張力減徑機組孔型設計簡介

李 濤 汪 超， 馬俊強 王 莉

(1：內蒙古科技大學材料與冶金學院，內蒙古包頭 014010；2：內蒙古包鋼鋼聯股份有限公司鋼管公司，內蒙古包頭 014010)

張力減徑機孔型設計最關鍵的兩個因素是減徑系列的分配和橢圓度的選取。各機架減徑率的分配是有一定規則的,其分配的適當與否對鋼管質量有很大影響。單機架減徑量取得過大,將影響到管子軋制時的穩定性(振動、扭曲) ,孔型的充滿性(過充滿或欠充滿) ,同時也容易產生內多邊形;而單機架減徑率過小,則所需機架數增多,合適的減徑量既可保證成品管的種類與質量,又可保證孔型的利用率與軋機的效率[1]。

一般張力減徑機孔型可分為圓孔型和橢圓孔型，軋制薄壁管一般選擇橢圓孔型，軋制厚壁管一般選擇圓孔型(當成品管的壁厚與外徑之比大于9%～12%時)。在一個既有薄壁管也有厚壁的軋制過程中，將這個軋制程序細分為橢圓孔型系列和一個圓孔型系列是非常必要的，這就意味著要將一個減徑系列分成兩個部分。對于系列中所包含的機架數和孔型重車率的計算是非常重要的。

1 減徑系列

張力減徑機組減徑系列圖示如圖1所示。

單機減徑率：

總減徑率：

式中ρi—第i架機架的單機減徑率;

Dr,D—張減機入口和出口直徑;

ρ—張減機總減徑率。

一個減徑系列可以生產多個規格的成品管，減徑系列結構如圖2所示。單機減徑率變化如圖3所示。從圖上我們可以看出，不同的成品管規格可以通過改變所使用的總的機架數目來獲得，還可以通過改變終軋機架設置來獲得。

圖1 張力減徑機減徑系列示意圖

圖2 張力減徑機減徑率機架分配

圖3 張力減徑機單機減徑率機架分配

在進行張力減徑機孔型設計時，入口處，主體部分和終軋部分機架的作用必須分清。主體部分的機架完成大部分的減徑任務，一個減徑系列的總減徑量經常被描繪成主體機架的減徑量。入口機架的作用是使減徑量以一定的百分比逐步增加并且為主體機架部分實現較高的減徑量作準備。在此階段，采用橢圓孔型代替圓孔型是非常必要的，而且不可能使入口處的鋼管立即達到主體機架所要求的減徑量，那樣就會使外表面出現質量缺陷。終軋機架會使減徑量逐步降低以達到成品管所要求直徑。終軋機架的軋輥孔型也會從橢圓孔型變成完全的圓孔型。入口機架的設計是為了實現主體機架的減徑功能的，也就是說：如果主體機架的總減徑量小于3%，那么可以沒有入口機架，否則入口機架的減徑量會平穩增長如3%，6%……，直到主體部分第一架達到最高減徑量。終軋機架的總數目也是由主體部分的減徑量決定的，一般規定：

主體機架減徑量終軋機架數目ρ<2.5%1-2ρ<5.5%2-3ρ<9%3-4ρ>9%4-5

在進行孔型設計時一般遵循以下規則：

最后一架：ρi=1%

倒數第二架：ρi=2%-3%

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其他終軋機架：ρi=ρi+1+(2%-3%)

根據以往軋制經驗，在軋制極限規格時，機架數目多，張力系數大，設備運行不穩定，并且容易出現表面質量問題，如外結疤，頭尾壁厚不均等，而且切頭尾量較大。孔型設計時應充分考慮軋機的軋制能力，將主體部分的機架單機減徑率增加，這樣既節省機架數目，同時減少機架使用數量，降低張力系數，減少頭尾增厚長度，改善頭尾壁厚不均和外結疤缺陷，同時有利于設備穩定運行，擴展外徑可軋范圍。

2 橢圓度的確定

各個機架的單機減徑率確定以后，我們就可以進行橢圓度分配了。孔型橢圓度的計算尤為重要，如果橢圓度過小，在軋制薄壁鋼管時，鋼管的外壁容易擠入輥縫，形成軋折缺陷;而橢圓度過大，鋼管橫向受力不均，形成內多邊形[2]。孔型設計時橢圓度選取一般根據寬展系數和實際軋制經驗確定。

2.1 孔型橢圓度系數β

β=a/b>1，其中，a為孔型長半軸長度，b為孔型短半軸長度。

β的大小反映了孔型橢圓程度的大小，β值大，表示孔型橢圓度大，孔型呈三角弧形;β值小，表示孔型橢圓度小，孔型接近于圓形。

2.2 孔型寬展系數ξ

ξ=bi-1/ai

式中:bi-1—前一機架孔型的短半軸;

ai—此架機架的長半軸。

ξ值的大小表示鋼管在孔型中軋制時寬展程度的大小，根據寬展的不同性質，ξ值有圖4所示的三種情況(虛線為前一機架，即i-1架)。

圖4 鋼管在孔型中軋制時的寬展情況

(1)ξ<1時，鋼管進人i機架變形時，高度有壓縮而寬度有增加，稱為正寬展孔型(也稱橢圓孔型)。

(2)ξ=1時，鋼管進人i機架變形時，高度有壓縮而寬度不增加，稱為零寬展孔型。

(3)ξ> 1時，鋼管進人i機架變形時，高度有壓縮而寬度也有壓縮，稱為負寬展孔型(也稱圓孔型)[3]。

在軋制薄壁管時一般選擇橢圓孔型，軋制厚壁管一般選擇圓孔型。根據各個機架的減徑率大小，調節每個機架的橢圓度，保證每架機架的寬展量合理分配，即機架的壓下量和寬展量匹配，符合金屬流動的一般性規律，防止出現軋折、青線以及內六方等缺陷。

3 孔型參數校核

孔型參數設計的合理性從以下幾個方面進行評價：

(a1)孔型必須是完整的，對于每個角度都可以計算出半徑。

(a2)孔型的半徑必須是連續的，在連接處不能出現半徑的跳躍。

(a3)孔型是光滑的，在連接處孔型輪廓的切線梯度應該是光滑過度的。

(a4)孔型必須是對稱于孔型中心線的。

另外，一個孔型形式可能與所用軋輥和機架形式不相符合：

(b1)孔型的最大半徑不能超過機架承受的極限值，否則，軋輥抗疲勞能力較差。

(b2)孔型車床的車刀前端無法接觸到軋輥表面；在車削超大孔型邊緣處時就會存在危險。

孔型中最好不要設計太小的弧線，因為孔型車削時車刀本身有一定的直徑。

(c1)組合孔型中弧線片段中的最小半徑必須大于用于車削的車刀半徑。

4 結論

(1)一個減徑系列可以生產多個規格的成品管，不同的成品管規格可以通過改變總減徑率來獲得。

(2)張力減徑機孔型橢圓度的確定要保證孔型壓下量與寬展量的匹配，防止出現軋制缺陷。