12工字钢成品孔及成品前孔孔型设计.docx
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12工字钢成品孔及成品前孔孔型设计
攀枝花学院
学生课程设计（论文）
题目：
№12工字钢成品孔及成品前孔孔型设计
学生姓名：
学号：
************
所在院（系）：
材料工程学院
专业：
材料成型及控制工程
班级：
2011级压力加工班
指导教师：
肖玄职称：
助教
2014年10月13日
攀枝花学院教务处制
攀枝花学院本科学生课程设计任务书
题 目
№12工字成品及成品前孔孔型设计
1、课程设计的目的
通过本课程设计教学所要达到的目的是：
1、训练学生综合运用机械原理、金属塑性成型原理、金属凝固原理、成型工艺设备及设计等课程的理论知识独立思考、分析、初步解决材料成型工艺问题的技能，提高运算、设计绘图能力及查阅资料的技能；2、使学生熟练掌握工艺设计的步骤和方法；3、培养学生以理论为基础并结合生产实际进行工艺设计的设计思想。
4、为毕业设计（论文）及毕业后从事工程工作打下良好的基础。
2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）
内容：
1、根据所选的题目查阅相关的资料，认真理解题目的意图。
2、按要求设计计算出相应的轧制规程（孔型图）。
3、对照生产实际，对自己的设计进行综合评定、总结。
要求：
1、设计过程中要做到严谨、科学、切合实际。
2、要有一定的突破及创新。
3、设计说明书要严格按要求书写。
3、主要参考文献
[1]《轧钢车间设计基础》，袁康，北京钢铁学院压力加工系
[2]《板带钢轧制工艺指导书》，李登超
[3]《挤压工艺及模具》，贾俐俐等，机械工业出版社
[4]《冲模设计应用实例》，模具实用技术丛书编委会，机械工业出版社
[5]《塑性成形工艺与模具设计》，高锦张等，机械工业出版社
4、课程设计工作进度计划
第一周：
1、认真领会指导书中所给题目的内容，查阅相关的资料。
2、根据自己的理解形成初步的设计方案。
第二周：
1、对自己的设计方案进行修改。
2、书写设计说明书。
指导教师（签字）
肖玄
日期
2014年10月9日
教研室意见：
同意。
孙青竹
2014年10月11日
学生（签字）：
李寄刚
接受任务时间：
2014年10月14日
课程设计（论文）指导教师成绩评定表
题目名称
№12工字成品及成品前孔孔型设计
评分项目
分值
得分
评价内涵
工作
表现
20%
01
学习态度
6
遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。
02
科学实践、调研
7
通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。
03
课题工作量
7
按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。
能力
水平
35%
04
综合运用知识的能力
10
能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。
05
应用文献的能力
5
能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。
06
设计（实验）能力，方案的设计能力
5
能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。
07
计算及计算机应用能力
5
具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。
08
对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）
10
具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。
成果
质量
45%
09
插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度
5
符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。
10
设计说明书（论文）质量
30
综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。
11
创新
10
对前人工作有改进或突破，或有独特见解。
成绩
指导教师评语
指导教师签名：
年 月 日
黑体黑体
摘要
工字钢也称为钢梁（英文名称IBeam），是截面为工字形状的长条钢材。
同时也是是截面形状为槽形的型钢。
工字钢分普通工字钢和轻型工字钢，H型钢三种。
工字钢广泛用于各种建筑结构、桥梁、车辆、支架、机械等，工字钢由于性能稳定、结构合理、强度和刚度好，目前在国内外市场上所占比例在逐步上升。
工字钢孔型设计（I一beampassdesign）为轧制工字钢而对轧制程序和轧棍的孔型所进行的设计和计算工作。
压下量分配方面，设计工字钢孔型的主要依据为腰部压下童。
一般在成品孔型中的轧件腰部压下量为0.5mm，成品前孔的腰部压下量为1-2mm。
其他各孔中的压下量可按等差级数或近似等差级数逆轧制道次逐渐增加。
限制腰部压下量的因素有咬入条件、电机能力、轧件表面质量、轧辊强度和工字钢内侧壁斜度等。
常用孔型系统有直轧孔型系统、斜轧孔型系统、特殊孔型系统（波浪式轧法所用的孔型系统）、混合孔型系统等。
本次课程设计通过对№12工字钢成品孔及成品前孔的设计，来学习和掌握工字钢设计的基本知识。
关键词：
工字钢，孔型设计，孔型系统，压下量
摘要.................................................................................................................................Ⅰ
空2格三号黑居中三号黑居中
1绪论
1.1工字钢的简介
工字钢也称为钢梁（英文名称IBeam），是截面为工字形状的钢材。
工字钢分普通工字钢和轻型工字钢，H型钢三种。
工字钢广泛用于各种建筑结构、桥梁、车辆、支架、机械等。
普通工字钢和轻型工字钢的翼缘由根部向边上逐渐变薄的，有一定的角度，普通工字钢和轻型工字钢的型号是用其腰高厘米数的阿拉伯数字来表示，腹板、翼缘厚度和翼缘宽度不同其规格以腰高（h）×腿宽（b）×腰厚（d）的毫数表示，如“普工160×88×6”，即表示腰高为160毫米，腿宽为88毫米，腰厚为6毫米的普通工字钢。
/“轻工160×81×5”，即表示腰高为160毫米，腿宽为81毫米，腰厚为5毫米的轻型工字钢。
普通工字钢的规格也可用型号表示，型号表示腰高的厘米数，如普工16#。
腰高相同的工字钢，如有几种不同的腿宽和腰厚，需在型号右边加abc予以区别，如普工32#a、32#b、32#c等。
热轧普通工字钢的规格为10-63#。
经供需双方协议供应的热轧普通工字钢规格为12-55#。
H型钢属于高效经济裁面型材（其它还有冷弯薄壁型钢、压型钢板等），由于截面形状合理，它们能使钢材更高地发挥效能，提高承裁能力。
不同于普通工字钢的是H型钢的翼缘进行了加宽，且内、外表面通常是平行的，这样可便于用高强度螺桂和其他构件连接。
其尺寸构成合理系列，型号齐全，便于设计选用。
1.2工字钢的用途
工字钢分为普通、轻型、H型钢，其广泛用于各种建筑结构、桥梁、车辆、支架、机械等。
不论是普通型还是轻型的，由于截面尺寸均相对较高、较窄，故对截面两个主袖的惯性矩相差较大，因此，一般仅能直接用于在其腹板平面内受弯的构件或将其组成格构式受力构件。
对轴心受压构件或在垂直于腹板平面还有弯曲的构件均不宜采用，这就使其在应用范围上有着很大的局限。
H型钢属于高效经济裁面型材（其它还有冷弯薄壁型钢、压型钢板等），由于截面形状合理，它们能使钢材更高地发挥效能，提高承裁能力。
所以普通和轻型钢只能用于横梁，而H型钢才能用于结构的承重柱。
在结构设计中选用工字钢应依据其力学性能，化学性能，可焊性能，结构尺寸等选择合理的工字钢进行使用。
H型钢的翼缘都是等厚度的，有轧制截面，也有由3块板焊接组成的组合截面。
普通工字钢都是轧制截面，由于生产工艺差，翼缘内边有1：
10坡度。
H型钢的轧制不同于普通工字钢仅用一套水平轧辊，由于其翼缘较宽且无斜度（或斜度很小），故须增设一组立式轧辊同时进行辊轧，因此，其轧制工艺和设备都比普通轧机复杂。
国内可生产的最大轧制H型钢高度为800mm，超过了只能是焊接组合截面。
1.312号工字钢规格
工字钢型号
高（mm）
腰宽（mm）
腿厚（mm）
截面面积（
）
重量（kg/m）
12
120
74
5.0
18.1
13.987
1.4工字钢断面尺寸及公差图
图1工字钢断面尺寸及公差
212号工字钢孔型设计
2.1孔型设计的原则
使不均匀变形尽可能发生在前几个孔型中，这是因为前几个孔型金属的温度高，变形抗力小，塑性好。
其余孔型尽可能采用均匀的压缩，使其断面各部分均匀延伸，只有在这样的条件下才可能得到形状正确的、内应力较小的最终产品，且能量消耗和轧辊的磨损都最少。
2.2孔型系统
2.1.1孔型系统的分类
轧制工字钢的孔型系统分为以下几种：
①直轧孔型系统
②斜轧孔型系统
③混合孔型系统
④特殊轧法。
2.1.2孔型系统的选择
选用截面尺寸为115mm×115mm的矩形坯，由于矩形坯高度为115mm，而成品腿高为74mm,其比值为1.56，直轧和直边斜轧孔型系统皆难以轧出足够的边高，于是采用弯边斜轧孔型系统。
（弯边斜轧孔型系统的优点：
具有直腿斜轧系统的优点外，由于开口腿斜边进一步加大，开口腿中的测压量也进一步增大，加剧了开口槽腿的增长和减少了闭口槽腿的拉缩，有时在闭口槽也能造成腿的增长，减小钢坯断面高度，减少轧制道次的优点。
）
2.3轧制道次的确定
按产品标准查得№12工字钢的断面面积为1780m㎡,查经验公式可选取μc=1.26，则轧制道此n为：
n=log7.43/log1.26≈9
由金属塑性加工学第193页所查各种工字钢的轧制道次及所用轧机的辊径表，可知12号工字钢的扎知道此规定为7～9个道次，轧机辊径为400～650mm，而上述公式所求的9个道次符合要求，所选轧机辊径为400～650mm之间。
3№12工字钢K1和K2孔设计
3.1№成品孔与成品前孔
3.1.1№12工字钢孔型设计数据（成品孔及成品前孔）
成品孔
成品前孔
成品孔
成品前孔
腰厚d/mm
4.5
5.0
闭口腿面积Fb/m㎡
291.92
381.5
腰部压下量△d/mm
0.5
0.5
增长量△hk/mm
0.4
1.2
腰宽B/mm
120
118.5
拉缩量△hb/mm
4
4.8
腰部展宽量△B/mm
1.5
2
开口腿端侧压量△ak/mm
0.7
1.2
腰部面积Fy/m㎡
540
592.5
开口腿根侧压量△bk/mm
1.127
1.26
腰部延伸系数μy
1.097
1.103
闭口腿端侧压量△ab/mm
-0.8
-0.7
开口腿高度hk/mm
35.6
39.6
闭口腿根侧压量△bb/mm
-0.6
-0.9
闭口腿高度hb/mm
35.6
35.2
开口腿部延伸系数
1.118
1.23
开口腿端宽度ak/mm
5
4.3
闭口腿部延伸系数
1.02
1.16
开口腿根宽度bk/mm
11
10.7
孔型腰部倾斜角ω
6
8
开口腿面积Fk/m㎡
284.8
297.9
开口腿外侧壁与腰部夹角ak/°
90
90
闭口腿端宽度ab/mm
5.1
5.7
闭口腿外侧壁与腰部夹角ab/°
90
90
闭口腿根宽度bb/mm
11.3
12.4
表212号工字钢孔型设计数据
3.1.2成品孔及成品前孔孔型设计图
各孔型尺寸计算出来之后，直轧系统或直腿斜轧系统可以直接画出孔型图。
但对于弯腿斜轧系统来说，因为腰与轧辊轴线有一倾角，且各孔型中开、闭口腿对腰的家教不同，一般从K3或K4孔开始将腿做成对腰有一外张角92°～100°，逆轧制方向逐渐增加。
其构成方法是开口腿进入闭口槽时张角不变，而闭口腿进
入开口槽时张角逐渐减小或不变，从一个孔进入下一个孔，张角可减小2°～8°。
孔型系统不同其设计方法略有不同。
工字钢孔型设计的顺序按逆轧制方向进行，成品前孔根据成品孔设计。
成品孔和成品前孔构成尺寸如下图所示。
图2成品前孔尺寸设计图
图3成品孔尺寸设计图
3.2成品K1孔设计
⑴孔型宽度Bk1。
考虑节约金属和轧辊的磨损因采用斜轧孔型，为保证轧件尺寸，在此采用了部分负公差。
Bk1=（B-△）×（1.012～1.014）=（120-1.5）×1.012=120mm
⑵腰厚dk1。
随轧辊调整而变化，dk1按负偏差计算
dk1=d-r=5-0.5=4.5mm
⑶边高Hk1。
腿的总高度Hk1随辊缝调整而变化，考虑到腰厚尺寸调整到标准值时，腿高不超过正偏差，随着孔型磨损，辊缝不断调小，腿高不断变短，所以采用正公差设计。
Hk1=（H+正公差）×（1.012～1.014）
Hk1=（74+0.6）×1.013=75.6mm
开口腿高和闭口腿高：
hkk1=hbk1=（Hk1-dk1）×0.5=（75.6-4.5）×0.5=35.6mm
⑷腿端厚度：
a=t-0.5×h×y=8.4-0.5×35.6÷6=5.4mm（y为腿内壁斜度1:
6）
⑸腿根厚度：
b=t+0.5×h×y=8.4+0.5×35.6÷6=11.4mm
⑹由于孔型的开口槽端易磨损和在轧制时轧辊可能产生轴向窜动而使开口边增厚，为此取ak=5.0mm,bk=11.0mm,闭口槽ab=5.1mm,bb=11.3mm,成品孔型内各圆弧半径按标准规定为：
R=7mm,RT=3.5mm,辊缝s=4mm,为保证成品断面形状精确取ω=6°,ak=90°,ab=90°。
⑺孔型外侧壁斜度：
直轧时取0.5%～1.5%；万能机架或斜轧孔型时均取腰和腿外侧壁垂直；斜轧腰与轧辊轴线倾角为3°～5°。
⑻孔型开口方向：
直轧系统成品孔采用上开口，便于安装下导板，而且轧制稳定；斜轧孔型开口方向一上一下，成对角布置。
3.3成品前孔K2孔设计
⑴孔型腰宽：
Bk2=Bk1-△Bk1=120-1.5=118.5mm（△Bk1为宽展量，1.5mm～3mm）
⑵孔型腰厚：
dk2=dk1+△dk1=4.5+0.5=5.0mm
⑶腰部面积：
Fk2=5×118.5=592.5
⑷腰部延伸系数：
μyk2=Fyk2÷Fyk1=592.5÷540=1.097
⑸查表，根据经验数据，取：
△hkk1=0.4mm,△hbk1=4mm
成品前孔开口槽高度：
hkk2=hbk1+△hbk1=35.6+4=39.6mm
成品前孔闭口槽高度：
hbk2=hkk1-△hkk1=35.6-0.4=35.2mm
⑹12号工字钢属于小号工字钢，腰部占的面积较小，由下取值可得：
μkk1>μy>μbk1;μy≥（μk+μb）÷2
μkk1=1.118,μbk1=1.02
Fkk1=（ak+bk）×hkk1×0.5=（5+11）×35.6×0.5=284.8
Fbk1=（ab+bb）×hbk1×0.5=（5.1+11.3）×35.6×0.5=291.92
⑺开口腿面积：
Fkk2=Fbk1×μbk1=291.92×1.02=297.9
⑻闭口腿面积：
Fbk1=Fkk1×μkk1=284.8×1.118=318.5
⑼开口腿端宽度：
akk2=abk1-（0.4～1mm）=5.1-0.8=4.3mm
⑽开口腿根宽度：
bkk2=2Fkk2÷hkk2-akk2=2×297.9÷39.6-4.3=10.7mm
⑾闭口腿端、腿根厚度应使下列等式和不等式成立：
①abk2+bbk2=2Fbk2÷hbk2=2×318.5÷35.1=18.1mm
②bbk2-bkk1>abk2-akk1,即：
bbk2-11>abk2-5
③bbk2÷bkk1bbk2÷11由上面①②③解得：
bbk2=12.4mm,abk2=5.7mm
4结语
通过对工字钢这种钢种的学习，初步了解了工字钢的主要类型，工字钢的规格划分，工字钢的轧制系统，钢坯的选择等知识；通过对№12工字钢成品孔及成品前孔的孔型设计，了解并初步掌握了工字钢孔型系统的基本要求，轧制道次的计算，基本公式的运用，参数的选择；通过自己的看书、对例题的分析，以及自己动笔计算，让自己对工字钢孔型设计有了更深的认识和掌握。
参考文献
[1]曲克.轧钢工艺学［Ｍ］.冶金工业出版社,1991:
320-326.
[2]王廷溥,齐克敏.金属塑性工艺学［Ｍ］.冶金工业出版社,2012.
[3]赵松筠,唐文林.型钢孔型设计［Ｍ］.冶金工业出版社,1993:
166-181.
[4]庞玉华,杜忠泽.金属塑性加工学［Ｍ］.西北工业大学出版社,2011:
192-197.
[5]徐春,王全胜,张弛.型钢孔型设计［Ｍ］.化学工业出版社,2009:
5.1-5.2.
[6]康永林.轧制工程学［Ｍ］.冶金工业出版社,2004:
198-205.
[7]胡彬.型钢孔型设计［Ｍ］.冶金工业出版社,2010:
249-250.
[8]白光润.型钢孔型设计［Ｍ］.冶金工业出版社,1995:
116-136.
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