張減機橢圓孔型加工參數的計算方法分析

任寶生

（寶雞石油鋼管有限責任公司，陜西寶雞721008）

張減機橢圓孔型加工參數的計算方法分析

任寶生

（寶雞石油鋼管有限責任公司，陜西寶雞721008）

介紹了張減機軋輥橢圓孔型的基本參數及其相互關系，通過實例對張減機橢圓孔型加工參數的計算過程進行了描述，得出了一種簡便的孔型計算方法。該方法通過確定減徑率、推算覆蓋系數、計算橢圓度系數、計算長短軸數值和校核等5個步驟，可得出圓弧直徑和偏移距離，從而實現圓弧加偏距的加工方法。經過實際計算和作圖結果對比，驗證了這種方法的可行性。

張減機；橢圓孔型；加工參數計算

鋼管張減機軋輥橢圓孔型加工方法有多種，常用的有雙圓弧近似法和圓弧加偏距近似法。就這兩種方法來看，前者需要進行兩次加工，后者僅用一次加工即可完成，后者在加工費及效率上優于前者。如何計算和確定圓弧的直徑和偏距的數值，成為了實現這種圓弧加偏距加工方法的關鍵。筆者介紹了一種計算圓弧直徑和偏移距離的方法，從而加工出軋輥的橢圓孔型。

1 橢圓孔型概念

橢圓孔型的基本參數包括直徑、長短軸、橢圓度、減徑率、寬展等。其相互關系可由表1中的公式描述。

表1 橢圓孔型參數和關系

2 孔型參數的計算

計算孔型參數有多種方法，在學習和借鑒常用方法的基礎上，得出了一個簡便的計算方法。

2.1 確定減徑率ρ

根據張減機進出口管徑，計算出總減徑率，再將它分配到各機架，推定各機架減徑率：①由于1#～3#機架的特殊性，減徑率分配應是由低到高，1#機架的減徑率不能太高；②中間工作機架（4#～18#）的減徑率中4#機架最高，然后依次等量遞減，為了減小最大減徑率，也可增加最大減徑率機架的個數（本研究增加到7#機架）；③19#～21#機架的減徑率的分配是根據經驗由高到低；④22#～24#作為整圓機架，減徑率極小（可為0）。

上述的③和④所列機架的作用可以根據需要調整，其減徑率應根據實際調整。

2.2 推算覆蓋系數ξ

覆蓋系數和減徑率有著相關性，有一些經驗數據可以應用，具體數據見表2。

根據表2中數據，可得出一個相關函數。在已知減徑率后，使用此函數推算出覆蓋系數。覆蓋系數和減徑率的函數關系式為ξ=0.993-0.001ρ。

2.3 計算橢圓度系數α

根據α，ξ和ρ的關系式，計算各機架孔型的橢圓度系數

根據公式（1）計算出的橢圓度系數應與長短軸的比值α=a/b進行比較，計算偏差值

式中：αi（js）—i#機架的計算橢圓度，αi（js）=1/[ξi(1-ρi)]；

αi（sj）—i#機架的實際橢圓度， αi（sj）=ai/bi。

1#～3#機架和19#～21#機架的橢圓度值應根據經驗確定，原則是寬展值c不為負值。對3#機架選取不同的橢圓度值，并對Q值進行計算，找出最小Q值Qmin，Qmin所對應的3#機架橢圓度值即為其最佳值。

2.4 計算長短軸數值a和b

由覆蓋系數ξ與長短軸的關系式計算出各機架的長短軸

也可根據長短軸與橢圓度的關系式，分別計算出機架孔型長短軸參數的值，即

本研究使用公式 （3）來計算4#～18#機架的長短軸；用公式（4）計算1#～3#機架和19#～21#機架的長短軸；22#～24#機架長短軸相等。

2.5 校核系數λ

根據經驗，孔型的減徑率與校核系數存在一個數值范圍關系，一般認為符合表3中的數值關系比較合理。

表3 減徑率ρ與校核系數λ的關系

2.6 計算實例

如果張減機的入口管徑是186 mm，出口管徑是60.32 mm，在不考慮熱態對管徑的影響下，通過24架張減機進行張減。

按照本文2.1～2.5的描述，計算出各機架的參數并進行校核。計算結果見表4（本表只列了前21架的參數值），各機架孔型主要參數曲線如圖1所示。

從表4可以看出，本例的計算結果是比較好的（沒有實際的軋制，僅是從數據上進行分析）。

表4 各機架孔型參數

圖1 各機架孔型主要參數曲線

3 橢圓孔型的加工

3.1 橢圓孔型示意圖

雙圓弧近似法和圓弧加偏距近似法的基本原理如圖2所示。

圖2 橢圓弧加工方法示意圖

從圖2可以看出，圖2（a）所示的雙圓弧近似法加工有2個圓弧，至少需要2次加工；圖2（b）所示的圓弧加偏距近似法的加工只需1次。

3.2 加工參數的計算

這里僅對圓弧加偏距參數的計算進行了描述。圓弧刀具的半徑和偏移距離見表4，其中有橢圓孔型的長半軸和短半軸等數值，在確定了軋輥名義直徑后，就可以進行有關加工參數的計算。

3.2.1 確定軋輥的名義直徑D

確定軋輥名義直徑有多種方法。本研究為了簡化過程，確定軋輥的名義直徑是370 mm。

3.2.2 用幾何作圖法推算有關參數

由軋輥名義直徑D或半徑R、孔型的長半軸a和短半軸b的數值，用幾何作圖的方法找出它們之間的關系，用這些關系推算出加工圓弧的半徑Rw和偏移距離A，幾何關系如圖3所示。

從圖3中可以得出

圖3 圓弧半徑和偏距與軋輥加工示意圖

式中： K=（a2+2bR-aR-b2）/2R 。

應用公式（4）～公式（8），就能計算出刀具圓弧的半徑和偏移距離。本例的計算結果見表5。

表5 圓弧刀具的半徑和偏移距離

3.3 應用SolidWords驗證

將表5的相關參數在SolidWorks中作圖如圖4所示，對計算結果進行驗證（筆者僅引用8#機架的作圖結果）。

圖4 8#機架橢圓孔型驗證

4 結 語

常用的張減機軋輥橢圓孔型加工方法有雙圓弧近似法和圓弧加偏距近似法，圓弧加偏距近似法在加工費及效率上優于前者。筆者在學習和借鑒常用方法的基礎上，得出了一個簡便的圓弧加偏距加工計算方法，通過這種計算方法可得出圓弧直徑和偏移距離，從而加工出軋輥的橢圓孔型。

［1］孫斌煜，張芳萍，薛忠明，等.張力減徑機孔型設計系統[J].太原重型機械學院學報,2002(03):74-79.

［2］周研.鋼管微張力減徑工藝參數研究及軟件開發[D].太原：太原科技大學,2008.

［3］姜永正.鋼管張力減徑過程模擬及孔型優化[D].長沙：中南大學,2010.

［4］杜民獻，范湘宜.φ89 mm連軋管機組張力減徑機成品孔型的改進設計[J].鋼管,2009(06):62-64.

［5］馬輝，韓明旭，司富國，等.微張力減徑機孔型設計和軋制表計算方法[J].鞍鋼技術,2004(06):56-59.

［6］宋濤.焊管無縫化的張力減徑計算機輔助孔型設計[D].秦皇島：燕山大學，2010.

［7］張芳萍，孫斌煜，杜曉鐘，等.張力減徑機軋輥孔型設計方法的研究[J].現代制造工程，2006(10):117-120.

［8］李輝，李青.張力減徑機孔型設計初探[J].一重技術，2004（03）:8-9.

Brief Analysis on Processing Parameter Calculation Method of Stretch-reducing Mill Oval Groove

REN Baosheng
(Baoji Petroleum Steel Pipe Co.,Ltd.,Baoji 721008,Shaanxi,China)

In this article,it introduced the basic parameters of stretch-reducing mill oval groove and its mutual relation,described processing parameters calculation procedure by taking an example,and a simple calculation method for the groove was obtained.By five steps,including determining the diameter reducing rate,calculating covering coefficient,ovality coefficient calculation,numerical calculation of long axis and short axis,and check,the circular arc diameter and deviation distance were obtained,so as to realize circular arc offset processing method.Through comparison between actual calculation and drawing result,verify the feasibility of this method was verified.

stretch-reducing machine;oval groove;processing parameter calculation

TG333

B

1001－3938（2015）06-0050-05

任寶生（1960—），男，高級工程師，主要從事焊管生產技術及設備維修技術的研究工作。

2014-10-24

黃蔚莉