軋件面積，即軋件與孔型的交點寬度Bn以內，孔型以外的軋件面積。圖2 孔型作圖法2 了解生產條件2.1了解產品的技術條件產品的技術條件包括產品的斷面形狀、尺寸及其允許的偏差，包括對產品表面質量、金相組織和性能的要求；對某些產品還應了解用戶的使用情況及其特殊要求。2.2了解

12、原料條件原料條件包括已有的鋼錠或鋼坯的形狀和尺寸，或者是按照孔型設計要求重新選定原料的規(guī)格。2.3了解軋機的性能及其它設備條件括軋機的布置、機架數(shù)量、輥徑、輥身長度、軋制速度、電機能力、加熱爐、移鋼和翻鋼設備、工作輥道和延伸輥道、延伸臺、剪機或者鋸機的性能，以及車間平面布置情況等。3 選擇合理的孔型系統(tǒng)選擇合理的孔型系統(tǒng)是孔型設計的關鍵步驟之一，對于新產品，設計孔型之前應該了解類似產品的軋制情況及其存在的問題，作為考慮新產品孔型設計的依據(jù)之一，對于老產品，應了解在其他軋機上軋制該產品的情況及其存在的問題。在品種多，但產量要求不高的軋機上，應該采用共性大的孔型系統(tǒng)，這樣可以減少換輥次數(shù)及軋輥的儲

13、備量。但在品種單一，及專業(yè)化較高的軋機上，應該盡量采取專用的孔型系統(tǒng)，這樣可以排除其他產品的干擾，使產量提高。這是采用的橢圓-圓孔型系統(tǒng)。4 總軋制道次數(shù)的確定4.1 當鋼錠或鋼坯的斷面尺寸為已知條件的情況下孔型系統(tǒng)選擇之后，必須首先確定軋制該產品時所采用的總軋制道次數(shù)及按道次分配變形量。 (1)當鋼錠或鋼坯的斷面尺寸為已知時 如用矩形斷面的鋼錠軋成矩形斷面的鋼坯，則總壓下量為： h=(1+)(H-h)+(B-b) 總軋制道次為： n= h/he 式中=b/h寬展系數(shù)，=0.150.25;hc道次平均壓下量，hc=(0.81

14、.0) hmax 軋制型鋼時，由于斷面形狀比較復雜，而且壓下量是不均勻的，所以變形量通常用延伸系數(shù)來表示。當坯料和成品的橫斷面積為已知時，總延伸系數(shù)為： =123n =F0/F1×F1/F2×F2F3×Fn-1/FN=F0/Fn 式中F1、F2、F3、Fn各道軋后的軋件橫斷面面積；F0、Fn坯料和成品的橫斷面面積。 如果用平均延伸系數(shù)c代替各道的延伸系數(shù)，則：=c由此可確定出總軋制道次數(shù)為：n=/c=(F0-Fn)/ c軋制道次數(shù)應取整數(shù)，具體應取奇數(shù)還是偶數(shù)則取決于軋機的布置。平均延伸系數(shù)是根

15、據(jù)經驗或同類軋機用類比法選取。 在實際設計時也可根據(jù)軋機的具體條件，首先選擇最合理的軋制道次，然后求出生產該產品的平均延伸系數(shù)c，然后將這一平均延伸系數(shù)與同類軋機生產該產品所使用的平均延伸系數(shù)相比較，若接近或小于上述數(shù)字，則說明生產是可能的，若大于這些數(shù)字很多時，則需要增加道次。若增加道次也不能解決，則說明原料斷面過大，需要首先軋成較小的斷面，然后經過再加熱才能軋出成品。4.2如有幾種鋼坯尺寸可以任意選擇時應根據(jù)軋機的具體情況選擇最合理的軋制道次，然后求出鋼坯的橫斷面積；鋼坯得邊長計算出的鋼坯邊長選擇與其接近的鋼坯尺寸。5 各道次變形量的分配5.1 金屬的塑性根據(jù)對金屬的大量研究表明

16、，金屬的塑性一般不成為限制變形的因素。對于某些合金鋼錠，在未被加工前，其塑性較差，因此要求前幾道次的變形量要小些。5.2咬入條件在許多情況下咬入條件是限制道次變形量的主要原因，例如在初軋機，鋼坯機和型鋼機的開坯道次，此時軋件溫度高，軋件表面長有氧化皮，故摩察系數(shù)較低，所以，選擇這些道次的變形量時要進行咬入驗算。5.3軋輥強度和電機能力在軋件很寬而且軋 槽切入軋輥 很深時，軋輥強度對道次變形量也起限制作用。在一般情況下軋輥工作直徑應該不小于輥直徑。在新建軋機上，一般電機能力是足夠的，僅在老軋機上，電機能力往往限制著道次的變形量。5.4孔型的磨損在軋制過程中，由于摩擦力的存在，孔型不斷磨損。變形量

17、越大，孔型磨損越快，孔型的磨損直接影響到成品尺寸的精度和表面粗糙度。同時，孔型的磨損增加了換孔換輥的時間，影響軋機參量。成品尺寸的精確度和表面粗糙度主要取決定于最后幾道次，所以成品道次額成品前道次的變形量應取小些。不難看出，影響道次變形量的因素是很復雜的，經常是各種原因綜合起作用。下圖是變形系數(shù)按照道次分配的典型曲線，它的主要依據(jù)是：在軋制初期，因為軋件溫度高，金屬的塑性和軋輥強度以及電機能力不同成為限制因素。而爐生氧化鐵皮是摩擦系數(shù)降低，咬入條件成為限制的變形量的主要因素：隨著盧生氧化鐵皮的剝落，咬入條件得到改善，而此時軋件溫度降低不多，故變形系數(shù)可不斷增加，并達到最大值。隨著軋制過程的繼續(xù)

18、進行，軋件斷面積逐漸減小，軋件溫度降低，變形抗力增加，軋輥強度和電機成為主要限制變形量的主要因素，因此變形系數(shù)降低。在最后幾道中，為了減少孔型磨損，保證成品斷面的形狀和尺寸的精確度，應采用較小的變形系數(shù)。曲線 的變化范圍很大，是考慮其他意外因素的影響。實際生產過程中，為了合理的分配變形系數(shù)，必須對具體的生產條件做具體的分析。如果在連軋機上軋制時，由于 軋件速度高，軋件溫度變化小，所以各道次的延伸系統(tǒng)可以取成相等或者近似相等。圖3 軋制道次的分配各道次的延伸系數(shù)被確定之后，要用其連乘穩(wěn)進行校核，若其連乘積中有 積等于總的延伸系數(shù)，則說明確定的各道次的延伸系數(shù)是對的；否則需要調整各道次的延伸系數(shù)使

19、其連乘積等于總的延伸系數(shù)。6 確定軋制斷面形狀和尺寸6.1 橢圓-圓孔型的設計尺寸橢圓一圓孔型系統(tǒng)，從橢圓，到圓，均勻分配延伸系數(shù)，即從圓到圓的平均延伸系數(shù)為1.16-1.28，佳值區(qū)為1.27-1.28。一般都把軋制系統(tǒng)的主支置于佳值上。在求得每個圓的寬度后，再按孔型的構成算掛其他尺寸。 當確定了每個圓孔后，再分別設計每個立 橢圓孔上一道橢圓孔的尺寸。如圖圖4 孔型尺寸高度為:H4（0.60.8）B3;H6=(0.710.85)B5;寬度為:B4=1.65B3+；（05）;B6=1.65B5+（05）;輥縫為:S4（1/51/4）H4;S6=（1/51/4）H6;6.2軋

20、機輥縫調整  孔型設計誤差  按照上述方法進行孔型尺寸計算，其迭代模型是根據(jù)寬展公式建立的非線性方程組，所以選取的寬展公式不同，得到的結果也不盡相同。設已知條件為：D1D2400 mm，R020 mm，R215 mm，S15 mm，10.9，采用不同公式得到的橢圓圓孔型系統(tǒng)計算結果列于表表1 橢圓圓軋制方式的計算結果公式12H1B1BK筱倉恒樹1.2561.31522.81950.22455.804斯米爾諾夫1.1951.16925.66647.78953.099  對表1中某一結果用另一公式進行仿真計算

21、，則在圓孔中軋出的軋件其水平與垂直方向約有3 mm的徑差，這說明由于寬展公式的誤差將導致設計出的孔型無法軋出斷面形狀正確的軋件。 因軋制過程中影響寬展的因素復雜，難以精確預報，寬展公式的誤差總是存在的，例如筱倉公式給出的預報精度為：±4%5所以問題在于，如何通過正確的軋機調整，使得在已設計出的孔型系統(tǒng)中能夠軋制出合乎要求的軋件。 輥縫調整量計算 當孔型尺寸的計算存在一定誤差時，使用已設計好的孔型系統(tǒng)能否軋出斷面形狀規(guī)則的方、圓軋件，將取決于輥縫的調整量和孔型充滿度的變化是否在允許的范圍之內。 根據(jù)前述的孔型設計方法，如果只考慮對中間扁

22、孔進行壓下調整，則輥縫調整量S1和調整后的孔型充滿度1的計算問題可看作孔型尺寸計算的逆命題，即將孔型尺寸作為已知量，根據(jù)修正后的寬展公式建立非線性方程組，求解未知量S1和1。根據(jù)筱倉公式計算時:式中Bs1、Hs1、F1的計算式不變。另外，式中各參數(shù)的計算式也不變。   考慮寬展修正量后的非線性方程組為 式中1和2為橢圓孔和圓孔中的寬展修正量。  設孔型尺寸計算時選用的寬展公式預報精度為±5 %，根據(jù)表1的條件并考慮兩個道次寬展誤差四種可能的組合，其計算結果如表2。  由表可知，第一種情況下輥縫和

23、充滿度的變化最大，但此時軋輥上抬調整，且充滿度變小，不會破壞正常軋制過程；第二種情況軋輥需壓下調整，實際輥縫變小，充滿度增大，有可能造成軋輥壓靠或孔型過充滿。這就要求在孔型計算中設定S1和1值時，除應考慮軋機彈跳、來料溫度、尺寸變化等因素之外，還需增加一些余量，以滿足修正孔型設計誤差的調整需要。表2 寬展誤差四種可能組合的計算結果12H1B1S111(1-0.05)2(1-0.05)24.94645.5292.1270.8161(1+0.05)2(1+0.05)21.46654.443-1.3470.9761(1+0.05)2(1-0.05)23.69251.7110.8720.9271(1-

24、0.05)2(1+0.05)22.08348.528-0.7370.869以上只考慮了對扁孔進行調整，如果方或圓孔也可進行調整(如精軋前的方、圓孔型)，那么對于表2中的第二種情況，當圓孔給出S20.5 mm的調整量時，橢圓孔調整量將減少為S10.8 mm左右。7   結論 從以上介紹可以看出，采用寬展系數(shù)方法設計孔型是很簡單的，使用這種設計方法的關鍵是正確選擇寬展系數(shù)，這時沒有經驗的孔型設計人員是很困難的。為了便沒有經驗的孔型設計人員能比較正確地選擇寬展系數(shù)的數(shù)值，可參考如下原則： 在其他條件相同的情況下，軋件溫度越高，寬展系數(shù)越小。在一般情況下，在軋制過程中軋件溫度逐漸降低的，這樣對同類孔型系統(tǒng)寬展系數(shù)應越來越大的數(shù)值。軋輥材質的影響。使用鋼軋輥時應取較大的寬展系數(shù)。軋件斷面大小的影響。軋件斷面越大，寬展系數(shù)越小。在軋制過程中，軋制斷面面積減小的速度大于軋輥直徑變化的速度。所以，寬展系數(shù)應沿軋制道次逐漸增加。 軋制速度的影響。在其他條