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1、 太原科技大學本科課程設計說明書 設計題目：張力減徑機孔型設計 Pass design of tension reducing machine 學院（系） 機械工程學院 專業(yè) 機械設計制造及其自動化（冶機） 學生姓名 學號 指導教師 評閱教

2、師 完成日期 2021年11月15日 至 2021年12月5日 太原科技大學 Taiyuan University of Science and Technology 太原科技大學 機械工程學院 軋 制 工 藝 學 課 程 設 計 任 務 書 專業(yè)班級 機自 181208 班 設計人 設計題目： 張力減徑機孔型設計 設計參數：荒管規(guī)格：Φ 120mm，20鋼；

3、 成品規(guī)格：34×5×10000mm、42×6×10000mm、48×5×10000mm、60*6×10000mm、76×8×10000mm； 入口速度：0.8m/s； 入口溫度：900-950℃。 設計要求：了解張力減徑機工作原理、減徑機用途、不同規(guī)格產品的工藝計算及其運用范圍。要求根據給定的設計內容，選定適當的參數，制定無縫鋼管軋制規(guī)程以及軋

4、制溫度、速度、軋制力矩等相關的計算，最后編寫設計說明書并打印。 設計時間： 2021 年 11 月 15 日至 2021 年 12 月 5 日 設計人(簽字) 指導教師(簽字) 教研室主任（簽字） 張力減徑機孔型設計 摘要 張力減徑作為生產無縫鋼管的最后一道工序，對無縫鋼管的尺寸規(guī)格和質量具有重要的影響。它使從軋機出來的荒管在張力作用下，實現減徑、定徑，減壁或者增壁，從而得到了多種規(guī)

5、格的成品鋼管。根據張力機組中鋼管減徑所需要的所有工藝參數，利用以往的經驗公式初步設計出各個孔型的幾何尺寸和孔型加工參數，給定鋼管成形所必須的初始條件。利用解析幾何的方法，從實際生產需要出發(fā)，結合近現代張力減徑變形機理研究成果，給出了鋼管定減徑過程相關工藝參數的計算方法。并應用于實際鋼管張力減徑生產。 本課題設計了荒管Φ120mm進行減徑的張力減徑機孔型參數。 關鍵詞：無縫鋼管；張力減徑；孔型設計；工藝參數 I Abstract As the last procedure in the producti

6、on of seamless steel pipe, the micro-tension reducing has an important influence on the size, specification and quality of seamless steel pipe. Under the action of tension, the waste pipe from the mill can be reduced in diameter, sizing, wall reduction or wall increase, so as to obtain a variety of

7、specifications of finished steel pipe. According to all the technological parameters needed for reducing the diameter of steel tube in micro-tension unit, the geometric dimensions and machining parameters of each hole are preliminarily designed by using the previous empirical formulas, and the neces

8、sary initial conditions for steel tube forming are given. By means of analytical geometry, based on the actual production needs, and combined with the research results on the mechanism of micro-tension reducing deformation, the calculation method of related technological parameters in the process of

9、 constant reducing diameter of steel pipe is given. It is applied to the actual production of steel tube with small tension reducing diameter. In this paper, the process parameters of small expansion force reducing unit with diameter of φ 120mm are designed. Key words: Seamless steel tube; Tensi

10、on reduction; Design of grooves；The process parameters 目錄 摘要 I Abstract II 第 1 章 緒論 1 1.1 我國無縫鋼管的發(fā)展概述 1 1.2 無縫鋼管的生產工藝和發(fā)展趨勢 1 1.2.1 無縫鋼管的生產工藝 1 1.2.2 無縫鋼管的發(fā)展趨勢 2 1.3 定（減）徑機生產概述 2 1.3.1 定（減）徑機 2 1.3.2 定徑工藝 3 1.3.3 張力減徑工藝 3 1.3.4 微張力減徑工藝 3 第 2 章 確認生產方案 5 2.1 產品大綱的確定

11、5 2.1.1編制原則 5 2.1.2確定產品大綱 5 2.2 生產工藝流程 5 第 3 章 孔型設計 7 3.1 減徑率分配原則 7 3.2 孔型設計的方法 7 3.3 本課題中孔型加工參數確定 11 3.3.1 基礎數據 11 3.3.2 基本參數的確定 11 第 4 章 軋制力的相關計算 15 4.1 力能參數工程計算方法概述 15 4.2 各機架鋼管壁厚計算 15 4.3 軋制力參數的確定 16 4.4 本課題軋制力參數的相關計算 18 4.4.1 張力系數確定 18 4.4.2 各機架孔型壁厚的確定 19 4.4.3 相關參數計算 20 第 5 章

12、 結論 21 參考文獻 22 IV 板帶熱連軋壓下規(guī)程的設定 第 1 章 緒論 1.1 我國無縫鋼管的發(fā)展概述 我國無縫鋼管行業(yè)起步于1952年，在新中國成立后，我國經濟邁上了工業(yè)化道路，對無縫鋼管需求大，但由于受到西方國家的經濟封鎖，無縫鋼管的進口受到影響，因此我國在前蘇聯(lián)的幫助下開展了無縫鋼管工程。 無縫管是一種具有中空截面、周邊沒有接縫的長條鋼材。無縫鋼管是一種經濟斷面鋼材，在國民經濟中具有很重要的地位，廣泛應用于石油、化工、鍋爐、電站、船舶、機械制造、汽車、航空、航天、能源、地質、建筑及軍工等各個部門。

13、 進入20世紀以來，我國無縫管產量進入高速增長階段。短短14年，我國無縫鋼管產量從2001年年產500萬噸，到2014年達到年產3000萬噸以上的水平。我國已是世界鋼管生產和消費大國。無縫鋼管產量超過全球產量65%;出口量占我國無縫鋼管產量15%;占世界無縫鋼管總產量的10%。出口依存度比較高。在世界整體格局發(fā)生巨變之后，鋼管行業(yè)會遇到更多的困難和不確定因素，出口面臨更大壓力。創(chuàng)新能力有待進一步提高。通過技術創(chuàng)新實現工藝進步，產品升級。只有擁有原創(chuàng)技術，才能立于行業(yè)的潮頭，引領行業(yè)的發(fā)展。 1.2 無縫鋼管的生產工藝和發(fā)展趨勢 近年來，各國的無縫鋼管生產有著飛速的發(fā)展，不僅是產量

14、的持續(xù)增加，其他如新設備、新技術以及新工藝的開發(fā)與應用也有著日新月異的進步。主要是將產品質量不斷提高，將各種消耗降低，以便將經濟效益最大化，提升國內（外）的市場的競爭。汽車工業(yè)、航空工業(yè)、鍋爐制造、石油工業(yè)、國防工業(yè)各部門以及城市公用事業(yè)等等都需要大量的鋼管，同時伴隨日益激烈的國際競爭，為了達到各種經濟以及技術指標，客戶針對無縫鋼管提出了越來越多的要求。 1.2.1 無縫鋼管的生產工藝 軋管機組的類型決定無縫鋼管生產工藝。熱軋無縫鋼管機組主要包括三輥軋管機組、連軋管機組、自動軋管機組、周期軋管機組、頂管機組和擠壓管機組以及圓盤（狄塞爾）或精密軋管機組。 一般的無縫鋼管生產的流程，基本上包

15、括三個主變形部分： ①將實心鋼坯穿孔（軋制）成管狀毛坯的“毛管”； ②將“毛管”軋制成熱成品管要求壁厚的“荒管”； ③將“荒管”軋制成熱成品管要求外徑的“熱成品管”。 無縫鋼管大約是在 100 年前開始出現的。無縫鋼管應用范圍極為廣泛，特別是用于國計民生當中。各國生產無縫鋼管的工藝類似，無縫鋼管工藝流程如圖 1.1 所示。 圖 1.1熱軋無縫鋼管工藝流程圖 1.2.2 無縫鋼管的發(fā)展趨勢 我國無縫鋼管行業(yè)在轉型升級階段已經取得了一定的成效，但離成為全球無縫鋼管生產強國仍有一定的距離，我國無縫鋼管企業(yè)仍需努力。在供給側的改革背景下，企業(yè)應當堅持摒棄以量取勝的發(fā)展道路，而更應

16、關注產品的附加值，打造高質量產品。前瞻認為，在未來的發(fā)展趨勢上，我國無縫鋼管行業(yè)將往產品高端化、市場集中化、生產綠色化和智能制造化等方向發(fā)展。 ①產品高端化。在激烈的競爭環(huán)境下，無縫鋼管企業(yè)將會更加關注產品質量，專注研發(fā)與技術，生產附加值更高的產品。 ②市場集中化。在行業(yè)供給側改革的背景下，行業(yè)兼并重組也得到了國家的支持，企業(yè)強強聯(lián)合趨勢明顯，行業(yè)市場集中度將會進一步提升。 ③生產綠色化。國家發(fā)布政策淘汰行業(yè)高耗能生產工藝設備，企業(yè)環(huán)保稅越來越高。低碳環(huán)保、綠色生產將為大勢所趨。 ④智能制造化。在“互聯(lián)網+”背景下，無縫鋼管企業(yè)將往基礎自動化、生產過程可控化、制造執(zhí)行化、企業(yè)管理化等智

17、能制造方向發(fā)展。 1.3 定（減）徑機生產概述 1.3.1 定（減）徑機 鋼管定減徑機是由若干對帶有孔槽的軋輥組成的，軋輥排列時要使得每組軋輥所形成的孔型中心線都在一條直線上，荒管連續(xù)地經過軋輥，而孔型直徑逐漸減小，因此荒管通過軋輥后由荒管的原始直徑減為最終所需尺寸。相鄰機架間軋輥布置互成一定角度，這樣，軋輥邊緣間形成的間隙沿荒管的縱向并不都在一條直線上，對于二輥定徑機或張力減徑機，相鄰兩機架的軋輥中心線互成 90°，有時也采用較小的角度。對于三輥定減徑機，相鄰機架的軋輥中心線互成 60°。企業(yè)中也常用四輥定減徑機。在四輥式定減徑機架中，每一個軋輥同將近四分之一的管子圓周相接觸。 1.

18、3.2 定徑工藝 由圖 1.1 可以看出，定減徑是熱軋生產無縫鋼管的最后一道工序。定（減）徑工藝可分為定徑、張力減徑和無張力減徑三大類。只減小荒管直徑而不能同時減小荒管壁厚的過程一般稱為定徑。定徑的主要目的是消除前道工序造成的外徑不一，得到外徑精度和真圓度都比較高的成品管。定徑機的工作機架較少，一般為 3～12 架，三輥定徑機組單機架的減徑量在 3%～5%之間（在二輥定減徑機組上，單機架的減徑率在 2%～3%）。二輥式定徑機和三輥式定徑機的主要區(qū)別：二輥式定徑機精度沒有三輥式高；二輥式定徑機的孔型參數可調，三輥式的孔型參數不可調；二輥式定徑機設備投資少，而三輥式的則不然。 1.3.3 張力

19、減徑工藝 張力減徑機在軋制過程中既可以減少管子的外徑也可以減少管子的壁厚。張力減徑中的張力是指軋輥施加給軋件的縱向拉力。鋼管在張力減徑過程中，通過切向變形和徑向變形來達到軸向變形的目的。張力減徑機的機架數比較多，一般超過 16；由于軋制過程存在張力，使得單機架減徑率也較大，在 12%～14%之間，機組總減徑量可在75%～80%之間，總減壁量可以超過 40%。張力減徑機可以用一種規(guī)格的荒管獲得多種不同規(guī)格的成品管，因而擴大了機組的生產范圍，有效地提高了機組的生產效率和產品質量。張力減徑機主要用來生產中小直徑薄壁管、中厚壁管。 1.3.4 微張力減徑工藝 微張力減徑是處于張力減徑和無張力減徑

20、之間的一種情況。張力系數一般小于 0.5。微張力減徑的機架數通常都比較少，一般不超過 14，單機架減徑率小于 3.5%，總減徑率不超過 35%。張力減徑和微張力減徑的原理基本一樣。張力減徑和微張力減徑的區(qū)別在于：張力減徑時的張力系數一般都大于 0.5，而微張力減徑時的張力系數一般都小于 0.3；張力減徑時的機架數更多、減徑量更大和產品規(guī)格范圍更廣；而微張力減徑時機架數較少、減徑量較小和產品規(guī)格較少。 第 2 章 確認生產方案 2.1 產品大綱的確定 2.1.1編

21、制原則 國民經濟發(fā)展對產品的要求。根據國民經濟各部門對產品數量、質量和品種等方案的需要情況，既考慮當前的急需，又要考慮將來發(fā)展的需要。產品的平衡?？紤]全國各地生產的布局和配套加以平衡。考慮軋機生產能力的充分利用和建廠地區(qū)產品的合理分工?？紤]建廠地區(qū)及資源用鋼的供應條件、物資和材料等運輸情況，逐步完善我國自己獨立的軋鋼生產體系。解決產品品種和規(guī)格老化的問題，要適應當前對外開放，對內搞活的―新經濟形勢的需要。需根據車間工業(yè)設備的情況，力爭做到產品標準的現代化。 2.1.2確定產品大綱 表2.1產品設計大綱 產品規(guī)格 外徑（mm） 厚度（mm） 長度（mm） 1 60 6

22、 10000 2 76 8 10000 3 89 7 10000 4 102 9 10000 5 114 8 10000 2.2 生產工藝流程 圓管坯→加熱→穿孔→三輥斜軋、連軋或擠壓→脫管→定徑（或減徑）→冷卻→矯直→水壓試驗（或探傷）→標記→入庫 以最大減徑率計算外徑120mm荒管生產出成品管所需的最大機架數目，保證定（減）徑機能生產所有規(guī)格產品。當減徑率較小時，多出機架數目設置為定徑機機架及精整機架，生產出符合要求的成品管。

23、 第 3 章 孔型設計 3.1 減徑率分配原則 微張力減徑機組種的各機架減徑率如何分配，主要是從管子的質量考慮。首先保證管子在孔型中軋制的穩(wěn)定，易于咬入，不發(fā)生震動。其次，管子在孔型中即不可過充滿，出現耳子，表面刮傷，也不能欠充滿，使外圓不圓，壁厚不均。若使用較大的減徑率雖然可以減少機架數目，但很容易在管子內部出現內多邊形缺陷。取較小的減徑率雖然可以保證管子表面質量，壁厚均勻，軋制工具壽命延長，但受總機架數目的限制。此外，減徑率的分配還受張力減徑機傳動方式，咬入條件和軋機彈跳值對單機架減徑率的限制等諸多因素有關。 根據實際經驗，從軋管機出來的荒管帶有一個直徑比較大的端部，為了保證減徑機第

24、一架順利咬入，第一架選取計算使用的壓下量比較小。工廠生產中常把第一架的壓下量稱為虛壓下，甚至第一架的平均孔型直徑比荒管直徑大的情況也有出現。成品機架前的機架壓下量取平均壓下量的 1/2，而一般最后一架（或 2 架）為成品機架，壓下量很小或幾乎沒有。 設各機架的直徑相對壓下量為η1、η2、……ηn-1、ηn（n 為工作機架數目），在生產過程中隨著軋制機架數目的增加、變形程度的增加、軋制速度的加快和軋制溫度的下降，都會使變形抗力和摩擦系數增大，從而使軋制力能消耗增大和工具磨損加劇。因此從均衡各機架能耗與磨損角度看，減徑率遞減分配方法更為合理（圖 3.1）。 圖3.1張力減徑率分配曲線

25、 3.2 孔型設計的方法 （1）首先計算機架數量 求機架數量的公式為： n=lg(de/d0)lg(1-η平)+q （3-1） 式中 q —機架折合數（取 1-2）； de —成品管直徑，mm； d0 —荒管直徑，mm； η平—平均減徑率（取 2.5%—3%）。 （2）確定各機架減徑率ηi 根據選定的平均減徑率和機架數目，按照圖 3.1 所示的減徑量分配原則，選擇出各個機架的減徑率。 （3）根據公式 di＝di－1（1－ηi）求得各機架的平均孔型直徑 di。 （4）根據各機架的η值由ξ = ?(η)曲線（圖

26、3.2）求出橢圓度影響系數ξ。 圖3.2 ξ和ρ的關系 （5） 由η、ξ確定孔型橢圓度 ρi 。 ρi=1ξi（1-ηi） （3-2） （6） 由ρi求出 ai、 bi 。 ai=di1+1ρi （3-3） bi=di1+ρi （3-4） 圖 3.3 孔型尺寸示意 其中ai、 bi 為孔型的長半軸和短半軸。 （7） 軋輥直徑

27、的確定（圖3.4） a. 軋輥的理想直徑： Did≧?h1-cosα （3-5） 式中 ?h—壓下量，mm； α—咬入角，型鋼時區(qū)15°。 b. 在張力減徑軋制的橢圓孔型輥面上，由于軋輥直徑的不斷變化，軋輥上每點的圓周速度是不一樣的，鋼管則是以同一出口速度離開軋輥： v=π?n60Dk （3-6） 式中 Dk—軋制直徑； n—軋輥轉速。 圖3.4 軋制直徑簡圖 c. 當在張即減徑過程中不考慮相鄰的機架間的張力時，孔型直徑di 、軋輥理想直徑Did以及軋制

28、直徑Dk三者之間的關系的關系可用下式表示： Dk=Did-dicosθ （3-7） 式中： θ—中心角。 d. 由（3-6）可確定軋輥轉速（單位：rad/min） ni=1000×6×viπDk （3-8） （8） 軋輥孔型加工刀具直徑及刀具距離（圖3.5） 令 X=bi-bi2Dwi-ai2+ai2Dwi 則 WDi=X+0.75ai22 （3-9） WAi=(RWi-bi)2-(RWi-RDi)2 （3-10） 式中 DWi —軋輥理想直徑，mm； WDi—

29、孔型加工刀具直徑，mm； WAi—孔型加工刀具距離，mm； RWi—軋 輥 理 想 半 徑 ，RWi =DWi /2，mm RDi—加 工 刀 具 半 徑 ， RDi =WDi /2，mm。 圖3.5 孔型加工示意圖 （9） 張力減徑機機架間的塑性變形 軋制過程體積不變。實際上，物體在塑性變形過程中體積會有微小的變化，這是由于通過塑性變 形會使物體密度增加或減?。ㄤ撳V經過軋制，組織變得致密使密度增加，熱軋過的金屬再進行冷卻，由于晶體間及晶體內的破壞增加了疏松程度，因而密度略有減?。４送?，在彈性變形時，體積也略有減小?？傊?，上述體積的變化是微小的，在實際計算時是可以

30、認為不變的,用數學公式可以表示為 V1=V2。 （10） 鋼管在孔型中的減徑量Δd ?d=di-12-2bi (3-11) 3.3 本課題中孔型加工參數確定 3.3.1 基礎數據 基礎數據是工藝設計前所給定的參數數據，它們包括荒管規(guī)格、成品管規(guī)格、入口速度、機架間距、軋輥理想直徑、熱膨脹系數等。本課題軋制實驗中所給出的基礎數據如下： 荒管規(guī)格： Φ120mm ； 成品管規(guī)格： Φ60×6×10000mm ；Φ76×8×10000mm ；Φ89×9×10000mm ；Φ102×10×10000mm ；Φ

31、114×12×10000mm 入口速度： 0.8m/s 入口溫度： 900℃ 材料： 20鋼 3.3.2 基本參數的確定 基本參數是工藝設計計算中首先需確定的參數，其中包括各機架減徑率、橢圓度和張力系數三組數據，以成品管Φ60×6×10000mm為例。 a. 根據公式（3-1）確定機架數目 n=lg(60/120)lg(1-3%)+2≈25 b. 由圖3.1確定各機架減徑率 根據機架數，與選定的平均減徑率，給出各機架減徑率，減徑率如表3.1 表3.1 各機架減徑率 η1

32、 η2 η3 η4 η5 η6 η7 η8 η9 η10 1.70% 1.80% 2.00% 2.70% 3.20% 3.45% 3.41% 3.38% 3.37% 3.34% η11 η12 η13 η14 η15 η16 η17 η18 η19 η20 3.27% 3.26% 3.25% 3.18% 3.17% 3.14% 3.09% 3.07% 2.98% 2.96% η21 η22 η23 η24 η25

33、 2.90% 2.69% 1.90% 0.71% 0.35% c. 各孔型橢圓度系數 ρi 首先由圖 3.2確定橢圓度影響系數ξ，設計中可根據經驗對其數值做適當 調整，然后根據式（3-2）計算各孔型橢圓度系數，計算結果見表 3.2 表3.2 各孔型橢圓度系數ρi ξi ρi 第一架 0.9819 1.037 第二架 0.9772 1.044 第三架 0.9792 1.050 第四架 0.9863 1.047 第五架 0.9914 1.042 第六架 0.9924 1.044 第七架 0.9931

34、 1.042 第八架 0.9935 1.042 第九架 0.9840 1.052 第十架 0.9844 1.051 第十一架 0.9822 1.053 第十二架 0.9834 1.051 第十三架 0.9845 1.050 第十四架 0.9835 1.050 第十五架 0.9836 1.050 第十六架 0.9878 1.045 第十七架 0.9854 1.047 第十八架 0.9856 1.047 第十九架 0.9880 1.043 第二十架 0.9930 1.038 第二十一架

35、0.9912 1.039 第二十二架 0.9940 1.034 第二十三架 0.9993 1.020 第二十四架 0.9990 1.008 第二十五架 1.0000 1.004 d. 孔型幾何加工參數計算 由式（3-3）、（3-4）、（3-5）、（3-7）、（3-9）、（3-10）、（3-11）確定孔型幾何加工參數，計算結果見表3.3 表 3.3 孔型幾何加工參數 機架序號 孔型平均直徑 單架減徑率 孔型長半軸 孔型短半軸 橢圓度 軋輥理論直徑 軋輥工作直徑 刀具直徑 刀具距離 121.296 % a b α

36、DW Dk WD WA 1 119.234 1.70 60.703 58.531 1.037 360 256.743 124.529 29.884 2 117.088 1.80 59.810 57.278 1.044 360 258.602 123.349 32.555 3 114.746 2.00 58.761 55.985 1.050 360 260.630 121.694 34.384 4 111.648 2.70 57.117 54.531 1.047 360 263.313 118

37、.156 33.471 5 108.075 3.20% 55.150 52.926 1.042 360 266.407 113.691 31.318 6 104.347 3.45% 53.288 51.059 1.044 360 269.636 110.043 31.721 7 100.788 3.41% 51.443 49.346 1.042 360 272.717 106.188 31.071 8 97.382 3.38% 49.687 47.695 1.042 360 275.667

38、102.549 30.567 9 94.100 3.37% 48.236 45.864 1.052 360 278.509 100.386 33.801 10 90.957 3.34% 46.608 44.349 1.051 360 281.231 96.990 33.281 11 87.983 3.27% 45.117 42.865 1.053 360 283.807 94.055 33.530 12 85.114 3.26% 43.618 41.496 1.051 360 286.291

39、 90.868 32.793 13 82.348 3.25% 42.176 40.173 1.050 360 288.686 87.808 32.087 14 79.730 3.18% 40.840 38.889 1.050 360 290.954 85.085 31.901 15 77.202 3.17% 39.542 37.660 1.050 360 293.143 82.398 31.540 16 74.778 3.14% 38.215 36.563 1.045 360 295.242

40、 79.335 29.680 17 72.467 3.09% 37.069 35.399 1.047 360 297.243 77.115 30.059 18 70.243 3.07% 35.923 34.319 1.047 360 299.170 74.729 29.632 19 68.149 2.98% 34.796 33.354 1.043 360 300.983 72.182 28.202 20 66.132 2.96% 33.679 32.453 1.038 360 302.730

41、 69.548 26.068 21 64.214 2.90% 32.721 31.493 1.039 360 304.390 67.661 26.245 22 62.487 2.69% 31.763 30.724 1.034 360 305.886 65.393 24.190 23 61.300 1.90% 30.955 30.345 1.020 360 306.914 62.972 18.442 24 60.864 0.71% 30.556 30.309 1.008 360 307.291

42、 61.531 11.688 25 60.651 0.35% 30.379 30.273 1.004 360 307.476 60.936 7.649 e. 軋輥軋制出口速度vi 由式（3-6）及μi=（di-1-si-1）si-1（di-si）si ,當 i＝1 時， v1=v0×μ1其中 v0為荒管進入第 1 機架軋輥的入口速度，μ1為第一架延伸系數。 計算結果如下表3.4 表3.4 延伸率與出口速度結果 機架號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 μi 1.013 1.015 1.017 1.024 1.02

43、9 1.031 1.031 1.031 1.031 vi 0.810 0.822 0.836 0.856 0.881 0.908 0.936 0.965 0.994 機架號 10 11 12 13 14 15 16 17 18 μi 1.031 1.030 1.030 1.030 1.030 1.030 1.030 1.030 1.030 vi 1.025 1.056 1.088 1.121 1.154 1.189

44、 1.224 1.260 1.298 機架號 19 20 21 22 23 24 25 μi 1.029 1.029 1.028 1.027 1.017 1.006 1.002 vi 1.335 1.374 1.413 1.450 1.475 1.484 1.487 第 4 章 軋制力的相關計算 4.1 力能參數工程計算方法概述 張力減徑過程中鋼管通過軋輥時，一定的軋輥轉速n將對應著一定秒流量體積

45、FV(其中F為軋件出口截面積，V為軋件出口的速度)。相鄰的兩個機架連軋時，設定兩個機架的轉速分別為n1和n2,當n1減少或者n2增加時，按自然軋制條件關系式有F1V1

46、 se—成品管壁厚，mm。 張力系數在中間機架一般按照相等的原則進行分配，張力系數分配曲線見（圖4.1） 圖4.1 張力系數分配曲線 4.2 各機架鋼管壁厚計算 各孔型的平均孔型直徑 di 已知，當已知 si-1 和選定 Zi 后?？衫玫ㄇ蟪鼋涍^各個機架管子的壁厚值 si。公式如下： ri=12(sidi+si-1di-1) （4-2） βi=2Zi(ri-1)+(1-2ri)Zi(1-ri)-(2-ri) （4-3） Si=Si-1(di-sidi-1-si-1)

47、 （4-4） 其中 Zi—第 i 架平均張力系數； ri—第 i 架變形區(qū)壁厚系數； βi—第 i 架管子的壁厚和中徑的對數變形比； di —第 i 架管子軋后外徑，mm； di-1—第 i 架管子軋前外徑，mm； si—第 i 架管子軋后壁厚，mm； si-1—第 i 架管子軋前壁厚，mm； 先以 si-1 代替式（4-2）中 si 求出 ri，再以此 ri 代入式（4-3）中求出βi，再以此βi 和 si-1 代替（4-4）中括號內的 si 用式（4-4）計算得到另一個 si 值。再以此 si 作為已知代入（4-2）-（4-4）帶到新的 si

48、 值。如此不斷迭代，直到前后兩次所得的 si 值無明顯變化（兩者差小于 0.01mm）時，把最后得到的 si 值作為所求即可。然后通過這種迭代的辦法求出通過所有機架軋輥鋼管的壁厚值。如果求出的壁厚偏差超過公差，則要從新選擇荒管壁厚或張力系數。 4.3 軋制力參數的確定 （1）軋制力的計算 Pi=2.1×si×Kf(1-Zm)Rd(di-1-di) （4-5） Kf=1.15σs σs=e0.126-1.750C+0.594C2+（2851+2968C-1120C2）Tk×u0.13×r0.21 u=2πni60εRidiln11-ε r=ln11-ε

49、 ε=di-1-didi 式中 Kf—金屬塑性變形抗力，MPa； C—碳含量（質量分數），20％； Tk—絕對溫度，1173.15K； u—變形速度； r —變形程度，％； ε—相對減徑量。 （2） 接觸弧長度和接觸面積的計算（圖4.2） 對于三輥微張減機接觸弧長而言，計算接觸弧長的公式為： Li=(0.9~0.95)(ai-1-bi)[Dmin-(ai-1-bi)] （4-5） 式中 Dmin—軋輥孔型底部最小直徑（mm），Dmin≈Dk-di； Dk—軋輥理論直徑（mm），Dk=360mm； ai-1—第i-1架孔型長半

50、軸（mm）； bi—第i 架孔型短半軸（mm）。 圖4.2 接觸弧長度 （3） 接觸面積公式為： Fi=3aiLi （4-6） （4） 軋制力矩計算： M=RdKf[π?disi(1-Zm)+(Fi-1Zi-1-FiZi)] （4-7） 式中—第 i 架鋼管橫斷面面積 Fi=π(di-si)si ?d=di-1-di （5） 軋制功率 N=nM/9450 （4-8） （6） 切頭長度 Lc=2Cdu （4-9） η=s0(d0-s0)se(

51、de-se) 式中 Cd —機架間距，mm； η —總延伸率。 4.4 本課題軋制力參數的相關計算 4.4.1 張力系數確定 確定張力系數要先由式（4-1）確定最大張力系數。本次軋制實驗所確定的最大張力系數算法如下，其中可確定的條件： 荒管規(guī)格：d0=120mm ；s0=5.5mm 成品管規(guī)格：de=60mm ；se=6mm 最大張力系數Zm為： c=0.5(s0d0+sede)=0.5(5.5120+660)=0.0729 A=ln(s0/se)ln[(d0-s0)/(de-se)]=ln(5.5/6)ln[(120-5.5)/(60-6)]=-0.11

52、58 Zm=1-2C-AC+2A2+2C-AC+A=0.3096 如圖4.1的張力分配原則所示方式，各張力系數選擇如表 4.1 表4.1 各張力系數選取 Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8 Z9 Z10 0.180 0.260 0.300 0.310 0.310 0.310 0.310 0.310 0.310 0.310 Z11 Z12 Z13 Z14 Z15 Z16 Z17 Z18 Z19 Z20 0.310 0.310 0.310

53、 0.310 0.310 0.310 0.310 0.310 0.310 0.310 Z21 Z22 Z23 Z24 Z25 0.310 0.310 0.220 0.180 0.000 4.4.2 各機架孔型壁厚的確定 各孔型壁厚的確定由式（4-2）至（4-4）迭代獲得。 表 4.2 各機架孔型中壁厚迭代結果 s1 s2 s3 s4 s5 s6 s7 s8 s9 s10 5.591 5.617 5.6

54、41 5.671 5.708 5.747 5.786 5.825 5.863 5.901 s11 s12 s13 s14 s15 s16 s17 s18 s19 s20 5.938 5.975 6.012 6.048 6.083 6.118 6.152 6.186 6.219 6.251 s21 s22 s23 s24 s25 6.282 6.311 6.342 6.356 6.367

55、 4.4.3 相關參數計算 根據式（3-6）、（3-8）、（4-5）如軋輥轉速，軋制力，軋制功率等。結果見表4.3 表4.3 參數計算結果 機架號 出口速度 軋制力 軋制力矩 軋輥轉速 軋制功率 1 0.810 147.374 -2.6784 60.260 -17.079 2 0.822 153.681 -2.1712 60.710 -13.949 3 0.836 166.410 -0.7071 61.282 -4.585 4 0.856 210.029 0.6743 62

56、.107 4.432 5 0.881 238.738 1.2716 63.140 8.496 6 0.908 251.336 1.3710 64.320 9.331 7 0.936 246.717 1.3146 65.553 9.119 8 0.965 242.783 1.2658 66.842 8.953 9 0.994 240.075 1.2287 68.195 8.867 10 1.025 236.294 1.1835 69.606 8.717 11 1.056 230.361 1.1220 71.055

57、 8.436 12 1.088 227.909 1.0902 72.568 8.372 13 1.121 225.502 1.0596 74.149 8.314 14 1.154 219.848 1.0047 75.767 8.055 15 1.189 217.599 0.9771 77.452 8.008 16 1.224 214.307 0.9425 79.196 7.899 17 1.260 210.002 0.9015 80.987 7.726 18 1.298 207.400 0.8737 82.84

58、3 7.659 19 1.335 201.104 0.8213 84.721 7.363 20 1.374 198.669 0.7966 86.663 7.305 21 1.413 194.155 0.7588 88.643 7.118 22 1.450 181.740 0.6728 90.551 6.447 23 1.475 137.297 2.2294 91.778 6.652 24 1.484 63.350 0.7127 92.220 6.955 25 1.487 36.504 0.2987 92.393

59、 2.920 第 5 章 結論 以中厚壁鋼管張力減徑的金屬變形理論為基礎，根據張力減徑的理論進行減徑工藝公式的推導。然后根據相關公式，推導出每一機架孔型的相關尺寸，其中還包括減徑孔型的加工問題。根據上面推導并計算的結果，進行軋輥軋制直徑的計算以及進行軋輥轉速的計算，根據相關公式計算鋼管的壁厚等。 本設計方法中，同一變形系列的孔型所軋制鋼管的壁厚范圍較窄，這有利于軋機的穩(wěn)定工作，同時也有效地改善了成品管質量。 在具體設計過程中設定的張力機組和成品機組各機架的延伸率以及工作機組的平均延伸率可視軋制材料、軋機負荷、鋼管變形溫度等實際情況做相應的調整。

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