第四篇鋼管部分-18章

1、1材料成形工藝學(xué)（下）材料成形工藝學(xué)（下）Technology of Material Forming高秀華高秀華東北大學(xué)東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室軋制技術(shù)及連軋自動化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2011.112第第1818章章 管材縱軋?jiān)砉懿目v軋?jiān)?和工具設(shè)計(jì)和工具設(shè)計(jì)3第一節(jié)第一節(jié) 管材縱軋變形區(qū)的特點(diǎn)管材縱軋變形區(qū)的特點(diǎn)一、一、管材縱軋三個類型管材縱軋三個類型空心管軋制空心管軋制( (定、減徑機(jī)）定、減徑機(jī)）長芯棒軋制（連軋管機(jī)）長芯棒軋制（連軋管機(jī)）短芯頭軋制（自動軋管機(jī)）短芯頭軋制（自動軋管機(jī)）二、管材縱軋變形區(qū)二、管材縱軋變形區(qū)1 1、帶頂頭芯棒軋制、帶頂頭芯棒軋制 變形區(qū)由

2、一個頂頭（芯棒）和兩個軋輥上的變形區(qū)由一個頂頭（芯棒）和兩個軋輥上的孔槽所組成，分為兩段：孔槽所組成，分為兩段：45第一節(jié)第一節(jié) 管材縱軋變形區(qū)的特點(diǎn)管材縱軋變形區(qū)的特點(diǎn)二、管材縱軋變形區(qū)二、管材縱軋變形區(qū)1 1、帶頂頭芯棒軋制、帶頂頭芯棒軋制p 減徑區(qū)減徑區(qū)壓扁段：壓扁段：只有斷面形狀的變化，周長、壁厚無變化，只有斷面形狀的變化，周長、壁厚無變化，無延伸；無延伸； 減徑段：平均直徑減小，毛管出現(xiàn)延伸，壁厚有所減徑段：平均直徑減小，毛管出現(xiàn)延伸，壁厚有所增加增加 p減壁區(qū)：減壁區(qū)： 外徑繼續(xù)減小，壁厚很快軋薄，毛管迅猛延伸。外徑繼續(xù)減小，壁厚很快軋薄，毛管迅猛延伸。 6第一節(jié) 管材縱軋變形區(qū)的

3、特點(diǎn)二、管材縱軋變形區(qū)二、管材縱軋變形區(qū)2 2、無頂頭芯棒軋制、無頂頭芯棒軋制 變形區(qū)由兩個或三個軋輥孔槽組成，僅有一個減徑區(qū)變形區(qū)由兩個或三個軋輥孔槽組成，僅有一個減徑區(qū)p一般減徑：一般減徑：壓扁段：壓扁段：只有斷面形狀的變化，周長、壁厚無變化，只有斷面形狀的變化，周長、壁厚無變化，無延伸無延伸減徑段：延伸、壁增厚減徑段：延伸、壁增厚p張力減徑：張力減徑：壓扁段：同上壓扁段：同上減徑段：延伸、壁減薄減徑段：延伸、壁減薄7第一節(jié)第一節(jié) 管材縱軋變形區(qū)的特點(diǎn)管材縱軋變形區(qū)的特點(diǎn)三、管材縱軋孔型形狀三、管材縱軋孔型形狀p橢圓孔型橢圓孔型p圓孔型圓孔型弧邊圓弧邊圓切邊圓切邊圓正圓正圓u孔型嚴(yán)密性：孔

4、型嚴(yán)密性：定義：指孔型的封閉狀態(tài)程度定義：指孔型的封閉狀態(tài)程度影響孔型嚴(yán)密性的因素影響孔型嚴(yán)密性的因素孔型寬高比孔型寬高比孔型開口角孔型開口角8 管材縱軋孔型圖管材縱軋孔型圖（a a）二輥橢圓孔型；（）二輥橢圓孔型；（b b）三輥橢圓孔型；（）三輥橢圓孔型；（c c）帶側(cè)壁圓弧圓孔型；）帶側(cè)壁圓弧圓孔型；（d d）切線側(cè)壁圓孔型；（）切線側(cè)壁圓孔型；（e e）圓孔型）圓孔型9第一節(jié)第一節(jié) 管材縱軋變形區(qū)的特點(diǎn)管材縱軋變形區(qū)的特點(diǎn)三、管材縱軋孔型形狀三、管材縱軋孔型形狀u孔型嚴(yán)密性：孔型嚴(yán)密性：橢圓橢圓 切邊圓切邊圓 弧邊圓弧邊圓 正圓正圓影響孔型嚴(yán)密性的因素影響孔型嚴(yán)密性的因素孔型寬高比：即孔

5、型橢圓度系數(shù)，寬高孔型寬高比：即孔型橢圓度系數(shù)，寬高比越小，嚴(yán)密性越好。比越小，嚴(yán)密性越好?？仔烷_口角，角度越小，嚴(yán)密性越好孔型開口角，角度越小，嚴(yán)密性越好。10第一節(jié) 管材縱軋變形區(qū)的特點(diǎn)四、管材縱軋的變形參數(shù)四、管材縱軋的變形參數(shù)p縱向：延伸率縱向：延伸率p橫向：減徑率（徑縮率）橫向：減徑率（徑縮率）p徑向：減壁率徑向：減壁率原因：因?yàn)楣荏w縱軋有相當(dāng)一部分壓扁存在，所以單純原因：因?yàn)楣荏w縱軋有相當(dāng)一部分壓扁存在，所以單純的的“壓下壓下”已不能完全反映實(shí)際變形，而改用平均直徑已不能完全反映實(shí)際變形，而改用平均直徑減縮率表示。減縮率表示。 孔型的寬度也不取決于金屬的寬展，而完全取決于管孔型的寬

6、度也不取決于金屬的寬展，而完全取決于管體的壓扁擴(kuò)展程度。因?yàn)檫@時(shí)實(shí)際的金屬寬展值與壓扁體的壓扁擴(kuò)展程度。因?yàn)檫@時(shí)實(shí)際的金屬寬展值與壓扁的擴(kuò)展值相比太小了，可以略而不計(jì)。的擴(kuò)展值相比太小了，可以略而不計(jì)。 11第二節(jié)管材縱軋變形區(qū)的速度分析第二節(jié)管材縱軋變形區(qū)的速度分析 一一、軋制直徑軋制直徑p定義定義：軋件出口斷面軋槽上某點(diǎn)的線速度與軋件出口速軋件出口斷面軋槽上某點(diǎn)的線速度與軋件出口速度相等，該點(diǎn)稱為中性點(diǎn)。中性點(diǎn)對應(yīng)的軋輥直徑叫軋制度相等，該點(diǎn)稱為中性點(diǎn)。中性點(diǎn)對應(yīng)的軋輥直徑叫軋制直徑。直徑。二、條件滑動系數(shù)：軋件出口速度與軋槽的平均切二、條件滑動系數(shù)：軋件出口速度與軋槽的平均切線速度之比。

7、線速度之比。60nDvzzpizpizTiDDvvSaDDSmzxmax1213第二節(jié)管材縱軋變形區(qū)的速度分析第二節(jié)管材縱軋變形區(qū)的速度分析 二、條件滑動系數(shù)二、條件滑動系數(shù)pizpizTiDDvvSpipivnD60bFvvpi2020302bxbxvdxDndxvF2020222bmbxpiydxbDdxDbDbDDmpi1415第二節(jié)管材縱軋變形區(qū)的速度分析 三、三、影響軋制直徑的因素影響軋制直徑的因素p 軋件的相對壁厚；軋件的相對壁厚；p 輥徑大小；輥徑大小；p 孔型的寬高比；孔型的寬高比；p 頂頭或芯棒的形狀和使用方法；頂頭或芯棒的形狀和使用方法；p 工具接觸表面的摩擦系數(shù)；工具接觸

8、表面的摩擦系數(shù)；p 變形區(qū)的前后張力；變形區(qū)的前后張力；p 變形程度；變形程度；p 沿孔型寬度的均勻性。沿孔型寬度的均勻性。 16第二節(jié)管材縱軋變形區(qū)的速度分析第二節(jié)管材縱軋變形區(qū)的速度分析 11xxxxvFvF四、動態(tài)張力系數(shù)分析四、動態(tài)張力系數(shù)分析無張力：無張力：有拉力：有拉力：有推力：有推力：動態(tài)張力系數(shù)：衡量機(jī)架間秒流量不等的程度的動態(tài)張力系數(shù)：衡量機(jī)架間秒流量不等的程度的系數(shù)。系數(shù)。 常數(shù)xxvFvFvF221111xxxxvFvFxxxxxxxvFvFvFC11表示機(jī)架間存在推力表示機(jī)架間產(chǎn)生張力00 xxCC17一、第一次咬入一、第一次咬入p空心管軋制僅有一次咬入；帶頂頭芯棒有兩

9、次空心管軋制僅有一次咬入；帶頂頭芯棒有兩次咬入。咬入。p在連軋機(jī)、定減徑機(jī)，用輥道送鋼時(shí)，毛管先于在連軋機(jī)、定減徑機(jī)，用輥道送鋼時(shí)，毛管先于孔型頂部接觸，與一般縱軋相同孔型頂部接觸，與一般縱軋相同p有推力：有推力：第三節(jié)管材縱軋的咬入條件第三節(jié)管材縱軋的咬入條件1tanf212tanffa18二、第二次咬入二、第二次咬入p短芯頭咬入：短芯頭咬入：p長芯棒軋制咬入：長芯棒軋制咬入：第三節(jié)管材縱軋的咬入條件第三節(jié)管材縱軋的咬入條件112tan21tan2tanBB)tan1tan(122EfEB1 AfEtan0 fA112tan21tan2tanff19一、軋制力一、軋制力 縱軋管材有兩種：一是

10、帶芯棒軋制，如長芯棒連續(xù)軋管縱軋管材有兩種：一是帶芯棒軋制，如長芯棒連續(xù)軋管機(jī)、自動軋管機(jī)，二是空心管軋制，如定減徑機(jī)機(jī)、自動軋管機(jī)，二是空心管軋制，如定減徑機(jī) 接觸表面水平投影面積接觸表面水平投影面積 自動軋管機(jī)自動軋管機(jī)第四節(jié)縱軋軋制壓力和軋制力矩2211FPFPPmin0min2121DadDDbFm2210.106.1blF1tan)tan(412tan2minmin2DlhDly20一、軋制力一、軋制力 接觸表面水平投影面積接觸表面水平投影面積 自動軋管機(jī)自動軋管機(jī)長芯棒軋制連軋管機(jī)：長芯棒軋制連軋管機(jī)：第四節(jié)縱軋軋制壓力和軋制力矩第四節(jié)縱軋軋制壓力和軋制力矩zzzhdhdhh000

11、121FFFsin221min1min1hDabDdFxxmcos2min2hDhdCFkm21一、軋制力一、軋制力 接觸表面水平投影面積接觸表面水平投影面積 空心管軋制：空心管軋制：平均單位壓力計(jì)算平均單位壓力計(jì)算第四節(jié)縱軋軋制壓力和軋制力矩第四節(jié)縱軋軋制壓力和軋制力矩xxxxnabDabbF1min1212185.080.0pifdhkp01減壁區(qū)減壁區(qū)P2查圖獲得查圖獲得22一、一、連軋管工具設(shè)計(jì)連軋管工具設(shè)計(jì)連軋管孔型設(shè)計(jì)連軋管孔型設(shè)計(jì)（1 1）選定孔型系統(tǒng)和孔型選定孔型系統(tǒng)和孔型 橢圓圓孔型系統(tǒng)橢圓圓孔型系統(tǒng) 正圓、帶圓弧側(cè)壁或切線側(cè)壁的圓孔型、正圓、帶圓弧側(cè)壁或切線側(cè)壁的圓孔型、

12、橢圓孔型、帶圓弧側(cè)壁或切線側(cè)壁的橢圓孔型橢圓孔型、帶圓弧側(cè)壁或切線側(cè)壁的橢圓孔型 頭兩架軋機(jī)上采用圓弧側(cè)壁斜度的橢圓孔型。因頭兩架軋機(jī)上采用圓弧側(cè)壁斜度的橢圓孔型。因?yàn)檫@種孔型在大程度減徑時(shí)，保證必要的延伸，孔為這種孔型在大程度減徑時(shí)，保證必要的延伸，孔型磨損均勻，磨損后還可在使用中調(diào)整。型磨損均勻，磨損后還可在使用中調(diào)整。 中間機(jī)架：主要減壁變形，采用弧邊圓或偏心較中間機(jī)架：主要減壁變形，采用弧邊圓或偏心較小的橢圓孔型。因?yàn)檠貙挾确较虻木鶆蛐院?。小的橢圓孔型。因?yàn)檠貙挾确较虻木鶆蛐院谩?最后兩架：考慮軋出荒管的尺寸精度，且易于脫最后兩架：考慮軋出荒管的尺寸精度，且易于脫棒，采用小側(cè)或無側(cè)壁的

13、圓孔型。棒，采用小側(cè)或無側(cè)壁的圓孔型。第五節(jié)第五節(jié) 管材縱軋工具設(shè)計(jì)管材縱軋工具設(shè)計(jì)23 某九機(jī)架小型連續(xù)軋管機(jī)孔型圖某九機(jī)架小型連續(xù)軋管機(jī)孔型圖（a）第一和第二機(jī)架孔型；（）第一和第二機(jī)架孔型；（b）第三到第七機(jī)架孔型；）第三到第七機(jī)架孔型；(c)第八和第九機(jī)架孔型第八和第九機(jī)架孔型返回返回24（2 2）計(jì)算總變形量和分配各機(jī)架變形量）計(jì)算總變形量和分配各機(jī)架變形量總減壁量：總減壁量：總延伸系數(shù)：總延伸系數(shù)：連軋管孔型設(shè)計(jì)連軋管孔型設(shè)計(jì)zmzhhhzzzmmmzmhhdhhdFF)()( 531zzzzhhhh 642zzzzhhhh25八機(jī)架連續(xù)軋管機(jī)的減壁、減徑及橢圓度的分配情況八機(jī)架連

14、續(xù)軋管機(jī)的減壁、減徑及橢圓度的分配情況1 1減壁率；減壁率；2 2減徑率；減徑率；3 3橢圓度橢圓度26（3 3）計(jì)算各架孔型頂部和開口處管子壁厚）計(jì)算各架孔型頂部和開口處管子壁厚各架孔型頂部壁厚等于前一機(jī)架孔型開口處壁各架孔型頂部壁厚等于前一機(jī)架孔型開口處壁厚減去該機(jī)架孔型頂部減壁量。厚減去該機(jī)架孔型頂部減壁量。各架孔型開口處壁厚可近似認(rèn)為等于前一孔型各架孔型開口處壁厚可近似認(rèn)為等于前一孔型頂部的壁厚頂部的壁厚。連軋管孔型設(shè)計(jì)連軋管孔型設(shè)計(jì)xdkxxdhhh1dxxkhh17531hhhhh642hhhh27（4 4）確定孔型高度）確定孔型高度 最后一架孔型高度應(yīng)保證毛管內(nèi)表面與芯棒最后一架

15、孔型高度應(yīng)保證毛管內(nèi)表面與芯棒間存在一定間隙。間存在一定間隙。 連軋管孔型設(shè)計(jì)連軋管孔型設(shè)計(jì)xtxhda2zztzhda228（5 5）確定孔型寬度）確定孔型寬度 但第一架孔型寬度應(yīng)考慮穿孔毛管能否順利但第一架孔型寬度應(yīng)考慮穿孔毛管能否順利咬入，需滿足以上條件：咬入，需滿足以上條件：連軋管孔型設(shè)計(jì)連軋管孔型設(shè)計(jì)xxxaGbchdb)030.1025.1(129（6 6）確定孔型其它尺寸）確定孔型其它尺寸開口角開口角：1 1：45455050 2 26 6： 40 404545 末兩架：末兩架：3030輥縫值：輥縫值：1 1：8mm8mm，其它：，其它：5mm5mm圓角半徑：前幾架：圓角半徑：前

16、幾架：20mm20mm，末機(jī)架：，末機(jī)架：5 515mm15mm連軋管孔型設(shè)計(jì)連軋管孔型設(shè)計(jì)30（7 7）繪制孔型圖，計(jì)算各孔型管子面積）繪制孔型圖，計(jì)算各孔型管子面積（8 8）校核各孔型延伸系數(shù)）校核各孔型延伸系數(shù)（9 9）確定各機(jī)架軋輥轉(zhuǎn)速）確定各機(jī)架軋輥轉(zhuǎn)速 張力軋制，有利于延伸，軋件壁厚均勻，張力軋制，有利于延伸，軋件壁厚均勻，但管子抱緊芯棒，不易脫棒。但管子抱緊芯棒，不易脫棒。 推力軋制，不利于延伸，增加管子橫向推力軋制，不利于延伸，增加管子橫向壁厚不均，甚至過充滿，易脫棒。壁厚不均，甚至過充滿，易脫棒。 分配動態(tài)張力系數(shù)：由第一架至最后機(jī)架張力逐漸減分配動態(tài)張力系數(shù)：由第一架至最后

17、機(jī)架張力逐漸減小，并過渡到推力。小，并過渡到推力。連軋管孔型設(shè)計(jì)連軋管孔型設(shè)計(jì)0 xC0 xC31 前幾架拉力軋制，動態(tài)張力系數(shù)前幾架拉力軋制，動態(tài)張力系數(shù)1.0%1.0%1.5%1.5%，中間機(jī)架逐漸減小，以保證軋制過程穩(wěn)定而中間機(jī)架逐漸減小，以保證軋制過程穩(wěn)定而芯棒不能抱緊。后機(jī)架芯棒不能抱緊。后機(jī)架0 01.0%1.0%推力軋制，推力軋制，利于脫棒。利于脫棒。 調(diào)整各機(jī)架軋輥轉(zhuǎn)速：調(diào)整各機(jī)架軋輥轉(zhuǎn)速： 連軋管孔型設(shè)計(jì)連軋管孔型設(shè)計(jì)xzxzxxxxCDDnn111xxxzxaDD32芯棒設(shè)計(jì)芯棒設(shè)計(jì)芯棒直徑芯棒直徑芯棒長度芯棒長度工作部分長度：工作部分長度：-毛管和芯棒平均速度的比值，毛管

18、和芯棒平均速度的比值，1.451.55芯棒尾部還應(yīng)留出一定長度作為軋后脫棒操作之用，一芯棒尾部還應(yīng)留出一定長度作為軋后脫棒操作之用，一般取般取1.01.5m。材質(zhì)：材質(zhì)：CrCrMoMo，CrCrMoMoV V鋼鋼一、一、連軋管工具設(shè)計(jì)連軋管工具設(shè)計(jì)zzzthdd2LlLzmaxzchllmax11maxlL1zchzlL33 。 一、一、連軋管工具設(shè)計(jì)連軋管工具設(shè)計(jì)343536 3738394041 42 4344實(shí)踐證明：進(jìn)入減徑機(jī)的來料長度應(yīng)在實(shí)踐證明：進(jìn)入減徑機(jī)的來料長度應(yīng)在181820m20m以上，在經(jīng)濟(jì)上才是合理的。所以，使用以上，在經(jīng)濟(jì)上才是合理的。所以，使用張減機(jī)須提供足夠長的

19、荒管。張減機(jī)須提供足夠長的荒管。 張減機(jī)多用于連續(xù)軋管機(jī)、皮爾格軋機(jī)、張減機(jī)多用于連續(xù)軋管機(jī)、皮爾格軋機(jī)、連續(xù)焊管機(jī)組之后。連續(xù)焊管機(jī)組之后。45第六節(jié)第六節(jié) 軋制表編制軋制表編制p編制軋制表目的：編制軋制表目的： 進(jìn)行鋼管生產(chǎn)和操作的技術(shù)指導(dǎo)規(guī)范，它在很大程度進(jìn)行鋼管生產(chǎn)和操作的技術(shù)指導(dǎo)規(guī)范，它在很大程度上決定整個機(jī)組的生產(chǎn)能力、鋼管質(zhì)量、工具壽命、能源上決定整個機(jī)組的生產(chǎn)能力、鋼管質(zhì)量、工具壽命、能源及其他經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。及其他經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 p編制軋制表內(nèi)容：編制軋制表內(nèi)容： 以成品管的鋼種、規(guī)格為依據(jù)，從車間現(xiàn)有的設(shè)備、以成品管的鋼種、規(guī)格為依據(jù)，從車間現(xiàn)有的設(shè)備、工具和坯料規(guī)格出發(fā)，合理分配各道次的變形量，計(jì)算出工具和坯料規(guī)格出發(fā)，合理分配各道次的變形量，計(jì)算出相應(yīng)的毛管尺寸、坯料尺寸、工具的主要尺寸和軋