CN103447303B - 一种热轧圆钢用成品孔型 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种热轧圆钢用成品孔型，所述成品孔型由上下对称的上部成品孔型和下部成品孔型构成，其中，所述上部成品孔型和所述下部成品孔型均由位于两侧的宽度扩张部、位于孔型中间部分的高度扩张圆弧以及连接宽度扩张部和高度扩张圆弧的位于中间的基圆圆弧构成。采用根据本发明的热轧圆钢用成品孔型设计，能够提高孔型利用率，节约生产成本，降低操作人员的工作强度。

Description

一种热轧圆钢用成品孔型

技术领域

本发明属于轧钢工艺领域，具体地讲，本发明涉及一种用于热轧圆钢的成品孔型。

背景技术

众所周知，在轧制精度较高的圆钢时，成品孔型的构成方法是否正确，对于轧机调整、孔型寿命和轧机的生产能力都有很大的影响。圆钢的尺寸精度、不圆度应符合GB/T702标准，一般按圆钢的截面高度、宽度、对角I、对角II四个尺寸界定，圆钢孔型由两个近似半圆弧构成，半圆弧两侧为扩张圆弧或扩张切线，中间为基圆圆弧，轧槽分布在上下工作轧辊，轧槽成对使用。

国内外冶金企业普遍采用单一扩张圆钢成品孔型构成方法，热轧优质圆钢按实际重量交货，采用正偏差设计孔型。图1示出了根据传统技术的热轧圆钢用成品孔型的一种结构的示意图，图2示出了根据传统技术的热轧圆钢用成品孔型的另一种结构的示意图。具体地讲，参照图1和图2，根据传统技术的热轧圆钢用成品孔型由上下对称的上部成品孔型和下部成品孔型构成，其中，上部成品孔型和下部成品孔型分别为近似半圆形的半圆弧，半圆弧的两侧为扩张圆弧或扩张切线，连接两侧的扩张圆弧或扩张切线的是位于中间的基圆圆弧。

图1示出的是根据传统技术的二圆弧单一圆弧扩张圆钢成品孔型，其中，位于中间的基圆圆弧具有半径R1，位于基圆圆弧两侧的扩张部为具有半径R2的扩张圆弧。图2示出的是根据传统技术的一圆弧单一切线扩张圆钢成品孔型，其中，与图1相似，位于中间的基圆圆弧具有半径R1，与图1不同的是，位于基圆圆弧两侧的扩张部为扩张切线（未标出）。

如图1和图2所示，根据传统技术的圆钢成品孔型的设计参数包括孔型高度h、孔型开口宽度b、基圆半径R1、扩张角θ（参见图1）或扩张角α（参见图2）、辊缝s。图1与图2的不同之处在于，图1中的扩张部为具有扩张半径R2的扩张圆弧，而图2中的扩张部为与基圆圆弧相切的切线。

通常，热轧圆钢的成品孔型的各设计参数采用下面的方法计算得到。具体地讲，热轧圆钢的成品孔型的基圆半径R1由下式计算得到：R1=1/2[d-(0～1.0)Δ_](1.007～1.02)，其中，d为圆钢的公称直径或称为标准直径，Δ_为负公差，1.007～1.02为热膨胀系数，其具体数值根据终轧温度和钢种而定，通常，普碳钢的热膨胀系数为1.011～1.015，碳素工具钢的热膨胀系数为1.018～1.105，滚珠轴承钢的热膨胀系数为1.018～1.02，高速钢的热膨胀系数为1.007～1.009。热轧圆钢的成品孔型的宽度b由公式b=[d+(0.5～1.0)Δ+](1.007～1.02)计算得到，其中，d为圆钢的公称直径或称为标准直径，Δ+为正公差，公差常取三组。对于图1所示的热轧圆钢的成品孔型而言，成品孔的圆弧扩张半径R2应按如下步骤确定，即先确定出侧角ρ，其值为ρ=arctan[(b-2R1cosθ)/(2R1sinθ-s)]，其中，θ为成品孔型的宽度扩张角，R1为成品孔型的基圆半径，当按上式求出的ρ值小于θ时才能求扩张半径R2，如果计算出的ρ=θ，则只能在孔型的两侧用切线扩张；如果计算出的ρ>θ，则需调整孔型开口宽度b、基圆半径R1和辊缝s值以使ρ≤θ。当ρ<θ时，则R2=(2R1sinθ-s)/[4cosρsin(θ-ρ)]。孔型开口方向扩张一般采用圆弧扩张或切线扩张，对于图1所示的圆弧扩张角θ，一般可取θ=15°～30°；对于图2所示的切线扩张角θ，一般可取θ=10°～30°。

一般而言，热轧圆钢的成品孔型其调整机制为：在轧制圆钢时，垂直方向的尺寸是用调整成品孔的上下辊来进行控制，水平方向的尺寸是用调整成品前椭圆孔的高度来改变，对角线的尺寸差可用串动轧辊来进行纠正。

然而，目前采用的单一扩张成品圆钢孔型构成方法的不足之处在于：因孔型对角与高度方向的磨损差异，在孔型使用后期导致圆钢尺寸精度或不圆度特别差，从而会带来中断生产、孔型过钢量低、增加生产成本、减少生产时间等方面的问题。

另外，圆钢孔型的过钢量固然与轧辊材质、铸造热处理工艺、冷却水使用、轧制钢种有关，但是很大程度依然取决于合理的孔型构成方法。椭圆轧件轧制圆钢时，圆孔型槽底相对磨损量小，对角I、对角II处相对磨损量较大，具体表现为：在以圆孔型宽度为中心的0～30°、150°～180°角度范围内，圆钢的尺寸偏差较大，最大偏差值约为孔型圆弧扩张处（应力集中）；而在以圆孔型宽度为中心的30°～150°角度之间，圆钢的尺寸偏差很小，在轧槽使用后期圆钢尺寸表现为：对角处尺寸变大，高度方向尺寸变化较小，宽度方向受来料限制尺寸变化很小，因此，为了减小对角处尺寸，通常，缩小辊缝值使高度方向尺寸变小，高度方向尺寸向尺寸偏差下差靠近，对角处尺寸向尺寸偏差上差靠近，从而导致不圆度超差，最终尺寸精度超差，不得不更换孔型或轧机。

发明内容

为了解决现有技术中单一扩张成品圆钢孔型存在的上述问题，本发明提供了一种新型的圆钢成品孔型，即双扩张多半径圆钢成品孔型。

根据本发明，提供了一种热轧圆钢用成品孔型，所述成品孔型由上下对称的上部成品孔型和下部成品孔型构成，其中，所述上部成品孔型和所述下部成品孔型均由位于两侧的宽度扩张部、位于孔型中间部分的高度扩张圆弧以及连接宽度扩张部和高度扩张圆弧的位于中间的基圆圆弧构成。

根据本发明的一个实施例，所述宽度扩张部可以为扩张圆弧，此时，所述成品孔型可以适用于轧制直径为φ50～φ100mm的圆钢。

根据本发明的另一实施例，所述宽度扩张部可以为扩张切线段，此时，所述成品孔型可以适用于轧制直径≤φ50mm或直径≥φ100mm的圆钢。

根据本发明，成品孔型的中间部分高度扩张角α可以在5°-15°之间。根据本发明的一个实施例，在轧制直径≤φ50mm的圆钢时，高度扩张角可以取下限值。根据本发明的另一实施例，在轧制圆钢直径≥φ100mm时，高度扩张角可以取上限值。

根据本发明，成品孔型的宽度扩张角可以在15°-30°之间。根据本发明的一个实施例，在轧制直径为φ50～φ100mm的圆钢时，宽度扩张角可以偏上限。根据本发明的另一实施例，在轧制直径≤φ50mm或直径≥φ100mm的圆钢时，宽度扩张角可以偏中限。

根据本发明的双扩张多半径热轧成品圆钢孔型，孔型车削操作简便，尺寸精度、不圆度稳定性好，并且使用寿命长。

附图说明

通过以下结合附图对实施例的描述，本发明的上述和/或其它方面将变得清楚且更容易理解，在附图中：

图1是示出了根据传统技术的热轧圆钢用成品孔型的一种结构的示意图；

图2是示出了根据传统技术的热轧圆钢用成品孔型的另一种结构的示意图；

图3是示出了根据本发明的一个示例性实施例的热轧圆弧用成品孔型的结构示意图；

图4是示出了根据本发明的另一示例性实施例的热轧圆弧用成品孔型的结构示意图。

具体实施方式

现在将参照附图更充分地描述本发明的实施例，在附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，而不应被解释为局限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底的和完整的，并且这些实施例将向本领域的普通技术人员充分地传达本发明的实施例的构思。在下面详细的描述中，通过示例的方式阐述了多处具体的细节，以提供对相关教导的充分理解。然而，本领域技术人员应该清楚的是，可以实践本教导而无需这样的细节。附图中的同样的标号表示同样的部件，因此将不重复对它们的描述。

现有的热轧圆钢用成品孔型的开口方向采用单一的圆弧扩张或切线扩张，只有一个扩张角。与之不同，本发明提供了这样一种热轧圆钢用成品孔型，即在孔型的开口方向上采用圆弧扩张或切线扩张，在孔型的高度方向上采用圆弧扩张，孔型具有两个扩张角，整个圆弧由三个半径构成。

具体地讲，根据本发明的热轧圆钢用成品孔型由上下对称的上部成品孔型和下部成品孔型构成，其中，上部成品孔型和下部成品孔型均由三部分构成：位于两侧的宽度扩张部、位于孔型中间部分的高度扩张圆弧、位于之间的连接宽度扩张部和高度扩张圆弧的基圆圆弧。换言之，根据本发明的热轧圆钢用成品孔型，两侧为宽度扩张部（圆弧或切线段），槽底为高度扩张圆弧，中间由基圆圆弧连接。

下面将参照附图详细地解释根据本发明的热轧圆钢用成品孔型。

图3是示出了根据本发明的一个示例性实施例的热轧圆弧用成品孔型的结构示意图，图4是示出了根据本发明的另一示例性实施例的热轧圆弧用成品孔型的结构示意图。

参照图3，根据本发明的一个示例性实施例的热轧圆弧用成品孔型由上下对称的两部分构成，以上部成品孔型为例，上部成品孔型由位于两侧的宽度扩张圆弧、位于槽底的高度扩张圆弧以及位于中间的连接宽度扩张圆弧和高度扩张圆弧的基圆圆弧构成，其中，基圆圆弧具有半径R1，位于两侧的宽度扩张圆弧具有半径R2，位于孔型底部的高度扩张圆弧具有半径R3。下部成品孔型的构成与上部成品孔型对称，因此，为了简要起见，在此不再进行赘述。

参照图4，根据本发明的另一个示例性实施例的热轧圆弧用成品孔型由上下对称的两部分构成，以上部成品孔型为例，上部成品孔型由位于两侧的宽度扩张切线段、位于槽底的高度扩张圆弧以及位于中间的连接宽度扩张切线段和高度扩张圆弧的基圆圆弧构成，其中，基圆圆弧具有半径R1，位于孔型底部的高度扩张圆弧具有半径R3。下部成品孔型的构成与上部成品孔型对称，因此，为了简要起见，在此不再进行赘述。

图3示出的热轧圆钢用成品孔型与图4示出的热轧圆钢用成品孔型的不同之处仅在于：图3中的成品孔型的两侧的扩张部为具有扩张半径R2的扩张圆弧，而图4中成品孔型的两侧的扩张部为与基圆圆弧相切的扩张切线段。

另外，根据本发明的热轧圆钢用成品孔型的设计参数包括：辊缝s、孔型开口度b、孔型高度h、基圆半径R1、宽度扩张角θ及宽度扩张半径R2、高度扩张角α及高度扩张半径R3。这里，辊缝s、孔型开口度b、孔型高度h、基圆半径R1与本领域技术人员通常所熟知的定义相同，而且在本发明的教导下，本领域技术人员可以知晓在本发明中定义的宽度扩张角θ、宽度扩张半径R2、高度扩张角α和高度扩张半径R3的定义，因此在此不再对此进行详细的描述。

根据本发明，对于热轧圆钢的成品孔型的设计参数，基圆半径R1、孔型开口度b、孔型高度h、基圆半径R1可以采用本领域公知的方法计算得到。具体地讲，根据本发明，热轧圆钢的成品孔型的基圆半径R1由下式计算得到：R1=1/2[d-(0～1.0)Δ_](1.007～1.02)，其中，d为圆钢的公称直径或称为标准直径，Δ_为负公差，1.007～1.02为热膨胀系数，其具体数值根据终轧温度和钢种而定，通常，普碳钢的热膨胀系数为1.011～1.015，碳素工具钢的热膨胀系数为1.018～1.105，滚珠轴承钢的热膨胀系数为1.018～1.02，高速钢的热膨胀系数为1.007～1.009。热轧圆钢的成品孔型的宽度b由公式b=[d+(0.5～1.0)Δ+](1.007～1.02)计算得到，其中，d为圆钢的公称直径或称为标准直径，Δ+为正公差，公差常取三组。对于图3所示的热轧圆钢的成品孔型而言，成品孔的扩张半径R2（即图3和图4中的R2）应按如下步骤确定，即先确定出侧角ρ，其值为ρ=arctan[(b-2R1cosθ)/(2R1sinθ-s)]，其中，θ为成品孔型的扩张角，R1为成品孔型的基圆半径，当按上式求出的ρ值小于θ时才能求扩张半径R2，如果计算出的ρ=θ，则只能在孔型的两侧用切线扩张；如果计算出的ρ>θ，则需调整孔型开口宽度b、扩张半径R和辊缝s值以使ρ≤θ。当ρ<θ时，则R2=(2R1sinθ-s)/[4cosρsin(θ-ρ)]。

通常，孔型开口方向扩张采用圆弧扩张或切线扩张。图3中示出的热轧圆钢用成品孔型适用于轧制中型规格的圆钢，在这种情况下，孔型开口方向采用圆弧扩张，宽度扩张角θ在15°和30°之间，优选地，宽度扩张角θ偏上限；图4中示出的热轧圆钢用成品孔型适用于轧制小型、大型规格的圆钢，在这种情况下，孔型开口方向一般采用切线扩张，宽度扩张角θ在10°和30°之间，优选地，宽度扩张角θ偏中限。

另外，与现有技术中高度方向采用与中部一样的基圆圆弧的成品孔型不同，在根据本发明的热轧圆钢用成品孔型中，孔型的高度方向采用圆弧扩张，高度扩张角α可以为5°～15°，优选地为10°。对于轧制小规格圆钢的情形，高度扩张角α最好取下限；对于轧制大规格圆钢的情形，高度扩张角α最好取上限；对于轧制中型规格圆钢的情形，高度扩张角α可以选取中间值。

在本发明中，小型规格圆钢是指直径≤φ50mm的圆钢，中型规格圆钢是指直径在φ50和φ100mm之间的圆钢，大规格圆钢是指直径≥φ100mm的圆钢。

因此，根据本发明，可以通过上述方法根据要轧制的圆钢的规格预先确定成品孔型的辊缝s、孔型开口度b、孔型高度h、基圆半径R1、宽度扩张角θ和高度扩张角α，从而作图求出宽度圆弧扩张半径R2和高度圆弧扩张半径R3。

因此，根据本发明的热轧圆钢用成品孔型，其特征是孔型圆弧由三段圆弧或切线构成，两侧为宽度扩张圆弧或切线段，槽底为高度扩张圆弧，中间由基圆圆弧连接。另外，由于在孔型的高度方向采用圆弧小角度扩张，所以能够弥补孔型对角处与高度方向的磨损差异，在孔型使用后期能够保证圆钢尺寸精度、不圆度符合标准，从而能够使孔型利用率提高40%，节约生产成本，降低操作人员的工作强度。

下面将结合具体的示例性实施例来描述根据本发明的热轧圆钢用成品孔型的设计。

实施例1：

热轧优质圆钢φ60mm，采用三圆弧双扩张成品孔型，其结构尺寸为：辊缝s=4mm，孔型开口度b=61.4mm，孔型高度h=61.1mm，基圆半径R1=30.4mm，宽度扩张角θ=20°，宽度圆弧扩张半径R2作图求出，高度扩张角α=9°，高度圆弧扩张半径R3作图求出。

实施例2：

热轧优质圆钢φ70mm，采用三圆弧双扩张成品孔型，其结构尺寸为：辊缝s=5mm，孔型开口度b=71.5mm，孔型高度h=71.1mm，基圆半径R1=35.40mm，宽度扩张角θ=20°，宽度圆弧扩张半径R2作图求出，高度扩张角α=10°，高度圆弧扩张半径R3作图求出。

通过采用如上设计的成品孔型轧制圆钢，孔型对角I、对角II处与孔型中间部分磨损且一致，宽度方向尺寸变化较小，受来料限制。在轧制初期（过钢量500吨左右）圆钢的截面高度、宽度、对角I、对角II四个尺寸为正偏差，在0～0.4mm左右变化且高度、对角I、对角II三个尺寸呈逐渐变大趋势，宽度方向尺寸变化较小，受来料限制稳定在0.1～0.3mm左右；在轧制中期（过钢量1000吨左右），对角I、对角II二个尺寸接近尺寸偏差上限，高度方向尺寸通过增加该部轧机压下量，弥补孔型中间部分（槽底）磨损量，尺寸稳定在0.1～0.3mm左右；在轧制后期（过钢量1500吨左右），圆钢的截面对角I、对角II处尺寸趋向为尺寸偏差上限，通过增加该部轧机压下量缩小该部轧机压下量，从而保证对角处尺寸变小，圆钢尺寸不圆度不超差，增加过钢量。对于未采用孔型高度扩展的成品圆钢孔型，在轧制中期时对角I、对角II处尺寸呈逐渐变大趋势，高度度方向尺寸变小，趋于下限，最后因尺寸不圆度超差不得不更换孔型或轧机。圆钢成品采用高度扩展增加过钢量30～50%左右。

虽然已经参照本发明的示例性实施例具体地示出并描述了本发明，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离如所附权利要求和它们的等同物所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在此做出形式和细节上的各种改变。应当仅仅在描述性的意义上而不是出于限制的目的来考虑实施例。因此，本发明的范围不是由本发明的具体实施方式来限定，而是由权利要求书来限定，该范围内的所有差异将被解释为包括在本发明中。

Claims (7)

1.一种热轧圆钢用成品孔型，所述成品孔型由上下对称的上部成品孔型和下部成品孔型构成，其特征在于所述上部成品孔型和所述下部成品孔型均由位于两侧的宽度扩张部、位于孔型中间部分的高度扩张圆弧以及连接宽度扩张部和高度扩张圆弧的位于中间的基圆圆弧构成，其中，宽度扩张部为扩张圆弧或扩张切线段，

其中，扩张圆弧、高度扩张圆弧和基圆圆弧的半径互不相同，

其中，当所述宽度扩张部为扩张圆弧时，所述成品孔型适用于轧制直径为φ50～φ100mm的圆钢，

当所述宽度扩张部为扩张切线段时，所述成品孔型适用于轧制直径≤φ50mm或直径≥φ100mm的圆钢。

2.根据权利要求1所述的热轧圆钢用成品孔型，其特征在于成品孔型的中间部分高度扩张角在5°～15°之间。

3.根据权利要求2所述的热轧圆钢用成品孔型，其特征在于在轧制直径≤φ50mm的圆钢时，高度扩张角取下限。

4.根据权利要求2所述的热轧圆钢用成品孔型，其特征在于在轧制直径≥φ100mm的圆钢时，高度扩张角取上限。

5.根据权利要求1所述的热轧圆钢用成品孔型，其特征在于成品孔型的宽度扩张角在15°～30°之间。

6.根据权利要求5所述的热轧圆钢用成品孔型，其特征在于在轧制直径为φ50～φ100mm的圆钢时，宽度扩张角偏上限。

7.根据权利要求5所述的热轧圆钢用成品孔型，其特征在于在轧制直径≤φ50mm或直径≥φ100mm的圆钢时，宽度扩张角偏中限。