專利名稱:管材斜軋機新型軋輥的制作方法
本發(fā)明是管材斜軋機新型軋輥，是制造無縫管用的主要工具之一。
最早的斜軋機是1883年德國人曼尼斯曼兄弟發(fā)明的二輥斜軋穿孔機，從此開始有了無縫鋼管工業(yè)。今天，制造無縫鋼管的技術(shù)和裝備已有巨大進步，出現(xiàn)了許多不同類型的機組來制造鋼管，這些機組中廣泛地使用斜軋機。1972年西德發(fā)明了大導盤立式穿孔機，1982年日本發(fā)明了大導盤菌式穿孔機(日本叫交叉穿孔機)這些都是當前令人矚目的成就。
不管老式斜軋機，還是新式斜軋機，不管是二輥式的，還是三輥式的，所安裝的軋輥從幾何上看都是園錐臺的組合體，可簡稱錐形輥。錐形輥的子午線(軸向剖面的輪廓線)是折直線形，即軋輥半徑是軋輥軸向坐標的線性函數(shù)。
圖1給出三種典型斜軋機的錐形輥子的幾何圖形，其中(1)是曼尼斯曼二輥斜軋穿孔機所用的桶形軋輥，幾何上是由大底對接的園錐臺組成;圖1的(2)是盤式穿孔機的軋輥，它由園柱和園錐臺組成;圖1的(3)是菌式穿孔機的軋輥，由二個園錐臺組成，其中小頭錐臺的錐角大于大頭錐臺的錐角。
斜軋機不管是用于穿孔，還是用來軋管，均正和定徑，為了使金屬軋件獲得螺旋前進運動，一臺軋機的一對輥子或三個輥子都是空間交錯安裝這種情況下需要確定金屬軋件在軋輥組中間的形狀和有關(guān)參數(shù)，就是確定金屬變形區(qū)的形狀和參數(shù)。變形區(qū)的模型也可叫開度模型。所謂開度就是軋制中心線到輥子曲面之間的最短距離?，F(xiàn)在軋鋼專業(yè)書籍和文獻里都認為變形區(qū)由入口錐和出口錐組成的，即開度模型是線性的，這是一個粗糙的，很不精確的模型。由于對這個問題認識不清楚，所以導致世界各地斜軋機一律使用錐形輥。
本文指出開度值的變化絕不是線性的，它是一個復(fù)雜得多的非線性函數(shù)。我們給出非線性模型，然后再指出錐形輥的缺點?？紤]到盤式軋機應(yīng)用不廣，我們只給出菌式穿孔機錐形輥下的開度模型由它變形(β＝0°)可導出輥式斜軋機桶形輥下的變形區(qū)。
圖2給出菌式穿孔機穿孔原理示意圖。圖3給出這種軋輥和軋制中心線的空間位置關(guān)系。在圖3中，坐標系〔0;X′，Y′，Z′〕是右手系，0點是軋機中心點，OX′上的點O1(A0，0，0)是軋輥中心點，此處也是壓縮帶，半徑為Ry;Oy′軸是軋制中心軸線，也是軋件中心線。軋輥在右手系〔O1;X1，y1，Z1〕中給出。O1y′繞OX′旋轉(zhuǎn)α到O1T，O1T和它在oy′z′面上投影os′2組成平面л，在л平面上O1T向OS′2偏轉(zhuǎn)β，就到了位置O1y1，O1y1就是軋輥的中心軸線。軋輥的二個園錐的頂點分別為S1和S2，半錐角分別為β1和β2。O1S2的側(cè)投影O1S″2與OX′所夾銳角為θ，O1S″2向后轉(zhuǎn)α1是O1Z1軸，角α1是O1y1與Oy′的交叉角;O1X1這樣規(guī)定，就是O1X1垂直于側(cè)投影O1S″2，并且O1X1在側(cè)面上，這樣選取的〔O1，X1，y1，Z1〕是右手系。這里的α和β傳統(tǒng)上分別叫送進角和輾軋角;O1S2在水平面上的投影O1S2和O1y′成一個角δ，是角β的投影角。
錐頂高h1＝O1S1h1= (Ry)/(tgβ1) (1)角δ與輾軋角β關(guān)系是tgβ＝cosαtgδ (2)δ＝arctg( (tgβ)/(cosα) ) (2)′引入δ角目的，方程簡單。直線O1y1的方程式為(X′-Ao)/(-tgδ) ＝ (Y′)/1 ＝ (Z′)/(tgα) (3)錐頂點S1(
)如下xs1＇=A0- (h1)/(K) tgδys1＇= (h1)/(K) (4)Zs1= (h1)/(K) tgα＇式中K=1+tg2α+tg2δ]]>軋輥中心軸線O1y1的方向余弦是
L1＝- (tgδ)/(K) m1＝ 1/(K) n1＝ (tgδ)/(K) (5)式(5)的第二式m1＝ 1/(K) 恰是交叉角α1的余弦cosα1＝ 1/(K) ＝11+tg2α+tg2δ]]>＝cosαcosβ (6)tgα1=tg2α+tg2δ]]>(6)′側(cè)面投影O1S″2與OX′所夾銳角θ由下式求出tgθ＝ (tgα)/(tgδ) ＝ (sinα)/(tgβ) (7)在圖3中過O向O1S″2作垂線OO2，令OO2＝C0，顯然OO2就是軋輥中心軸線O1S1與軋制中心線Oy′之間的最短距離。再令O1O2＝B0，從圖可知B0＝A0cosθ＝A0(tgδ)/(tgα1)C0＝A0sinθ＝A0(tgα)/(tgα1) (8)A20＝B20+C20tgθ= (C0)/(B0)在O2點建立坐標系〔O2;X2，y2，Z2〕其中O2X2與O1S″2重合;O2y2∥Oy′;O2Z2沿O2O方向，在O點建立坐標系〔O，X，YZ〕，〔O;X，Z〕可看成〔O，X2，Z2〕平移到O點得到的;OY和Oy′重合，下面將指出〔O;X2，Z2〕和〔O，X，Z〕是標準坐標系，在標準坐標系中二次曲線的方程是標準化的。
在圖3中的小錐臺曲面上任取一點M(x′，y′，z′)，連接MS1，它的方向余弦是L2=x′51-x′(x′s1-x′)2+(ys1-y′)2+(Z′s1-Z)2]]>m2=y′51-y′(x′s1-x′)2+(ys1-y′)2+(Z′s1-Z)2(9)]]>n2=Z′s1-Z′(x′s1-x′)2+(ys1-y′)2+(Z′s1-Z)2]]>由解析幾何知道cosβ1＝L1L2+m1m2+n1n2(10)把(9)和(5)代入(10)化簡整理得到F(X′，y′，Z′)＝AX′2+By′2+CZ′2+2DX′y′+2EX′Z′-2Fy′Z′-2GX′-2Hy′-2IZ′+J＝0 (11)式中 A＝K2cos2β1-tg2δB＝K2cos2β1-1C＝K2cos2β1-tg2αD＝tgδ
E＝tgαtgδF＝tgαG＝A0(K2cos2β1-tg2δ)+h1Ksin2β1tgδH＝A0tgδ-h1Ksin2β1I＝A0tgαtgδ-h1Ktgαsin2β1J＝A20(K2cos2β1-tg2δ)+2A0h1Ksin2β1tgδ-h21K2sin2β1式(11)就是圖3中的小頭錐面方程式。同樣可寫出大頭錐面方程式。
金屬變形區(qū)可看成一個回轉(zhuǎn)曲面，這一回轉(zhuǎn)曲面的回轉(zhuǎn)半徑r＝r(y)就是開度值，正是存在這一開度，金屬才會充滿變形區(qū)。根據(jù)線接觸原理，變形區(qū)回轉(zhuǎn)曲面和軋輥園錐曲面沿一條空間曲線接觸。用平面y＝y(tǒng)＝常數(shù)去截取這二個曲面，截取變形區(qū)曲面截口是園;截取小頭或大頭錐曲面截口是二次曲線，對于斜軋問題，這個二次曲線是橢園。y＝y(tǒng)截口曲線(小頭)是F2(X′，Z′)＝a11X′2+2a12X′Z′+a22Z′2+2b1X′+2b2Z′+C＝0 (12)式中 a11＝K2cos2β1-tg2δa12＝tgαtgδa22＝K2cos2β1-tg2αb1＝Dy-G＝y(tǒng)tgδ-A0(K2cos2β1-tg2δ)-h1Ksin2β1tgδb2＝-(Fy+I)＝-ytgα+h1Ktgαsin2β-A0tgαtgδC＝By2-2Hy+J＝y(tǒng)2(K2cos2β1-1)-2y(A0tgδ-h1Ksin2β1)+A20(K2cos2β1-tg2δ)+2A0h1Ksin2β1tgδ-h21K2sin2β1
對式(12)進行轉(zhuǎn)軸變換，設(shè)轉(zhuǎn)了角θ′，目的是消去X′和Z′的乘積項Ctg2θ′＝ (1-tgθ′)/(2tgθ′) ＝ (a11-a22)/(2a12) ＝ (tg2α-tg2δ)/(2tgαtgδ)由此得到 θ′＝π-θ (13)式(13)指出O2X2與OX′正向夾角(π-θ)恰是旋轉(zhuǎn)變換的角度θ′，這說明O2X2和O2Z2是二次曲線(12)的對稱軸，因此O2X2Z2和OXZ是標準坐標系?！睴，X′，Z′〕轉(zhuǎn)了(π-θ)就是〔O，X，Z〕，在〔O，X，Z〕系中式(12)變成a′11X2+a22Z2+2b′1X+2b′2Z+C′＝0 (14)式中 a′11＝1-K2sin2β1a′22＝K2cos2β1b′1＝b1cosθ′+b2sinθ′＝ 1/(tgα1) 〔-ytg2α1+h1Ksin2β1tg2α1+A0tgδ(1-K2sin2β1)〕b′2＝-b1sinθ′+b2cosθ′＝ 1/(tgα1) K2A0tgαcos2β1C′＝C二次曲線(12)的不變量I2I2＝a11a12-a212＝K2cos2β(1-K2sin2β1) (15)真實的斜軋機的錐形輥的I2＞0，由此得到sinβ1＜ 1/(K) ＝11+tg2α+tg2α=11+tg2α+(tgβcosα)2]]>(16)
這說明斜軋輥軋輥在安裝和調(diào)正時的參數(shù)β1，α，β不能任意選定要滿足這個基本條件。
當I2＞0時，式(12)或式(14)是橢園型的二次曲線橢園中心Ot的坐標如下Xot=- (b＇1)/(a＇11) =-A0(tgδ)/(tgα1) - (tgα1)/(1-K2sin2β1) (Kh1sin2β1-y)=-(B0-ξ+ξ0)Zot=- (b＇2)/(a＇22) =-A0(tgα)/(tgα1) -C0(17)式中 ξ＝y(tǒng)tgα1ξ0=(h1-ycosα1)sinα1sin2β1cos2α1-sin2β1=psinα1sin2β1cos2α1-sin2β1]]>P=h1- (y)/(cosα1) = (Ry)/(tgβ1) - (y)/(cosα1)我們看到ξ0就是橢園園心偏移的距離，而p是y＝y(tǒng)的平面與O1y1相交點T到錐頂點S1的距離?；喪?14)還可寫出橢園長、短半軸的計算公式是a= (pcosα1sinβ1cosβ1)/(cos2α1-sin2β1)b=pcosα1sinβ1cos2α1-sin2β1]]>式(14)就簡化了，如下式((x+(R0-ξ+ξ0)]2)/(a2) + ((z+c0)2)/(b2) =118)
開度模型就是變形區(qū)回轉(zhuǎn)曲面，前已指出y＝y(tǒng)時截口園和截口橢園應(yīng)當相切。為了求軋機制中心線和錐形輥曲面間最短距離r＝r(y)，我們化成如下極值問題r＝r(y)＝x2+z2]]>＝min(在橢園(18)上) (19)構(gòu)造函數(shù)G1(X，Z)G1(X,Z)=X2+Z2+λ{ ([X+(B0-ξ+ξ0)2)/(a2) + ((Z+CO)2)/(b2) -1}由
得到X=-Bo-ξ+ξ01+a2λ(20)]]>z=-C01+b2λ]]>把(20)代入(18)得到G1(λ)=(B0-ξ+ξ0a+λa)2+(C0b+λb)2-1=0]]>由(21)求出入的實根后代到(20)，就得到y(tǒng)＝y(tǒng)時的切點(X，Z)代入(19)就得到開度值r
r=(B0-ξ+ξ01+a2λ)2+(C1+b2λ)2=r(y) (22)]]>這就是軋輥小頭對應(yīng)的變形區(qū)入口部分的開度值。對于半錐角為β2的大頭錐臺對應(yīng)的出口部分的開度值r同法可求，此時把上面公式中的β1換成β2;橢園中心坐標是-(β0+ξ+ξ0)，這樣開度值r可寫成統(tǒng)一公式r=(Σ1+a2λ)2+(C01+b2λ)2(23)]]>這里∑＝B0±ξ+ξ0，對β1取負號，對β2取正號。
計算例子已知A＝105mm，Ry＝90mm，α＝16°β＝9.62°，β1＝13°，β2＝7°計算結(jié)果如表1和表2
從這兩張表可見tgt＝｜ (△r)/(△y) |不是常數(shù)，而且變化較大，表中τ＝arctg｜ (△r)/(△y) ｜(度)。長期以來人們認為τ應(yīng)是常數(shù)，事實上絕不是這樣，而是變化的，甚至有較大的變化。大量計算表明，僅在α＜5°，β＜5°時(23)接近線性變化。但各國都在提高生產(chǎn)率，要加大α，或加大α和β，例如α＝8°～20°，β＝0°～15°，這時式(23)非線性程度就很大了。tgτ＝｜ (△r)/(△y) ｜≈｜ (dr)/(dy) ｜就是壓下量沿軋制中心線上的變化速率。這個速率在輥子兩端處最大，入口處｜ (dr)/(dy) ｜大，影響咬入，易造成前卡和引起內(nèi)折，出口區(qū)｜ (dr)/(dy) ｜大，易形成壁厚不均和內(nèi)外螺旋傷痕，同時影響拋出。入口處壓縮速率大，顯然是很不合理的，造成軋輥劇烈磨損，咬入惡化。多少年來，工業(yè)界一直希望搞大角度下穿孔或軋管，但收效甚微。目前工業(yè)上只用到α＝12°(輥式)，菌式的送進角不過17°。角α和β不能取較大數(shù)值的原因，就是人們還不清楚開度是非線性。所以錐形輥限制了人們想進一步提高生產(chǎn)率和改善鋼管質(zhì)量的愿望。
我國鋼管產(chǎn)量少，品種缺。目前建設(shè)新的軋機和老軋機改造的任務(wù)十分突出，為此提出本發(fā)明。本發(fā)明的斜軋機輥子，是一種新型的曲線形的輥子。其特征由下面的輥形曲線方程式表示。為了克服錐形輥的缺點，我們不是事先給定軋輥形狀和尺寸，而是反過來進行，即根據(jù)工藝要求給出一個嚴格的線性變形區(qū)，這樣有兩大優(yōu)點①｜ (dr)/(dy) ｜＝常數(shù)，即壓縮量均勻分布;②出口部分｜ (dr)/(dy) ｜等于頂頭的定徑錐角的正切，這樣毛管壁厚會均勻。給出線性變形區(qū)后設(shè)計，計算一種曲線形輥子，在它的作用下，能獲得這種線性變形區(qū)，并且這種變形區(qū)實體和新型軋輥在空間上實現(xiàn)線接觸。
本發(fā)明采用圖4的坐標系。線性變形區(qū)在〔O;X1，y1，Z1〕中予先給定。新型軋輥在〔O;X′，y′，Z′〕中描寫。坐標系〔O;X′，y′，Z′〕平移距離A0到了〔O1;Xm，y′，Z〕;〔O1，Xm，y′，Z〕繞OXm旋轉(zhuǎn)α角是〔O1，Xm，ym，Zm〕，對輥式穿孔機而言它是軋件所處的坐標系。O1Zm在側(cè)面投影是Ot″，O1Zm和Ot″是平行線，組成一個平面π，在π內(nèi)，O1Zm向Ot″這邊偏離一個角β得到O1Z1α和β分別是送進角和輾軋角，O1Z1就是給定的菌式穿孔機的軋件中心線，也是軋制中心線。O1Z1的水平投影O1y′0與OX′夾的銳角為θ;O1Z1的正面投影是O1t′，它與O1Z夾角δ，它是角β在正立面的投影角。O1y′0向下旋轉(zhuǎn)α1角得O1y1這里α1是O1Z1與OZ′的交叉角，而OZ′是新型軋輥中心軸線?！睴1;X1，y1，Z1〕是右手系，顯然O1X1⊥O1y′0。從O向O1y′0引垂線Op，則Op就是軋制中心線O1Z1和新型軋輥中心線OZ′的最短距離。在p點建立坐標系〔p;X2y2，Z2〕，pX2與py′0反向，Op方向作為py2，pZ2和OZ′平行，坐標系〔p;X2，y2，Z2〕沿pO平移到O得〔O;X，y，Z〕，〔P;X，y〕和〔O;X，y〕都是標準坐標系給定金屬變形區(qū)是嚴格線性的。入口錐和出口錐半錐角分別是γ1和γ2;喉頸處半徑是rh，園坯半徑是rp;毛管半徑是rm，喉頸處壓縮量δ01%，擴管率δ02%，這時有下面規(guī)定(rp-rn)/(rp) ＝δ01% (24)(rm-rn)/(rm) ＝δ02% (25)由(1)和(2)得到rh＝(1-δ01%)rp (26)rm= (rh)/(1-δ02%) (27)也可規(guī)定擴管率δ00%(rm-rp)/(rm) ＝δ00% (28)顯然有δ00%≈δ02%-δ01% (29)設(shè)入口錐長L1，出口錐L2，這樣有tgr1= (rp-rn)/(L1) (30)tgr2= (rm-rn)/(L2) (31)一般取γ1和γ2的數(shù)值是2°～6°;擴徑或擴管時，γ2取值比γ1大些。δ01%一般取12-15%。
當變形區(qū)給定時，就是已知L1，L2，rp，γ1，γ2，就可讓它處于圖4的空間位置，我們就可以設(shè)計、計算新型軋輥半徑的大小和形狀了。入口錐錐頂點S1到O1距離是錐頂高h1h1(rn)/(tgr1) (32)α，β和δ關(guān)系如下tgδ＝ (tgβ)/(cosα) (33)軋件軸線S1O1的方程式(X′-A)/(-tgδ) ＝ (y′)/(tgα) ＝ (Z′)/1 (34)由此得到tgθ＝ (tgα)/(tgδ) (35)由(34)還可求得tgα1=tg2α+tg2δ]]>(36)或者是cosα1＝cosαcosβ (36)′令op＝C0O1p＝B0，則有C0＝A0cosθ＝A0(tgα)/(tgα1) (36)B0＝A0cosθ＝A0(tgδ)/(tgα1) (37)A20＝B20+C20(38)tgθ= (C0)/(B0) (39)作截平面Z＝Z＞0截取新型軋輥截口是園，但園半徑待定，入口錐截口是橢園。Z＝Z平面和O1Z1交于點T，ST由下式求出
P=ST=h1+ (Z)/(cosd1) = (rh)/(tgr1) + (Z)/(cosα1) (40)截口橢園長、短半徑a和b分別是a= (pcosα1sinr1cosr1)/(cos2α1-sin2r1) (41)b=pcosα1sinr1cos2α1-sin2r1(42)]]>O1T在O1y′0上投影長度ξ是ξ＝Ztgα1(43)橢園中心OT偏離T點的距離ξ0是ξ0= (psinα1sinr1)/(cos2α1-sin2r1) (44)橢園方程式是([X-(B0-ξ-ξ0)］2)/(a2) + ((y-C0)2)/(b2) =1(45)這里X和Y是標準系下的坐標。
點O到橢園的最短距離就是Z＝Z時新型軋輥半徑RR＝X2+Y2]]>＝min 在橢園上 (46)用拉氏乘子法求切點(X，Y)，進而代入式(46)求R，為此作輔助函數(shù)G2(X，Y)G2(X0Y)=X2+Y2+λ{ ([X-(B0-ξ-ξ)］2)/(a2) + ((Z-C0)2)/(b2) -1}由
得到
X=-Bo-ξ+ξ01+a2λ(47)]]>Y=-C01+b2λ]]>把(47)代入橢園方程式(45)得到入應(yīng)滿足的方程式G1(λ)=(B0-ξ+ξ0a+λa)2+(C0b+λb)2-1=0]]>(48)解出入的實根后，代入式(47)和式(46)得到RR=(B0-ξ+ξ01+a2λ)2+(C1+b2λ)2=R (Z) (49)]]>對于與出口錐有空間線接觸的新型軋輥半徑值同法可求，但此時p＇= (rh)/(tgr2) - (Z)/(cosα1) ，橢園中心坐標是X0t＇=B0+ξ+ξ0(50)Yot＇=C0式中 ξ′＝-Ztgα1ξ0＇=( (rn)/(tgr2) - (Z)/(cosα1) ) (sinα1sin2r)/(cos2α1-sin2r1)軋輥半徑RR=(B0+ξ+ξ01+a2λ)2+(C01+b2λ)2(Z≤ O) (51)]]>
可以統(tǒng)一式(50)和(51)，為此引入∑∑＝B±(ξ+ξ0) (52)這樣新型軋輥半徑R，不管是與入口錐對應(yīng)的半徑，還是與出口錐對應(yīng)半徑，都可寫成R=(Σ1+a2λ)2+(C1+b2λ)2=R(Z) (53)]]>注意到P= (rn)/(tgr1) - (z)/(cosα1) ，當Z≤0時，出口錐頂點S2到Z＝Z≤0的平面與軋件軸相交于點T′的距離，所以可寫成P＇= (rn)/(tgr) + (｜z｜)/(cosα1) 另外注意到Z≤0時ξ＝-Ztgα＝｜Z｜tgα，所以對于Z≤0時的計算公式和Z≥0時的計算公式就完全統(tǒng)一起來，由此得到計算新型軋輥半徑R的一系列公式如下已知δ01%(或δ02%)，rp，rm，L1，L2，A0，α，β，計算新型軋輥半徑步驟如下(1) rn＝(1-δ01%)rp(2)tgr1= (rp-rn)/(L1)(3)tgr2= (rm-rn)/(L2)(4)δ＝arctg( (tgβ)/(cosα) )
(5)α1=arctg(tg2α+tg2δ]]>)或cosα1＝cosαcosβ(6)C0=A0(tgα)/(tgα1)(7)B0=A0(tgδ)/(tgα1)(8)P= (rh)/(tgr) + (Z)/(cosα1)(9)ξ＝Ztgα1(10)ξ0= (Psinα1sin2r)/(cos2α1-sin2r)(11)a= (Pcosα1sinrcosr)/(cos2α1-sin2r)(12)b=pcosα1sinr1cos2α1-sin2r1]]>(13)∑＝B±(ξ+ξ0)(14)G1(λ)=［Σa+λa］2+［Cb+λb］2-1=0]]>(15)X=Σ1+a2λY=C01+b2λ]]>(16)R=X2+Y2]]>計算時，應(yīng)用這些公式僅須注意∑＝B±(ξ+ξ0)，只有公式中當γ＝γ1時取負號，γ＝γ2時取正號。
公式(53)表明R＝R(Z)這個函數(shù)結(jié)構(gòu)是很復(fù)雜的，不能以顯函數(shù)形式表示，并且是非線性函數(shù)，它就是新型軋輥的子午線方程式，也常稱作輥形曲線方程式。
公式(53)當β＝0°時退化為另一種曲線，稱斜軋曲線，用于設(shè)計、計算輥式穿孔機的軋輥。
新型軋輥半徑大小R和輥子軸向坐標Z完全被公式(53)確定，這是一種非線性函數(shù)。式(53)和世界上各種各樣斜軋機用的錐形輥完全不同，后者輥子半徑R是線性改變的，其子午線是折直線。另外一個顯著特征，本發(fā)明的軋輥與金屬軋件變形區(qū)在空間上實現(xiàn)連續(xù)空間線接觸，能保證變形區(qū)形狀和尺寸按設(shè)計的方式實現(xiàn)，而錐形輥則不能。當提高送進角和輾軋角時，對于錐形軋輥變形區(qū)長度會顯著縮短，且呈非線性，導致與其它工具不適應(yīng)，影響生產(chǎn)，并且毛管質(zhì)量不好。
為了給式(53)命名，考慮到傳統(tǒng)習慣，式(53)所表示的曲線可稱為菌式曲線。這種曲線不僅可用來設(shè)計穿孔機的軋輥，還可以設(shè)計成用于斜軋管機的軋輥，還可以用于斜軋定徑和斜軋均正。不僅適用于二輥式斜軋機，也可適用于三輥式斜軋機。
式(53)另一種退化情形也極為有用，就是A0＝0，α°＝0 β＝0°，但γ1＝γ2＝0，γP＝常數(shù)，這種退化情形可稱為菌式矯正曲線，不僅可用它設(shè)計菌式矯正機(目前世界上沒有這種機器)，還可以用它來強化穿孔和軋管。這是輥子自身的強化，比外加推力裝置和附屬裝置要簡便得多，并且效果也好。目前大型機組，為提高生產(chǎn)率，往往只用一種或兩種規(guī)格園鋼坯，這時用菌式矯正曲線充當軋輥咬入前的準備段，不僅增加送進效率，而且導向效果也好。連鑄技術(shù)的進步會大量價廉提供園柱形連鑄坯，用這種坯料生產(chǎn)鋼管，本發(fā)明的新型軋輥及強化手段更是適宜的。
設(shè)計和計算例子已知A0＝105mm，γh＝15mm，α＝16°，β＝9.62°，γ1＝γ2＝3，計算結(jié)果如表3。
表3
從表3可知新型曲線形軋輥的子午曲線的斜度是改變的，只有這種曲線形軋輥才可能和線性化變形區(qū)保持良好接觸。
新型軋輥優(yōu)點如下(1)與被穿孔金屬實現(xiàn)了連續(xù)空間線接觸，送進效率高。例如β＝0°時的斜軋曲線軋輥用于φ100機組穿孔機，效率提高5～10%(α＝9°時)(2)可以提高α和β，前已指出用錐形輥時α和β提高受到限制，因為變形區(qū)縮短，且非線性嚴重。穿孔速度大體上與α1的正弦成正比，所以大送進角和大輾軋角會使生產(chǎn)率大大提高，甚至成倍提高。
(3)軋件呈線性變化，與新型軋輥空間適應(yīng)，保證壁厚精度高;軋件呈線性變化，受新型軋輥遞增半徑的約束，非線性擴張不可能，這樣園周剪切變形和扭轉(zhuǎn)變形都受到控制，提高了鋼管質(zhì)量且能擴大品種，還可穿軋連鑄坯。
(4)可實現(xiàn)自身強化穿孔，允許降低頂前壓縮量，不大可能出現(xiàn)內(nèi)折廢品。且這種強化，也牢靠、經(jīng)濟，還會增加送進效率。
(5)壓縮量均布，軋輥壽命可望增加一倍到二倍。
(6)能耗降低(如α＝9°時斜軋曲線用于穿孔時降低10%)?？傊€有不少優(yōu)點。
我國斜軋機改造任務(wù)很重，如何改，本文已指出，軋件處于〔0;XmYmZm〕就是曼尼斯曼二輥斜軋穿孔機穿孔時的空間關(guān)系，我國無縫管幾乎90%以上是這種軋機生產(chǎn)的，如果在π平面偏轉(zhuǎn)β＝2°-5°(α＝8°～12°)，那么產(chǎn)量提高5～10%是容易做到的，且改造費用很低。此外我國大都是自動軋管機組，機組中的斜軋均正機是薄弱環(huán)節(jié)，如果單改此機，機組生產(chǎn)量也會提高5%左右，且質(zhì)量也大大改善。
新型軋輥材質(zhì)沒有特殊要求，現(xiàn)在用的軋輥材料都可用。加工軋輥可按數(shù)學分析求出的數(shù)值進行數(shù)控加工，也可仿形加工。
權(quán)利要求
1.管材斜軋機上使用錐形輥，其子午線(輪廓線)是折直線形，本發(fā)明的新型軋輥特征是，它的子午線是特殊曲線形，由下面方程式描述其形狀R=［Σ1＋a2λ］2+［C01+b2λ］2R(Z)]]>式中Z-軋輥軸向坐標，R-該坐標下的新型軋輥半徑。其它參數(shù)意義如下Σ=B0±(ξ+ξ0)(γ=γ1時取負號，γ=γ2時取正號)C0=A0(tgα)/(tgα1)a=pcosα1sinrcosrcosα21-sin2r]]>b=pcosα1sinrcos2α1-sin2r]]>λ是下面方程式的實根［Σa+λa］2［Cob+λb］2-1=0]]>諸式中其它符號意義如下B0=A0(tgδ)/(tgα1)α1=arccos(cosαcosβ)ξ=Ztgα1ξ0= (Psinα1sin2r)/(cos2α1-sin2r)P= (rh)/(tgr) + (Z)/(cosα1)δ=arctg( (tgβ)/(cosα) )r1=arctg( (rP-rh))/(L1) )r2=arctg( (rm-rh)/(L2) )rh=(1-δ01%)rp原始符號意義如下δ01%-軋輥壓縮帶處的相對壓縮量，一般取δ01%=12～15%rp-管坯半徑rm-毛管半徑；L1-變形區(qū)入口錐長度；L2-變形區(qū)出口錐長度；α-送進角β-輾軋角；A0-軋件中心O1到軋機中心O的距離，一般可取A=(4～6)rp。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1，本發(fā)明的新型軋輥入口準備段的子午線特征是曲線呈反翹形的，用以強化穿孔或軋管。
專利摘要
管材斜軋機上使用錐形輥，從幾何上看錐形輥是二個或二個以上圓錐臺的組合體，其特征是它的子午線(輪廓線)是折直線形。本發(fā)明的新型軋輥特征是它的子午線是特殊曲線形，由特定的方程式描述。本發(fā)明的另一特征是和金屬軋件變形區(qū)處處空間接觸。本發(fā)明的新型軋輥適用于曼乃斯曼二輥斜軋穿孔機、交叉穿孔機(菌式斜軋機)、阿賽爾軋機、狄賽爾軋管機等等的斜軋機，也適用這些斜軋機的改造。
文檔編號B21B19/00GK86105420SQ86105420
公開日1987年7月22日 申請日期1986年8月27日
發(fā)明者陳惠波 申請人:陳惠波導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan