無(wú)縫鋼管二輥式冷軋管軋制力的計(jì)算方法

無(wú)縫鋼管二輥式冷軋管軋制力的計(jì)算

A 影響軋制力的主要因素

a 送料量
軋制力與送料量成正比。送料量愈大,軋制過程的壓下角愈大,壓下區(qū)水平投影也愈大,軋制力也就愈大。一般情況下,送料量增加1倍,軋制力增加0.3~0.5倍。
送料量在2~10mm范圍內(nèi)時(shí),軋制力與送料量的關(guān)系可用式3-18近似表示:

式中 P1,P2-分別為送料量為m1和m2時(shí)的軋制力。

b 總延伸系數(shù)
軋制力與總延伸系數(shù)成正比;在管坯尺寸相同的條件下,軋制力與成品管材的壁厚成反比,如圖3-23和圖3-24所示。一般情況下,管坯壁厚增加1倍,軋制過程在正行程時(shí)軋制力增加0.2倍,反行程時(shí)軋制力增加0.3倍。反行程時(shí)軋制力增加多的原因主要是材料在正行程時(shí)經(jīng)過了一次軋制,由于加工硬化,材料的變形抗力有所提高。
當(dāng)延伸系數(shù)在2~8范圍內(nèi)時(shí),延伸系數(shù)與軋制力的關(guān)系可近似地用式3-19表示:

式中 P1,P2-分別為延伸系數(shù)為入1、入2時(shí)的軋制力;C-系數(shù)。

c材料強(qiáng)度
軋制力與金屬材料的強(qiáng)度σ,成正比。在同一工藝條件下,軋制力與材料強(qiáng)度的關(guān)系可以用式3-20表示:

式中 P1,P2-分別為材料強(qiáng)度為σ和σ,時(shí)相對(duì)應(yīng)的軋制力。

d 被軋管材直徑
軋制不同規(guī)格的管材要選用相應(yīng)的孔型規(guī)格。孔型規(guī)格不同,軋制過程壓下角的水平投影面積也就不同。在相同工藝條件下,軋制力與軋制管材的直徑成正比,即軋制力隨軋制管材的直徑的增加而增大。軋制力與管材直徑的關(guān)系可用式3-21表示:

式中 P1,P2分別為軋制管材直徑為d1和d2時(shí)的相應(yīng)軋制力。

e 潤(rùn)滑條件
采用不同的潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑條件具有不同的潤(rùn)滑效果。如果潤(rùn)滑效果好,軋制過程的壓力就小,軋制力也小。

f 工具和設(shè)備的技術(shù)參數(shù)
設(shè)備的技術(shù)參數(shù)、軋輥直徑、變形區(qū)長(zhǎng)度等技術(shù)參數(shù)的不同決定了工具設(shè)計(jì)的技術(shù)參數(shù)。在工具與孔型設(shè)計(jì)中,芯頭錐度、孔型孔槽的平均錐度、孔型開口度等都影響到管材軋制時(shí)變形程度和不均勻變形量,其結(jié)果必然影響到軋制力的大小。

B 管材冷軋過程中軋制力的分布
在管材冷軋過程中,機(jī)架行程的不同位置上軋制力的大小是不同的。在一個(gè)軋制行程上,軋制力在孔型長(zhǎng)度方向上的分布變化如圖3-25所示。
由圖3-25可見,管材軋制過程中軋制力最大發(fā)生在壓縮段,在這一階段,材料的瞬時(shí)加工率最大,金屬的變形程度最大,使得壓下區(qū)水平投影面積最大。在減徑段和精整段的軋制力較小。

C 軋制力計(jì)算
在軋制過程中,金屬對(duì)軋輥的全壓力P2為:Py=pF2(3-22)
式中 p-金屬對(duì)軋輥的平均單位壓力;F2-金屬與軋輥接觸面的水平投影面積。

由式3-22可知,只要計(jì)算出管材軋制時(shí)金屬對(duì)軋輥的平均單位壓力和金屬與孔型接觸面積,就可以計(jì)算出軋制過程的全壓力。

a 平均單位壓力的計(jì)算
平均單位壓力可采用IO.Φ.謝瓦金公式和Д.И.比遼捷夫公式進(jìn)行計(jì)算。
按IO.Φ.謝瓦金公式計(jì)算時(shí),工作機(jī)架正行程時(shí)的平均單位壓力P正為:

工作機(jī)架反行程時(shí)的平均單位壓力P反為:

式中 σ-在該變形程度下被軋金屬的變形強(qiáng)度;
n-考慮平均主應(yīng)力時(shí)的影響系數(shù),一般取1.02~1.08;
f-摩擦系數(shù),對(duì)鈦合金取0.095~0.10;

δ0-管坯壁厚;
δx一計(jì)算斷面的管材壁厚;
R0一軋輥主動(dòng)齒輪半徑;
Rx-計(jì)算斷面孔槽頂部的軋輥半徑;
Δδz-計(jì)算斷面正行程時(shí)的壁厚壓下量;
Δδf-計(jì)算斷面反行程時(shí)的壁厚壓下量。
Δδz和Δδf,可分別由式3-25和式3-26確定:
Δδz=0.7λzm(tanα-tanβ)(3-25)
Δδ;=0.3λzm(tanα-tanβ)(3-26)
式中 入計(jì)算斷面的壓延系數(shù);
m-送料量;
α-該段孔型母線傾斜角;
β-芯頭母線傾斜角。
按Д.И.比遼捷夫公式計(jì)算:

式中 σ在某種硬化程度下金屬的極限強(qiáng)度;
f一摩擦系數(shù)。
利用O.Φ.謝瓦金公式計(jì)算可以精確地計(jì)算出平均單位壓力,但計(jì)算過程復(fù)雜。而利用Д.И.比遼捷夫公式計(jì)算相對(duì)比較簡(jiǎn)單。

b 金屬與軋輥接觸面水平投影面積的計(jì)算
軋制過程軋輥與管坯接觸面水平投影面積F2可由式3-28計(jì)算:

式中
η系數(shù),一般取1.26~1.30;
Bx計(jì)算斷面的軋槽寬度;
Δδ計(jì)算斷面的壁厚壓下量,工作機(jī)架正行程時(shí)取Δδz,反行程時(shí)取Δδ1.
在軋制鈦合金時(shí),由于鈦合金的強(qiáng)度較高,軋制力較大,孔型的孔槽在軋制力的作用下將發(fā)生彈性變形。由于孔槽的彈性變形會(huì)使孔槽壓扁,軋輥與管坯接觸面面積將有一定的增加量。考慮這種因素,軋輥與管坯接觸面水平投影面積由式3-29計(jì)算:

(3-29)

式中 σb-在該變形程度下金屬的極限強(qiáng)度;
Rx-所求斷面工作錐半徑;
R0-軋輥半徑。
應(yīng)用式3-20、式3-24、式3-29可以精確地計(jì)算冷軋管時(shí)的合壓力。為了計(jì)算簡(jiǎn)便,也可采用下列經(jīng)驗(yàn)公式:

式中 Dz-軋輥直徑;
Dx-計(jì)算斷面孔槽直徑。

D 二輥式冷軋管時(shí)的軸向力
在冷軋管過程中,工作錐除受軋輥給予的軋制壓力外,還在其軸向受到軋輥的作用力,這個(gè)力稱為軸向力。軸向力的存在可使兩個(gè)管坯端頭相互切入,造成成品管材內(nèi)外表面壓坑從而成為廢品。芯頭的前后竄動(dòng)和芯桿的跳動(dòng)還會(huì)造成芯桿、芯頭的斷裂和彎曲,從而產(chǎn)生管材廢品及設(shè)備與工具故障。軸向力產(chǎn)生的主要原因是冷軋管時(shí)軸輥對(duì)工作錐的軋制力在水平方向上的投影不為零,同時(shí)軋輥與工作錐之間存在摩擦力。與一般的軋制不同,冷軋管是一種強(qiáng)制性的軋制過程,表現(xiàn)為管材由孔型中出來(lái)的速度不取決于軋輥的自然軋制半徑,而是取決于工作機(jī)架的運(yùn)動(dòng)速度,也就是軋輥主動(dòng)齒輪的節(jié)圓圓周線速度。軋制半徑就是圓周速度與金屬由軋輥中出來(lái)的速度相等的軋輥半徑。在平輥軋制時(shí),如果不考慮前滑,軋制半徑等于軋輥半徑。而在帶有孔槽的軋輥上軋制時(shí),孔槽上各點(diǎn)與軋件接觸處的半徑不相同,靠近孔槽頂部的軋輥半徑小,線速度也小,而靠近孔槽開口部的軋輥半徑大,線速度也大。這種情況下,軋制半徑R為:
RL=R01/2R制(3-31)
式中 R.-軋輥半徑;
R制-圓制品斷面半徑或制品外接圓半徑。
在冷軋管時(shí),由于孔型中孔槽的斷面是變化的,因此軋制半徑也是一個(gè)變值,如圖3-26所示。

管材軋制過程中,在軋制開始階段,軋制半徑R小于主動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑R齒,而軋制終了階段,軋制半徑R大于主動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑R.同時(shí),冷軋管機(jī)機(jī)架正行程時(shí),管子的尾端是出料端,而頭端是進(jìn)料端。在工作機(jī)架反行程時(shí),尾端則成為進(jìn)料端,而頭端成為出料端。因此,工作機(jī)架正行程時(shí),軋制的開始階段,管坯尾部向前移動(dòng);軋制的終了階段,管坯尾部向后移動(dòng)。冷軋管時(shí),管坯尾端是靠在送料小車的卡盤上。因此管坯向前移動(dòng)時(shí)受拉力,
這個(gè)拉力通過芯桿最終作用于芯桿小車。而管坯向后移動(dòng)時(shí)受壓力,這個(gè)壓力最終作用于送料小車的卡盤。工作機(jī)架反行程時(shí),管坯的前端是自由的出料端,管坯的尾端為固定的進(jìn)料端,此時(shí),軋制的開始階段管坯受拉力,而終了階段管坯受壓力。

E 軸向力的計(jì)算
二輥式冷軋管機(jī)軋輥對(duì)管坯的軸向力的計(jì)算方法如下。
(1)工作機(jī)架正行程時(shí):
當(dāng)ω,<0,時(shí),

式中
φ開一孔槽開口角度;
f-摩擦系數(shù);
K.孔槽開口處的金屬參與變形的程度,具體數(shù)值見表3-3;

Θt壓下角;
ωx-中性角;
P∑正,PΣ反一分別為工作機(jī)架正、反行程的平均全壓力;
P均-平均單位壓力。

式中 Θt-壓下角;
Δδ-軋制時(shí)的瞬時(shí)壁厚壓下量;
R頂-孔槽頂部軋輥半徑。
ωx可由式3-38計(jì)算:

式中
R齒-主動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑;
Rx-計(jì)算斷面的孔槽半徑;
δx-計(jì)算斷面處工作錐壁厚。