張力減徑機(jī)孔型設(shè)計

太原科技大學(xué)本科課程設(shè)計說明書設(shè)計題目：張力減徑機(jī)孔型設(shè)計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)計制造及其自動化（冶機(jī)） 學(xué)生姓名 學(xué)號 指導(dǎo)教師 評閱教師 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 任 務(wù) 書專業(yè)班級 機(jī)自 181208 班設(shè)計人 設(shè)計題目： 張力減徑機(jī)孔型設(shè)計 設(shè)計參數(shù)：荒管規(guī)格： 120mm，20鋼； 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)品的工藝計算及其運(yùn)用范圍。要求根據(jù)給定的設(shè)計內(nèi)容，選定適當(dāng)?shù)膮?shù)，制定無縫鋼管軋制規(guī)程以及軋制溫度、速度、軋制力矩等相關(guān)的計算，最后編寫設(shè)計說明書并打印。設(shè)計時間： 2021 年 11 月 15 日至 2021 年 12 月 5 日 設(shè)計人(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)計摘要張力減徑作為生產(chǎn)無縫鋼管的最后一道工序，對無縫鋼管的尺寸規(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，實現(xiàn)減徑、定徑，減壁或者增壁，從而得到了多種規(guī)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)驗公式初步設(shè)計出各個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)的計算方法。并應(yīng)用于實際鋼管張力減徑生產(chǎn)。本課題設(shè)計了荒管120mm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；工藝參數(shù)IAbstractAs the last procedure in the production 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 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 necessary 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 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 120mm are designed.Key words: Seamless steel tube; Tension reduction; Design of grooves；The process parameters目錄摘要IAbstractII第 1 章 緒論11.1 我國無縫鋼管的發(fā)展概述11.2 無縫鋼管的生產(chǎn)工藝和發(fā)展趨勢11.2.1 無縫鋼管的生產(chǎn)工藝11.2.2 無縫鋼管的發(fā)展趨勢21.3 定（減）徑機(jī)生產(chǎn)概述21.3.1 定（減）徑機(jī)21.3.2 定徑工藝31.3.3 張力減徑工藝31.3.4 微張力減徑工藝3第 2 章 確認(rèn)生產(chǎn)方案52.1 產(chǎn)品大綱的確定52.1.1編制原則52.1.2確定產(chǎn)品大綱52.2 生產(chǎn)工藝流程5第 3 章 孔型設(shè)計73.1 減徑率分配原則73.2 孔型設(shè)計的方法73.3 本課題中孔型加工參數(shù)確定113.3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)113.3.2 基本參數(shù)的確定11第 4 章 軋制力的相關(guān)計算154.1 力能參數(shù)工程計算方法概述154.2 各機(jī)架鋼管壁厚計算154.3 軋制力參數(shù)的確定164.4 本課題軋制力參數(shù)的相關(guān)計算184.4.1 張力系數(shù)確定184.4.2 各機(jī)架孔型壁厚的確定194.4.3 相關(guān)參數(shù)計算20第 5 章 結(jié)論21參考文獻(xiàn)22IV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)、建筑及軍工等各個部門。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)新實現(xiàn)工藝進(jìn)步，產(chǎn)品升級。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 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，基本上包括三個主變形部分： 將實心鋼坯穿孔（軋制）成管狀毛坯的“毛管”； 將“毛管”軋制成熱成品管要求壁厚的“荒管”； 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)展趨勢我國無縫鋼管行業(yè)在轉(zhuǎn)型升級階段已經(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)堅持摒棄以量取勝的發(fā)展道路，而更應(yīng)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。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。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)合趨勢明顯，行業(yè)市場集中度將會進(jìn)一步提升。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)將為大勢所趨。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)自動化、生產(chǎn)過程可控化、制造執(zhí)行化、企業(yè)管理化等智能制造方向發(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)是由若干對帶有孔槽的軋輥組成的，軋輥排列時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°，有時也采用較小的角度。對于三輥定減徑機(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，每一個軋輥同將近四分之一的管子圓周相接觸。1.3.2 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 312 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：張力減徑時的張力系數(shù)一般都大于 0.5，而微張力減徑時的張力系數(shù)一般都小于 0.3；張力減徑時的機(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編制原則國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對產(chǎn)品的要求。根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)各部門對產(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?？紤]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)前對外開放，對內(nèi)搞活的新經(jīng)濟(jì)形勢的需要。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)計大綱產(chǎn)品規(guī)格外徑（mm）厚度（mm）長度（mm）160610000276810000389710000410291000051148100002.2 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（或探傷）標(biāo)記入庫以最大減徑率計算外徑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，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。第 3 章 孔型設(shè)計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。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)傳動方式，咬入條件和軋機(jī)彈跳值對單機(jī)架減徑率的限制等諸多因素有關(guān)。根據(jù)實際經(jīng)驗，從軋管機(jī)出來的荒管帶有一個直徑比較大的端部，為了保證減徑機(jī)第一架順利咬入，第一架選取計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)架的直徑相對壓下量為1、2、n-1、n（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3.2 孔型設(shè)計的方法 （1）首先計算機(jī)架數(shù)量 求機(jī)架數(shù)量的公式為：n=lg(de/d0)lg(1-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； 平平均減徑率（取 2.5%3%）。（2）確定各機(jī)架減徑率i根據(jù)選定的平均減徑率和機(jī)架數(shù)目，按照圖 3.1 所示的減徑量分配原則，選擇出各個機(jī)架的減徑率。 （3）根據(jù)公式 didi1（1i）求得各機(jī)架的平均孔型直徑 di。 （4）根據(jù)各機(jī)架的值由 = ()曲線（圖 3.2）求出橢圓度影響系數(shù)。圖3.2 和的關(guān)系（5） 由、確定孔型橢圓度 i 。i=1i（1-i） （3-2）（6） 由i求出 ai、 bi 。 ai=di1+1i （3-3） bi=di1+i （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） 軋輥直徑的確定（圖3.4）a. 軋輥的理想直徑： Didh1-cos （3-5）式中h壓下量，mm；咬入角，型鋼時區(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=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，孔型直徑di 、軋輥理想直徑Did以及軋制直徑Dk三者之間的關(guān)系的關(guān)系可用下式表示：Dk=Did-dicos （3-7）式中：中心角。d. 由（3-6）可確定軋輥轉(zhuǎn)速（單位：rad/min）ni=1000×6×viDk （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。實際上，物體在塑性變形過程中體積會有微小的變化，這是由于通過塑性變 形會使物體密度增加或減小（鋼錠經(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，因而密度略有減小）。此外，在彈性變形時，體積也略有減小。總之，上述體積的變化是微小的，在實際計算時是可以認(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dd=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。本課題軋制實驗中所給出的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如下：荒管規(guī)格： 120mm ；成品管規(guī)格： 60×6×10000mm ；76×8×10000mm ；89×9×10000mm ；102×10×10000mm ；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)計計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60×6×10000mm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%)+225b. 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123456789101.70%1.80%2.00%2.70%3.20%3.45%3.41%3.38%3.37%3.34%111213141516171819203.27%3.26%3.25%3.18%3.17%3.14%3.09%3.07%2.98%2.96%21222324252.90%2.69%1.90%0.71%0.35%c. 各孔型橢圓度系數(shù) i首先由圖 3.2確定橢圓度影響系數(shù)，設(shè)計中可根據(jù)經(jīng)驗對其數(shù)值做適當(dāng)調(diào)整，然后根據(jù)式（3-2）計算各孔型橢圓度系數(shù)，計算結(jié)果見表 3.2表3.2 各孔型橢圓度系數(shù)iii第一架0.98191.037 第二架0.97721.044 第三架0.97921.050 第四架0.98631.047 第五架0.99141.042 第六架0.99241.044 第七架0.99311.042 第八架0.99351.042 第九架0.98401.052 第十架0.98441.051 第十一架0.98221.053 第十二架0.98341.051 第十三架0.98451.050 第十四架0.98351.050 第十五架0.98361.050 第十六架0.98781.045 第十七架0.98541.047 第十八架0.98561.047 第十九架0.98801.043 第二十架0.99301.038 第二十一架0.99121.039 第二十二架0.99401.034 第二十三架0.99931.020 第二十四架0.99901.008 第二十五架1.00001.004 d. 孔型幾何加工參數(shù)計算 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%abDWDkWDWA1119.2341.7060.70358.5311.037360256.743 124.529 29.884 2117.0881.8059.81057.2781.044360258.602 123.349 32.555 3114.7462.0058.76155.9851.050360260.630 121.694 34.384 4111.6482.7057.11754.5311.047360263.313 118.156 33.471 5108.0753.20%55.15052.9261.042360266.407 113.691 31.318 6104.3473.45%53.28851.0591.044360269.636 110.043 31.721 7100.7883.41%51.44349.3461.042360272.717 106.188 31.071 897.3823.38%49.68747.6951.042360275.667 102.549 30.567 994.1003.37%48.23645.8641.052360278.509 100.386 33.801 1090.9573.34%46.60844.3491.051360281.231 96.990 33.281 1187.9833.27%45.11742.8651.053360283.807 94.055 33.530 1285.1143.26%43.61841.4961.051360286.291 90.868 32.793 1382.3483.25%42.17640.1731.050360288.686 87.808 32.087 1479.7303.18%40.84038.8891.050360290.954 85.085 31.901 1577.2023.17%39.54237.6601.050360293.143 82.398 31.540 1674.7783.14%38.21536.5631.045360295.242 79.335 29.680 1772.4673.09%37.06935.3991.047360297.243 77.115 30.059 1870.2433.07%35.92334.3191.047360299.170 74.729 29.632 1968.1492.98%34.79633.3541.043360300.983 72.182 28.202 2066.1322.96%33.67932.4531.038360302.730 69.548 26.068 2164.2142.90%32.72131.4931.039360304.390 67.661 26.245 2262.4872.69%31.76330.7241.034360305.886 65.393 24.190 2361.3001.90%30.95530.3451.020360306.914 62.972 18.442 2460.8640.71%30.55630.3091.008360307.291 61.531 11.688 2560.6510.35%30.37930.2731.004360307.476 60.936 7.649 e. 軋輥軋制出口速度vi由式（3-6）及i=（di-1-si-1）si-1（di-si）si ,當(dāng) i1 時， v1=v0×1其中 v0為荒管進(jìn)入第 1 機(jī)架軋輥的入口速度，1為第一架延伸系數(shù)。計算結(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123456789i1.013 1.015 1.017 1.024 1.029 1.031 1.031 1.031 1.031 vi0.810 0.822 0.836 0.856 0.881 0.908 0.936 0.965 0.994 機(jī)架號101112131415161718i1.031 1.030 1.030 1.030 1.030 1.030 1.030 1.030 1.030 vi1.025 1.056 1.088 1.121 1.154 1.189 1.224 1.260 1.298 機(jī)架號19202122232425i1.029 1.029 1.028 1.027 1.017 1.006 1.002 vi1.335 1.374 1.413 1.450 1.475 1.484 1.487 第 4 章 軋制力的相關(guān)計算4.1 力能參數(shù)工程計算方法概述張力減徑過程中鋼管通過軋輥時，一定的軋輥轉(zhuǎn)速n將對應(yīng)著一定秒流量體積FV(其中F為軋件出口截面積，V為軋件出口的速度)。相鄰的兩個機(jī)架連軋時，設(shè)定兩個機(jī)架的轉(zhuǎn)速分別為n1和n2,當(dāng)n1減少或者n2增加時，按自然軋制條件關(guān)系式有F1V1<F2V2,機(jī)架間為了保持秒流量體積相等不變，于是在兩相鄰機(jī)架之間就產(chǎn)生了軸向張力。在一般的工業(yè)生產(chǎn)中, 張力系數(shù)由以下經(jīng)驗方法確定: Zm=1-2C-AC+2A2+2C-AC+A （4-1）A=ln(s0/se)ln(d0-s0)/(de-se) 式中Zm最大張力系數(shù)； c成品管和荒管厚徑比平均值， c=0.5(s0d0+sede)；s0荒管壁厚，mm；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。可利用迭代法求出經(jīng)過各個機(jī)架管子的壁厚值 si。公式如下：ri=12(sidi+si-1di-1) （4-2）i=2Zi(ri-1)+(1-2ri)Zi(1-ri)-(2-ri) （4-3）Si=Si-1(di-sidi-1-si-1) （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)； i第 i 架管子的壁厚和中徑的對數(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i，再以此i 和 si-1 代替（4-4）中括號內(nèi)的 si 用式（4-4）計算得到另一個 si 值。再以此 si 作為已知代入（4-2）-（4-4）帶到新的 si 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，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）軋制力的計算 Pi=2.1×si×Kf(1-Zm)Rd(di-1-di) （4-5）Kf=1.15s s=e0.126-1.750C+0.594C2+（2851+2968C-1120C2）Tk×u0.13×r0.21 u=2ni60Ridiln11- r=ln11- =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絕對溫度，1173.15K； u變形速度； r 變形程度，； 相對減徑量。（2） 接觸弧長度和接觸面積的計算（圖4.2）對于三輥微張減機(jī)接觸弧長而言，計算接觸弧長的公式為：Li=(0.90.95)(ai-1-bi)Dmin-(ai-1-bi) （4-5）式中Dmin軋輥孔型底部最小直徑（mm），DminDk-di；Dk軋輥理論直徑（mm），Dk=360mm；ai-1第i-1架孔型長半軸（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） 軋制力矩計算：M=RdKfdisi(1-Zm)+(Fi-1Zi-1-FiZi) （4-7）式中第 i 架鋼管橫斷面面積 Fi=(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）=s0(d0-s0)se(de-se) 式中Cd 機(jī)架間距，mm； 總延伸率。4.4 本課題軋制力參數(shù)的相關(guān)計算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)。本次軋制實驗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)=0.0729A=ln(s0/se)ln(d0-s0)/(de-se)=ln(5.5/6)ln(120-5.5)/(60-6)=-0.1158Zm=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Z1Z2Z3Z4Z5Z6Z7Z8Z9Z100.180 0.260 0.300 0.310 0.310 0.310 0.310 0.310 0.310 0.310 Z11Z12Z13Z14Z15Z16Z17Z18Z19Z200.310 0.310 0.310 0.310 0.310 0.310 0.310 0.310 0.310 0.310 Z21Z22Z23Z24Z250.310 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s1s2s3s4s5s6s7s8s9s105.5915.6175.6415.6715.7085.7475.7865.8255.8635.901s11s12s13s14s15s16s17s18s19s205.9385.9756.0126.0486.0836.1186.1526.1866.2196.251s21s22s23s24s256.2826.3116.3426.3566.3674.4.3 相關(guān)參數(shù)計算根據(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)計算結(jié)果機(jī)架號出口速度軋制力軋制力矩軋輥轉(zhuǎn)速軋制功率10.810147.374-2.678460.260-17.07920.822153.681-2.171260.710-13.94930.836166.410-0.707161.282-4.58540.856210.0290.674362.1074.43250.881238.7381.271663.1408.49660.908251.3361.371064.3209.33170.936246.7171.314665.5539.11980.965242.7831.265866.8428.95390.994240.0751.228768.1958.867101.025236.2941.183569.6068.717111.056230.3611.122071.0558.436121.088227.9091.090272.5688.372131.121225.5021.059674.1498.314141.154219.8481.004775.7678.055151.189217.5990.977177.4528.008161.224214.3070.942579.1967.899171.260210.0020.901580.9877.726181.298207.4000.873782.8437.659191.335201.1040.821384.7217.363201.374198.6690.796686.6637.305211.413194.1550.758888.6437.118221.450181.7400.672890.5516.447231.475137.2972.229491.7786.652241.48463.3500.712792.2206.955251.48736.5040.298792.3932.920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)并計算的結(jié)果，進(jìn)行軋輥軋制直徑的計算以及進(jìn)行軋輥轉(zhuǎn)速的計算，根據(jù)相關(guān)公式計算鋼管的壁厚等。 本設(shè)計方法中，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，同時也有效地改善了成品管質(zhì)量。 在具體設(shè)計過程中設(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、鋼管變形溫度等實際情況做相應(yīng)的調(diào)整。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)計和軋制表計算方法N.鞍鋼技術(shù)，2004年第6期22