矫直压下量的影响因素分析

矫直压下量的影响因素分析

1矫直压下量的设置及效果热交换液和织物液受到影响，弯曲变形不可避免，严重影响了产品质量。采用结果表明，曲线变形范围为。但由于无缝钢管的尺寸、硬度、变形程度、回弹、时间效应、制造公差和材质不均匀等多种因素都会影响矫直效果,致使多数企业均按经验制订矫直规程。因此,合理的设置矫直压下量对有效控制无缝钢管的弯曲变形,提高产品质量会有不同的影响。目前,已有部分技术人员从理论上进行了基础研究,对进一步认识矫直压下量的作用以及如何设定矫直压下量提供了基础理论。为进一步了解矫直过程的变化规律,本文采用弹塑性变形理论研究矫直参数对矫直质量的影响规律,通过分析掌握矫直压下量与直线度之间的相互关系,为合理制定矫直压下量提供理论依据。23.雕塑的基本理论2.1塑性弯曲理论基础上的假设矫直无缝钢管时,矫直辊压下量的确定是建立在梁的弹塑性弯曲理论基础上,由此需作下列假设:(1)无缝钢管的弯曲为纯弯曲;(2)无缝钢管纵向截面内各纵向纤维的变形符合虎克定律;(3)材料为理想弹塑性材料。2.2收获机弹塑性变形理论2.2.1弯曲变形速率矫直过程中的无缝钢管相当于中间受集中力的简支梁,由材料力学可得其弯曲变形曲率满足关系:y″=Μ(x)E⋅J(1)y′′=M(x)E⋅J(1)式中:y″为x处的挠度;M(x)为x处的弯曲力矩;E为弹性模量;J为材料横断面的惯性矩。2.2.2钢管弹性极限变形速率计算在矫直无缝钢管时,轧件的弹性极限状态就是塑性变形的起点,为了分析不同的压下量对矫直质量的影响,需要确定塑性变形初始的变形曲率。由于塑性变形开始时的无缝钢管仍处于弹性状态,根据弹性变形时功能相等的原理可以求解标准无缝钢管矫直时的弹性极限变形曲率:Ce=2σsE⋅J⋅d(2)Ce=2σsE⋅J⋅d(2)式中:Ce为弹性极限变形曲率;d为无缝钢管外径;σs为无缝钢管屈服极限。弹性极限变形挠度ye为:ye=σs⋅l26E⋅d(3)ye=σs⋅l26E⋅d(3)式中:l为矫直辊的支承距离。2.2.3矫直机中钢管相关曲线的分析无缝钢管矫直压下量是通过调整矫直机中间的一对矫直辊与进料矫直辊对和出料矫直辊对的相对位置得到的,与矫直的无缝钢管相关的是反弯曲率。根据无缝钢管在矫直机中的弯曲状态,矫直辊的压下量与无缝钢管中性层处的瞬间弯曲变化量相同。因此,可确定矫直压下量与矫直曲率间的关系:Cw=12yΔ/l2(4)式中:Cw为矫直曲率;yΔ为矫直辊的压下量。其相对压下系数为:ηc=yc/ye(5)式中:yc为实际的矫直压下量(mm)。2.2.4钢管压制备在矫直无缝钢管的同时,需要控制一对轧辊之间的距离,设置适当的矫正压扁量,提高无缝钢管的圆度。无缝钢管矫正过程中被压扁后近似呈椭圆形,其压扁量和弯曲曲率变化关系如下式所示:CΔ=12δΔ/l2(6)式中:δΔ为矫直辊的压扁量;CΔ为弯曲曲率。2.2.5各代数和计算方向矫直无缝钢管时,其变形残余曲率为无缝钢管的原始曲率与各变形曲率变化量的代数和,计算时需要区别两者正反方向。ΔC=C0±(Cw+CΔ-Ce)(7)式中:ΔC为无缝钢管的残余曲率;C0为无缝钢管的原始曲率。由式(7)可得矫直后无缝钢管的残余直线度误差:ΔC=l2⋅ΔC/12(8)2.3矫直压下量的确定在实际矫直无缝钢管过程中,德马克等德国企业制造的矫直机所提供的压下量规程是按挠度值计算的,具体的矫直压下量计算公式如下:Κ=0.36σs⋅l2E⋅d(9)式中:σs为无缝钢管的屈服极限;l为矫直辊的支承距离;E为弹性模量;d为无缝钢管的外径。从式(9)可知,材料屈服强度越高,弹性模量越小,那么矫直时需要的挠度越大。而且矫直无缝钢管的直径较小时,比矫直同样材质的大直径无缝钢管要弯曲的厉害。但在实际矫直生产中发现按式(9)计算得到的矫直压下量过大,即使适当减小中间轧辊的压下量,也能达到好的矫直效果。因此,为减小矫直机的压下量,改善矫直机的工作状态,在弹塑性理论分析基础上,通过改变无缝钢管直径和初始不直度等参数,计算不同矫直压下量的曲率变化,求出最佳矫直压下量。具体过程见图1。3不同规格钢管的矫直压下量无缝钢管的原始曲率既有随机性也有规律性。所谓随机性是指每根钢管的弯曲部位和弯曲程度都互不相同;所谓规律性是弯曲程度最大不超过某种限度,而且变化是连续的。横断面的惯性矩大的无缝钢管,其曲率变化的梯度小;长度小的无缝钢管,其曲率变化的梯度也小,反之,其曲率变化的梯度大。矫直的工艺规范应该同这种随机性及规律性相适应,使各方向的弯曲都得到反弯矫直。斜轧无缝钢管矫直机的基本参数:矫直辊长度L=660mm、矫直辊直径D=480mm、矫直范围Φ=114～273mm、矫直温度500℃、矫直速度10～72m·min-1。研究了3种不同规格无缝钢管的矫直过程,无缝钢管的材料为29CrMo44V,其力学性能指标为σs=36.92MPa,E=21920MPa。钢管的尺寸规格分别为:直径d=219.08mm,壁厚t=10.16mm,单位长度弯曲量Δ=4.5mm·m-1;直径d=244.48mm,壁厚t=11.99mm,单位长度弯曲量Δ=6.0mm·m-1;直径d=273.05mm,壁厚t=12.57mm,单位长度弯曲量Δ=7.5mm·m-1。在直径相同而单位长度弯曲量不同的条件下,无缝钢管矫直压下量与直线度间的关系见图2。由图2可见,在单位长度弯曲量不同的情况下,矫直相对压下量和直线度之间为线性关系,最佳矫直相对压下量与直径误差的大小无关,只与材料弹性模量、屈服极限和尺寸等因素有关。在通常的直径误差范围内,对应的矫直相对压下量设在0.73左右。在无缝钢管的直径不同而单位长度弯曲量都为Δ=6.0mm·m-1情况下,无缝钢管的矫直相对压下量与直线度间的关系见图3。由图可见,3种不同规格无缝钢管的矫直相对压下量与直线度的关系曲线都存在最小极值点,最佳矫直相对压下量随无缝钢管的直径增加而减小,对应的相对压下量在0.64～0.77之间,说明对不同规格和材质的无缝钢管矫直量设定在0.64～0.77倍弹性极限变形时效果最理想。由此可见,最佳矫直压下量与弹性极限变形相关,即无缝钢管的最佳矫直压下量与被矫钢管的直径、屈服强度和壁厚等密切相关。4钢管偏心度测试在无缝钢管制造业中,一般采用直尺或目视方法直接测量无缝钢管直线度,测量精度低。实验采用测量无缝钢管偏心度的方法,将无缝钢管两端放置于支撑装置的V型槽内,使无缝钢管可在V型槽内旋转,用坐标测量仪测量无缝钢管任意纵向位置的圆周方向尺寸。采用计算机计算分析测量的无缝钢管任意纵向位置的圆周表面径向数据,得到无缝钢管偏心度的位置变化,并将偏心度描绘成管体轴线方向上的纵坐标和围绕纵坐标转角的变化曲线,将其平面投影得到无缝钢管轴线的最大直线度误差。测试对象为采用29CrMo44V制造的V110钢级、外形尺寸244.5mm×11.99mm的无缝钢管,采用相对矫直压下系数0.73进行矫直,测试矫直后的无缝钢管直线度误差。得到无缝钢管管端的最大直线度误差为1.0mm·m-1以下,其它部位的最大直线度误差为0.8mm·m-1以下。测量数据优于采用此工艺前的数值,说明所采用的相对矫直压下系数合理。5矫直压下量的解析式(1)无缝钢管矫直压下量不仅与钢管规格有关,且与材料机械性能有关,这是以往钢管矫直理论中没有考虑的,这对矫直压下量的确定有很大影响。(2)无缝钢管矫直后的直线度与单位长度弯曲量无关,随钢管直径的增大而改善,最佳的矫直相对压下量一般在0.64～0.77之间。(3)