材料成型课程设计—角钢.docx

攀枝花学院 本科课程设计

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二〇一一年十二月

摘 要

角钢是一种通用型钢，用于各种钢结构中，适用范围非常广。通常的角钢分为等边角钢、不等边角钢和特种角钢三大类。角钢轧制可以采用多种孔型系统，其中使用最广泛的是蝶式孔型系统，蝶式孔型系统中又可以分为带立轧孔的蝶式孔型系统、不带立轧孔蝶式孔型系统、“对角”蝶式孔型系统、“钟形”蝶式孔型系统、W形蝶式孔型系统等，但是使用最广泛的是不带立轧孔蝶式孔型系统。角钢的孔型设计中成品孔型设计最要是确定成品孔的腿长，腿长余量，腿厚，顶角，跨下圆弧半径等，而蝶式孔型系统设计主要确定直线段长度，圆弧段的半径，水平段的长度，腿端的圆弧半径r1和r2，跨下圆弧半径，辊缝值等。

关键字 角钢，成品孔，蝶式孔型系统

目 录
摘 要 I

1 概述 2
1.1角钢的用途 2
1.2角钢的分类 2
1.3角钢的规格 2
1.4角钢的外观质量要求 3
2 角钢的轧制工艺 4
2.1坯料的选择 4
2.2平均延伸系数的确定 4
2.3轧制道次的确定 5
2.4孔型系统的确定 5
3 孔型设计 6
3.1成品孔(K1)的设计 6
3.2成品前孔（K2）的设计 7
3.3 K3孔的孔型设计 9
4 校核 11
4.1 验算K1，K2，K3孔顶角压下系数是否大于腿厚压下系数 11
4.2 验算槽口宽度 11
5 设计结果 12
6 总结 13
参考文献 14

1 概述

1.1角钢的用途
角钢属建造用碳素结构钢，是简单断面的型钢钢材，主要用于金属构件及厂房的框架等。在使用中要求有较好的可焊性、塑性变形性能及一定的机械强度。生产角钢的原料钢坯为低碳方钢坯，成品角钢为热轧成形、正火或热轧状态交货。角钢可按结构的不同需要组成各种不同的受力构件，也可作构件之间的连接件。广泛地用于各种建筑结构和工程结构，如房梁、桥梁、输电塔、起重运输机械、船舶、工业炉、反应塔、容器架以及仓库货架等。

1.2角钢的分类
角钢主要分为等边角钢和不等边角钢两类，其中不等边角钢又可分为不等边等厚及不等边不等厚两种。而等边角钢的孔型设计中一般有两种方法：第一种是各蝶式孔的顶角度数，直线段长度，弯曲段长度依次变化，即从成品孔起逆轧制顺序各蝶式孔顶角及直线段依次增大，曲线段依次减小，因而各蝶式孔的轮廓逐渐变化。第二种方法是个蝶式孔具有顶角度数，直线段长度和弯曲段长度都不变。第一种方法有很多缺陷，比如顶角难以充满容易形成塌角、孔型内稳定性较差容易使两条腿长短不一、由于孔的轮廓不一，所以样板加工轧辊车削较麻烦和计算很麻烦。而第二种方法很好的克服了以上的这几种缺陷。

1.3角钢的规格
角钢的规格用边长和边厚的尺寸表示。等边角钢具有90º的尖锐定顶角，两腿的长度相等，目前国产角钢规格为2-20号，以边长的厘米数为号数，同一号角钢常有2-7种不同的边厚。例如，2号角钢其腿厚有3mm、4mm，5号角钢有3mm、

4mm、5mm、6mm四种。进口角钢标明两边的实际尺寸及边厚并注明相关标准。一般边长12.5cm以上的为大型角钢，12.5cm-5cm之间的为中型角钢，边长5cm以下的为小型角钢。

1.4角钢的外观质量要求
角钢的表面质量在标准中有规定，一般要求不能存在使用上有害的缺陷，如分层、结疤、裂缝等。保证轧制过程中角钢形成尖锐清晰的90º顶角，是角钢孔型设计必须十分注意的一个问题。与复杂断面相比，角钢的形状比较简单，其变形过程与扁钢断面形状相近，腿部的变形较均匀，而且两腿的压下量基本相同。角钢几何形状偏差的允许范围在标准中也有规定，一般包括弯曲度、边宽、边厚、顶角、理论重量等项，并规定角钢不得有十分显著的扭转。

2 角钢的轧制工艺

2.1坯料的选择
由于型钢对材质要求并不特殊，在目前技术水平下几乎可以全部使用连铸坯。连铸坯断面形状可以是方形或矩形，连铸技术水平高的使用异形坯。用连铸坯轧制普通型刚绝大多数可不必检查和清理，从这个角度说，大、中型型钢最容易实现连铸坯热装热送，甚至直接轧制。连铸连轧是型材发展的方向，直接以连铸坯为原料进行轧制是中小型轧机在市场上竞争的有力选择，连铸坯在650℃~800℃热装热送，可提高加热炉能力20%~30%，比冷装减少坯料氧化损失0.2%~0.3%，节约加热能耗30%~45%，同时可以减少或取消中间存储面积，减少设备和操作人员，缩短生产周期，加快经济周转，有巨大的经济效益。
连铸坯主要有90×90mm，120×102mm，150×150mm，200×200mm，240×240mm等种连铸坯。根据角钢的规格大小，我选择了90×90×1200mm的方坯来轧制5×63×63mm号角钢，其材质为普通碳素钢Q235。

2.2平均延伸系数的确定
延伸系数分配原则是在粗轧孔高温条件下尽量采用大的延伸，沿轧制顺序逐渐减少。成品孔延伸系数为1.05~1.15，成品前孔延伸系数为1.15~1.25，其他各孔延伸系数大约为1.3~1.8。孔型系统平均延伸系数取1.25~1.35，一般中型生产线平均延伸系数选为1.1~1.4，这时轧制较稳定，工艺也合理，对于5×63×63mm角钢，设定平均延伸系数为1.2867，以保证轧制稳定，生产正常，质量稳定。

2.3轧制道次的确定
轧制型钢时，由于断面形状比较复杂，而且压下量是不均匀的，所以变形量通常用平均延伸系数来表示。
表2-1 63×63mm角钢的相关参数

尺寸信息
截面信息
角钢规格
b/mm
t/mm
r/mm
截面面积cm2
每米重量kg/m
外表面积m2/m
L63×4
63
4
7
4.98
3.91
0.25
L63×5
63
5
7
6.14
4.82
0.25
L63×6
63
6
7
7.29
5.72
0.25
L63×8
63
8
7
9.51
7.74
0.25
L63×10
63
10
7
11.66
9.15
0.25
根据表一，知，因此有：

所以，轧制道次
式中——总延伸系数；
——平均延伸系数；
，——坯料与成品的断面面积，。
所以取11个轧制道次为。

2.4孔型系统的确定
在轧机上轧制角钢时，孔型尽量采用蝶式孔型，减少立轧孔或不使用立轧孔，便于机械化操作，减少生产工艺因素的波动，提高轧制的稳定性；切分孔基本上采用闭口蝶式孔，提高轧件在轧制时的稳定性，使两腿被对称的切分，保证下一道次轧制的稳定性；半闭口式成品孔的特点是在腿端有一个台阶，可使腿端得到加工并控制腿长，通常在只是大批量生产一个型号的角钢且产量稳定时才用这种成品孔型。在大多数轧钢车间，一个成品孔型中轧制出不同腿厚的角钢，多采用开口式成品孔。
所以，根据上述原则，我选择了蝶式孔型系统，不使用立轧孔；成品孔采用开口式成品孔。

3 孔型设计

3.1成品孔(K1)的设计
成品孔采用开口式成品孔，曲成品孔顶角

按照5mm厚进行设计，5×63×63mm的角钢的跨下圆角半径为

腿长允许偏差 腿厚允许偏差
由于辊缝值s最小值应大于轧辊弹跳值，最大值应在调整s=0时，上下轧槽不接触，即,所以取

腿长余量（锁口长度）
经查经验数据，
取
腿长
取
K1孔的宽度
根据以上数据，画出K1孔的孔型图，如下：

图3-1 K1孔

3.2成品前孔（K2）的设计
成品前蝶式孔（K2孔）顶角等于成品孔顶角，所以有

跨下圆角半径
由表3-1角钢蝶式孔参数计算LH、R。
表3-1 角钢蝶式孔参数
规格
参数
LH
R
水平段长度/mm
2～3.6号
4～6.3号
7.5～12号
（0.4～0.55）L
（0.3～0.4）L
（0.4～0.42）L
（0.58～0.63）L
（0.35～0.63）L
（0.55～0.60）L
0～4.5
0～20
12～18
由蝶式孔参数知：，。所以有：
K2蝶式孔的直线段长度

取
K2蝶式孔的弯曲段圆弧半径

取

表3-2 蝶式孔型中压下系数和压下量表
孔型
K1
K2
K3
K4
K5
K6
K7
1/ηi＝dki+1/dki
1.10～1.37
1.13～1.73
1.20～1.57
1.27～1.9
1.31～1.48
1.27～1.52
1.3～1.45
Δd／mm
0.5～2
1～5
2～7
3～18
4～22
6.5～9
15～25
根据表三取
所以腿厚

成品中心线长度

表3-3 角钢各孔型中宽展系数β
角钢规格
大型角钢
中型角钢
小型角钢
成品孔

0.7～1.0
0.7～1.5
蝶式孔
0.25～0.45
0.3～0.4
0.3～0.6
根据表四取
所以宽展量

K2中心线长度

直线段长度

弯曲段长度

水平段长度

K2孔宽

定点图个参数

腿端斜度
辊缝
锁口长度

间隙
根据以上数据，画出K2孔的孔型图，如下：

图3-2 K2孔

3.3 K3孔的孔型设计
蝶式孔（K3孔）顶角等于成品孔顶角，所以有

跨下圆角半径
根据表三 取
所以腿厚

根据表四 取
所以宽展量

K3中心线长度

直线段长度

弯曲段长度

水平段长度

K3孔宽

定点图个参数

腿端斜度
辊缝
锁口长度
间隙
根据以上数据，画出K3孔的孔型图，如下：

图3-3 K3孔

4 校核

4.1 验算K1，K2，K3孔顶角压下系数是否大于腿厚压下系数

由此可以得到：
，

4.2 验算槽口宽度
,，

根据4.1、4.2验算结果，得到孔型设计合理。

5 设计结果
设计参数如下：
表5-1 90×90×90mm钢坯轧制5×63×63mm等边角钢孔型设计参数

6 总结
为期两周的课程设计已进入收尾阶段，通过这次对5×63×63mm角刚的的K1，K2，K3孔的孔型设计，我比较全面的掌握了设计等边角钢的轧制孔型的基本方法，对各个参数表示的意义与计算也有很好的理解和掌握。在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。
在本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅一些设计资料。为了让自己的设计更为完善，查阅这方面的设计资料是十分必要的。知道了很多的角钢孔型设计的一些经验参数，通过这些经验参数，可以很明显的看出自己设计得是否正确。在设计得过程中，用到了以前所学的专业课的知识，如：CAD制图、金属塑性加工学等。虽然在过去从未独立设计过角钢的孔型，但在学习的过程中带着问题去学效率很高。此外，我还学会更熟练的使用word。这是我这次做课程设计的又一次收获。
在这次课程设计中，我也发现了一些问题，对以前所学过的知识理解不够深刻，掌握不够牢固，在运用一些理论知识的时候也有很多困惑。不过，通过两周的学习并向老师和同学请教，这些不足都得到了弥补。
在此，感谢老师的细心指导，也同样感谢其他同学的帮助。

参 考 文 献

[1] 庞玉华主编.金属塑性加工学[M].西安：西安工业大学出版社，2005.3
[2] 曲克主.轧钢工艺学[M].北京：冶金工业出版社，2004
[3] 胡斌主编.型钢孔型设计[M]. 北京：冶金工业出版社,2010.8