一种凹辊式管材斜轧张力减径工艺方法

摘要

一种凹辊式管材斜轧张力减径工艺方法，属于金属管材轧制技术领域，特征在于加工步骤为：①已知纵轧减径的凹辊孔型曲线，根据关系式求出斜轧减径时凹辊孔型曲线；②根据斜轧凹辊的孔型曲线加工每个轧辊的孔型曲线；③根据推导公式求出偏转角θ，将凹辊的X轴线和Y轴线绕Z轴线偏转θ角度。优点是通过采用将凹辊X轴线和径向Y轴线绕与其相垂直的Z轴线偏转角θ后，使纵轧改为斜轧，在保证纵轧减径效果的基础上可克服纵轧减径生产中的“内六方”缺陷，提高轧制管材的质量。

说明书

技术领域

本发明属于金属管材轧制技术领域，具体涉及一种凹辊式管材斜轧张力减径 的工艺方法。

背景技术

目前金属管材生产中所应用的张力减径机轧辊有凹辊式和凸辊式，在单机架 上的轧辊数有二辊、三辊和四辊三种形式，在实际生产中多应用的是三辊凹辊形 式，其中三辊凹辊式的构造如图1所示，三个凹辊呈120°布置，三个凹辊的凹 形弧面围成近似的圆形。多个单机架组成张力减径机组，奇数机架与偶数机架互 成60°交错排列，减径过程中管材前进方向与减径机轧辊周向线速度方向重合， 形成纵轧减径。生产中存在的问题是在厚壁管张力减径过程中，管材受减径变形 产生延伸和宽展时，轧辊底部金属受孔型底部的限制，管壁向内增厚，辊缝处金 属向外增厚，使管材金属呈现出不均匀的流动，经多机架定减径后管材在孔型内 的不均匀性流动逐步累加，减薄的部位不断减薄，增厚的部位不断增厚，最终产 生“内六方”现象，严重影响了管材的质量。

发明内容

本发明目的是提供一种三辊凹辊式斜轧张力减径的工艺方法，可有效地克 服现有技术存在的缺点。

本发明实现步骤如下：

1.通过下述方法获得凹辊式斜轧张力减径的轧辊孔型曲线：如图4所示，平面 a₁和平面a₂的空间夹角为θ，在平面a₁内纵轧减径凹辊孔型曲线的方程式为y₁=f （x₁）,在平面a₂内斜轧减径凹辊孔型曲线的方程式为y₂=f（x₂）。y₁是y₂的垂直 投影，二者的关系是：

y₁=f(x₁)=f(x₂cosθ)    （1）

或者y₂=f(x₂)=f(x₁/cosθ)    （2）

y₁为纵轧凹辊孔型曲线，可根据已有纵轧减径工艺获得或者根据传统的设计方法 得出；

y₂为斜轧凹辊孔型曲线

2.依照y₂=f(x₂)=f(x₁/cosθ)加工各机架上的轧辊的辊型曲线。

3.图1所示为传统纵轧张力减径轧辊排布形式，每个凹辊的X轴线即是该凹辊 的中心线（旋转轴线），Y轴线是通过该凹辊中心点与轧制中心线相平行、且垂 直于X轴的轴线，Z轴是过该凹辊中心点且垂直于X轴线和Y轴线的轴线。

如图2所示，将图1中所示的各机架轧辊的X轴线和Y轴线绕Z轴顺时针 或逆时针偏转θ角度，形成新的坐标系X₁Y₁Z；将X₁轴线作为依照 y₂=f(x₂)=f(x₁/cosθ)加工好的斜轧张减轧辊的中心线（旋转轴线），Y₁是通 过该凹辊中心点与轧制中心线夹角为θ、且垂直于X₁的轴线，Z轴线是过该凹 辊中心点且垂直于X₁和Y₁的轴线；从而形成斜轧减径轧辊的排布形式，如图3 所示。

上述偏转角θ由下式确定：

$\theta =\arctan \frac{{\omega }_2}{{\omega }_1}---\left(3\right)$

${\omega }_1=\frac{2\mathrm{\pi n}}{60}---\left(4\right)$

${\omega }_2=\frac{\psi }{t}---\left(5\right)$

$\psi =\frac{\pi }{\mathrm{\kappa N}}---\left(6\right)$

$t=\frac{L}{v}---\left(7\right)$

$\theta =\arctan \frac{30v}{\mathrm{kNLn}}---\left(8\right)$

ω₁为每一机架上轧辊转速沿着管材前进方向的角速度分量，rad/s

ω₂为每一机架上轧辊转速沿着管材周向旋转的角速度分量，rad/s

ψ为管材通过两个相邻机架时沿着周向转过的角度，rad

N为机架数量，

K为每个单机架上的轧辊数量，一般为3，

t为钢管通过两相邻机架间的时间，s

L为两机架间的距离，m

v为上一机架沿着管材前进方向的线速度，m/s

n为轧辊沿管材前进方向的转速分量，即是纵轧张力减径的轧辊转速，rmp

本发明的优点和积极效果：

1)如图5和图6所示，本发明由于偏转角θ的存在，轧辊与管材的摩擦力F分解 为使管材前进的力F₁，和使管材做旋转运动的力F₂，使管材在张力减径的过程 中螺旋前进，轧辊速度分解为沿管材前进方向的角速度ω₁和管材周向旋转速度 ω₂，管材每前进一个机架间的距离s，金属的叠加流动产生错位，孔型内金属的 不均匀流动得以消除，可以有效的解决内六方现象。

2)本发明所给出的孔型曲线可根据已有的（或者根据传统的设计方法设计出的） 相应的纵轧孔型曲线进行反投影而获得，由于轧辊的布置较纵轧轧辊偏转了θ 角，故在垂直于轧制中心线的平面内孔型曲线的投影与纵轧孔型曲线相同，保持 角速度ω₁与纵轧减径的轧辊转速相等，即可保证原纵轧减径的减径效果不变， 保证成品管尺寸不变；且各机架轧辊的ω₂为固定值，保证管材不发生周向扭转， 其他工艺参数如轧辊直径、辊缝、轧辊转速等与纵轧减径时相同或可根据纵轧减 径工艺求得。

3）本发明所给出的工艺方案适于二辊、三辊、四辊或多辊减径机，每个轧辊旋 转轴线的偏转角θ可根据每一机架上轧辊数量k的不同进行计算。

附图说明

图1为现有技术即纵轧张力减径轧辊排布方式示意图；

图2为将现有技术即纵轧张力减径轧辊旋转轴线偏转θ角示意图；

图3为本发明即斜轧张力减径轧辊排布示意图；

图4是纵轧与斜轧减径轧辊孔型曲线投影关系示意图；

图5是本发明即斜轧张力减径轧辊转速矢量示意图（俯视）；

图6是本发明即斜轧张力减径轧辊与钢管受力示意图（俯视）；

图中：1——纵轧减径第1轧辊；2——纵轧减径第2轧辊；3——纵轧减径第3 轧辊；4——纵轧减径轧辊孔型曲线；5——管材

1’——斜轧减径第1轧辊；2’——斜轧减径第2轧辊；3’——斜轧减径第 3轧辊；4’——斜轧减径轧辊孔型曲线。

具体实施方式

现以三辊凹辊张力减径机为例，机架数量为6，初始管材尺寸为成品管材为管材初速度v为1.3m/s，机架间距离L为0.34m。

实施步骤为：

1.计算偏转角θ：

以第一架张力减径机为例，求偏转角θ，按公式(6)计算 偏转角θ。

其中k=3

N=6

L=0.34m

n=130.9001rmp

v=1.3m/s

求出第1机架偏转角θ=3.212°，其余斜轧机架的偏转角θ计算方法与第1 机架张力减径机相同。其余机架偏转角计算值见表1.

2.计算本发明斜轧轧辊孔型曲线：

以第1机架为例，已知方程y₁=f（x₁）得出纵轧张力减径工艺参数即孔型的 长轴为39.591mm，短轴为38.030mm，计算出y₂=f(x₂)=f(x₁/cosθ)即斜轧张 力减径工艺参数即长轴为39.653mm，由于短轴方向上的参数保持不变，所以短 轴仍为38.030mm。其余斜轧机架的轧辊孔型曲线求法与第1机架相同。其余机 架斜轧减径工艺参数见表1.

3.计算本发明斜轧轧辊转速：

以第1机架为例，已知纵轧张力减径轧辊转速n₁=130.9001，根据（i=1,2,3,4,5,6）计算出斜轧张力减径轧辊转速n_x1=131.060。其余斜轧机架的轧 辊转速求法与第1机架相同。其余斜轧机架转速值见表1。

表1纵轧与斜轧减径工艺参数