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文档简介

1、School of Materials Science & EngineeringAnhui University of TechnologyKey LaboratorySchool of Materials Science & Engineering斜横轧原理斜横轧原理The Theory of Cross RollingControl EngineeringSchool of Materials Science & EngineeringAnhui University of TechnologyKey Laboratory第一章 斜轧变形区及工艺参数 n 主要讲解

2、如下几个问题主要讲解如下几个问题School of Materials Science & EngineeringAnhui University of TechnologyKey Laboratory1.1 斜轧变形区(以二辊斜轧穿孔为例)1.1.1 孔型构成孔型构成 (普通曼式穿孔机普通曼式穿孔机)由二个相对轧制线倾斜布置的自动轧辊左右放置由二个相对轧制线倾斜布置的自动轧辊左右放置、二块固定导板上下放置和一个位于中间、二块固定导板上下放置和一个位于中间的随动顶头轴向固定构成一个的随动顶头轴向固定构成一个“环形封锁孔环形封锁孔型,如图型,如图1-1所示。所示。 变形工具变形工具轧辊轧

3、辊main roll:属外变形工具,由入口锥、轧:属外变形工具,由入口锥、轧制带辗轧带和出口锥三段构成。见图制带辗轧带和出口锥三段构成。见图顶头顶头piercing plug:属内变形工具,普通随轧件:属内变形工具,普通随轧件旋转。旋转。School of Materials Science & EngineeringAnhui University of TechnologyKey Laboratory1.1 斜轧变形区(以二辊斜轧穿孔为例)多半情况下分为四段,即:顶尖、穿孔段、辗轧段多半情况下分为四段,即:顶尖、穿孔段、辗轧段或称平整段和反锥。如图或称平整段和反锥。如图1-2所示。

4、所示。顶头任务条件恶劣高温、高压、高热负荷,故属顶头任务条件恶劣高温、高压、高热负荷,故属关键性工具。关键性工具。 导板导板guide shoe: 固定不动,起导向并限制轧件固定不动,起导向并限制轧件横变形的作用。它亦可分为三段,即横变形的作用。它亦可分为三段,即 入口曲面入口曲面 过渡曲面过渡曲面 出口曲面。见图出口曲面。见图三辊斜轧机无导向工具三辊斜轧机无导向工具School of Materials Science & EngineeringAnhui University of TechnologyKey Laboratory1.1 斜轧变形区(以二辊斜轧穿孔为例)F 在狄舍尔

5、在狄舍尔Diescher穿孔机上,导向工具不再是导穿孔机上,导向工具不再是导板,而是导盘,即用自动导盘替代了固定导板,使阻板,而是导盘,即用自动导盘替代了固定导板,使阻力力曳力,这是一大提高,何以见得?曳力,这是一大提高,何以见得?School of Materials Science & EngineeringAnhui University of TechnologyKey Laboratory1.1 斜轧变形区(以二辊斜轧穿孔为例)n符号阐明:符号阐明:n变形区长度变形区长度 l1、l2;n导板前置量导板前置量 Nb;m 值;值;n过程讲解过程讲解School of Materi

6、als Science & EngineeringAnhui University of TechnologyKey Laboratory1.2.1 根本概念根本概念(1) 轧制线:管坯轧制线:管坯/毛管中心的运转轨迹,亦为顶杆中毛管中心的运转轨迹,亦为顶杆中心线;心线;(2) 机器中心线:穿孔机本身的几何对称中心线机器中心线:穿孔机本身的几何对称中心线。所谓所谓“下轧制线轧制,即在安装设备时使轧制线比下轧制线轧制,即在安装设备时使轧制线比机器中心线低一个机器中心线低一个值如图值如图 1-4 所示,以稳定所示,以稳定穿孔过程。穿孔过程。 小型机组:小型机组:3 5 mm 中型机组:中型

7、机组:515 mm(3) 送进角送进角Feed Angle: 对二辊卧式穿孔机而言对二辊卧式穿孔机而言,指轧辊轴线与轧制线在包含轧制线的垂直平,指轧辊轴线与轧制线在包含轧制线的垂直平面上的投影的夹角。留意:二轧辊的轴线在程度面面上的投影的夹角。留意:二轧辊的轴线在程度面上的投影是平行的。上的投影是平行的。 其它斜轧机也有类似定义其它斜轧机也有类似定义School of Materials Science & EngineeringAnhui University of TechnologyKey Laboratory1.2.1 根本概念根本概念特别提示:送进角特别提示:送进角 是斜轧中

8、最积极的工艺参数,是斜轧中最积极的工艺参数,它不仅影响穿孔毛管的产量和质量,而且影响耗费它不仅影响穿孔毛管的产量和质量,而且影响耗费。 (4) 辊距辊距 BHP:二轧辊之间的最近间隔,即高点:二轧辊之间的最近间隔,即高点HP间距,见图间距,见图 1-5。 (5) 导板距导板距 A:二导板过渡带间的最远间隔表示图:二导板过渡带间的最远间隔表示图。 (6) 孔型椭圆系数孔型椭圆系数 ABHP。 (7) 管坯总直径压下量管坯总直径压下量 DHP与直径压下率与直径压下率 HP: %100BHPHPDD(8) 管坯顶前压下量管坯顶前压下量 Db与顶前压下率与顶前压下率 VR: ,HPBHPBDDScho

9、ol of Materials Science & EngineeringAnhui University of TechnologyKey Laboratoryl顶前压下量顶前压下量bBbBDD其中其中 Bb 为顶头前辊距。为顶头前辊距。由几何关系见图由几何关系见图1-6有:有: 13tan)5 . 0(2LbBBHPb得到得到%100BbVRDD( 9 ) 毛管外扩径量毛管外扩径量 DeDHDB,De0 扩径穿孔扩径穿孔)(10) 毛管内扩径量毛管内扩径量 dedHDp ,一定有,一定有de 0(11) 顶头位置顶头位置 b即顶头前伸量:指顶头前端到轧辊过即顶头前伸量:指顶头前端到

10、轧辊过渡带中心面间的间隔现行工艺中渡带中心面间的间隔现行工艺中 b0。School of Materials Science & EngineeringAnhui University of TechnologyKey Laboratory(12) 顶杆位置顶杆位置 Y:轧制线方向,轧辊后端面与顶头后端:轧制线方向,轧辊后端面与顶头后端面间的间隔。面间的间隔。Y 与与b 的作用是一样的,但的作用是一样的,但Y 更常用更常用(13) 穿孔延伸系数穿孔延伸系数 p BHHHHBHBpLLSSDDFF)(42F 通常通常p =1.35.3,如宝钢钢管厂,如宝钢钢管厂140机组锥形辊穿机组锥形

11、辊穿孔孔F 178 18410.75, p = 4.25F 假设引入体积紧缩系数假设引入体积紧缩系数 KB,那么,那么 HBBpFFKSchool of Materials Science & EngineeringAnhui University of TechnologyKey Laboratory(14) 穿孔温度穿孔温度 Tp: 假设无特别指明,表示穿孔变形区出口毛管温度。而假设无特别指明,表示穿孔变形区出口毛管温度。而开穿温度开穿温度 T0 是指一次咬入开场温度。是指一次咬入开场温度。 F 穿孔温度与开穿温度的关系穿孔温度与开穿温度的关系:dupTTTT0 Tu、 Td 分别

12、为穿孔过程的温升与温降。分别为穿孔过程的温升与温降。n穿孔机调整参数计算n问题的提出:用直径为DB 的管坯,穿制毛管DH SH,何以实现?School of Materials Science & EngineeringAnhui University of TechnologyKey Laboratory(1) 确定顶头直径确定顶头直径 Dp 知知 DB 和和 DH SH ,那么,那么 Dp = dH de这里这里 de 主要与主要与 DB DH 和和 SH 有关,有关, 普通地普通地 DB de, SH de 。此外,此外,de 与资料塑性有关,即与钢种及温度有关。与资料塑性有关,

13、即与钢种及温度有关。 一次性穿孔桶形辊时:一次性穿孔桶形辊时: de 0.0750.00 SHDB , 或或HHeSDd5 通常通常de 多大?多大? deCTP多大?多大?School of Materials Science & EngineeringAnhui University of TechnologyKey Laboratory(2) 确定顶前压下率确定顶前压下率 VR (步骤步骤) 获得该钢种的临界压下率获得该钢种的临界压下率 c ;其定义参见;其定义参见p.373 表示图表示图 确定二次咬入所必需的最小顶前压下率确定二次咬入所必需的最小顶前压下率min 待后待后续分析

14、续分析 按按 min VR c 的原那么确定的原那么确定 消费现场通常按阅历数据确定消费现场通常按阅历数据确定VR 。 (3) 确定轧辊间隔确定轧辊间隔 BHP School of Materials Science & EngineeringAnhui University of TechnologyKey Laboratory(3) 确定轧辊间隔确定轧辊间隔 BHP BbBVRDBD 由变形区图示,知由变形区图示,知BVRbDB)1 (a) 改写为改写为由几何关系有由几何关系有 13tan)5 . 0(2LbBBHPb(b) 又由于又由于 233tan21)2()5 . 0(HPH

15、pppBSDLllb(c) School of Materials Science & EngineeringAnhui University of TechnologyKey Laboratory联立式联立式(a)、(b)、(c)即可解出:即可解出: 212133211212tgtgtgtg)( 2tgtgtg)2(tgtgtg)1 (LllSDDBppHpBVRHP(d) 此时,应按得到的此时,应按得到的BHP复核复核 HP = (DB BHP )/DB 100% 能否适宜。如对能否适宜。如对80170管坯低、管坯低、中中C钢钢HP = 1216%,小直径坯的取值靠上限。,小直径坯

16、的取值靠上限。(4) 确定顶头位置消费中很重要确定顶头位置消费中很重要 顶头前伸量顶头前伸量 b:按前述:按前述(c)式计算式计算 顶杆位置顶杆位置 Y: Y = ( L2 + 0.5L3 + b ) lp School of Materials Science & EngineeringAnhui University of TechnologyKey Laboratory(5) 导板距:导板距:A = BHP孔型椭圆度系数孔型椭圆度系数 取值的普通规律:取值的普通规律:当穿合金钢及厚壁管时,当穿合金钢及厚壁管时, 应小些;应小些;DB , 。 主要按阅历选取主要按阅历选取 ,可参见

17、,可参见p.407 F有时按所要求的毛管外径有时按所要求的毛管外径 DH DH 来复核,即:来复核,即: F阅历公式:阅历公式:HPBHHPBDDA)75. 01 (232232tg)(2tg)(22pbpHPHlYLNlYLBDA根据:毛管与顶头脱离后其周长不再发生变化。根据:毛管与顶头脱离后其周长不再发生变化。 School of Materials Science & EngineeringAnhui University of TechnologyKey Laboratory(6) 确定顶杆直径确定顶杆直径 Dbar 及进出料导槽管直径:及进出料导槽管直径:原那么:原那么: D

18、bar 0.95Dp 思索顶杆系统刚度要求思索顶杆系统刚度要求 适度的共用性适度的共用性进出料槽管内径:普通比轧件外径大进出料槽管内径:普通比轧件外径大 20%左右。左右。(7) 确定送进角确定送进角 对送进角可调的穿孔机而言和轧对送进角可调的穿孔机而言和轧辊转速辊转速 nR分析:增大分析:增大 的利弊的利弊 穿孔速度快,因穿孔速度快,因 Vox sin,消费率高,消费率高 入口入口Vix 大,那么管坯在顶头前的紧缩次数减少,不大,那么管坯在顶头前的紧缩次数减少,不易预先构成孔腔,从而改善毛管内外表质量易预先构成孔腔,从而改善毛管内外表质量 School of Materials Scienc

19、e & EngineeringAnhui University of TechnologyKey Laboratory 轧制力尤其顶头轴向力增大,使顶头寿命降低;由轧制力尤其顶头轴向力增大,使顶头寿命降低;由此带来的顶杆弯曲也影响毛管壁厚精度;此带来的顶杆弯曲也影响毛管壁厚精度; 咬入不良:因变形区缩短,积累摩擦减少,顶头阻咬入不良:因变形区缩短,积累摩擦减少,顶头阻力也大。可经过减小轧辊入口锥的锥角来改善力也大。可经过减小轧辊入口锥的锥角来改善存在一个最正确存在一个最正确 角当其它参数确定时。应针对角当其它参数确定时。应针对详细的轧制情况选用不同的详细的轧制情况选用不同的 ,普通地:

20、,普通地: 同一穿孔机:大同一穿孔机:大DB DB 采用小采用小 及及 nR nR 穿孔功率限制穿孔功率限制同一管坯直径同一管坯直径DB DB :穿厚壁管取:穿厚壁管取 、 nR nR 的下限以减的下限以减小顶头阻力,而薄壁管那么取上限小顶头阻力,而薄壁管那么取上限School of Materials Science & EngineeringAnhui University of TechnologyKey LaboratoryF合金钢采用低合金钢采用低 nR ,同时在设备允许的条件下尽能够,同时在设备允许的条件下尽能够采用大采用大 。变形抗力大、塑性差。变形抗力大、塑性差F关于辊

21、速的讨论:关于辊速的讨论: F 转速转速nR 摩擦系数摩擦系数 f ,影响咬入;力参数会增,影响咬入;力参数会增大大F nR 对穿孔速度对穿孔速度 Vox 的影响不显著,换言之,靠提的影响不显著,换言之,靠提高高 nR 来提高来提高 Vox ,效果并不明显因,效果并不明显因 nR 会引起会引起 ox F 增大增大 nR 常会给设备运转带来一系列不良影响。常会给设备运转带来一系列不良影响。 School of Materials Science & EngineeringAnhui University of TechnologyKey Laboratoryn背景 n现代斜轧穿孔机普通都

22、是大倾角,包括送进角 和辗轧角 ,如菌式穿孔机 锥形辊,传统的算法已完全不顺应高精度轧制和高效轧制的要求。n对这类大倾角斜轧机穿孔机的调整参数计算以及工具设计都应该以轧辊开度分析为根底。n关于斜轧时轧辊开度分析计算方法,详见专门章节或相关文献。n目前仍有很多斜轧穿孔机送进角都不大,且不可调,辗轧角也为零度,故用简化的方法计算即可。School of Materials Science & EngineeringAnhui University of TechnologyKey Laboratory1.4.1 斜轧机轧辊开度分析方法斜轧机轧辊开度分析方法(1) 轧辊与轧件的接触迹线轧辊与

23、轧件的接触迹线接触迹线的概念:在斜轧变形区长度范围内的恣意截面接触迹线的概念:在斜轧变形区长度范围内的恣意截面 x 处,轧辊与轧件都有一个旋转出口点见图处,轧辊与轧件都有一个旋转出口点见图 1-7 ,那么一切旋转出口点的集合构成,那么一切旋转出口点的集合构成 接触迹线为接接触迹线为接触区的出口侧边境,是一条非线性空间曲线。触区的出口侧边境,是一条非线性空间曲线。 (2) 轧辊开度轧辊开度roll opening 定义:沿斜轧变形区长度方向定义:沿斜轧变形区长度方向 x = t 截面处,轧件与截面处,轧件与轧辊的旋转出口点轧辊的旋转出口点 P 到轧制线的间隔到轧制线的间隔 R(t)见图见图 1-

24、7,称为截面,称为截面 x = t 处的处的 轧辊半开度沿变形区长度轧辊半开度沿变形区长度方向变化。方向变化。School of Materials Science & EngineeringAnhui University of TechnologyKey Laboratory 轧辊开度计算轧辊开度计算二辊斜轧机半开度的计算公式:二辊斜轧机半开度的计算公式:其中其中 k1、k2、 、k10 由下式确定:由下式确定: 式中式中A、B、C 按下式确定:按下式确定: 1072195008430062002)()()(ktktkCktkzyktkBkzykzykA5 . 02005 . 02

25、)(1)4(21)(zyACBBAtR(1)(2)School of Materials Science & EngineeringAnhui University of TechnologyKey Laboratory2391039785756252242232222222125. 0)cos()cos(5 . 05 . 0tansin)cos(tantancoscos)cos(5 . 0tansec2sincosseccos2sinsecsin1seccossin1seccoscos1HPHPHPHPHPHPHPHPHPHPHPDBDBDkkkDBDkkkkDBDkkkkkkkkk

26、(3)School of Materials Science & EngineeringAnhui University of TechnologyKey Laboratory式中式中 送进角,送进角,(); 辗轧角,辗轧角,(); 轧辊入出口锥的辊面锥角,轧辊入出口锥的辊面锥角,(); DHP 轧辊轧制带处直径,轧辊轧制带处直径,mm; BHP 轧辊轧制带之间距,轧辊轧制带之间距,mm; 轧辊轴线与其在主垂直平面上投影的夹角,轧辊轴线与其在主垂直平面上投影的夹角, () 由下式确定:由下式确定: 问题:如何确定轧件与轧辊最先接触点和脱离点?问题:如何确定轧件与轧辊最先接触点和脱离点?

27、 )tan(costan1(4)School of Materials Science & EngineeringAnhui University of TechnologyKey Laboratory参见文献:参见文献:李胜祗,孙中建,宋箭平,等李胜祗,孙中建,宋箭平,等. 大倾角穿孔机的调整参大倾角穿孔机的调整参数数J. 特殊钢,特殊钢,1998, 19(3):45-47. School of Materials Science & EngineeringAnhui University of TechnologyKey Laboratory课后习题:穿孔工艺参数计算工具设

28、计在后课后习题:穿孔工艺参数计算工具设计在后 知条件:二辊斜轧穿孔机知条件:二辊斜轧穿孔机 管坯直径:管坯直径:DB =75 mm;毛管;毛管DHSH = 80 7.5 mm (20#钢钢)轧辊尺寸:轧辊尺寸:L1 = L2 = 170 mm,L3 =10 mm,1 = 2 = 3.5顶头水冷式各段长度:顶头水冷式各段长度: lp1 = 105 mm,lp2 = 35 mm,lp3 =10 mm;VR = 8.14% 导板出口曲面斜角导板出口曲面斜角 2 =3.5,超前量,超前量Nb = 36 mm。 参数计算设计:参数计算设计: Dp ,BHP要求校核要求校核 HP ,A要求:再按毛管外径要求:再按毛管外径要求校核导距要求校核导距A,b,Y顶头直径准确到顶头直径准确到 1 mm,调整,调整参数准确到参数准确到 0.1 mmSchool of Materials Science & EngineeringAnhui University of TechnologyKey Laboratory课后习题:穿孔工艺参数计算工具设计在后课后习题:穿孔工艺参数计算工具设计在后参考答案:参考答案: Dp = 59 mm, BHP = 63 mmHP =15.36%16%, A = 71 mm按按DH 校核时,校核时, A亦为亦为71 mm

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