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二辊式冷轧管机的工作原理以及调整系数
双击自动滚屏 发布者:金贝莱钢铁 发布时间:2013/8/20 阅读:5482次 【字体:

a-正行程;b-反行程

瞬时变形区的结构 无论正行程轧制或返行程轧制,瞬时变形区的出口截面都与工作机架的中心截面相重合。在二辊式冷轧管机上轧管时,由于进入变形区的管体要先减小直径再减小壁厚,因此,瞬时变形区包括由减径角θp和压下角θt构成的两部分(图3b)。在工作机架的行程中θp、θt的大小是变化的。θp与θt之和构成瞬时变形区总的接触角。在多辊式冷轧管机上轧管时,行程的开始阶段瞬时变形区由单一的减径区构成,在行程的其他部分,由于这种轧机使用圆柱形芯棒,瞬时变形区可以认为由单一的减壁区构成。

瞬时变形区变形量的确定 在一般纵轧过程中,变形区的几何尺寸是不变的。所以坯料上的任一个截面都可以一直从变形区的入口移动到出口。变形区进口截面和出口截面的高度差、就是坯料上任一截面连续通过变形区时的压下量,而且是稳定不变的。但在冷轧管时,进入变形区的和离开变形区的管体截面的尺寸是不断变化的,而且瞬时变形区进口截面和出口截面的高度差也不等于工作锥上进入瞬时变形区的截面在一个轧制行程中的压下量。因此,冷轧管时,工作锥上的任一截面在一个轧制行程中连续通过不断变化着的瞬时变形区时所达到的变形量是不相同的,而且确定它的大小也是比较复杂的。在实际计算中,通常是根据各瞬时变形区出口截面的尺寸,确定该截面变形开始时在工作锥上的位置和尺寸,再计算其变形量。这个变形量称为瞬时变形区变形量。瞬时变形区变形量的计算一般以下述原则为基础:设某瞬时变形区的出口截面为Ⅰ-Ⅰ(图6),该截面在通过瞬时变形区时所经受的压下量等于它与另一截面Ⅱ一Ⅱ的高度差,而这两个截面之间所包括的金属体积等于送进的金属体积。图中Rx  、rx和Sx分别为瞬时变形区出口截面的外半径、内半径和壁厚;RΔx  、rΔx和SΔx分别为该截面变形前的外半径、内半径和壁厚。

图6   直角坐标中的一段工作锥

在冷轧管时,主要变形是在正行程轧制过程中完成的;但是,由于工作机架:轧辊等零部件的弹性恢复和轧制前管体的回转,有的轧机还有送进,因此在返行程轧制时工作锥也有一定的甚至较大的变形。

一般可用下列公式来计算正行程轧制和返行程轧制的壁厚压下量

式中ΔSn为正行程轧制时的壁厚压下量;ΔSo为返行程轧制时的壁厚压下量:Vy=(R0+r0)/(Rx+rx)mSx为送进体积率;R0、r0为管料的外半径和内半径;α为锥形芯棒的母线倾斜角;γ为工作锥母线的倾斜角;Kt为计算返行程轧制时变形量的系数,一般可取Kt=0.3~0.4。

一个轧制周期中的壁厚压下量为:

瞬时变形区的边界和咬入角 为了计算变形时轧辊同轧件的接触面积,必须知道瞬时变形区的前后边界线。周期式轧制时,瞬时变形区的后边界线(出口一侧的边界线)应是一条空间曲线,但实际上和轧机中心面与工作锥的交线相差不大,故一般把后者作为瞬时变形区的后边界线。

瞬时变形区的前边界线(入口一侧的边界线)是空间曲线,它取决于沿孔型周边的变形区各纵截面上的接触角θ0。(图7)

图7   瞬时变形区的纵截面

θ可按下列简化公式计算:

式中ΔRx为瞬时变形区中的半径压下量;ρ0为轧辊的理想半径;C为孔型周边上不同点处孔型的高度,Rx为瞬时变形区出口截面工作锥的半径。

在孔型的脊部,接触角为:

式中ρr为孔型脊部轧辊的半径。

若以瞬时变形区的壁厚压下量ΔSx取代上式中的ΔRx,则可得到确定瞬时变形区前边界线上各点接触角的计算公式。

瞬时变形区的接触面积 图8为二辊式和多辊式冷轧管机轧制管子时的变形区及接触面积图示。

文献中有多种计算瞬时变形区接触面积的近似公式。一种常用的计算二辊式冷轧管机轧管时接触面积的方法如下。

图9为借助于计算接触角θ得到的正行程轧制时瞬时变形区接触表面积的垂直投影和水平投影。区域OPLMC为总接触表面积的垂直投影;OPRE=Fys为减壁区接触表面积的垂直投影;B1L1M1NM2L2B2=Fdx用为总接触表面积的水平投影;C1R1PR2C2=Fxs减壁区接触表面积的水平投影。

图8   冷轧钢管时变形区及接触面积图示

a-二辊冷轧管机的变形区;b-多辊式冷轧管机变形区;c-正行程的接触面积;d-返行程的接触面积

1-塑性和弹性变形区;2-弹性变形区;3-管子;4-芯棒;5-轧辊

图9   正行程轧制时瞬时变形区接触面积

a-垂直投影;b-水平投影

先来确定减壁区接触表面积的水平投影。由图9可知,减壁区接触表面积的水平投影可分成两部分:

Fxs=2(Fc1p1po +Fp1R1P)

在孔型脊部C=Rx,面积Fc1p1po用下式计算具有足够的精确度:

式中C为孔槽深,近似为孔槽宽之半。

面积Fp1R1P1 1/2(P1P)(R1D),式中η1 为系数,等于0.85。R1D=(ρ0-Cmin)sin(θtctr),Cmin为孔型周边与工作锥最先接触处轧槽的高度;θtc为孔型脊部减壁区的接触角;θtr为孔型周边和工作锥最先接触处减壁区的接触角。

所以计算Fxs的公式可写成[取sin(θtctr)≈θtctr]:

由于孔型侧壁的开口角通常为16~22,用于工程计算可取Cmin=Rx。/3,所以孔型周边与工作锥最先接触处的总接触角为:

而孔型脊部的总接触角为:

 

因此

 

取                                 θtc/θtr  ocor 2

对不同轧机η2波动在1.60~1.70之间,轧机较大时其值较小。

以角θtr表示角θtc,并把所得的值代入Fxs式,可以把Fxs的计算公式写成更简单的形式:

式中η3为接触面积的形状系数,对于二辊冷轧管机,其值为1.20~1.25;对于三辊式冷轧管机可取为1.10。

相应地减壁区的总接触表面积可按下式确定:

上两式以ΔRx取代△Sx,则可求得总接触表面积的水平投影及总接触表面积。

轧制过程中的滑移及轴向力 在冷轧管过程中,金属与轧槽表面之间存在着相对滑动即滑移。变形区由前滑区和后滑区构成。轧制过程中,在前滑区作用在金属上的摩擦力(图10中Tx2)的方向和机架移动的方向相反;在后滑区ABc作用在金属上的摩擦力(图10中的Tx1)的方向和机架移动的方向相同。

在没有外加前后张力的一般简单的纵轧过程中,变形区中轧辊作用在金属上的正压力的轴向分量和作用在前后滑区的摩擦力的轴向分量始终是互相平衡的。在这种轧制过程中,轧件的出口速度能根据变形条件而自动变化,相对于一定的变形条件,必有一个相应的出口速度以形成适宜的前后滑区,使这时前后滑区所产生的摩擦力的轴向分量正好与轧辊正压力的轴向分量相平衡。

图10     前后滑区接触面积的水平投影及摩擦力的方向 

在冷轧管时,由于轧制过程的强制性,(管料是被固定的而不能作轴向运动)不存在通过改变轧件出口速度调节前后滑区大小的可能。因此,在一般情况下,作用在变形区上各力的轴向分量不能相互平衡,其结果,在变形过程中管体受到来自变形工具的轴向力。有时轴向力还是比较大的。轴向力在工作机架行程长度上的分布是不均匀的,并且最大轴向力往往不与最大轧制力相对应。在正行程轧制时,轴向力可能是压力(方向和工作锥延伸的方向相反)或拉力(方向和工作锥延伸方向相同);在返行程轧制时,一般只出现轴向压力。轴向力过大会对轧制过程产生不良影响,如出现两根相邻管料的端部相互切入,芯棒杆纵向弯曲,轧制过程中工作锥窜动,送进管料时工作锥从芯棒上脱开时的阻力增加,以及送进机构的磨损加剧等。因此轴向力的大小在一定程度上决定着轧机的生产力和能够达到的变形量。

轧制力 在二辊式冷轧管机上,金属作用在轧辊上的平均轧制力可按下式计算:

式中Kδ为与轧制时金属加工硬化有关的系数,对钢它可取为1.42;δb50为变形程度为50%时金属的强度极限;D0为管料的直径;DT为轧成管的直径;Rc为轧槽压下段轧辊的平均半径;lc为轧槽压下段的长度;So为管料的壁厚;ST为轧成管的壁厚。在多辊式冷轧管机上,平均轧制力的计算公式为:

式中K为与多辊式冷轧管上变形特点有关的系数,一般可取为1.6~2.2;δbc为变形前后管材强度极限的平均值;Rk为轧制半径;lpk为工作锥压下段的长度。





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