張力減徑機(jī)孔型設(shè)計(jì)

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1、 太原科技大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)題目：張力減徑機(jī)孔型設(shè)計(jì) Pass design of tension reducing machine 學(xué)院（系） 機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（冶機(jī)） 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 評(píng)閱教

2、師 完成日期 2021年11月15日 至 2021年12月5日 太原科技大學(xué) Taiyuan University of Science and Technology 太原科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院 軋 制 工 藝 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 專業(yè)班級(jí) 機(jī)自 181208 班 設(shè)計(jì)人 設(shè)計(jì)題目： 張力減徑機(jī)孔型設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)參數(shù)：荒管規(guī)格：Φ 120mm，20鋼；

3、 成品規(guī)格：34×5×10000mm、42×6×10000mm、48×5×10000mm、60*6×10000mm、76×8×10000mm； 入口速度：0.8m/s； 入口溫度：900-950℃。 設(shè)計(jì)要求：了解張力減徑機(jī)工作原理、減徑機(jī)用途、不同規(guī)格產(chǎn)品的工藝計(jì)算及其運(yùn)用范圍。要求根據(jù)給定的設(shè)計(jì)內(nèi)容，選定適當(dāng)?shù)膮?shù)，制定無縫鋼管軋制規(guī)程以及軋

4、制溫度、速度、軋制力矩等相關(guān)的計(jì)算，最后編寫設(shè)計(jì)說明書并打印。 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2021 年 11 月 15 日至 2021 年 12 月 5 日 設(shè)計(jì)人(簽字) 指導(dǎo)教師(簽字) 教研室主任（簽字） 張力減徑機(jī)孔型設(shè)計(jì) 摘要 張力減徑作為生產(chǎn)無縫鋼管的最后一道工序，對(duì)無縫鋼管的尺寸規(guī)格和質(zhì)量具有重要的影響。它使從軋機(jī)出來的荒管在張力作用下，實(shí)現(xiàn)減徑、定徑，減壁或者增壁，從而得到了多種規(guī)

5、格的成品鋼管。根據(jù)張力機(jī)組中鋼管減徑所需要的所有工藝參數(shù)，利用以往的經(jīng)驗(yàn)公式初步設(shè)計(jì)出各個(gè)孔型的幾何尺寸和孔型加工參數(shù)，給定鋼管成形所必須的初始條件。利用解析幾何的方法，從實(shí)際生產(chǎn)需要出發(fā)，結(jié)合近現(xiàn)代張力減徑變形機(jī)理研究成果，給出了鋼管定減徑過程相關(guān)工藝參數(shù)的計(jì)算方法。并應(yīng)用于實(shí)際鋼管張力減徑生產(chǎn)。 本課題設(shè)計(jì)了荒管Φ120mm進(jìn)行減徑的張力減徑機(jī)孔型參數(shù)。 關(guān)鍵詞：無縫鋼管；張力減徑；孔型設(shè)計(jì)；工藝參數(shù) I Abstract As the last procedure in the producti

6、on of seamless steel pipe, the micro-tension reducing has an important influence on the size, specification and quality of seamless steel pipe. Under the action of tension, the waste pipe from the mill can be reduced in diameter, sizing, wall reduction or wall increase, so as to obtain a variety of

7、specifications of finished steel pipe. According to all the technological parameters needed for reducing the diameter of steel tube in micro-tension unit, the geometric dimensions and machining parameters of each hole are preliminarily designed by using the previous empirical formulas, and the neces

8、sary initial conditions for steel tube forming are given. By means of analytical geometry, based on the actual production needs, and combined with the research results on the mechanism of micro-tension reducing deformation, the calculation method of related technological parameters in the process of

9、 constant reducing diameter of steel pipe is given. It is applied to the actual production of steel tube with small tension reducing diameter. In this paper, the process parameters of small expansion force reducing unit with diameter of φ 120mm are designed. Key words: Seamless steel tube; Tensi

10、on reduction; Design of grooves；The process parameters 目錄 摘要 I Abstract II 第 1 章 緒論 1 1.1 我國無縫鋼管的發(fā)展概述 1 1.2 無縫鋼管的生產(chǎn)工藝和發(fā)展趨勢(shì) 1 1.2.1 無縫鋼管的生產(chǎn)工藝 1 1.2.2 無縫鋼管的發(fā)展趨勢(shì) 2 1.3 定（減）徑機(jī)生產(chǎn)概述 2 1.3.1 定（減）徑機(jī) 2 1.3.2 定徑工藝 3 1.3.3 張力減徑工藝 3 1.3.4 微張力減徑工藝 3 第 2 章 確認(rèn)生產(chǎn)方案 5 2.1 產(chǎn)品大綱的確定

11、5 2.1.1編制原則 5 2.1.2確定產(chǎn)品大綱 5 2.2 生產(chǎn)工藝流程 5 第 3 章 孔型設(shè)計(jì) 7 3.1 減徑率分配原則 7 3.2 孔型設(shè)計(jì)的方法 7 3.3 本課題中孔型加工參數(shù)確定 11 3.3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 11 3.3.2 基本參數(shù)的確定 11 第 4 章 軋制力的相關(guān)計(jì)算 15 4.1 力能參數(shù)工程計(jì)算方法概述 15 4.2 各機(jī)架鋼管壁厚計(jì)算 15 4.3 軋制力參數(shù)的確定 16 4.4 本課題軋制力參數(shù)的相關(guān)計(jì)算 18 4.4.1 張力系數(shù)確定 18 4.4.2 各機(jī)架孔型壁厚的確定 19 4.4.3 相關(guān)參數(shù)計(jì)算 20 第 5 章

12、 結(jié)論 21 參考文獻(xiàn) 22 IV 板帶熱連軋壓下規(guī)程的設(shè)定 第 1 章 緒論 1.1 我國無縫鋼管的發(fā)展概述 我國無縫鋼管行業(yè)起步于1952年，在新中國成立后，我國經(jīng)濟(jì)邁上了工業(yè)化道路，對(duì)無縫鋼管需求大，但由于受到西方國家的經(jīng)濟(jì)封鎖，無縫鋼管的進(jìn)口受到影響，因此我國在前蘇聯(lián)的幫助下開展了無縫鋼管工程。 無縫管是一種具有中空截面、周邊沒有接縫的長條鋼材。無縫鋼管是一種經(jīng)濟(jì)斷面鋼材，在國民經(jīng)濟(jì)中具有很重要的地位，廣泛應(yīng)用于石油、化工、鍋爐、電站、船舶、機(jī)械制造、汽車、航空、航天、能源、地質(zhì)、建筑及軍工等各個(gè)部門。

13、 進(jìn)入20世紀(jì)以來，我國無縫管產(chǎn)量進(jìn)入高速增長階段。短短14年，我國無縫鋼管產(chǎn)量從2001年年產(chǎn)500萬噸，到2014年達(dá)到年產(chǎn)3000萬噸以上的水平。我國已是世界鋼管生產(chǎn)和消費(fèi)大國。無縫鋼管產(chǎn)量超過全球產(chǎn)量65%;出口量占我國無縫鋼管產(chǎn)量15%;占世界無縫鋼管總產(chǎn)量的10%。出口依存度比較高。在世界整體格局發(fā)生巨變之后，鋼管行業(yè)會(huì)遇到更多的困難和不確定因素，出口面臨更大壓力。創(chuàng)新能力有待進(jìn)一步提高。通過技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)工藝進(jìn)步，產(chǎn)品升級(jí)。只有擁有原創(chuàng)技術(shù)，才能立于行業(yè)的潮頭，引領(lǐng)行業(yè)的發(fā)展。 1.2 無縫鋼管的生產(chǎn)工藝和發(fā)展趨勢(shì) 近年來，各國的無縫鋼管生產(chǎn)有著飛速的發(fā)展，不僅是產(chǎn)量

14、的持續(xù)增加，其他如新設(shè)備、新技術(shù)以及新工藝的開發(fā)與應(yīng)用也有著日新月異的進(jìn)步。主要是將產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高，將各種消耗降低，以便將經(jīng)濟(jì)效益最大化，提升國內(nèi)（外）的市場的競爭。汽車工業(yè)、航空工業(yè)、鍋爐制造、石油工業(yè)、國防工業(yè)各部門以及城市公用事業(yè)等等都需要大量的鋼管，同時(shí)伴隨日益激烈的國際競爭，為了達(dá)到各種經(jīng)濟(jì)以及技術(shù)指標(biāo)，客戶針對(duì)無縫鋼管提出了越來越多的要求。 1.2.1 無縫鋼管的生產(chǎn)工藝 軋管機(jī)組的類型決定無縫鋼管生產(chǎn)工藝。熱軋無縫鋼管機(jī)組主要包括三輥軋管機(jī)組、連軋管機(jī)組、自動(dòng)軋管機(jī)組、周期軋管機(jī)組、頂管機(jī)組和擠壓管機(jī)組以及圓盤（狄塞爾）或精密軋管機(jī)組。 一般的無縫鋼管生產(chǎn)的流程，基本上包

15、括三個(gè)主變形部分： ①將實(shí)心鋼坯穿孔（軋制）成管狀毛坯的“毛管”； ②將“毛管”軋制成熱成品管要求壁厚的“荒管”； ③將“荒管”軋制成熱成品管要求外徑的“熱成品管”。 無縫鋼管大約是在 100 年前開始出現(xiàn)的。無縫鋼管應(yīng)用范圍極為廣泛，特別是用于國計(jì)民生當(dāng)中。各國生產(chǎn)無縫鋼管的工藝類似，無縫鋼管工藝流程如圖 1.1 所示。 圖 1.1熱軋無縫鋼管工藝流程圖 1.2.2 無縫鋼管的發(fā)展趨勢(shì) 我國無縫鋼管行業(yè)在轉(zhuǎn)型升級(jí)階段已經(jīng)取得了一定的成效，但離成為全球無縫鋼管生產(chǎn)強(qiáng)國仍有一定的距離，我國無縫鋼管企業(yè)仍需努力。在供給側(cè)的改革背景下，企業(yè)應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持摒棄以量取勝的發(fā)展道路，而更應(yīng)

16、關(guān)注產(chǎn)品的附加值，打造高質(zhì)量產(chǎn)品。前瞻認(rèn)為，在未來的發(fā)展趨勢(shì)上，我國無縫鋼管行業(yè)將往產(chǎn)品高端化、市場集中化、生產(chǎn)綠色化和智能制造化等方向發(fā)展。 ①產(chǎn)品高端化。在激烈的競爭環(huán)境下，無縫鋼管企業(yè)將會(huì)更加關(guān)注產(chǎn)品質(zhì)量，專注研發(fā)與技術(shù)，生產(chǎn)附加值更高的產(chǎn)品。 ②市場集中化。在行業(yè)供給側(cè)改革的背景下，行業(yè)兼并重組也得到了國家的支持，企業(yè)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合趨勢(shì)明顯，行業(yè)市場集中度將會(huì)進(jìn)一步提升。 ③生產(chǎn)綠色化。國家發(fā)布政策淘汰行業(yè)高耗能生產(chǎn)工藝設(shè)備，企業(yè)環(huán)保稅越來越高。低碳環(huán)保、綠色生產(chǎn)將為大勢(shì)所趨。 ④智能制造化。在“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下，無縫鋼管企業(yè)將往基礎(chǔ)自動(dòng)化、生產(chǎn)過程可控化、制造執(zhí)行化、企業(yè)管理化等智

17、能制造方向發(fā)展。 1.3 定（減）徑機(jī)生產(chǎn)概述 1.3.1 定（減）徑機(jī) 鋼管定減徑機(jī)是由若干對(duì)帶有孔槽的軋輥組成的，軋輥排列時(shí)要使得每組軋輥所形成的孔型中心線都在一條直線上，荒管連續(xù)地經(jīng)過軋輥，而孔型直徑逐漸減小，因此荒管通過軋輥后由荒管的原始直徑減為最終所需尺寸。相鄰機(jī)架間軋輥布置互成一定角度，這樣，軋輥邊緣間形成的間隙沿荒管的縱向并不都在一條直線上，對(duì)于二輥定徑機(jī)或張力減徑機(jī)，相鄰兩機(jī)架的軋輥中心線互成 90°，有時(shí)也采用較小的角度。對(duì)于三輥定減徑機(jī)，相鄰機(jī)架的軋輥中心線互成 60°。企業(yè)中也常用四輥定減徑機(jī)。在四輥式定減徑機(jī)架中，每一個(gè)軋輥同將近四分之一的管子圓周相接觸。 1.

18、3.2 定徑工藝 由圖 1.1 可以看出，定減徑是熱軋生產(chǎn)無縫鋼管的最后一道工序。定（減）徑工藝可分為定徑、張力減徑和無張力減徑三大類。只減小荒管直徑而不能同時(shí)減小荒管壁厚的過程一般稱為定徑。定徑的主要目的是消除前道工序造成的外徑不一，得到外徑精度和真圓度都比較高的成品管。定徑機(jī)的工作機(jī)架較少，一般為 3～12 架，三輥定徑機(jī)組單機(jī)架的減徑量在 3%～5%之間（在二輥定減徑機(jī)組上，單機(jī)架的減徑率在 2%～3%）。二輥式定徑機(jī)和三輥式定徑機(jī)的主要區(qū)別：二輥式定徑機(jī)精度沒有三輥式高；二輥式定徑機(jī)的孔型參數(shù)可調(diào)，三輥式的孔型參數(shù)不可調(diào)；二輥式定徑機(jī)設(shè)備投資少，而三輥式的則不然。 1.3.3 張力

19、減徑工藝 張力減徑機(jī)在軋制過程中既可以減少管子的外徑也可以減少管子的壁厚。張力減徑中的張力是指軋輥施加給軋件的縱向拉力。鋼管在張力減徑過程中，通過切向變形和徑向變形來達(dá)到軸向變形的目的。張力減徑機(jī)的機(jī)架數(shù)比較多，一般超過 16；由于軋制過程存在張力，使得單機(jī)架減徑率也較大，在 12%～14%之間，機(jī)組總減徑量可在75%～80%之間，總減壁量可以超過 40%。張力減徑機(jī)可以用一種規(guī)格的荒管獲得多種不同規(guī)格的成品管，因而擴(kuò)大了機(jī)組的生產(chǎn)范圍，有效地提高了機(jī)組的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。張力減徑機(jī)主要用來生產(chǎn)中小直徑薄壁管、中厚壁管。 1.3.4 微張力減徑工藝 微張力減徑是處于張力減徑和無張力減徑

20、之間的一種情況。張力系數(shù)一般小于 0.5。微張力減徑的機(jī)架數(shù)通常都比較少，一般不超過 14，單機(jī)架減徑率小于 3.5%，總減徑率不超過 35%。張力減徑和微張力減徑的原理基本一樣。張力減徑和微張力減徑的區(qū)別在于：張力減徑時(shí)的張力系數(shù)一般都大于 0.5，而微張力減徑時(shí)的張力系數(shù)一般都小于 0.3；張力減徑時(shí)的機(jī)架數(shù)更多、減徑量更大和產(chǎn)品規(guī)格范圍更廣；而微張力減徑時(shí)機(jī)架數(shù)較少、減徑量較小和產(chǎn)品規(guī)格較少。 第 2 章 確認(rèn)生產(chǎn)方案 2.1 產(chǎn)品大綱的確定 2.1.1編

21、制原則 國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)產(chǎn)品的要求。根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)各部門對(duì)產(chǎn)品數(shù)量、質(zhì)量和品種等方案的需要情況，既考慮當(dāng)前的急需，又要考慮將來發(fā)展的需要。產(chǎn)品的平衡?？紤]全國各地生產(chǎn)的布局和配套加以平衡?？紤]軋機(jī)生產(chǎn)能力的充分利用和建廠地區(qū)產(chǎn)品的合理分工。考慮建廠地區(qū)及資源用鋼的供應(yīng)條件、物資和材料等運(yùn)輸情況，逐步完善我國自己獨(dú)立的軋鋼生產(chǎn)體系。解決產(chǎn)品品種和規(guī)格老化的問題，要適應(yīng)當(dāng)前對(duì)外開放，對(duì)內(nèi)搞活的―新經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的需要。需根據(jù)車間工業(yè)設(shè)備的情況，力爭做到產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)代化。 2.1.2確定產(chǎn)品大綱 表2.1產(chǎn)品設(shè)計(jì)大綱 產(chǎn)品規(guī)格 外徑（mm） 厚度（mm） 長度（mm） 1 60 6

22、 10000 2 76 8 10000 3 89 7 10000 4 102 9 10000 5 114 8 10000 2.2 生產(chǎn)工藝流程 圓管坯→加熱→穿孔→三輥斜軋、連軋或擠壓→脫管→定徑（或減徑）→冷卻→矯直→水壓試驗(yàn)（或探傷）→標(biāo)記→入庫 以最大減徑率計(jì)算外徑120mm荒管生產(chǎn)出成品管所需的最大機(jī)架數(shù)目，保證定（減）徑機(jī)能生產(chǎn)所有規(guī)格產(chǎn)品。當(dāng)減徑率較小時(shí)，多出機(jī)架數(shù)目設(shè)置為定徑機(jī)機(jī)架及精整機(jī)架，生產(chǎn)出符合要求的成品管。

23、 第 3 章 孔型設(shè)計(jì) 3.1 減徑率分配原則 微張力減徑機(jī)組種的各機(jī)架減徑率如何分配，主要是從管子的質(zhì)量考慮。首先保證管子在孔型中軋制的穩(wěn)定，易于咬入，不發(fā)生震動(dòng)。其次，管子在孔型中即不可過充滿，出現(xiàn)耳子，表面刮傷，也不能欠充滿，使外圓不圓，壁厚不均。若使用較大的減徑率雖然可以減少機(jī)架數(shù)目，但很容易在管子內(nèi)部出現(xiàn)內(nèi)多邊形缺陷。取較小的減徑率雖然可以保證管子表面質(zhì)量，壁厚均勻，軋制工具壽命延長，但受總機(jī)架數(shù)目的限制。此外，減徑率的分配還受張力減徑機(jī)傳動(dòng)方式，咬入條件和軋機(jī)彈跳值對(duì)單機(jī)架減徑率的限制等諸多因素有關(guān)。 根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，從軋管機(jī)出來的荒管帶有一個(gè)直徑比較大的端部，為了保證減徑機(jī)第

24、一架順利咬入，第一架選取計(jì)算使用的壓下量比較小。工廠生產(chǎn)中常把第一架的壓下量稱為虛壓下，甚至第一架的平均孔型直徑比荒管直徑大的情況也有出現(xiàn)。成品機(jī)架前的機(jī)架壓下量取平均壓下量的 1/2，而一般最后一架（或 2 架）為成品機(jī)架，壓下量很小或幾乎沒有。 設(shè)各機(jī)架的直徑相對(duì)壓下量為η1、η2、……ηn-1、ηn（n 為工作機(jī)架數(shù)目），在生產(chǎn)過程中隨著軋制機(jī)架數(shù)目的增加、變形程度的增加、軋制速度的加快和軋制溫度的下降，都會(huì)使變形抗力和摩擦系數(shù)增大，從而使軋制力能消耗增大和工具磨損加劇。因此從均衡各機(jī)架能耗與磨損角度看，減徑率遞減分配方法更為合理（圖 3.1）。 圖3.1張力減徑率分配曲線

25、 3.2 孔型設(shè)計(jì)的方法 （1）首先計(jì)算機(jī)架數(shù)量 求機(jī)架數(shù)量的公式為： n=lg(de/d0)lg(1-η平)+q （3-1） 式中 q —機(jī)架折合數(shù)（取 1-2）； de —成品管直徑，mm； d0 —荒管直徑，mm； η平—平均減徑率（取 2.5%—3%）。 （2）確定各機(jī)架減徑率ηi 根據(jù)選定的平均減徑率和機(jī)架數(shù)目，按照?qǐng)D 3.1 所示的減徑量分配原則，選擇出各個(gè)機(jī)架的減徑率。 （3）根據(jù)公式 di＝di－1（1－ηi）求得各機(jī)架的平均孔型直徑 di。 （4）根據(jù)各機(jī)架的η值由ξ = ?(η)曲線（圖

26、3.2）求出橢圓度影響系數(shù)ξ。 圖3.2 ξ和ρ的關(guān)系 （5） 由η、ξ確定孔型橢圓度 ρi 。 ρi=1ξi（1-ηi） （3-2） （6） 由ρi求出 ai、 bi 。 ai=di1+1ρi （3-3） bi=di1+ρi （3-4） 圖 3.3 孔型尺寸示意 其中ai、 bi 為孔型的長半軸和短半軸。 （7） 軋輥直徑

27、的確定（圖3.4） a. 軋輥的理想直徑： Did≧?h1-cosα （3-5） 式中 ?h—壓下量，mm； α—咬入角，型鋼時(shí)區(qū)15°。 b. 在張力減徑軋制的橢圓孔型輥面上，由于軋輥直徑的不斷變化，軋輥上每點(diǎn)的圓周速度是不一樣的，鋼管則是以同一出口速度離開軋輥： v=π?n60Dk （3-6） 式中 Dk—軋制直徑； n—軋輥轉(zhuǎn)速。 圖3.4 軋制直徑簡圖 c. 當(dāng)在張即減徑過程中不考慮相鄰的機(jī)架間的張力時(shí)，孔型直徑di 、軋輥理想直徑Did以及軋制

28、直徑Dk三者之間的關(guān)系的關(guān)系可用下式表示： Dk=Did-dicosθ （3-7） 式中： θ—中心角。 d. 由（3-6）可確定軋輥轉(zhuǎn)速（單位：rad/min） ni=1000×6×viπDk （3-8） （8） 軋輥孔型加工刀具直徑及刀具距離（圖3.5） 令 X=bi-bi2Dwi-ai2+ai2Dwi 則 WDi=X+0.75ai22 （3-9） WAi=(RWi-bi)2-(RWi-RDi)2 （3-10） 式中 DWi —軋輥理想直徑，mm； WDi—

29、孔型加工刀具直徑，mm； WAi—孔型加工刀具距離，mm； RWi—軋 輥 理 想 半 徑 ，RWi =DWi /2，mm RDi—加 工 刀 具 半 徑 ， RDi =WDi /2，mm。 圖3.5 孔型加工示意圖 （9） 張力減徑機(jī)機(jī)架間的塑性變形 軋制過程體積不變。實(shí)際上，物體在塑性變形過程中體積會(huì)有微小的變化，這是由于通過塑性變 形會(huì)使物體密度增加或減?。ㄤ撳V經(jīng)過軋制，組織變得致密使密度增加，熱軋過的金屬再進(jìn)行冷卻，由于晶體間及晶體內(nèi)的破壞增加了疏松程度，因而密度略有減?。４送?，在彈性變形時(shí)，體積也略有減小。總之，上述體積的變化是微小的，在實(shí)際計(jì)算時(shí)是可以

30、認(rèn)為不變的,用數(shù)學(xué)公式可以表示為 V1=V2。 （10） 鋼管在孔型中的減徑量Δd ?d=di-12-2bi (3-11) 3.3 本課題中孔型加工參數(shù)確定 3.3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是工藝設(shè)計(jì)前所給定的參數(shù)數(shù)據(jù)，它們包括荒管規(guī)格、成品管規(guī)格、入口速度、機(jī)架間距、軋輥理想直徑、熱膨脹系數(shù)等。本課題軋制實(shí)驗(yàn)中所給出的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如下： 荒管規(guī)格： Φ120mm ； 成品管規(guī)格： Φ60×6×10000mm ；Φ76×8×10000mm ；Φ89×9×10000mm ；Φ102×10×10000mm ；Φ

31、114×12×10000mm 入口速度： 0.8m/s 入口溫度： 900℃ 材料： 20鋼 3.3.2 基本參數(shù)的確定 基本參數(shù)是工藝設(shè)計(jì)計(jì)算中首先需確定的參數(shù)，其中包括各機(jī)架減徑率、橢圓度和張力系數(shù)三組數(shù)據(jù)，以成品管Φ60×6×10000mm為例。 a. 根據(jù)公式（3-1）確定機(jī)架數(shù)目 n=lg(60/120)lg(1-3%)+2≈25 b. 由圖3.1確定各機(jī)架減徑率 根據(jù)機(jī)架數(shù)，與選定的平均減徑率，給出各機(jī)架減徑率，減徑率如表3.1 表3.1 各機(jī)架減徑率 η1

32、 η2 η3 η4 η5 η6 η7 η8 η9 η10 1.70% 1.80% 2.00% 2.70% 3.20% 3.45% 3.41% 3.38% 3.37% 3.34% η11 η12 η13 η14 η15 η16 η17 η18 η19 η20 3.27% 3.26% 3.25% 3.18% 3.17% 3.14% 3.09% 3.07% 2.98% 2.96% η21 η22 η23 η24 η25

33、 2.90% 2.69% 1.90% 0.71% 0.35% c. 各孔型橢圓度系數(shù) ρi 首先由圖 3.2確定橢圓度影響系數(shù)ξ，設(shè)計(jì)中可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)其數(shù)值做適當(dāng) 調(diào)整，然后根據(jù)式（3-2）計(jì)算各孔型橢圓度系數(shù)，計(jì)算結(jié)果見表 3.2 表3.2 各孔型橢圓度系數(shù)ρi ξi ρi 第一架 0.9819 1.037 第二架 0.9772 1.044 第三架 0.9792 1.050 第四架 0.9863 1.047 第五架 0.9914 1.042 第六架 0.9924 1.044 第七架 0.9931

34、 1.042 第八架 0.9935 1.042 第九架 0.9840 1.052 第十架 0.9844 1.051 第十一架 0.9822 1.053 第十二架 0.9834 1.051 第十三架 0.9845 1.050 第十四架 0.9835 1.050 第十五架 0.9836 1.050 第十六架 0.9878 1.045 第十七架 0.9854 1.047 第十八架 0.9856 1.047 第十九架 0.9880 1.043 第二十架 0.9930 1.038 第二十一架

35、0.9912 1.039 第二十二架 0.9940 1.034 第二十三架 0.9993 1.020 第二十四架 0.9990 1.008 第二十五架 1.0000 1.004 d. 孔型幾何加工參數(shù)計(jì)算 由式（3-3）、（3-4）、（3-5）、（3-7）、（3-9）、（3-10）、（3-11）確定孔型幾何加工參數(shù)，計(jì)算結(jié)果見表3.3 表 3.3 孔型幾何加工參數(shù) 機(jī)架序號(hào) 孔型平均直徑 單架減徑率 孔型長半軸 孔型短半軸 橢圓度 軋輥理論直徑 軋輥工作直徑 刀具直徑 刀具距離 121.296 % a b α

36、DW Dk WD WA 1 119.234 1.70 60.703 58.531 1.037 360 256.743 124.529 29.884 2 117.088 1.80 59.810 57.278 1.044 360 258.602 123.349 32.555 3 114.746 2.00 58.761 55.985 1.050 360 260.630 121.694 34.384 4 111.648 2.70 57.117 54.531 1.047 360 263.313 118

37、.156 33.471 5 108.075 3.20% 55.150 52.926 1.042 360 266.407 113.691 31.318 6 104.347 3.45% 53.288 51.059 1.044 360 269.636 110.043 31.721 7 100.788 3.41% 51.443 49.346 1.042 360 272.717 106.188 31.071 8 97.382 3.38% 49.687 47.695 1.042 360 275.667

38、102.549 30.567 9 94.100 3.37% 48.236 45.864 1.052 360 278.509 100.386 33.801 10 90.957 3.34% 46.608 44.349 1.051 360 281.231 96.990 33.281 11 87.983 3.27% 45.117 42.865 1.053 360 283.807 94.055 33.530 12 85.114 3.26% 43.618 41.496 1.051 360 286.291

39、 90.868 32.793 13 82.348 3.25% 42.176 40.173 1.050 360 288.686 87.808 32.087 14 79.730 3.18% 40.840 38.889 1.050 360 290.954 85.085 31.901 15 77.202 3.17% 39.542 37.660 1.050 360 293.143 82.398 31.540 16 74.778 3.14% 38.215 36.563 1.045 360 295.242

40、 79.335 29.680 17 72.467 3.09% 37.069 35.399 1.047 360 297.243 77.115 30.059 18 70.243 3.07% 35.923 34.319 1.047 360 299.170 74.729 29.632 19 68.149 2.98% 34.796 33.354 1.043 360 300.983 72.182 28.202 20 66.132 2.96% 33.679 32.453 1.038 360 302.730

41、 69.548 26.068 21 64.214 2.90% 32.721 31.493 1.039 360 304.390 67.661 26.245 22 62.487 2.69% 31.763 30.724 1.034 360 305.886 65.393 24.190 23 61.300 1.90% 30.955 30.345 1.020 360 306.914 62.972 18.442 24 60.864 0.71% 30.556 30.309 1.008 360 307.291

42、 61.531 11.688 25 60.651 0.35% 30.379 30.273 1.004 360 307.476 60.936 7.649 e. 軋輥軋制出口速度vi 由式（3-6）及μi=（di-1-si-1）si-1（di-si）si ,當(dāng) i＝1 時(shí)， v1=v0×μ1其中 v0為荒管進(jìn)入第 1 機(jī)架軋輥的入口速度，μ1為第一架延伸系數(shù)。 計(jì)算結(jié)果如下表3.4 表3.4 延伸率與出口速度結(jié)果 機(jī)架號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 μi 1.013 1.015 1.017 1.024 1.02

43、9 1.031 1.031 1.031 1.031 vi 0.810 0.822 0.836 0.856 0.881 0.908 0.936 0.965 0.994 機(jī)架號(hào) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 μi 1.031 1.030 1.030 1.030 1.030 1.030 1.030 1.030 1.030 vi 1.025 1.056 1.088 1.121 1.154 1.189

44、 1.224 1.260 1.298 機(jī)架號(hào) 19 20 21 22 23 24 25 μi 1.029 1.029 1.028 1.027 1.017 1.006 1.002 vi 1.335 1.374 1.413 1.450 1.475 1.484 1.487 第 4 章 軋制力的相關(guān)計(jì)算 4.1 力能參數(shù)工程計(jì)算方法概述 張力減徑過程中鋼管通過軋輥時(shí)，一定的軋輥轉(zhuǎn)速n將對(duì)應(yīng)著一定秒流量體積

45、FV(其中F為軋件出口截面積，V為軋件出口的速度)。相鄰的兩個(gè)機(jī)架連軋時(shí)，設(shè)定兩個(gè)機(jī)架的轉(zhuǎn)速分別為n1和n2,當(dāng)n1減少或者n2增加時(shí)，按自然軋制條件關(guān)系式有F1V1

46、 se—成品管壁厚，mm。 張力系數(shù)在中間機(jī)架一般按照相等的原則進(jìn)行分配，張力系數(shù)分配曲線見（圖4.1） 圖4.1 張力系數(shù)分配曲線 4.2 各機(jī)架鋼管壁厚計(jì)算 各孔型的平均孔型直徑 di 已知，當(dāng)已知 si-1 和選定 Zi 后?？衫玫ㄇ蟪鼋?jīng)過各個(gè)機(jī)架管子的壁厚值 si。公式如下： ri=12(sidi+si-1di-1) （4-2） βi=2Zi(ri-1)+(1-2ri)Zi(1-ri)-(2-ri) （4-3） Si=Si-1(di-sidi-1-si-1)

47、 （4-4） 其中 Zi—第 i 架平均張力系數(shù)； ri—第 i 架變形區(qū)壁厚系數(shù)； βi—第 i 架管子的壁厚和中徑的對(duì)數(shù)變形比； di —第 i 架管子軋后外徑，mm； di-1—第 i 架管子軋前外徑，mm； si—第 i 架管子軋后壁厚，mm； si-1—第 i 架管子軋前壁厚，mm； 先以 si-1 代替式（4-2）中 si 求出 ri，再以此 ri 代入式（4-3）中求出βi，再以此βi 和 si-1 代替（4-4）中括號(hào)內(nèi)的 si 用式（4-4）計(jì)算得到另一個(gè) si 值。再以此 si 作為已知代入（4-2）-（4-4）帶到新的 si

48、 值。如此不斷迭代，直到前后兩次所得的 si 值無明顯變化（兩者差小于 0.01mm）時(shí)，把最后得到的 si 值作為所求即可。然后通過這種迭代的辦法求出通過所有機(jī)架軋輥鋼管的壁厚值。如果求出的壁厚偏差超過公差，則要從新選擇荒管壁厚或張力系數(shù)。 4.3 軋制力參數(shù)的確定 （1）軋制力的計(jì)算 Pi=2.1×si×Kf(1-Zm)Rd(di-1-di) （4-5） Kf=1.15σs σs=e0.126-1.750C+0.594C2+（2851+2968C-1120C2）Tk×u0.13×r0.21 u=2πni60εRidiln11-ε r=ln11-ε

49、 ε=di-1-didi 式中 Kf—金屬塑性變形抗力，MPa； C—碳含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），20％； Tk—絕對(duì)溫度，1173.15K； u—變形速度； r —變形程度，％； ε—相對(duì)減徑量。 （2） 接觸弧長度和接觸面積的計(jì)算（圖4.2） 對(duì)于三輥微張減機(jī)接觸弧長而言，計(jì)算接觸弧長的公式為： Li=(0.9~0.95)(ai-1-bi)[Dmin-(ai-1-bi)] （4-5） 式中 Dmin—軋輥孔型底部最小直徑（mm），Dmin≈Dk-di； Dk—軋輥理論直徑（mm），Dk=360mm； ai-1—第i-1架孔型長半

50、軸（mm）； bi—第i 架孔型短半軸（mm）。 圖4.2 接觸弧長度 （3） 接觸面積公式為： Fi=3aiLi （4-6） （4） 軋制力矩計(jì)算： M=RdKf[π?disi(1-Zm)+(Fi-1Zi-1-FiZi)] （4-7） 式中—第 i 架鋼管橫斷面面積 Fi=π(di-si)si ?d=di-1-di （5） 軋制功率 N=nM/9450 （4-8） （6） 切頭長度 Lc=2Cdu （4-9） η=s0(d0-s0)se(

51、de-se) 式中 Cd —機(jī)架間距，mm； η —總延伸率。 4.4 本課題軋制力參數(shù)的相關(guān)計(jì)算 4.4.1 張力系數(shù)確定 確定張力系數(shù)要先由式（4-1）確定最大張力系數(shù)。本次軋制實(shí)驗(yàn)所確定的最大張力系數(shù)算法如下，其中可確定的條件： 荒管規(guī)格：d0=120mm ；s0=5.5mm 成品管規(guī)格：de=60mm ；se=6mm 最大張力系數(shù)Zm為： c=0.5(s0d0+sede)=0.5(5.5120+660)=0.0729 A=ln(s0/se)ln[(d0-s0)/(de-se)]=ln(5.5/6)ln[(120-5.5)/(60-6)]=-0.11

52、58 Zm=1-2C-AC+2A2+2C-AC+A=0.3096 如圖4.1的張力分配原則所示方式，各張力系數(shù)選擇如表 4.1 表4.1 各張力系數(shù)選取 Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8 Z9 Z10 0.180 0.260 0.300 0.310 0.310 0.310 0.310 0.310 0.310 0.310 Z11 Z12 Z13 Z14 Z15 Z16 Z17 Z18 Z19 Z20 0.310 0.310 0.310

53、 0.310 0.310 0.310 0.310 0.310 0.310 0.310 Z21 Z22 Z23 Z24 Z25 0.310 0.310 0.220 0.180 0.000 4.4.2 各機(jī)架孔型壁厚的確定 各孔型壁厚的確定由式（4-2）至（4-4）迭代獲得。 表 4.2 各機(jī)架孔型中壁厚迭代結(jié)果 s1 s2 s3 s4 s5 s6 s7 s8 s9 s10 5.591 5.617 5.6

54、41 5.671 5.708 5.747 5.786 5.825 5.863 5.901 s11 s12 s13 s14 s15 s16 s17 s18 s19 s20 5.938 5.975 6.012 6.048 6.083 6.118 6.152 6.186 6.219 6.251 s21 s22 s23 s24 s25 6.282 6.311 6.342 6.356 6.367

55、 4.4.3 相關(guān)參數(shù)計(jì)算 根據(jù)式（3-6）、（3-8）、（4-5）如軋輥轉(zhuǎn)速，軋制力，軋制功率等。結(jié)果見表4.3 表4.3 參數(shù)計(jì)算結(jié)果 機(jī)架號(hào) 出口速度 軋制力 軋制力矩 軋輥轉(zhuǎn)速 軋制功率 1 0.810 147.374 -2.6784 60.260 -17.079 2 0.822 153.681 -2.1712 60.710 -13.949 3 0.836 166.410 -0.7071 61.282 -4.585 4 0.856 210.029 0.6743 62

56、.107 4.432 5 0.881 238.738 1.2716 63.140 8.496 6 0.908 251.336 1.3710 64.320 9.331 7 0.936 246.717 1.3146 65.553 9.119 8 0.965 242.783 1.2658 66.842 8.953 9 0.994 240.075 1.2287 68.195 8.867 10 1.025 236.294 1.1835 69.606 8.717 11 1.056 230.361 1.1220 71.055

57、 8.436 12 1.088 227.909 1.0902 72.568 8.372 13 1.121 225.502 1.0596 74.149 8.314 14 1.154 219.848 1.0047 75.767 8.055 15 1.189 217.599 0.9771 77.452 8.008 16 1.224 214.307 0.9425 79.196 7.899 17 1.260 210.002 0.9015 80.987 7.726 18 1.298 207.400 0.8737 82.84

58、3 7.659 19 1.335 201.104 0.8213 84.721 7.363 20 1.374 198.669 0.7966 86.663 7.305 21 1.413 194.155 0.7588 88.643 7.118 22 1.450 181.740 0.6728 90.551 6.447 23 1.475 137.297 2.2294 91.778 6.652 24 1.484 63.350 0.7127 92.220 6.955 25 1.487 36.504 0.2987 92.393

59、 2.920 第 5 章 結(jié)論 以中厚壁鋼管張力減徑的金屬變形理論為基礎(chǔ)，根據(jù)張力減徑的理論進(jìn)行減徑工藝公式的推導(dǎo)。然后根據(jù)相關(guān)公式，推導(dǎo)出每一機(jī)架孔型的相關(guān)尺寸，其中還包括減徑孔型的加工問題。根據(jù)上面推導(dǎo)并計(jì)算的結(jié)果，進(jìn)行軋輥軋制直徑的計(jì)算以及進(jìn)行軋輥轉(zhuǎn)速的計(jì)算，根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算鋼管的壁厚等。 本設(shè)計(jì)方法中，同一變形系列的孔型所軋制鋼管的壁厚范圍較窄，這有利于軋機(jī)的穩(wěn)定工作，同時(shí)也有效地改善了成品管質(zhì)量。 在具體設(shè)計(jì)過程中設(shè)定的張力機(jī)組和成品機(jī)組各機(jī)架的延伸率以及工作機(jī)組的平均延伸率可視軋制材料、軋機(jī)負(fù)荷、鋼管變形溫度等實(shí)際情況做相應(yīng)的調(diào)整。

60、 參考文獻(xiàn) [1] 王延溥.齊克敏.金屬塑性加工學(xué)—軋制理論與工藝[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2018. [2] 帥美榮.劉光明.塑性力學(xué)與軋制原理[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2019. [3] 馬立峰.趙春江.楊霞.軋鋼機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2021. [4] 鄒家祥.軋鋼機(jī)械[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2021. [5] 汪建業(yè).重型機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)[M].昆明：云南科技出版社，2007. [6] 周研.鋼管微張力減徑工藝參數(shù)研究及軟件開發(fā)[D].太原：太原科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，2008. [7] 劉鵬.鋼管張力減徑工藝研究及應(yīng)用軟件開發(fā)[D].太原：太原科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，2011. [8] 王琦.無縫鋼管微張力減徑工藝參數(shù)的研究[D].太原：太原科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，2016. [9] 馬輝.微張力減徑機(jī)孔型設(shè)計(jì)和軋制表計(jì)算方法[N].鞍鋼技術(shù)，2004年第6期 22