專(zhuān)利名稱(chēng)：：三輥張力減徑機(jī)孔型設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種三輥張力減徑機(jī)孔型設(shè)計(jì)方法?，F(xiàn)有技術(shù)中，采用傳統(tǒng)孔型設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出的橢圓孔型僅考慮機(jī)架寬展量的分配，其主變形機(jī)架孔型的橢圓度α＝1.06～1.09，而在這種分配下的變形區(qū)水平接觸投影面的形狀則是無(wú)法控制的，造成管子在張力減徑過(guò)程中橫向變形不均，管內(nèi)產(chǎn)生多角形。德國(guó)專(zhuān)利DE2528883《管子張力減徑時(shí)不產(chǎn)生內(nèi)多角形的三輥張力減徑機(jī)孔型設(shè)計(jì)》提出了一種圓孔型設(shè)計(jì)方法在前面機(jī)架中的一架(最好在第3機(jī)架)上改變壓下量，并從這一架起使以后各架(除成品機(jī)架外)的橢圓度α＝ai/bi的逐架變化率≤0.4％，與此同時(shí)從壓下量改變這架起，隨后各機(jī)架的最大和最小受壓長(zhǎng)度差(以毫米計(jì))應(yīng)小于γtam表示該孔型系例的平均外徑壓下量的對(duì)數(shù)值。該方法解決了水平接觸投影面近似矩形的孔型設(shè)計(jì)，使減徑管橫向變形均勻性得到了提高，但由于其孔型的橢圓度較小α≤1.04，軋制過(guò)程中管子具有較大的負(fù)寬展量，造成孔槽使用壽命下降。本發(fā)明的目的是提供一種可根據(jù)張減機(jī)機(jī)架多寡、軋制溫降大小分配減徑率，并同時(shí)兼顧減徑管的橫向變形均勻性及軋輥孔槽壽命要求的三輥張力減徑機(jī)孔型設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)解決方案實(shí)現(xiàn)的。一種三輥張力減徑機(jī)孔型設(shè)計(jì)方法，其特征在于軋輥孔型參數(shù)是通過(guò)以下步驟獲得的1．根據(jù)對(duì)數(shù)變形總量等于各機(jī)架對(duì)數(shù)變形量之和的原理，采用以?xún)绾瘮?shù)形式構(gòu)成的對(duì)數(shù)減徑率分配通式γi=1-η(i-M0)nΣj=M0M1[1-η(j-M0)n]×1n(dM0-1dM1)----(1)]]>式中γi-第i架的機(jī)架對(duì)數(shù)減徑率i-張減機(jī)機(jī)架序號(hào)，取i=M0、M0+1、M0+2、M0+3……M1M0-減徑工作機(jī)組第一架的機(jī)架序號(hào)M1-減徑工作機(jī)組最末架的機(jī)架序號(hào)η-待確定的系數(shù)n-函數(shù)的冪次數(shù)n＝0或n＝1～3dM0-1、dM1-第(M0-1)架及第M1架的孔型直徑得出減徑工作機(jī)組各機(jī)架的對(duì)數(shù)減徑率γi，進(jìn)而計(jì)算出各機(jī)架的孔型直徑di；2.根據(jù)軋制變形區(qū)水平接觸投影控制系數(shù)K確定各機(jī)架孔型的橢圓度αiK=LgLd,K=0~1----(2)]]>式中Lg-軋制時(shí)孔型輥縫處的近似水平接觸弧長(zhǎng)Ld-軋制時(shí)孔型頂點(diǎn)處的水平接觸弧長(zhǎng)根據(jù)K＝0、K＝0.01～0.99及K＝1三種情況，按不同計(jì)算式示求出各機(jī)架孔型長(zhǎng)半軸ai、短半軸bi值a)K＝0ai＝bi-1(3)bi＝di-ai(4)b)K＝0.01～0.99αi=-B1-B12-4A1C12A1----(5)]]>bi＝di-ai(6)式中A1＝1-K2(7)B1＝K2×(2di-Rid-ai-1)-2Rid-bi-1(8)C1＝2bi-1Rid-K2×(di-ai-1)×(di-Rid)(9)c)K＝1ai=A2B2----(10)]]>bi＝di-ai(11)式中A2＝di2+ai-1Rid-di×(ai-1+Rid)-2bi-1Rid(12)B2＝2di-3Rid-ai-1-bi-1(13)其中b)、c)中出現(xiàn)的Rid為軋輥理論半徑；3.將M0-1機(jī)架(即建張機(jī)組最后一個(gè)機(jī)架)的直徑dM0-1在原計(jì)算值基礎(chǔ)上，以±2毫米為區(qū)間、0.01毫米為步長(zhǎng)取401個(gè)值，并按步驟(2)計(jì)算出相應(yīng)的401套孔型橢圓度αi值，分析其隨機(jī)架序號(hào)i的分布曲線，從中選出平滑下降程度最佳的一組作為設(shè)計(jì)結(jié)果。上述減徑率分配通式(1)中的待定系數(shù)η值是這樣確定的令γM0＝γmax＝γm+(0.005～0.010)(14)式中γM0-第M0機(jī)架的對(duì)數(shù)減徑率γmax-工作機(jī)組中的最大機(jī)架對(duì)數(shù)減徑率γm-工作機(jī)組的平均機(jī)架對(duì)數(shù)減徑率γm=1n(dM0-1dM1)M1-M0+1----(15)]]>當(dāng)γM0確定后，令(1)式中γi＝γM0及i＝M0，并將M0、dM0-1及dM1的值同時(shí)代入(1)式即可求出η值。減徑率分配通式(1)中函數(shù)的冪次數(shù)可取值n＝0、1、2、3，進(jìn)而可將式(1)變換為機(jī)架序號(hào)i的一元函數(shù)n＝0時(shí)，γi＝γm(常數(shù))(16)n＝1時(shí)，γi＝A+Bi(17)n＝2時(shí)，γi＝A+Bi+Ci2(18)n＝3時(shí)，γi＝A+Bi+Ci2+Di3(19)式中A、B、C、D-系數(shù)根據(jù)控制系數(shù)K確定橢圓度的計(jì)算中，無(wú)論K＝0、K＝0.01～0.99或K＝1，均以荒管直徑d0為假想孔型直徑，并取a0＝b0＝d0/2(20)式中a0-假想孔型的長(zhǎng)半軸b0-假想孔型的短半軸。根據(jù)張減機(jī)機(jī)架多寡、軋制溫降大小，改變減徑率分配通式(1)中函數(shù)的冪次數(shù)n值，可獲得適合于各種張減機(jī)的機(jī)架減徑率分配公式。n＝0時(shí)，減徑率按機(jī)架序號(hào)呈常數(shù)分配，較適用于微張力軋制；n＝1時(shí)，減徑率按機(jī)架序號(hào)呈線性遞降分配，適用于24架次以下的張力減徑機(jī)；n＝2時(shí)，減徑率按機(jī)架序號(hào)呈拋物線遞降分配，適用于26架次以上的多機(jī)架張減機(jī)。多機(jī)架張減機(jī)由于減徑管的溫降、變形速度及摩擦系數(shù)隨機(jī)架序號(hào)遞增，使其變形抗力亦隨機(jī)架序號(hào)遞增，這就容易引起后部機(jī)架的軋制負(fù)荷趨高，采用按機(jī)架序號(hào)呈非線性遞降的減徑率分配規(guī)律，如n＝2或3，有利于平衡前后機(jī)架的軋制負(fù)荷并充分發(fā)揮材料的塑性。軋制變形區(qū)水平投影面的形狀可通過(guò)改變控制系數(shù)K進(jìn)行控制。當(dāng)K＝0時(shí)，由式(3)ai＝bi-1可知其寬展量Ci＝ai-bi-1＝0，此時(shí)為零寬展；當(dāng)K＝0.01～0.99及1時(shí)，寬展量Ci在零寬展量到小于圓孔型負(fù)寬展量之間變化。當(dāng)K由0趨向1時(shí)，孔型的均勻變形條件得到改善；當(dāng)K由1趨向0時(shí)，孔槽的壽命將會(huì)增加。最佳的設(shè)計(jì)將根據(jù)生產(chǎn)要求權(quán)衡兩者利弊得失來(lái)加以確定，一般1)對(duì)于直徑壁厚比大于10的管子，用K＝0的條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，已能滿(mǎn)足變形均勻性的要求；2)對(duì)于直徑壁厚比小于10的管子，則應(yīng)取K＝0.01～0.99的條件進(jìn)行設(shè)計(jì)；3)對(duì)于直徑壁厚比小于5的管子，亦可用K＝1的條件進(jìn)行設(shè)計(jì)；以上三種設(shè)計(jì)條件中，K＝0.01～0.99的適用范圍較寬，可兼顧一般壁厚管及厚壁管。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳述。圖1為本發(fā)明方法機(jī)架對(duì)數(shù)減徑率分布曲線圖。圖2為本發(fā)明方法機(jī)架孔型直徑分布曲線圖。圖3-圖12為本發(fā)明方法同一孔型選用不同K值時(shí)軋制變形區(qū)水平接觸投影面的形狀圖。圖13為本發(fā)明方法設(shè)計(jì)最佳點(diǎn)孔型橢圓度分布曲線圖。圖14為偏離本發(fā)明方法設(shè)計(jì)最佳點(diǎn)的孔型橢圓度分布曲線圖。本實(shí)施例給出一個(gè)由28機(jī)架構(gòu)成的119孔型張減機(jī)的孔型設(shè)計(jì)過(guò)程。首先，根據(jù)本發(fā)明給出的以?xún)绾瘮?shù)形式構(gòu)成的對(duì)數(shù)減徑率分配通式，確定各機(jī)架的孔型直徑γi=1-η(i-M0)nΣj=M0M1[1-η(j-M0)n]×1n(dM0-1dM1)----(1)]]>式中i-機(jī)架序號(hào)，取i＝M0、M0+1、M0+2、M0+3……M1M0-減徑工作機(jī)組第一架的機(jī)架序號(hào)，本例中1-3機(jī)架為建張機(jī)組，24-28機(jī)架為成品機(jī)組，則M0＝4M1-減徑工作機(jī)組最末架的機(jī)架序號(hào)，在本例中M1＝23η-待確定的系數(shù)dM0-1、dM1-第(M0-1)架及第M1架的孔型直徑，故式中1n(dM0-1/dM1)＝1n(d3/d23)n-函數(shù)的冪次數(shù)，今取n＝2則式(1)變?yōu)橐韵滦问郊僭O(shè)張減機(jī)人口荒管外徑d0＝119.0毫米，對(duì)于d1～d3的建張機(jī)組可取對(duì)于d24～d28的成品機(jī)組，其d28為最小規(guī)格成品管的熱態(tài)尺寸，今已知冷態(tài)成品管外徑d′28＝21.3毫米，考慮熱膨脹系數(shù)1.01，則d28＝d′28×1.01＝21.3×1.01＝21.51(毫米)今取d23＝1.10×d28＝1.10×21.51＝23.66(毫米)有關(guān)d24～d27可按常規(guī)計(jì)算確定，與本發(fā)明所述方法無(wú)關(guān)，不在此討論。將d3＝108。91毫米、d23＝23。66毫米代入式(2)]]>令γ4＝γmax＝γm+(0.005～0.010)(4)式中γmax-工作機(jī)組中的最大機(jī)架減徑率γm-工作機(jī)組的平均機(jī)架減徑率γm=120×1n(108.9123.66)=0.0763368]]>式(4)括號(hào)中的系數(shù)取0.007，并將γm＝0.0763368代入γ4＝0.0763368+0.007＝0.0833368將γ4＝0.0833368代入式(3)，并令(3)式中i＝4，經(jīng)整理得η＝0.000680133將η＝0.000680133代入式(3)，經(jīng)整理得γi＝0.082422992+0.00045344i-0.000056668i2(5)用式(5)可計(jì)算出減徑工作機(jī)組各機(jī)架的對(duì)數(shù)減徑率，然后以d3為已知值，從第4架開(kāi)始逐架按下式計(jì)算出孔型直徑。di=di-1exp(γi)----(6)]]>表1給出了各機(jī)架的對(duì)數(shù)減徑率γi、EXP(γi)和孔型直徑di值，其中1～3機(jī)架的對(duì)數(shù)減徑率γi是由給定的EXP(γi)值反推得來(lái)的。對(duì)數(shù)減徑率隨機(jī)架序號(hào)分布曲線γi-i和孔型直徑隨機(jī)架序號(hào)分布曲線di-i分別在圖1和圖2中給出。d1-d23機(jī)架孔型直徑確定后，根據(jù)本發(fā)明提供的軋制變形區(qū)水平接觸投影控制系數(shù)K確定各機(jī)架孔型的橢圓度αiK=LgLd,K=0~1----(2)]]>式中Lg-軋制時(shí)孔型輥縫處的近似水平接觸弧長(zhǎng)Ld-軋制時(shí)孔型頂點(diǎn)處的水平接觸弧長(zhǎng)兼顧其同時(shí)適用于一般管與部分厚壁管的要求，選用K＝0.01～0.99的設(shè)計(jì)條件，其具體計(jì)算公式為αi=-B1-B12-4A1C12A1----(8)]]>bi＝di-ai(9)式中A1＝1-K2B1＝K2×(2di-Rid-ai-1)-2Rid-bi-1(10)C1＝2bi-1Rid-K2×(di-ai-1)×(di-Rid)(11)其中Rid-軋輥理論半徑，由設(shè)備本身決定，本實(shí)施例中Rid＝165毫米，并以荒管直徑d0為假想孔型直徑，取圖3-圖12給出了同一孔型選用不同K值時(shí)，軋制變形區(qū)水平接觸投影面形狀隨K值的變化情況，圖中0點(diǎn)為孔型頂點(diǎn)，L為軋制時(shí)孔型各點(diǎn)處的水平接觸弧長(zhǎng)。參照?qǐng)D3-圖12，兼顧減徑管橫向變形均勻性及軋輥孔槽壽命，選K＝0.6作為具體設(shè)計(jì)條件。為獲得一組橢圓度值隨減徑工作機(jī)組機(jī)架序號(hào)呈平滑下降分布的孔型，計(jì)算時(shí)將d3在原計(jì)算值基礎(chǔ)上以±2毫米為區(qū)間、0.01毫米為步長(zhǎng)取401個(gè)值，即取d3＝110.91、110.90、110.89……108.91……106.93、106.92、106.91分別與其它孔型(這些孔型的直徑固定不變)組成401套孔型。然后對(duì)每套孔型從第一架起用式(8)～式(12)分別計(jì)算出各機(jī)架的孔型長(zhǎng)半軸ai、短半軸bi值，進(jìn)而利用橢圓度計(jì)算公式αi=dibi]]>求出401套孔型的橢圓度αi值。并分別作出401幅，橢圓度αi隨機(jī)架序號(hào)分布曲線αi-i，從中選出i＝3-23這段曲線平滑下降程度最佳的一套作為設(shè)計(jì)結(jié)果。表2給出了本實(shí)施例設(shè)計(jì)最佳點(diǎn)的孔型參數(shù)，圖13為與之相對(duì)應(yīng)的橢圓度分布曲線αi-i。表3給出的為偏離設(shè)計(jì)最佳點(diǎn)0.04毫米的孔型參數(shù)，相應(yīng)的橢圓度分布曲線αi-i由圖14給出。表2、表3中給出的寬展量值，其計(jì)算公式為ci＝ai-bi-1比較圖13與圖14可以看出，如果d3值偏離最佳點(diǎn)，則橢圓度αi將隨機(jī)架序號(hào)i呈跳躍分布。圖14所示曲線僅偏離最佳設(shè)計(jì)點(diǎn)0.04毫米，如偏離值繼續(xù)增大，則跳躍的幅度將明顯加大。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明可以根據(jù)機(jī)架的多寡、軋制溫降的大小選擇合適的減徑率分配方案，有利于平衡前后機(jī)架的軋制負(fù)荷并充分發(fā)揮材料的塑性。更重要的是，本發(fā)明軋制變形區(qū)水平接觸投影面中孔型輥縫處接觸弧投影長(zhǎng)度與孔型頂點(diǎn)處接觸弧投影長(zhǎng)度之比值可控制的孔型橢圓度設(shè)計(jì)方法，解決了小于圓孔型負(fù)寬展量到零寬展量之間的孔型設(shè)計(jì)問(wèn)題，設(shè)計(jì)出的孔型可以兼顧減徑管橫向變形均勻性與孔槽壽命兩逆向因素的要求。同時(shí)，這種兼顧性將使本發(fā)明方法在合并橢圓孔型系與圓孔型系方面發(fā)揮作用，進(jìn)而為今后重組孔型系提供具有廣闊應(yīng)用前景的新途徑。另外，本方法直觀簡(jiǎn)單，易于接受和掌握。表1</tables>表2表權(quán)利要求1.一種三輥張力減徑機(jī)孔型設(shè)計(jì)方法，其特征在于軋輥孔型參數(shù)是通過(guò)以下步驟獲得的(1)根據(jù)對(duì)數(shù)變形總量等于各機(jī)架對(duì)數(shù)變形量之和的原理，采用以?xún)绾瘮?shù)形式構(gòu)成的對(duì)數(shù)減徑率分配通式γi=1-η(i-M0)nΣj=M0M1[1-η(j-M0)n]×1n(dM0-1dM1)----(1)]]>式中γi-第i架的機(jī)架對(duì)數(shù)減徑率i-張減機(jī)機(jī)架序號(hào)，取i＝M0、M0+1、M0+2、M0+3......M1M0-減徑工作機(jī)組第一架的機(jī)架序號(hào)M1-減徑工作機(jī)組最末架的機(jī)架序號(hào)η-待確定的系數(shù)n-函數(shù)的冪次數(shù)n＝0或n＝1～3dM0-1、dM1-第(M0-1)架及第M1架的孔型直徑得出減徑工作機(jī)組各機(jī)架的對(duì)數(shù)減徑率γi，進(jìn)而計(jì)算出各機(jī)架的孔型直徑di；(2)根據(jù)軋制變形區(qū)水平接觸投影控制系數(shù)K確定各機(jī)架孔型的橢圓度αiK=LgLd,K=0~1----(2)]]>式中Lg-軋制時(shí)孔型輥縫處的近似水平接觸弧長(zhǎng)Ld-軋制時(shí)孔型頂點(diǎn)處的水平接觸弧長(zhǎng)根據(jù)K＝0、K＝0.01～0.99及K＝1三種情況，按不同計(jì)算式示求出各機(jī)架孔型長(zhǎng)半軸ai、短半軸bi值a)K＝0ai＝bi-1(3)bi＝di-ai(4)b)K＝0.01～0.99αi=-B1-B12-4A1C12A1----(5)]]>bi＝di-ai(6)式中A1＝1-K2(7)B1＝K2×(2di-Rid-ai-1)-2Rid-bi-1(8)C1＝2bi-1Rid-K2×(di-ai-1)×(di-Rid)(9)c)K＝1ai=A2B2----(10)]]>bi＝di-ai(11)式中A2＝di2+ai-1Rid-di×(ai-1+Rid)-2bi-1Rid(12)B2＝2di-3Rid-ai-1-bi-1(13)其中b)、c)中出現(xiàn)的Rid為軋輥理論半徑；(3)將M0-1機(jī)架(即建張機(jī)組最后一個(gè)機(jī)架)的直徑dM0-1在原計(jì)算值基礎(chǔ)上，以±2毫米為區(qū)間、0.01毫米為步長(zhǎng)取401個(gè)值，并按步驟(2)計(jì)算出相應(yīng)的401套孔型橢圓度αi值，分析其隨機(jī)架序號(hào)i的分布曲線，從中選出平滑下降程度最佳的一組作為設(shè)計(jì)結(jié)果。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述減徑率分配通式(1)中的待定系數(shù)η值是這樣確定的令γM0＝γmax＝γm+(0.005～0.010)(14)式中γM0-第M0機(jī)架的對(duì)數(shù)減徑率γmax-工作機(jī)組中的最大機(jī)架對(duì)數(shù)減徑率γm-工作機(jī)組的平均機(jī)架對(duì)數(shù)減徑率γm=1n(dM0-1dM1)M1-M0+1----(15)]]>當(dāng)γM0確定后，令(1)式中γi＝γM0及i＝M0，并將M0、dM0-1及dM1的值同時(shí)代入(1)式即可求出η值。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的減徑率分配通式(1)中函數(shù)的冪次數(shù)可取值n＝0、1、2、3，進(jìn)而可將式(1)變換為機(jī)架序號(hào)i的一元函數(shù)n＝0時(shí)，γi＝γm(常數(shù))(16)n＝1時(shí)，γi＝A+Bi(17)n＝2時(shí)，γi＝A+Bi+Ci2(18)n＝3時(shí)，γi＝A+Bi+Ci2+Di3(19)式中A、B、C、D-系數(shù)4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的根據(jù)控制系數(shù)K確定橢圓度的計(jì)算中，無(wú)論K-0、K＝0.01～0.99或K＝1，均以荒管直徑d0為假想孔型直徑，并取a0＝b0＝d0/2(20)式中a0-假想孔型的長(zhǎng)半軸b0-假想孔型的短半軸。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種三輥張力減徑機(jī)孔型設(shè)計(jì)方法，采用以?xún)绾瘮?shù)形式構(gòu)成的對(duì)數(shù)減徑率分配通式:改變函數(shù)的冪次數(shù)n，即可根據(jù)機(jī)架的多寡、軋制溫降的大上選擇合適的減徑率分配方案；根據(jù)軋制變形區(qū)水平接觸投影控制系數(shù)K確定各機(jī)架孔型的橢圓度，K=L文檔編號(hào)B21B19/00GK1162508SQ9710196公開(kāi)日1997年10月22日申請(qǐng)日期1997年3月28日優(yōu)先權(quán)日1997年3月28日發(fā)明者孫澄瀾,周曉嵐申請(qǐng)人:寶山鋼鐵(集團(tuán))公司