大型等边250×18角钢的孔型设计

刘慧 陈林 王慧军

摘要：以弹塑性变形理论为基础，基于DEFORM-3D有限元软件，验证孔型设计的可行性、实用性达到优化孔型设计的目的。250×18号角钢为等边角钢即两腿的宽度或腿长相等均为250mm、腿厚为18mm的大型角钢。孔型轧制是角钢生产的主流方法，因此，设计出合理的孔型是轧制合格角钢的第一步也是最关键的一步，由于国内目前生产此类大型角钢的经验缺乏，所以设计出一套合理的孔型是有难度的，本文主要是通过理论计算方法设计出孔型尺寸，在将孔型生成三维立体图形导入有限元软件DEFORM-3D中模拟轧制，分析模拟结果优化孔型参数，设计出合理的25﹟钢的孔型。

关键词：大型角钢 孔型设计 蝶式孔型

0 引言

目前，在我国各大钢厂通过合金化提高材料的力学性能已不是生产技术的难点了，而轧制出腿长为200mm以上的大号角钢是生产是难点，孔型轧制是型钢生产的通用方法，能否设计出合理的孔型是轧制出合格角钢的关键。在生产经验不足的情况下，又快又准确的设计出可行性高又合理的轧制新孔型，通过有限元模拟辅助设计是最快最经济的方法。

对于热轧角钢来说合理的孔型设计是能否轧制出合格角钢的第一步。本文就是结合生产实际利用有限元模拟辅助设计一套250×18等边角钢的孔型，利用现代有限元模拟技术辅助孔型设计可以提高孔型设计的合理性、降低设计成本、缩短设计周期，有限元模拟广泛的用于轧制、挤压、拉拔、锻造等压力变形加工中，经实践证明模拟结果与实际生产基本吻合。

对于新开发设计的250×18大型等边角钢的孔设计，在缺少生产实践经验和设计资料的情况下，理论设计出各道次孔型经有限元模拟软件DEFORM-3D模拟试轧优化孔型设计参数，可以提高孔型设计的实用性。

1 热轧25#角钢的产品标准

热轧角钢产品标准符合GB/T706-2008《热轧型钢》产品标准。尺寸、外形要求执行中华人民共和国国家标准GB/T706-2008《热轧型钢》产品标准。

2 25#角钢腿厚压下量设计

轧制25#角钢所用的坯料截面尺寸为280mm×380mm，设计总轧制道次为13道次，各道次腿厚压下量分配如下（逆轧制方向依次为△h1～△h13）：

△d1=1.5mm、△d2=2mm、△d3=3mm、△d4=7mm、△d5=5mm、△d6=15.5mm、△d7=25mm、△d8=95mm、△d9=30mm、△d10=43mm、△d10=70mm、△d10=70mm、△d10=70mm。

3 成品孔的设计

25#角钢成品孔采用口式孔型设计，命名为K1孔。通过计算

①腿长：253.25mm；②腿厚：18mm；③腿长裕量：43mm；④上辊槽高度：209.48mm；⑤上辊槽宽度：418.96mm；⑥下辊槽高度：194.36mm；⑦下辊槽宽度：388.78mm；⑧内跨圆弧半径：24mm；⑨其他尺寸。

锁口t=2mm、辊缝S=10mm、内圆弧半径r=24mm、r1=15mm、r2=10mm、Ф=90°。

4 蝶式孔型的设计

4.1 K2孔的设计（上开口）假想成品蝶式孔型图4-1）

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①蝶式孔型基本参数的选择，根据角钢蝶式孔的基本参数及参考模拟结果，选择LH=0.4L0、R=0.68L0。即：LH=100mm R=170mm。②AE=197.23mm。③AC=381.48

mm。④成品孔压下量△d1=1.5mm。d2=19.5mm。⑤成品孔中心线长度：Lc1=244.25mm。⑥根据模拟结果分析成

品孔宽展系数取β1=3，则K2孔的腿厚中心线长度：Lc2=

239.75mm。⑦K2孔的水平段长度：Lb2=8.4mm。⑧K2孔型宽度：B=398.20mm。⑨K2孔内跨圆弧半径r2：r2=30.52mm。⑩K2其他尺寸的确定。

锁口t=1mm、辊缝S=10mm、r1=9.75mm、r2=2mm、Ф=90.3°、侧壁斜度y=10%、m=48.75mm。

4.2 K3孔的设计（下开口）

①K3孔压下量△d3=3mm，d3=21.5mm。②经模拟结果分析K3孔的宽展系数取β3=0.45，则K3孔的腿厚中心线长度为：Lc3=238.4mm。③K3孔水平段长度：Lb3=7.26mm。④K3孔宽长度：B3=396.36mm。⑤K3孔内跨圆弧半径r3，r3=49.66mm。⑥K3孔其他尺寸的确定。

锁口t=2mm、辊缝S=10mm、r1=5.375mm、r2=2mm、Ф=92.5°、侧壁斜度y=20%、m=53.75mm。

4.3 K4孔的设计（上开口）

①K4孔压下量△d4=7mm，d4=24.5mm。②经模拟结果分析K4孔的宽展系数取β4=0.3，则K4孔的腿厚中心线长度为：Lc4=236.3mm。③K4孔水平段长度：Lb4=5.49mm。④K4孔宽长度：B4=392.45mm。⑤K4孔内跨圆弧半径r3，r4=77.95mm。⑥K4孔其他尺寸的确定。锁口t=2mm、辊缝S=10mm、r1=12.25mm、r2=2mm、Ф=95°、侧壁斜度y=20%、m=53.75mm。

4.4 K5孔的设计（下开口）

①K5孔压下量△d5=5mm，d5=24.5+7=31.5mm。②经模拟结果分析K5孔的宽展系数取β5=0.3，则K5孔的腿厚中心线长度为：Lc5=234.8mm。③K5孔水平段长度：Lb5=4.74mm。④K5孔宽长度：B5=390.96mm。⑤K5孔内跨圆弧半径r5，r5=131.36mm。⑥K5孔其他尺寸的确定。

锁口t=4mm、辊缝S=20mm、r1=7.87mm、r2=2mm、Ф=98°、侧壁斜度y=20%、m=78.75mm。

4.5 K6孔的设计（上开口）

①K6孔压下量△d6=15.5mm，d6=36.5mm。②经模拟结果分析K6孔的宽展系数取β6=0.3，则K6孔的腿厚中心线长度为：Lc6=230.15mm。③K6孔水平段长度：Lb6=1.07mm。④K6孔宽长度：B6=383.986mm。⑤K6孔内跨圆弧半径r6，r6=193.87mm。⑥K6孔其他尺寸的确定

锁口t=4mm、辊缝S=10mm、r1=12.25mm、r2=2mm、Ф=102°、侧壁斜度y=20%、m=78.75mm。

4.6 K7孔的设计（下开口）

①K7孔压下量△d7=25mm，d7=52mm。②经模拟结果分析K7孔的宽展系数取β7=0.3，则K7孔的腿厚中心线长度为：Lc7=222.65mm。③K7孔水平段长度：Lb7=-5.12mm。④K7孔宽长度：B7=371.6mm。⑤K7孔内跨圆弧半径r7。根据模拟结果分析，内跨圆弧对孔型的充满程度及腿长的影响比较敏感，计算的结果设计经模拟充型不理想，所以经过模拟试轧确定：r7=210mm比较合理。⑥K7孔其他尺寸的确定

锁口t=4mm、辊缝S=20mm、r1=10.95mm、r2=2mm、Ф=110°、侧壁斜度y=20%、m=78.75mm。

4.7 K8孔的设计（上开口）

①K8孔压下量△d8=90mm，d8=77mm。②经模拟结果分析K8孔的宽展系数取β8=0.3，则K8孔的腿厚中心线长度为：Lc8=195.65mm。③K8孔水平段长度：Lb8=-29.52mm。④K8孔宽长度：B8=321.25mm。⑤K8孔内跨圆弧半径r8。根据模拟结果分析，内跨圆弧对孔型的充满程度及腿长的影响比较敏感，计算的结果设计经模拟充型不理想，所以经过模拟试轧确定：r8=220mm比较合理。⑥K8孔其他尺寸的确定

锁口t=4mm、辊缝S=20mm、r1=23mm、r2=2mm、Ф=115°、侧壁斜度y=20%、m=78.75mm。

5 切分孔型设计（图5-1）

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5.1 K9孔的设计

①h9=182mm。②根据模拟试轧利用公式计算h′不合理，经模拟结果分析h′=50mm比较合理。③B9=294mm。④切分孔型的其他尺寸

锁口t=4mm、辊缝S=20mm、r=300mm、r1=5mm、r2=20mm、R=130mm、Ф=120°、侧壁斜度y=92.36%

5.2 K10孔的设计

K10孔采用箱型孔设计，各尺寸经分析见图5-2：

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图5-2 K10孔箱型孔

6 结束语

本文采用箱型孔和切分孔型成功的将280mm×380mm的大坯料开坯轧制到蝶式孔型所需的中间坯。这样前两个孔型不仅增加了孔型的共用性也减小了孔型对轧辊的切深，增加了轧辊的强度。

采用带有凸底的切分孔型也可增加坯料在蝶式孔型内顶角的充型，有利于坯料在蝶式孔型内轧制的稳定性。对于上述设计的孔型系统进行了两次工业生产试轧，试轧成品各尺寸均达到标准尺寸。同时通过压下量的调整，试轧生产了250×18mm、250×20 mm、250×22 mm三个规格的产品，其成品尺寸均能满足要求。这说明该套孔型系统，设计合理，孔型利用率高。

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作者简介：

刘慧（1984-），女，包头人，助教，主要从事材料专业的研究工作。