一種利用五機架連軋機生產(chǎn)無縫鋼管的孔型設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及軋鋼技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種利用七機架連軋機生產(chǎn)無縫鋼管的孔 型設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無縫鋼管是一種經(jīng)濟截面鋼材，廣泛用于制造結(jié)構(gòu)件和機械零件，并大量用作輸 送石油、天然氣、煤氣及水等流體的管道。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，用戶對無縫鋼管質(zhì)量的要 求不斷提高，無縫鋼管的機械性能和外形誤差控制已成為衡量產(chǎn)品質(zhì)量的主要指標(biāo)，這促 使企業(yè)不斷重視產(chǎn)品的機械性能和外形誤差，開發(fā)先進的生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)。
[0003] 在無縫鋼管生產(chǎn)過程中，連軋機的軋輥孔型控制著軋制過程中的金屬流動，例如 軋輥同管坯斷面各部位開始接觸的時間和壓下量的不同，影響到管坯的金屬的橫向與縱向 流動比，而影響無縫鋼管的機械性能和外形，嚴(yán)重時會出現(xiàn)內(nèi)多邊形。雖然影響質(zhì)量的因素 有很多，但導(dǎo)致鋼管表面缺陷及縱橫向機械性能偏差的主要原因還是孔型設(shè)計及調(diào)整的不 合理。因此，孔型設(shè)計是無縫鋼管生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，對產(chǎn)品質(zhì)量、連軋機生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本 等都有很大的影響
[0004] 目前，國內(nèi)大多數(shù)的企業(yè)仍然采用經(jīng)驗解析的方法設(shè)計軋輥的孔型，就是將事先 設(shè)計的基本孔型組輸入到了計算機，然后利用有限元軟件計算每個機架的金屬變形和力能 參數(shù)，檢查所軋荒管幾何尺寸和力能參數(shù)是否滿足要求，如果計算結(jié)果不符合要求，則必須 修改孔型數(shù)，重新進行有限元計算，這個過程一般需要多次重復(fù)計算，直到能夠滿足所有的 要求為止。
[0005] 很明顯，經(jīng)驗設(shè)計軋輥孔型難于得到最佳化的結(jié)果；計算機優(yōu)化設(shè)計方法的計算 量較大，而且沒有考慮金屬流動速度，因此，影響管材的機械性能、幾何尺寸及殘余應(yīng)力等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷，而提供一種利用五機架連軋機 生產(chǎn)無縫鋼管的孔型設(shè)計方法。
[0007] 為實現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案是：
[0008] -種利用五機架連軋機生產(chǎn)無縫鋼管的軋輥孔型設(shè)計方法，包括下述步驟：
[0009] (1)根據(jù)機架數(shù)、管坯直徑和荒管直徑，通過公式⑴確定連軋機組的總減徑率， 并通過公式（2)分配各機架的減徑率：
【主權(quán)項】
1. 一種利用五機架連軋機生產(chǎn)無縫鋼管的軋輥孔型設(shè)計方法，其特征在于，包括下述 步驟： (1) 根據(jù)機架數(shù)、管坯直徑和荒管直徑，通過公式（1)確定連軋機組的總減徑率，并通 過公式（2)分配各機架的減徑率：
式中： Y為連軋機組的總對數(shù)減徑率；dInput為管坯外徑； (1_為連軋結(jié)束后最小荒管外徑； Yi為第i架機架的對數(shù)減徑率；i為連軋機的機架序號，1 <i< 5 ; n為待定系數(shù)，按照常規(guī)方法計算得到； (2) 按照下述步驟依次計算各個機架的孔型參數(shù)： ① 利用公式（3)計算各個機架的孔型直徑等于各個機架出口端的荒管直徑： di,2=di；1~ ^idi；1 (3) 式中： di;2為第i機架出口端的荒管直徑；di;1為第i機架入口端的荒管直徑； 入i為第i架機架的相對減徑率； ② 采用式（4)、式（5)及式（6)計算連軋機的第i機架的軋輥出口側(cè)軋輥孔型軸線與孔 型槽底的距離％,2、第i機架的軋輥出口側(cè)的軋輥孔型軸線與孔型槽頂?shù)木嚯xbi>2、以及第i 機架軋輥孔型的圓弧半徑rg:
③ 用式（7)計算各個軋輥孔型的橢圓度，采用式（8)計算分布曲線長度，通過在10% 范圍內(nèi)調(diào)控第2和第3機架的橢圓度，每次計算增加1%，在計算出的L值中尋找出最小的 Lmin; Ui=bi；2/ai；2 (7)
式中： L為第i機架橢圓度分布曲線長度；yh:第i-1機架軋輥出口孔型的橢圓度值； yi:第i機架軋輥出口孔型的橢圓度值； ④ 在軋制變形區(qū)變化軋輥與荒管的接觸點位置，在±15%范圍內(nèi)改變，每次計算增加 1%，依據(jù)公式（9)計算出一組接觸弧長、^值，求出接觸弧長度差值A(chǔ)LM=LM，max-LM，min 的最小值；
⑤ 荒管金屬的變形流動速度按式（10)和式（11)計算：
式中： vz為變形區(qū)內(nèi)任一點的金屬軸向流動速度；vy為變形區(qū)內(nèi)任一點的金屬徑向流動速度； Zz為滑移場內(nèi)空間某點的軸向位置坐標(biāo)； Vi為軋輥的轉(zhuǎn)動速度； Vt!為荒管進入機架的入口速度；zJPy!3為空間點的位置坐標(biāo)； R〇為軋輥孔型底部的半徑； S為軋輥出口側(cè)的管壁厚； ⑥ 荒管金屬變形的縱橫向流動速度比P按式（12)計算：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用五機架連軋機生產(chǎn)無縫鋼管的軋輥孔型設(shè)計方法，其特 征在于，采用式（13)計算各機架軋輥孔型的偏心距參數(shù)：
式中： Ri;w是加工第i機架軋輥的刀具半徑； Ri;id是第i機架軋輥的理想半徑； ei是第i機架軋輥軸線和刀具的距離，即第i機架孔型的偏心距； rM是第i機架軋輥孔型的短半軸半徑，即軋輥的孔型軸線與孔型邊緣的最短距離。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用五機架連軋機生產(chǎn)無縫鋼管的孔型設(shè)計方法,確定連軋機組的總減徑率，并分配各機架的減徑率；之后依次計算各個機架的孔型參數(shù)：計算各個機架出口端的荒管直徑：計算連軋機軋輥出口側(cè)軋輥孔型軸線與孔型槽底的距離、軋輥出口側(cè)的軋輥孔型軸線與孔型槽頂?shù)木嚯x、軋輥孔型的圓弧半徑：計算各個軋輥孔型的橢圓度，計算分布曲線長度，在10％范圍內(nèi)調(diào)控第2、3機架的橢圓度，每次增加1％，尋找出最小的橢圓度分布曲線長度；在軋制變形區(qū)變化軋輥與荒管的接觸點位置，在±15％范圍內(nèi)改變，每次增加1％，計算出一組接觸弧長值，求出接觸弧長度差值的最小值；計算荒管金屬變形的縱橫向流動速度比。該方法能保證產(chǎn)品的機械性能。
【IPC分類】B21B37-78
【公開號】CN104550263
【申請?zhí)枴緾N201410791075
【發(fā)明人】李連進, 王惠斌, 王明賢, 張海軍, 宗衛(wèi)兵, 李牧, 叢萌
【申請人】天津商業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月18日