无缝钢管二辊式冷轧管轧制力的计算方法

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送料量愈大,轧制过程的压下角愈大,压下区水平投影也愈大,轧制力也就愈大。一般情况下,送料量增加1倍,轧制力增加0.3~0.5倍。送料量在2~10mm范围内时,轧制力与送料量的关系可用式3-18近似表示:式中 P1,P2-分别为送料量为m1和m2时的轧制力。b 总延伸系数轧制力与总延伸系数成正比;在管坯尺寸相同的条件下,轧制力与成品管材的壁厚成反比,如图3-23和图3-24所示。一般情况下,管坯壁厚增加1倍,轧制过程在正行程时轧制力增加0.2倍,反行程时轧制力增加0.3倍。反行程时轧制力增加多的原因主要是材料在正行程时经过了一次轧制,由于加工硬化,材料的变形抗力有所提高。当延伸系数在2~8范围内时,延伸系数与轧制力的关系可近似地用式3-19表示:式中 P1,P2-分别为延伸系数为入1、入2时的轧制力;C-系数。c材料强度轧制力与金属材料的强度σ,成正比。在同一工艺条件下,轧制力与材料强度的关系可以用式3-20表示:式中 P1,P2-分别为材料强度为σ和σ,时相对应的轧制力。d 被轧管材直径轧制不同规格的管材要选用相应的孔型规格。孔型规格不同,轧制过程压下角的水平投影面积也就不同。在相同工艺条件下,轧制力与轧制管材的直径成正比,即轧制力随轧制管材的直径的增加而增大。轧制力与管材直径的关系可用式3-21表示:式中 P1,P2分别为轧制管材直径为d1和d2时的相应轧制力。e 润滑条件采用不同的润滑剂和润滑条件具有不同的润滑效果。如果润滑效果好,轧制过程的压力就小,轧制力也小。f 工具和设备的技术参数设备的技术参数、轧辊直径、变形区长度等技术参数的不同决定了工具设计的技术参数。在工具与孔型设计中,芯头锥度、孔型孔槽的平均锥度、孔型开口度等都影响到管材轧制时变形程度和不均匀变形量,其结果必然影响到轧制力的大小。B 管材冷轧过程中轧制力的分布在管材冷轧过程中,机架行程的不同位置上轧制力的大小是不同的。在一个轧制行程上,轧制力在孔型长度方向上的分布变化如图3-25所示。由图3-25可见,管材轧制过程中轧制力最大发生在压缩段,在这一阶段,材料的瞬时加工率最大,金属的变形程度最大,使得压下区水平投影面积最大。在减径段和精整段的轧制力较小。C 轧制力计算在轧制过程中,金属对轧辊的全压力P2为:Py=pF2(3-22)式中 p-金属对轧辊的平均单位压力;F2-金属与轧辊接触面的水平投影面积。由式3-22可知,只要计算出管材轧制时金属对轧辊的平均单位压力和金属与孔型接触面积,就可以计算出轧制过程的全压力。a 平均单位压力的计算平均单位压力可采用IO.Φ.谢瓦金公式和Д.И.比辽捷夫公式进行计算。按IO.Φ.谢瓦金公式计算时,工作机架正行程时的平均单位压力P正为:工作机架反行程时的平均单位压力P反为:式中 σ-在该变形程度下被轧金属的变形强度;n-考虑平均主应力时的影响系数,一般取1.02~1.08;f-摩擦系数,对钛合金取0.095~0.10;δ0-管坯壁厚;δx一计算断面的管材壁厚;R0一轧辊主动齿轮半径;Rx-计算断面孔槽顶部的轧辊半径;Δδz-计算断面正行程时的壁厚压下量;Δδf-计算断面反行程时的壁厚压下量。Δδz和Δδf,可分别由式3-25和式3-26确定:Δδz=0.7λzm(tanα-tanβ)(3-25)Δδ;=0.3λzm(tanα-tanβ)(3-26)式中 入计算断面的压延系数;m-送料量;α-该段孔型母线倾斜角;β-芯头母线倾斜角。按Д.И.比辽捷夫公式计算:式中 σ在某种硬化程度下金属的极限强度;f一摩擦系数。利用O.Φ.谢瓦金公式计算可以精确地计算出平均单位压力,但计算过程复杂。而利用Д.И.比辽捷夫公式计算相对比较简单。b 金属与轧辊接触面水平投影面积的计算轧制过程轧辊与管坯接触面水平投影面积F2可由式3-28计算:式中η系数,一般取1.26~1.30;Bx计算断面的轧槽宽度;Δδ计算断面的壁厚压下量,工作机架正行程时取Δδz,反行程时取Δδ1.在轧制钛合金时,由于钛合金的强度较高,轧制力较大,孔型的孔槽在轧制力的作用下将发生弹性变形。由于孔槽的弹性变形会使孔槽压扁,轧辊与管坯接触面面积将有一定的增加量。考虑这种因素,轧辊与管坯接触面水平投影面积由式3-29计算3-29)式中 σb-在该变形程度下金属的极限强度;Rx-所求断面工作锥半径;R0-轧辊半径。应用式3-20、式3-24、式3-29可以精确地计算冷轧管时的合压力。为了计算简便,也可采用下列经验公式:式中 Dz-轧辊直径;Dx-计算断面孔槽直径。D 二辊式冷轧管时的轴向力在冷轧管过程中,工作锥除受轧辊给予的轧制压力外,还在其轴向受到轧辊的作用力,这个力称为轴向力。轴向力的存在可使两个管坯端头相互切入,造成成品管材内外表面压坑从而成为废品。芯头的前后窜动和芯杆的跳动还会造成芯杆、芯头的断裂和弯曲,从而产生管材废品及设备与工具故障。轴向力产生的主要原因是冷轧管时轴辊对工作锥的轧制力在水平方向上的投影不为零,同时轧辊与工作锥之间存在摩擦力。与一般的轧制不同,冷轧管是一种强制性的轧制过程,表现为管材由孔型中出来的速度不取决于轧辊的自然轧制半径,而是取决于工作机架的运动速度,也就是轧辊主动齿轮的节圆圆周线速度。轧制半径就是圆周速度与金属由轧辊中出来的速度相等的轧辊半径。在平辊轧制时,如果不考虑前滑,轧制半径等于轧辊半径。而在带有孔槽的轧辊上轧制时,孔槽上各点与轧件接触处的半径不相同,靠近孔槽顶部的轧辊半径小,线速度也小,而靠近孔槽开口部的轧辊半径大,线速度也大。这种情况下,轧制半径R为:RL=R01/2R制(3-31)式中 R.-轧辊半径;R制-圆制品断面半径或制品外接圆半径。在冷轧管时,由于孔型中孔槽的断面是变化的,因此轧制半径也是一个变值,如图3-26所示。管材轧制过程中,在轧制开始阶段,轧制半径R小于主动齿轮节圆半径R齿,而轧制终了阶段,轧制半径R大于主动齿轮节圆半径R.同时,冷轧管机机架正行程时,管子的尾端是出料端,而头端是进料端。在工作机架反行程时,尾端则成为进料端,而头端成为出料端。因此,工作机架正行程时,轧制的开始阶段,管坯尾部向前移动;轧制的终了阶段,管坯尾部向后移动。冷轧管时,管坯尾端是靠在送料小车的卡盘上。因此管坯向前移动时受拉力,这个拉力通过芯杆最终作用于芯杆小车。而管坯向后移动时受压力,这个压力最终作用于送料小车的卡盘。工作机架反行程时,管坯的前端是自由的出料端,管坯的尾端为固定的进料端,此时,轧制的开始阶段管坯受拉力,而终了阶段管坯受压力。E 轴向力的计算二辊式冷轧管机轧辊对管坯的轴向力的计算方法如下。(1)工作机架正行程时:当ω,<0,时,式中φ开一孔槽开口角度;f-摩擦系数;K.孔槽开口处的金属参与变形的程度,具体数值见表3-3;Θt压下角;ωx-中性角;P∑正,PΣ反一分别为工作机架正、反行程的平均全压力;P均-平均单位压力。表3-3 系数Kφ值送进、回转制度        工作机架正行程        工作机架反行程轧槽始端        轧槽中部        轧槽末端        轧槽始端        轧槽中部        轧槽末端送进、回转分别完成        0.5        0.25        0        1.0        0.85        0.75一轧制周期二次回传        0.75        0.50        0.75        0.75        0.60        0.50式中 Θt-压下角;Δδ-轧制时的瞬时壁厚压下量;R顶-孔槽顶部轧辊半径。ωx可由式3-38计算:式中R齿-主动齿轮节圆半径;Rx-计算断面的孔槽半径;δx-计算断面处工作锥壁厚。本文由 316L不锈钢板   www.tjhcbxg.com  304不锈钢板 提供