无孔型轧制孔型设计原则

无孔型轧制的设计要点主要是使轧件在两轧辊之间轧制稳定，轧件不发生翻倒或扭转，轧件的对角线差或轧件断面两侧边的倾斜不超过一定的值。为此要准确地确定轧件的断面尺寸和形状以及变形参数，同时也要确定轧辊入口方面导板间距与入口轧件宽度的差值。

（1）宽展特性

无孔型轧制虽然也是矩形轧件在水平辊间轧制，但与板轧制不同，主要表现为宽厚比(B0/H0)、径厚比(D/H0)都很小。一般B0/H0＝1～2，因此宽展量大。设计压下规程时需精确计算宽展量。

轧后轧件的平均宽度b可按莜仓的宽展公式计算：

平均宽度系数： 

最大宽度系数： 

式中，――轧前轧件的平均高度；

――轧后轧件的高度；

――轧后轧件的最大宽度；

――轧前轧件的高度；

――轧辊直径；

――变形区的平均宽度。

以上各式的结果是根据实验得出的，其实验条件为，；。按上述关系设计压下规程并进行迭代计算得出的。

（2）自由面的变形特性

与板坯轧制不同，用无孔型轧制法轧制棒材时，轧件的各个面反复成为轧辊压下面和自由宽展面。自由宽展面的形状对轧制的稳定性和产品质量都有重要影响。因此，必须掌握自由宽展面的变形特点，并反映到压下规程中。

自由宽展面的形状随轧制条件不同而变化，棒材轧制均属高件轧制，随压下量、宽厚比、径厚比不同，自由宽展面即轧件的侧面可能出现单鼓形或双鼓形。通常，压下率、宽厚比、径厚比越大越容易出现单鼓形。其临界压下率如下式所示：

如果单鼓过于严重，则下一道次轧制不稳定，容易产生歪扭脱方；如果双鼓过于严重，则容易产生折叠等表面缺陷。为了使轧制顺利进行，应用控制临界压下率的方法控制鼓形的大小，使其在允许的范围内。

（3）轧件歪扭脱方现象

无孔型轧制由于轧件是在平辊间轧制，轧件两侧无孔型侧壁的夹持，稍有不当，易产生轧件的歪扭脱方。造成轧件脱方的因素很多，如单鼓、双鼓、宽高比、加热温度不均、轧辊调整不当、导卫安装不良和操作水平不高等均能引起轧制不稳定而造成脱方。

其中轧件宽高比、单鼓率和双鼓率对歪扭脱方的影响均需在孔型设计时加以考虑。该道次轧前坯料的宽高比越大，单鼓率和双鼓率越小，脱方率就越小。

根据实践经验，如果将控制在0.6～0.7以上，再加上合理的导卫装置，相对压下量控制在单鼓与双鼓的临界压下量附近，就可以保证很少出现歪扭脱方现象，可使轧制顺利进行。

设定如下参数：

――轧件进入轧辊之间，在轧件全宽上开始压下时，轧件侧面与垂直线所成的倾斜角；

――轧件进入轧辊前在导板间的倾斜角； 

――轧前轧件侧面的倾斜角； 

式中，――轧前轧件对角线之差， 

――轧前轧件对角线平均长度，；

――导板间隙系数；；

――导板间距。

为轧制时轧件在轧辊之间保持稳定，轧件不翻到和扭转，同时不使轧后轧件对角线之差相差较大，以保证轧件的断面形状和尺寸精度，要求值应满足：

――轧件失稳时的临界对角线差，；

――修正系数，取决于轧前轧件的宽高比，当时，；当时，。

轧后轧件的倾斜角为：

――轧前轧件相对对角线差， 

在无孔型轧制时，入口导卫对轧件进入轧辊和在轧辊间轧制的稳定性起着决定性的作用，因此值是一个重要参数，在轧制时必需保证。

孔型设计的原则

无孔型轧制的道次数依轧机特点、产品规格、操作水平及导卫装置等情况而定。无孔型轧制压下规程的设计原则是：

（1）按咬入条件、最大允许轧制压力、电机功率控制各道次压下量；

（2）用宽展公式精确计算每道次宽展量，编制压下规程，计算每道轧件尺寸；

（3）防止歪扭脱方。控制轧件入口断面宽高比，断面越小，轧件越容易脱方，为此比值应较大；另外，设计宽度合适的导卫，用此控制歪扭脱方可起到很好效果。

（4）防止尖角。当反复多道次进行无孔型轧制时，轧件断面的四个顶角容易形成尖角，带有尖角的矩形或方形断面进入椭圆孔轧制时，容易形成折叠。为此应在适当的道次设计一个带有圆弧的轧制道次，并增加该道次的压下率，充分宽展以保证充满圆弧。

（5）无孔型轧制时，由于无孔型侧壁的夹持作用，轧件头部容易弯曲，轧件头部容易顶撞出口导卫的前端，为此尽量使用贯通导卫或近似贯通导卫。

在第一道次轧制时等效应力（第4步）

第二道次轧制过程中坯料的等效应力（第15步）

第三道次轧制时坯料的变形及等效应力分布（第39步）

第五道次轧制的变形过程（第72步）

六道次轧制后坯料的断面形状

4.1.3改进后轧制过程的有限元模拟

1）工艺条件的确定

2）数学模型的建立

轧制过程几何模型的建立

3）模拟结果及分析

第一道次轧制的等效应力分布（第3步）

第二道次轧制时网格的变化（第15步）

2，3机架之间的连轧（第100步）

第三架轧机中轧制的等效应力（第112步）

3，4机架中轧制的等效应力（第130步）

在第一架中轧制时坯料网格的变化（第20步）

在第二架中轧制的网格变化（第75步）

在第三架中轧制的网格变化（第112步）

在第四架圆孔型中的网格变化（第130步）

出第一架轧制后坯料的断面形状

成品圆钢轧后的断面形状

轧后头部断面形状

轧后尾部的断面形状

5.1.2轧制结果及分析

两种工艺头部形状的比较

不同轧制工艺时头部的比较

两种工艺时尾部形状的比较

V1导卫安装图片

V1轧辊图

试验坯料进入V1轧机进行轧制

无孔型轧制

grooveless rolling

(1)节约能源。采用无孔型轧制，可使轧机作业率 明显提高，因而减少停炉时间，使加热炉的燃料消耗减 少6%;无孔型轧制时轧件变形较为均匀，轧件内部产 生的附加应力小，没有轧槽侧壁对轧件的作用力和车L 槽周边辊径差对轧件引起的摩擦力的作用，因此乳制 力比用常规孔型轧制减小5%一10%，可节约电能约 7%。 (2)成品质量好。无孔型轧制可避免孔型轧制时轧 辊与导卫装里错位、轧偏和过充满所引起的质量缺陷; 无孔型轧制可使金属产生横向流动，有利于表面更新， 因而可使表面上的发纹、裂纹等缺陷减少和表面层变 化均匀，这对要求脱碳层均匀分布的产品非常重要;轧 辊工作表面无速度差，金属与轧辊接触表面上的相对 滑动较孔型轧制时小得多，因而没有轧辊的磨屑压在 轧件表面上，这对生产作为拉丝坯料的盘条特别有利。 因为压在轧件表面上的磨屑是造成细丝拔断的主要原 因。由于拉丝盘条的质量改善，可使细丝拉伸机的生产 能力提高6%，成本降低5.5%。 (3)成材率高，节约金属。无孔型轧制时轧件变形 均匀，因而轧件头部和尾部形成缺陷的长度大为减小。 由于切头切尾长度显著减小，从而可使成材率提高 0.4环一1.0%;无孔型轧制时导板和卫板简单，它们的 安装和调整要求不严格，并且轧辊的窜动对轧件变形 也无影响，因此由卡钢等原因造成的中间轧废也相应 减少;由于变形均匀，无内部缺陷的轧件所占百分比也 比常规孔型轧制法要高。因此可以获得提高成材率和 节约金属的显著效果。 (4)节约轧辊，轧棍复修简化。无孔型轧制时所用 轧辊直径比常规孔型轧制所用辊径小，其差值为轧槽 深度的2倍，从而使轧辊重量减轻;平辊轧制时因为没 有棍环，所以辊身长度的利用率可提高20肠一30%; 轧件与轧辊接触处的轧辊工作直径相同，没有由于轧 槽所形成的辊径差，轧件宽向没有辊面速度差，轧棍磨 wukongxjng zhozhi 无孔型轧制(grooveless rolling)在没有 乳糟的平辊上轧制钢坯和棒材的方法，也叫平辊轧制、 圆边矩形轧制或无槽轧制。 方坯、方钢和圆钢一般都是在排列有各种孔型的 札棍上轧制而成。但这种轧法乳棍消耗和储备量大，换 辊频繁，不仅严重地影响轧机生产率的提高，而且致使 生产成本增加。为此，世界上许多国家研究在钢坯和简 单断面型钢生产中，用无轧槽平辊代替粗轧机组和中 轧机组中全部有槽轧辊进行无孔型轧制，仅精轧机组 仍采用常规的孔型轧制法轧制并取得了成果。20世纪 末曾先后在澳大利亚布罗肯·希尔(B HP)公司的棒材 轧机上，美国拉克利德(L aclede)公司的线材轧机上 及日本水岛厂的开坯轧机上进行了无孔型轧制工业性 试验并获得成功。自20世纪80年代以来，日本和中国 等国家在理论研究和实际应用方面取得了进展。日本 川崎钢铁公司研究成功的棒材和方坯的无孔型轧制 法，已投入工业生产，正在世界上一些国家的中小钢 厂的轧制生产中推广应用。无孔型轧制正在较为广泛 地取代常规的孔型轧制。 无孔型轧制技术不仅可以用于轧制碳钢，而且可 以用于轧制合金钢;不仅可以用于钢坯生产，也可用于 轧制方钢、圆钢和线材;目前已在初轧机、开坯机以及 紧凑式乳机、半连续轧机、横列式轧机和连续式轧机等 各种棒材和线材轧机上得到广泛应用。 同传统的孔型轧制法相比，无孔型轧制法有如下 的优点: 损大为减少且较均匀，轧辊复修量显著减小，轧辊寿命 提高3~6倍;由于无孔型的轧辊可适用于各种规格的 产品，相同的轧辊又可适用于不同机架，这又可使轧辊 的储备量大为减少(减少约1/3)，从而使轧辊的管理 大为简化;由于平辊不车轧槽，减少了轧辊加工的劳动 量和费用。 (5)提高轧机的生产能力，降低劳动强度、劳动量 和生产成本。无孔型轧制时，因为轧辊的共用性大，换 轧产品时常常不用换辊，轧机调整也较为简便，从而可 使轧机停工时间减少37%;换辊时，由于对轧辊轴向 相对位置要求不严格，导板、卫板既简单也易调整，使 换辊时间大为缩短，轧制时轧卡和中间轧废事故少，处 理事故的时间也少。因此轧机的作业率大为提高，从而 显著提高轧机的生产能力，这对多品种小批量生产的 轧机以及品种规格多的合金钢厂，效果尤为显著。此 外，由于无孔型轧制道次变形量大，可减少轧制道次， 缩短札制节奏时间，也是使轧机产量提高的主要原因 之一。 无孔型轧制在应用中尚有以下间题有待解决: (1)因为无孔型轧制没有侧壁夹持轧件，易于造成 脱方，严重时则不可能继续轧制; (2)由于轧件角部重复地进行无槽轧制，故比较尖 锐，有可能造成折蚕缺陷; (3)在全部由水平辊机架组成的连轧机上，两个机 架间需要进行扭转翻钢，当轧件接触导卫装置时易出 现剑伤，继续轧制则能造成折叠缺陷; (4)为使无孔型轧制用于实际生产，需要设计防止 脱方的轧制程序和导卫装置，这种导卫装置的设计应 能防止轧件前后端弯曲、扭转脱方变形和刮伤轧件表 面; (5)在连续水平机架间需装设能够稳定扭转轧件 的翻钢装置。 无孔型轧制的设计要点主要是要使轧件在两轧辊 之间轧制稳定，轧件不发生翻倒或扭转，轧件横断面的 对角线差或轧件横断面侧边的倾斜度不超过一定的限 定值。因此需要准确地确定轧件的断面形状、尺寸及变， 形参数，同时也要确定轧辊入口方向导板间距与入口 轧件宽度的差值。在采用无孔型轧制时，入口导板对轧 件进入轧辊和在轧辊间轧制的稳定性起决定性的作 用，必须合理确定入口导板与人口轧件间的间隙值。