張力減徑機(jī)組孔型設(shè)計(jì)簡介

李 濤 汪 超， 馬俊強(qiáng) 王 莉

(1：內(nèi)蒙古科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭 014010；2：內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司鋼管公司，內(nèi)蒙古包頭 014010)

張力減徑機(jī)孔型設(shè)計(jì)最關(guān)鍵的兩個(gè)因素是減徑系列的分配和橢圓度的選取。各機(jī)架減徑率的分配是有一定規(guī)則的,其分配的適當(dāng)與否對鋼管質(zhì)量有很大影響。單機(jī)架減徑量取得過大,將影響到管子軋制時(shí)的穩(wěn)定性(振動(dòng)、扭曲) ,孔型的充滿性(過充滿或欠充滿) ,同時(shí)也容易產(chǎn)生內(nèi)多邊形;而單機(jī)架減徑率過小,則所需機(jī)架數(shù)增多,合適的減徑量既可保證成品管的種類與質(zhì)量,又可保證孔型的利用率與軋機(jī)的效率[1]。

一般張力減徑機(jī)孔型可分為圓孔型和橢圓孔型，軋制薄壁管一般選擇橢圓孔型，軋制厚壁管一般選擇圓孔型(當(dāng)成品管的壁厚與外徑之比大于9%～12%時(shí))。在一個(gè)既有薄壁管也有厚壁的軋制過程中，將這個(gè)軋制程序細(xì)分為橢圓孔型系列和一個(gè)圓孔型系列是非常必要的，這就意味著要將一個(gè)減徑系列分成兩個(gè)部分。對于系列中所包含的機(jī)架數(shù)和孔型重車率的計(jì)算是非常重要的。

1 減徑系列

張力減徑機(jī)組減徑系列圖示如圖1所示。

單機(jī)減徑率：

總減徑率：

式中ρi—第i架機(jī)架的單機(jī)減徑率;

Dr,D—張減機(jī)入口和出口直徑;

ρ—張減機(jī)總減徑率。

一個(gè)減徑系列可以生產(chǎn)多個(gè)規(guī)格的成品管，減徑系列結(jié)構(gòu)如圖2所示。單機(jī)減徑率變化如圖3所示。從圖上我們可以看出，不同的成品管規(guī)格可以通過改變所使用的總的機(jī)架數(shù)目來獲得，還可以通過改變終軋機(jī)架設(shè)置來獲得。

圖1 張力減徑機(jī)減徑系列示意圖

圖2 張力減徑機(jī)減徑率機(jī)架分配

圖3 張力減徑機(jī)單機(jī)減徑率機(jī)架分配

在進(jìn)行張力減徑機(jī)孔型設(shè)計(jì)時(shí)，入口處，主體部分和終軋部分機(jī)架的作用必須分清。主體部分的機(jī)架完成大部分的減徑任務(wù)，一個(gè)減徑系列的總減徑量經(jīng)常被描繪成主體機(jī)架的減徑量。入口機(jī)架的作用是使減徑量以一定的百分比逐步增加并且為主體機(jī)架部分實(shí)現(xiàn)較高的減徑量作準(zhǔn)備。在此階段，采用橢圓孔型代替圓孔型是非常必要的，而且不可能使入口處的鋼管立即達(dá)到主體機(jī)架所要求的減徑量，那樣就會(huì)使外表面出現(xiàn)質(zhì)量缺陷。終軋機(jī)架會(huì)使減徑量逐步降低以達(dá)到成品管所要求直徑。終軋機(jī)架的軋輥孔型也會(huì)從橢圓孔型變成完全的圓孔型。入口機(jī)架的設(shè)計(jì)是為了實(shí)現(xiàn)主體機(jī)架的減徑功能的，也就是說：如果主體機(jī)架的總減徑量小于3%，那么可以沒有入口機(jī)架，否則入口機(jī)架的減徑量會(huì)平穩(wěn)增長如3%，6%……，直到主體部分第一架達(dá)到最高減徑量。終軋機(jī)架的總數(shù)目也是由主體部分的減徑量決定的，一般規(guī)定：

主體機(jī)架減徑量終軋機(jī)架數(shù)目ρ<2.5%1-2ρ<5.5%2-3ρ<9%3-4ρ>9%4-5

在進(jìn)行孔型設(shè)計(jì)時(shí)一般遵循以下規(guī)則：

最后一架：ρi=1%

倒數(shù)第二架：ρi=2%-3%

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其他終軋機(jī)架：ρi=ρi+1+(2%-3%)

根據(jù)以往軋制經(jīng)驗(yàn)，在軋制極限規(guī)格時(shí)，機(jī)架數(shù)目多，張力系數(shù)大，設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定，并且容易出現(xiàn)表面質(zhì)量問題，如外結(jié)疤，頭尾壁厚不均等，而且切頭尾量較大。孔型設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮軋機(jī)的軋制能力，將主體部分的機(jī)架單機(jī)減徑率增加，這樣既節(jié)省機(jī)架數(shù)目，同時(shí)減少機(jī)架使用數(shù)量，降低張力系數(shù)，減少頭尾增厚長度，改善頭尾壁厚不均和外結(jié)疤缺陷，同時(shí)有利于設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，擴(kuò)展外徑可軋范圍。

2 橢圓度的確定

各個(gè)機(jī)架的單機(jī)減徑率確定以后，我們就可以進(jìn)行橢圓度分配了?？仔蜋E圓度的計(jì)算尤為重要，如果橢圓度過小，在軋制薄壁鋼管時(shí)，鋼管的外壁容易擠入輥縫，形成軋折缺陷;而橢圓度過大，鋼管橫向受力不均，形成內(nèi)多邊形[2]?？仔驮O(shè)計(jì)時(shí)橢圓度選取一般根據(jù)寬展系數(shù)和實(shí)際軋制經(jīng)驗(yàn)確定。

2.1 孔型橢圓度系數(shù)β

β=a/b>1，其中，a為孔型長半軸長度，b為孔型短半軸長度。

β的大小反映了孔型橢圓程度的大小，β值大，表示孔型橢圓度大，孔型呈三角弧形;β值小，表示孔型橢圓度小，孔型接近于圓形。

2.2 孔型寬展系數(shù)ξ

ξ=bi-1/ai

式中:bi-1—前一機(jī)架孔型的短半軸;

ai—此架機(jī)架的長半軸。

ξ值的大小表示鋼管在孔型中軋制時(shí)寬展程度的大小，根據(jù)寬展的不同性質(zhì)，ξ值有圖4所示的三種情況(虛線為前一機(jī)架，即i-1架)。

圖4 鋼管在孔型中軋制時(shí)的寬展情況

(1)ξ<1時(shí)，鋼管進(jìn)人i機(jī)架變形時(shí)，高度有壓縮而寬度有增加，稱為正寬展孔型(也稱橢圓孔型)。

(2)ξ=1時(shí)，鋼管進(jìn)人i機(jī)架變形時(shí)，高度有壓縮而寬度不增加，稱為零寬展孔型。

(3)ξ> 1時(shí)，鋼管進(jìn)人i機(jī)架變形時(shí)，高度有壓縮而寬度也有壓縮，稱為負(fù)寬展孔型(也稱圓孔型)[3]。

在軋制薄壁管時(shí)一般選擇橢圓孔型，軋制厚壁管一般選擇圓孔型。根據(jù)各個(gè)機(jī)架的減徑率大小，調(diào)節(jié)每個(gè)機(jī)架的橢圓度，保證每架機(jī)架的寬展量合理分配，即機(jī)架的壓下量和寬展量匹配，符合金屬流動(dòng)的一般性規(guī)律，防止出現(xiàn)軋折、青線以及內(nèi)六方等缺陷。

3 孔型參數(shù)校核

孔型參數(shù)設(shè)計(jì)的合理性從以下幾個(gè)方面進(jìn)行評價(jià)：

(a1)孔型必須是完整的，對于每個(gè)角度都可以計(jì)算出半徑。

(a2)孔型的半徑必須是連續(xù)的，在連接處不能出現(xiàn)半徑的跳躍。

(a3)孔型是光滑的，在連接處孔型輪廓的切線梯度應(yīng)該是光滑過度的。

(a4)孔型必須是對稱于孔型中心線的。

另外，一個(gè)孔型形式可能與所用軋輥和機(jī)架形式不相符合：

(b1)孔型的最大半徑不能超過機(jī)架承受的極限值，否則，軋輥抗疲勞能力較差。

(b2)孔型車床的車刀前端無法接觸到軋輥表面；在車削超大孔型邊緣處時(shí)就會(huì)存在危險(xiǎn)。

孔型中最好不要設(shè)計(jì)太小的弧線，因?yàn)榭仔蛙囅鲿r(shí)車刀本身有一定的直徑。

(c1)組合孔型中弧線片段中的最小半徑必須大于用于車削的車刀半徑。

4 結(jié)論

(1)一個(gè)減徑系列可以生產(chǎn)多個(gè)規(guī)格的成品管，不同的成品管規(guī)格可以通過改變總減徑率來獲得。

(2)張力減徑機(jī)孔型橢圓度的確定要保證孔型壓下量與寬展量的匹配，防止出現(xiàn)軋制缺陷。