冷轧大口径薄壁不锈钢管的孔型设计

huosan22

作者：王冰 国内轧辊设计专家
1 前言

随着现代工业和科学技术的飞速发展，对高质量的冷轧冷拔含金钢管的需求量日益增多，对钢管的质量要求愈来愈高, 品种规格越来越多，特别是冷轧薄壁不锈钢管因具有尺寸精度高，表面质量好、强度高等优点，在航空工业仪器仪表工业，汽车和锅炉等工业部门得到广泛应用。冷轧冷拔是生产精度、薄壁、高强度不锈钢管的主要方法；一般采用轧拔相结合的生产工艺，大口径、薄壁不锈钢管多在周期式二辊冷轧管机(LG系列和LGG系列)上轧制，这种轧机具有道次变形大，变形应力状态好的特点，冷轧管机的主要变形工具是轧辊孔型和芯棒，而孔型设计的好坏将直接影响钢管的质量和产量，下面把在LG—80，冷轧管机上用φ95X 5和坯轧成φ80X2不锈钢的孔型设计简述如下：

2 二辊式冷轧管机的工作原理和冷轧钢和时的变形特点

常用的钢管冷轧机有周期式二辊冷轧机，多辊式冷轧机连续式冷轧机、行星式冷轧机和旋压机等；二辊式冷轧管机在结构上比较完善，技术上比较成熟，在高质量的含金钢管生产中得到广泛的应用。LG—80二辊冷轧管机是具有周期式工作制的轧管机(如图1)，它的工作机架3连同轧辊4的柄连杆机构1.2带动作往复运动；安装在机架轴承中的两个工作轧辊4在轧制过程中借助于装在辊颈上的斜齿轮6作复运动，同时又进行同步旋转，在下辊的两侧轴端装着一对直齿轮7，是同固定在工作机架底坐两侧上的齿轮8相吻合，机架移动时，下轧辊由于其直齿计动轮7和固定齿条8咬合而旋转，借助被动齿轮6使上下轧辊作同步而方向相反的运动。轧辊上镶有轧槽5，借助芯棒9对管坯10进行轧制。

从冷轧管示意图(图2)可以看出, 当工作机架在前极限位置A (图二中的I—1)时，借助于专门机构把管料向轧制方向送进一段叫“送进量”m的距离。当工作机架向前移动时，轧辊也产生转动，已送进的这一段管料，在由孔型和芯棒所构成的逐渐减小时环形间隙中进行减径和管壁压下。

冷轧管机构原理图片

图1 冷轧管机构原理图

1.2.曲柄连杆机构  3.工作机架  4．轧辊  5.轧槽 6.斜齿轮

7.直齿轮  8.齿条   9.芯棒   10.管坯

图2冷轧钢管示意图

1.轧槽    2.轧辊    3.芯棒    4.芯棒杆    5.管坯  6．成品钢管

在轧制过程中管坯后端就卡住，不得在轧制中心线方向移动。当工作机架达到后极限位置B(图二Ⅱ一Ⅱ)时，用专门翻转机械将管坯同芯棒一同翻转60—90，以便管坯横断面各部分得到加工，当工作机架反向运动时，轧辊即可进行钢管已轧部分的精整，并且在芯棒上进行钢管坯之变化截面的锥形部分的均整，由于金属向孔型侧壁有某些流动，使轧制锥体的内表面与芯棒脱离，有利于下次管坯的送进，在轧槽的始端和末端均有开口，当送进和回转时，由于有开口便于管料不与轧槽相接触，当机架返回到前极限位置时(图二)完成了一个周期的轧制过程，工作机架继续返回，开始进行下一个周期轧制的送进，这样无限循环，就将钢管坯轧制成我们需要的成品钢管。在二辊冷轧管机上，变形是由于减径段和减径同时又减壁两个结段所组成。减径段变形特点是钢管外径减小而壁厚增加；故减径结段是冷轧钢管最不理想的变形过程，故应尽力减少钢管壁厚增厚值。减径同时又减壁阶段的变形特点是，轧槽强迫金属展宽，故在孔型设计轧槽宽度时应考虑这咱情况。

3 轧槽孔型的构成及各工段长度的计算

3．l 轧槽孔型的构成轧

槽孔型由三个基本部分构成：如图3

图3 轧槽孔型开纵面图

①送进部分：λn    中心角：θn

②回转部分：λB    中心角：θB

③工作部分：λp    中心角：θp

孔型工作部分又分压下部分，粗轧部分，预精整部分和定径部分如图四所示，孔型设计的任务，就是确定孔型送进长度，回转部分长度，工作部分各段以及孔型各部分的尺寸，以满足钢管表面质量高、尺寸精确、产量大、压力分布均匀、工具使用寿命长和消耗等各项要求。轧槽的回转以及回转一送进装置的构造和回转一送进装置的凸轮在单位时间内转数是相同的: 即工作机架和回转一送进装置是协同动作的，当工作机架处于其死点位置时进行管坯的送钢管的回转，确定孔型空转部分和工作部分长度的任务就在于计算工作机架行程总长度5以及进行钢管送进和回转时机架所通过的Sl和S2的长度。

图4 轧槽孔型剖开纵截面图

           3.2 送进、回转、工作部分长度的计算

3.2.1 工作机架运行长度的计算

工作机架运行长度按图五来确定

图5 工作机架动作简图

R：曲柄半径  L：边杆长度

e：轧制中心线与铰链中心间距

                      file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-6443.png

3.2.2 从死点位置到送进完毕的机架行程长度的计算

其计算按图六确定：

图6 送进时工作机架运动简图

file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-23346.png

3.2.3从死点位置到回转完毕机架行程长度的计算：

其计算按图七确定：

图7 管坯回转时工作机架运动简图

file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-32494.png

3.2.4 工作部分长度的计算： LP=S-Sl-S2

3.2.5轧槽孔型上送进，回转和工作部分长度的计算：

在二辊周期式冷轧管机上，轧槽的滚动线与轧制中心线是错开的，为此，使轧辊的与齿咬合的主动齿轮的节 雷锋 直径Dm等于轧槽孔型的平均“轧制”直径。

在孔型设计计算时，利用孔型空转部分和工作部分的直线数值比较方便，而不利用其中心角。为此，我们计算机轧槽的送进开口长度λ A回转开口λB和孔型工作部分长度Lp，均按主动齿轮的节园直径Dm 。

计算

送进部分：file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-5278.png

回转部分：file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-19604.png

工作部分：file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-9549.png

4 孔型设计的计算

4.1设计参数

①钢种：LCr18Ni9ti

②技术标准：GB2270-80

③管坯规格：  φ95×5  mm

④成品管规格：φ80×2  mm

⑤轧辊间隙：  ΔμK=0.7  mm   

⑥管料内径与芯棒园柱部分   

直径的间隙值：ΔP23.0 mm   

⑦送进量：m=5mm   

⑧延伸系数：μ=2.88  

⑨截面延伸率：μs=65.33％   

⑩钢管外径减少量：95-80=15mm  

4.2芯棒尺寸的确定：   

园柱部分：DH=82  mm   

定径部分：d H=76  mm   

芯棒锥度：Z×g2=O.01176  

每段芯棒变化量：Δd=0.667   

芯棒规格：82×76   

4.3 孔型顶部深度的计算：   

4.3.l 定径段：  

D0=Dt-ΔK=79.3(mm)

L＝130(mm)  

4.3.2预精整段，粗轧段和压下段

(A)LPN=ΔP-130)÷9=56.7(mm)   

(B)2a。=2(S0-Se)+ ΔP=9   

(C)计算：Za0KN乘积：   

①2a0K1=0.045  

②2a0K2=0.135

③2a0K3=0.270  

④2a0K4=0.450   

⑤2a0K5=0.630   

⑥2a0K6=0.900   

⑦2a0K7=1.44  

⑧2a0K8=2.25  

⑨2a0K9=2.88   

(D)压下部分的孔型直径   

①Do=Dt-AK--79.3(mm)

②D1 =80.01mm

③D2 =80．81mm

④D3 =81.76mm

⑤D4=82.87mm

⑥D5 =84.17mm

⑦D6 =85.73mm

    ⑧D7 =87.83mm

⑨D8 =90.75mm

⑩D9 =94.30mm

4．4  孔型宽度计算

4.4.1 用公式计算孔型宽度：

①bk=2mMxg2+ΔK+0.1=0.969

②2tgr=0.0626   

bH=2mAgr+ΔK+0.1=2.013

③从B到ｂａ之间各截面的开口度计算：

b1=1.085

b2=1.201

b3=1.317

b4=1.433

b5=1.549

b6=1.665

b7=l.781

b8=1.897

b9=2.01

④轧槽宽度计算：

B0=80.27mm

B1=81.07mm

B2=82.02mm

B3=83.10mm

B4=84.3lmm

B5=85.7lmm   

B6=87.39mm

B7=89.62mm

B8=92.65mm

B9=96.3lmm

5 孔型设计展开图

6 讨论

(1) 在轧制CR18NiTi钢管减径(压下)的时，在孔型侧壁处，金属对于孔型的表面产生很大的摩擦，在孔型开口的大小不够的情况下，这种磨擦就会使钢管被两个轧槽卡住，所以，孔型开口度要比轧制碳钢和低合金钢的孔型开口度大一些，由于增加了开口度，可消除身子和钢柱表面擦伤缺陷。

(2) 工作部分孔型顶部深度的计算，是按苏联HNTN—HT3公式计算的，根据我国管材生产经验进行调整，调整时。根据轧制薄壁管轧制力随管壁变薄，加工硬化增强而增加很大的特点，适当增加压下段和粗轧段的压下量，适当减少精轧段的压下量。

(3) 为提高冷轧大口径薄壁不锈钢管的质量，在这次孔型设计中，把定径段的长度增加到130mm，以改善轧出成品管材的随圆度和壁厚不均度。

(4) 在轧制大口径，薄壁不锈钢管时，在管壁厚允许的条件下，尽量减少芯棒与管坯内表面间隙，以改善不均匀变形。

(5) 轧制薄壁不锈钢管时，要选择合适的芯棒尺寸，以减少轴向轧制力消除管坯轧制中的插头问题

lw600903

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