张减机椭圆孔型设计

钢 管 年第 期 张减机椭圆孔型 王 宁 宝钢钢管厂 在对张减机椭圆孔型传统设计方法和西德所提供的设计方法的基础上 , 建立了用宽展法 设计椭圆孔型的模式 , 并介绍了采用计算机进行宽展法孔型设计的程序框图 。 , , 氏 , , ‘ 只 前言 钢管张力减径是热轧钢管的最后一道变 形工序 , 该工序的质 量决 定着 成品管 的质 量 。 但是 , 该工序的质量是 由张减机的孔型 设计和变形质量决定的 。 宝钢钢管厂的 机架 、 单独传动的张减 机系西德制造 , 其生产的钢管尺寸范围为 二 、 , , 。 孔 型系除按连轧毛管外径及张减机工作机架平 均减径率的不 同分 成 、 、 、 等系列外 , 还为轧制薄壁管和厚 壁管而设计 了椭圆孔型和圆孔型 。 所谓圆孔 型 , 即在孔型宽度上接触弧长度差值尽可能 小 。 圆孔型多用于轧制壁厚与外 径比 较大的厚壁管 , 目的是减轻钢管内六方 的程度 。 在轧制壁厚与外径 比较小的薄壁管 则采用椭圆孔型 , 以防止钢管过充满和提高 孔型的使用寿命 。 西德除提供最终的设计结果外 , 对椭圆 孔型的设计思想 、 设计方法 、 经验公式等均 未提供或介绍不多 。 因此 , 搞清这些间对 椭圆孔型设计和张减孔型系的掌握 、 使用及 新孔型系的设计是很有益处的 。 孔型设计方法 孔型设计的基本公式 孔型设计的主要参数计算公式如下 孔型直径 二 椭圆度 、 、 减径率 卜 一 一 、 覆盖系数 七二 卜 ·卜 一 息一 关系 二 , 邑 一 孔型长半轴 孔型短半轴 、 、 寸 十 —户 匕 夕仪 定 宽展 、一 一 , 钢 管 校核系数 入 卜 , 一 一 传统设计方法 多年来 , 张减机孔型设计常用的公式是 一 。 设计孔型的步骤如下 根据减径 量的分配 , 从图 曲线中求 出覆盖系数 七。 在 氛、 已知 的条件 一 「, 用 式 求出椭圆度 、。 由 和 、 两式求出 、 、 。 为 了设计可靠 , 引入 了一个经验核算参 数入, 见公式 。 设计 的孔型 入值需符合 表 中所列数据 。 传统设计方法存在的问题是 , 由于 七二 与 入 系两个不 同的计算公式 , 所 以由毛二 、 关系式设计出的孔型 入值与 七‘, 表 的值有时相差很大 , 因而 需 耍重 新 没 计 , 直至基本符合表 的值为止 。 西德的设计方法 在西德提供的技术资料中 , 只提到椭圆 孔型按图 的 七一 关系设计和各架孔型的 宽展值 应符合一定的数学模型 , 即 · 、· 当 、 时 , , · , · 但是 , 通过对西德提供的孔型参数分析 发现 工 西德并不是按 式进 行 孔型设 计的 , 对于不 同的孔型系 , 采用的宽展公式 不都一样 , 如 。孔型系的宽展公式为 。 。 、 ‘ 西德设计孔型的 实际 毛一 关 系与 图 所示的七一 关系相差较大 。 在西德提供的孔型参 数中 , 宽展值 与椭圆度值 都随减径率的逐架递减而均 匀 一 降 , 但是 , 如何通过设计实现这一点没 有介绍 。 因此 , 要确立一个减径率 在 一 范 围内且普遍适用的椭圆孔型设计方法 , 必须 首先解决以 一 几点 实际的乙, 一 关系 。 宽展公式中 、 值的确定 。 在 、 值一定的情况下 , 如何 调整椭圆度 以保证宽展值 和椭圆度值 均 匀下降的设计 。 昨卜介卜止,卜致 氏百 奋仑 吞 图 七和的 关系 入和 的关 系 表 椭 圆孔型设计方法一宽展法的确定 邑‘一 关系式的确定 为了弄清实际的是一 关系 , 计算 了由 西德提 供的 。 、 。 、 。 、 。 孔型系所有机架的邑值 , 经归纳处 理后得出 了实际的 乙、一 、 对应关系 见表 和图 。 从表 和图 可看出 , 毛。一 的 线性关 年第 期 邑一 关 系 表 ”· 】” · “·”· ”· ”· ”·队尸一匡 。 。 。 · 一 一 口。 分 。 。 。 可计算出各孔型的减径率 。 在确定出 、 值后 , 就可求出各孔型的长半轴 、 短半轴 及相应 的毛值和该 、 值的 乙一 ‘关 系曲线 该曲线近似于一 条直线 。 选择不同 的 、 值 , 可得出不 同的邑、一 关系曲线 见 图 , 采用最小二乘 法可求出其与标 准邑一 曲线的差值 , 即 二 是实 一 是标 “ 日 」 乙 图 实际的乙。一 ,关系 系明显 , 不 同孔型系的 毛一 关系相似 。 但 是 , 当 ‘ 之 时 , 随着 值的增 大 , 七、值也增大 , 此时椭圆度 ‘值减小 , 金 属容易横向宽展到辊缝中而造成过充满 。 对 此 , 修正 了图 的 邑‘一 、关系 。 修正 后 邑 、关系作为孔型设计的 七一 关系 图 。 毛 图 不同宽度系数对七 一 关系的影响 孔型系 一 、 二 一标准邑 一 获关系 一 、 么 一 、 么 二 龟 图 标准孰 一 关系 一标准乙派一 乞关系 一传统设计方法 的七 一 关系 , 、 值的选取 根据孔型设计的基本公式及 式 , 显然 , 在若干个 值中 , 值最小的那 条曲线所对应的 , 、 值就是所要求的宽 展系数 。 为 了省去不必要的计算 , 、 值应尽量在较小的范围内变化 。 根据对若干 个孔型系设计结 果 的分 析 , 当 一 时 , , 、 的变化范围为 、 。 此范围值最小 。 椭圆度曲线的调整 如果仅按照公式 设计孔型而不调 整椭圆度曲线 , 所得出的工作机架椭圆度曲 线呈锯齿形 , 显然这种形状的曲线不符合工 艺要求 见 图 , 因此必须对其进行调整 以达到工作机架的椭圆度曲线呈均匀下降的 趋势 , 调整的原则如 下 钢 管 一 」 一 一上了 日 贡贵台丁六 兮歹节架号 图 椭圆度曲线调整原理 孔型东 、 、 二 下降最均匀的曲线应是 值 最小的 那 根曲 线 。 因此 , 只要找出 。 。 值 , 就可得到在某 一 , 、 值下的椭圆度分布最佳的设计方 案 。 为了减少不必要的计算 , 值的变化范 围定为 《 《 。 为第二架 孔型短半轴 , 。 为第三 架孔型直径 。 设计步骤 用宽展法设计张减机椭圆孔型的步骤如 下 分配减径率 , , 计算各 架孔型直径 。 设 , 、 为初始值 。 用宽展公式 计算各 架孔型的 宽展值 。 当第三架孔型长半轴 。在 十 。 范围内时 , 计算各架的 、 、 嘶值 和椭圆度曲线长度值的最小值 。 。 计算 二 。 所对应 设计方案中各架的 邑、值 , 并用 式求出 值 。 当 、 值在 一 范围内变 化时 , 重复上述 步骤 在若干个 值中 , 求出 州 。 值 , 与 二 、。 及 。 。 对应的那组设计方案就是最佳设 计方案 。 计算孔型的其他参 数和 加工孔型的 刀具参数 。 、、奋 卜匕 椭圆度 呈均匀 一 降的趋势 。 一般 情况 应使 、《 一 , , 个别情况下为使宽展 值 也满足均匀下降的要求 , 一 一 应不 大于 。 按 式计算的个别 机 架的宽展 值 有时要进行微小的修正 , 使 、《 一 , 而且调整后 的 值与按 式计算的结果 偏差应不大不 。 由于我 厂张减机 某些 规格的转数既 适合圆孔型 , 又适合椭圆孔型 , 所以 , 为了 减少张减机转数规格数 目 , 在调整椭圆度曲 线时 , 各架的 、值应保持不变 。 根据机架管理的要求 , 笋 , 。 由于 、 机架减径量分配的特殊性 及 、 机架调整的特殊性 , 上述原则不适用 于 一 机架 。 椭圆度曲线的调整方法如下 选择第 机架为主调整机架 。 在 、 为定值时 , 给出第 机架孔型长半轴 。 值 , 此时即可根据孔型设计基本公式及 式 算出各架的椭圆度值 、, 然后将各架的椭圆 度值连成曲线 , 并用下式求出该孔型系椭圆 度曲线的总长度 计算机的应用 名 了 卜 一 对应于不 同的 渝竿果和相应的 值 。 值 , 可得 到不 同的设 从图 可知 , 椭圆度 椭圆孔型的设计计算工作量较大 , 采用 人工计算不易选择出最佳设计方案 , 并且计 算的精度也不高 。 用计算机设计 , 可大大提 高设计计算 速度 , 设计一套 孔 型只需几分 钟 , 而且设计的效果也 很 好 。 以 。 孔 型系设计为例 , 采用计算机 设计 的孔 型参 数与西德提供的参数十分吻合 。 图 为采用 计算机设计的椭 圆度 、 宽展 值 分布曲 线 。 年第 期 上 一 占 一 去一 六一六 行 介弓厂 打 丸 不 叶 游卜叶卜沫月件‘玲法飞卜咋七资 图 椭圆度叭宽展值 。 分布曲线 孔 型系 一 二 仪 凌 。 讨论 由于宽展法是 以 邑一 关系为孔型 设计标准 , 因而不会出现 传统 设计方 法所 产生的 邑 与 入‘二 值相矛盾 的情 况 。 宽展法设计椭 圆孔型 物 理 意义明 确 , 即色‘值随 值的减小而增大 , 椭圆度值 、、 宽展值 ‘ 随 值的减小而减小 , 并且 、 、值从第 、 架起呈均匀下降的趋势 。 宽展法设计效果取决于 、 值 , 而 、 值的选取是否合理又取决于标准 的七一 关系建立的正确性 , 但是 , 邑一 关 系可通过生产实践逐渐趋于合理 。 本文确定的 七一 关系不 同于传统 设计方法确定的 邑、一 、关系 。 在减径率相同 的情况下 , 息、值较大 即 值较小 有利于 改善钢管的外观形状和减轻 “ 内六方 ” 程度 以及提高壁厚精度 。 实践表明 , 按标准 邑、一 关系设计的孔型不会出现过充满及孔型寿 命减少等问题 。 结论 设计张减机椭圆孔型的宽展法是一 种有效 、 合理的方法 。 计算机设计孔型 , 速 度 快 、 效率 高 , 是用宽展法设计孔型必不可少的一种工 具 。 禹 洲 八 、尸、产、厂 、产、 、 产 、产 、八 气 、尸 、八目门州气 门 、产、八、 叫‘入 、 、 , 口 , 、 内、 , 军、 , ‘ 气 , 、 八叼 、 、 , 、 、、 、 、 与、 、 , 、了 、产、 产、产、产气 、 、 、一 、 一 、 、 、 、 , ‘ , 响、 、 、入 目 , 、户甲吕、一 上接第 页 钢管的壁厚不均度既不增大也不减小 , 即变 化不大 。 从表 也可看出 , 两道次拔制后 , 钢管 弯曲方向相反 比弯曲方 向相同的壁厚不均度 约小 。 在实际生产中 , 当拔管机中心 线不正而拔出的钢管弯 曲度 比较大时 , 可采 取定向喂料连拔 , 即使连拔道次产生的弯曲 与上道次产生的弯 曲方 向相反 , 仍可显著减 小钢管的壁厚不均度 。 实践表明 , 这种方法 不增长拔制周 期 , 只是操作人员的劳动强度 稍有增大 。 结论 带芯棒拔制后 , 钢管不弯 曲或弯曲 度甚小 , 即弯曲度小于临界弯曲度时 , 带芯 棒拨制有均壁作用 , 并且这种作用随道次变 形量增大而增大 。 带芯棒拔制后 , 钢 管的弯曲度大于 临界弯 曲度时 , 带芯棒拔制的均壁作用将随 道次变形量的增大而减小 。 连拔道次钢 管产生的弯曲若与非连 拔道次的弯曲方向相反时 , 连拔后钢管壁厚 不均度小 , 反之 , 壁厚不均度大 。