狄舍尔穿孔工具设计的改进.pdf

尺寸大小不等 起初 秦皇岛是采用厚的 钢板制作这类衬板 但使用仅个月左右就被磨尽 后 来采 用 高铬 铸铁制 作这种 衬 板 虽 然它 们 的耐磨性 较 高 但很脆 当有大块煤冲击时 常常出现碎裂情况 因 此使用情况也不理想 频繁的停机更换衬板 大大影 响 了输煤进度 增加了轮船占泊位 的时间 造成巨大 的经 济损失 年月我们利用碳弧熔敷方法在钢 板上制备厚为的耐磨熔敷层 为 秦 皇岛港 口制 作了一套溜槽衬 板 到 目前为止这套衬板 仍 在正 常使用 估计还能使用个月 用户十分满意 结语 碳弧重熔热喷涂层可得到均 匀致密的熔敷层 对基体的热影响小 并可对大面积涂层进行重熔处理 粉熔敷层的组织为非常细小的胞状 晶和 共晶产物 其中存在大量的硼化物和碳化物 熔敷层与 基体之间存在 一个宽的过 渡层 参考文献 揭小华 材料导报 刘俊玲 郭治安 焊接学报 李流芳 新技术新工艺 郑世安 张一民 马云庆钢铁研究学报 收稿日期的年月 日 狄舍尔穿孔工具设计的改进 华东冶 金学院冶金工程 系 马鞍山市李胜抵 孙中建 宝钢 钢管厂王起江宋箭平郑坚敏 摘要 分析了狄舍尔穿孔机的轧辊开度 在此基础 上 以穿孔毛管壁厚均匀性为优化目标 讨论了狄舍 尔穿孔顶头 平整段设计与轧辊 出口锥角设计之间的相互依赖关系 并提出了 有效平整段 的概念 关键词 一 无缝钢管斜轧穿孔机 尺寸精度工具设计 引言 斜轧穿孔毛管壁厚均匀性影响成品管壁厚精度 特 别是螺旋形壁厚不均的分布形态经轧管机纵轧延伸后 并不能消除 因此 提高穿孔毛管的横向壁厚精度的 重要性越来越被人们所重视 影响毛管壁厚精度的因素 很多 但穿孔工具的合理设计是至关重要的 本文拟 主 要讨论顶头设计与轧辊锥角设计之间的相互依赖关系 穿孔轧辊出口锥面方程 轧辊轴线的空间定位 为讨论方便起见 现将狄 舍尔穿孔机立式 的上 轧辊轴线定位 在直 角坐标 系中 并 参照 图给出送 进 角的定义 轧制主平面 包含弃制线的水平面 平面 轧辊主平面包含葬辊轴线 的铅垂平面平面 送进角心车制主平面与轧辊主平面的夹角 轧辊出口锥面方程 按图 所示的轧辊轴线在坐标 系 中的位 置 轧辊 出口锥面可用下述方程描述 夕 沈 夕 一 式 中一由式确定 一 月 一 月 一 月 月 一 月 少 式中 月 为轧辊出口锥面锥角为轧辊高 点处 直径为轧辊距离两 轧辊高点之间距 轧件与轧辊的接触迹线及轧辊开度 所谓 接触迹 线 是指在 轧辊出 口锥变形区全长 上 轧件被轧辊斜向轧 出点的集 合 此集 合中的任意点 可用平截面法描述 即作一个平面 轧辊出口锥面 被该平面所截 得到如下的截线方程 珍 一 轧辊抽线定位 一 代 男 岁 硕士 副教授 热加工工艺打 年第期 夕 夕 十 容 易证明 对通常大 小的送进角 截线为 一个椭圆 在此椭圆上 必 存 在一 点 心 二 如图所示 其到 轧制线 的距离最短 而接触迹 线 则是对应不 同的点 洲 图 三任意截面 一 的轧出点从 的集 合 过 作轴的垂线 垂足为 点鱿到轧制 线的距离 即为该截面的轧辊开度 还可证 明 该垂 线的方向恰与截 线在 点的 曲率半 径重 合而 点 曲率中心 的坐标为 一 一 夕 一 二 三 飞 子一 才 气 式 中了 气 分别是皿点对的一 阶和二阶导数 由式结 合点 可写 出过点的 的垂线方程 轴 则可得到 如 下方程 一 夕 一 夕 一 联立方程和即可确定 求解接触迹线要解二元二次方程组 计算不便 但 计算结果表明 椭圆的长 短半轴相差 不大 故在工 程计算时可用椭圆中心 近似代替 点的曲率 中心 而椭圆中心的坐标可精确表示为 亥 一 概 一 艺十 轧穿孔的内 外变形 工具设计 要提 高毛管壁厚的精 度 就必须使穿孔顶头平整段和 轧辊 的后 锥面之 间形 成 均匀间隙代换言之 内 外变形 工具的设计是相互 配合的 下面分别加以讨论 穿孔顶头平整段锥茸 因送进角笋 故接 触迹线不 可能是直 线 也 就 不存在一个以轧制线为 中心轴的圆锥面使顶头平整段 与接触迹线间构成均匀间隙 由于按均 匀间隙条件导 出的曲面非圆锥 很复杂 使顶头的设计和加 工变得 困难 故应 将均 匀间隙条件放宽 即将问题 简化 为 寻 找一个 圆锥面 其能使顶头平整段入口和出口间隙相 等 对顶头 平整段的设计 人们通 常认为锥面的长度 即为平整段长度 见图 且有意 加 长锥 面长度以 提高均壁效果 有 的顶头设计甚至将 取为变形区 出口截面单位螺距 动 的倍 我 们的研究认 为 按 上述做法其结果会适得其反 对 此 本文提出 有效平 整段 的概 念 对应的长度为有效 长度 而将与顶头 穿孔锥球面相接的圆锥体统称为名义于整肆 所谓有 效长度是指真正起到均壁作用的长度区间 由于单位 螺距 是按薄壁管穿孔取定的 此外还应考虑 工艺因 素波动造成的单位螺距变化 故建议设计时将有效 长 度取为 一动为宜 有时出于对顶头使用寿命的考虑 要求顶头穿孔 锥球面有一定的凸起高度 并仍要求此球 一面 与顶 头平 整段锥面圆滑连接 为此可将圆锥段延长 一 直到指定半 径的球面母线与锥母线圆滑连接为止 这时的圆锥体 总长即为平整段名义长度 这样 顶头穿孔锥段与平整 段在几何形体上已无明显分界 一 一一一一 犷 如 断碱 顶头确量为 伸过高点的距 令 一 一 十 则 轧 出点 的坐标 为 离 穿孔锥 和平整段有效长度分别为肠和 找口 头有效平整段的入 出口轴 向坐标由式义确定 则顶 一一了几 一 蜘夕 逻士业土坦 勺 一 才 一 一 娜 精刀 玩 一 少 了 户 以 据此写 出 二一 处的轧辊开度的计算式 一 了 走 一 丫 一 无 日日日 书书 共共 户州尸尸尸尸 井井 勺勺 万万弓 弓弓 图顶头及共位置参数 一 价 一 箫子瑟铁多 轧辊开度用于穿孔工具设计 分析接触迹 线和 轧辊 开度的意义之一在于指导斜 顶头平整段圆锥面被主季 真乎面所截 截线方程 为 一 显然应为线性万 阵 设顶头平整段入 出 口截面处的半径分别为 万 和戎纱 相应截面上 的轧辊开度分 别 为为和派 为实现放宽 的 等 间隙条件 应使 截线 一 的斜率满足下式 热加工工艺 年第期 凤 一 一 州 吞 一 式 中尽为顶头平整段锥角其它符号同前 二 式可直接用 于狄舍 尔穿孔机的顶头设计 不 难看出 由于 轧辊 开度 二 是轴向坐标的函数 故 顶头锥角 尽也 与顶 头 位置有关 若顶 头前伸 则锥角 减小 轧辊出口锥角 由前述的分析可 知 顶头锥 角的计算的依据主 要 是与轧辊倾角和轧辊 出口锥角相合 当其它参数确定 时 送进角和轧辊出口锥角夕决定 了顶头平整段锥 角 风 反之亦然 即当和风确定时 按上述计算方法 也可求出最佳轧辊出口锥角夕 对此问题 建议编程上 机计算 所用公式仍为式 和 实际中 轧辊后锥角夕通常是按照轧件变形的要 求 与后锥长度一并设计的 而很少是根据顶头锥 角 尽 来确定的 但轧辊后锥角在小范围内变化是可行的 为 了提高毛管壁厚精度 究竟将哪个锥角作为设计依据 应综 合考虑顶头和轧辊 辊型 加 工条件 成本等因素 作出合理选择 顶头锥角计算 当送进角 一 轧辊出口锥角月一 穿制 毛管必 时 顶 头前伸量 一饥 由 式得到 由式 计算 再由式得 到 二 最后 由式得 出 月 轧辊出口锥角 八计算 当送进角 一 顶头平整段锥角尽一 顶头 前伸量 计算得出出口锥角 计算示例 现以宝钢必机组狄舍 尔穿孔机为例 计算 工具锥角 已知数据如下 轧辊距 离 一 轧辊直径一 顶头直径 一 顶头 穿 孔锥 长度 平整段 名义长度 有效长度 结语 本文分析了狄舍 尔穿孔时轧件与轧辊的接触迹线 和轧辊开度 提出了 有效平整段 的概念 进而讨论了 顶头锥角和轧辊出口锥 角计算方法 从工具设计的角 度 最大限度地提高穿孔毛管的横向壁厚均匀性 必要 条件是以上两个角度互为计算依据 互为导出结果 若严格按本文的方 法作穿孔顶头优化设计 势必 导致工具系列大幅度增加 这是不现实的 实际中 可 确定几种典型毛管 规格 如轧制批量较大或横向壁厚 不均问题较突出的毛管 并以此作为设计条件进行 工 具设计 其它规格的毛管则可通过穿孔调整参数的优 化给以补偿 对此拟 另文讨论 参考文献 朱景清等 傅立叶变换在热轧无缝钢管壁厚 不均研究中的应用钢 铁 李胜抵 菌式穿孔顶头平整段母线和锥度华东冶金学院学报 王廷溥金属塑性加工学北京冶金工业出版社 收稿日期年月 日 铸件充型过程数值模拟中的自由表面处理 上海交通大学材料科学与工程 学院 上海于敞 疏达厉松春邱虹祥 摘要 讨论了基于流体函数方法的流体 自由表面处理的一种稳定且可靠的方法 并且对有效体积刃 流量 及 尸值作了进一步的计算 关镶洞 流动模拟 流体函数自由表面 气 用计算机对铸件充型过程进行数值模拟 并研究 其间的质量债 递及能量传递 这是铸造 以 技术中必 不 可少的首要组成部分 其基本 方法为应用连续方 程 一 尸 方程 和能量方程对其中过 程进行离 散化计算 在具体的离散化计算中流体领域的识别具 法中用直线代替网格 内的 自由表面来处理 算法中用相连 网格 内的直线来描述 自由表面 在国 内 外有关铸件充型过 程三维数值模拟资料中 往往只有 寥寥数句 而无详细说明 本文重点讨论一种流体函数