張減機(jī)橢圓孔型加工參數(shù)的計(jì)算方法分析

任寶生

（寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司，陜西寶雞721008）

張減機(jī)橢圓孔型加工參數(shù)的計(jì)算方法分析

任寶生

（寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司，陜西寶雞721008）

介紹了張減機(jī)軋輥橢圓孔型的基本參數(shù)及其相互關(guān)系，通過實(shí)例對張減機(jī)橢圓孔型加工參數(shù)的計(jì)算過程進(jìn)行了描述，得出了一種簡便的孔型計(jì)算方法。該方法通過確定減徑率、推算覆蓋系數(shù)、計(jì)算橢圓度系數(shù)、計(jì)算長短軸數(shù)值和校核等5個(gè)步驟，可得出圓弧直徑和偏移距離，從而實(shí)現(xiàn)圓弧加偏距的加工方法。經(jīng)過實(shí)際計(jì)算和作圖結(jié)果對比，驗(yàn)證了這種方法的可行性。

張減機(jī)；橢圓孔型；加工參數(shù)計(jì)算

鋼管張減機(jī)軋輥橢圓孔型加工方法有多種，常用的有雙圓弧近似法和圓弧加偏距近似法。就這兩種方法來看，前者需要進(jìn)行兩次加工，后者僅用一次加工即可完成，后者在加工費(fèi)及效率上優(yōu)于前者。如何計(jì)算和確定圓弧的直徑和偏距的數(shù)值，成為了實(shí)現(xiàn)這種圓弧加偏距加工方法的關(guān)鍵。筆者介紹了一種計(jì)算圓弧直徑和偏移距離的方法，從而加工出軋輥的橢圓孔型。

1 橢圓孔型概念

橢圓孔型的基本參數(shù)包括直徑、長短軸、橢圓度、減徑率、寬展等。其相互關(guān)系可由表1中的公式描述。

表1 橢圓孔型參數(shù)和關(guān)系

2 孔型參數(shù)的計(jì)算

計(jì)算孔型參數(shù)有多種方法，在學(xué)習(xí)和借鑒常用方法的基礎(chǔ)上，得出了一個(gè)簡便的計(jì)算方法。

2.1 確定減徑率ρ

根據(jù)張減機(jī)進(jìn)出口管徑，計(jì)算出總減徑率，再將它分配到各機(jī)架，推定各機(jī)架減徑率：①由于1#～3#機(jī)架的特殊性，減徑率分配應(yīng)是由低到高，1#機(jī)架的減徑率不能太高；②中間工作機(jī)架（4#～18#）的減徑率中4#機(jī)架最高，然后依次等量遞減，為了減小最大減徑率，也可增加最大減徑率機(jī)架的個(gè)數(shù)（本研究增加到7#機(jī)架）；③19#～21#機(jī)架的減徑率的分配是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)由高到低；④22#～24#作為整圓機(jī)架，減徑率極?。蔀?）。

上述的③和④所列機(jī)架的作用可以根據(jù)需要調(diào)整，其減徑率應(yīng)根據(jù)實(shí)際調(diào)整。

2.2 推算覆蓋系數(shù)ξ

覆蓋系數(shù)和減徑率有著相關(guān)性，有一些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以應(yīng)用，具體數(shù)據(jù)見表2。

根據(jù)表2中數(shù)據(jù)，可得出一個(gè)相關(guān)函數(shù)。在已知減徑率后，使用此函數(shù)推算出覆蓋系數(shù)。覆蓋系數(shù)和減徑率的函數(shù)關(guān)系式為ξ=0.993-0.001ρ。

2.3 計(jì)算橢圓度系數(shù)α

根據(jù)α，ξ和ρ的關(guān)系式，計(jì)算各機(jī)架孔型的橢圓度系數(shù)

根據(jù)公式（1）計(jì)算出的橢圓度系數(shù)應(yīng)與長短軸的比值α=a/b進(jìn)行比較，計(jì)算偏差值

式中：αi（js）—i#機(jī)架的計(jì)算橢圓度，αi（js）=1/[ξi(1-ρi)]；

αi（sj）—i#機(jī)架的實(shí)際橢圓度， αi（sj）=ai/bi。

1#～3#機(jī)架和19#～21#機(jī)架的橢圓度值應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，原則是寬展值c不為負(fù)值。對3#機(jī)架選取不同的橢圓度值，并對Q值進(jìn)行計(jì)算，找出最小Q值Qmin，Qmin所對應(yīng)的3#機(jī)架橢圓度值即為其最佳值。

2.4 計(jì)算長短軸數(shù)值a和b

由覆蓋系數(shù)ξ與長短軸的關(guān)系式計(jì)算出各機(jī)架的長短軸

也可根據(jù)長短軸與橢圓度的關(guān)系式，分別計(jì)算出機(jī)架孔型長短軸參數(shù)的值，即

本研究使用公式 （3）來計(jì)算4#～18#機(jī)架的長短軸；用公式（4）計(jì)算1#～3#機(jī)架和19#～21#機(jī)架的長短軸；22#～24#機(jī)架長短軸相等。

2.5 校核系數(shù)λ

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，孔型的減徑率與校核系數(shù)存在一個(gè)數(shù)值范圍關(guān)系，一般認(rèn)為符合表3中的數(shù)值關(guān)系比較合理。

表3 減徑率ρ與校核系數(shù)λ的關(guān)系

2.6 計(jì)算實(shí)例

如果張減機(jī)的入口管徑是186 mm，出口管徑是60.32 mm，在不考慮熱態(tài)對管徑的影響下，通過24架張減機(jī)進(jìn)行張減。

按照本文2.1～2.5的描述，計(jì)算出各機(jī)架的參數(shù)并進(jìn)行校核。計(jì)算結(jié)果見表4（本表只列了前21架的參數(shù)值），各機(jī)架孔型主要參數(shù)曲線如圖1所示。

從表4可以看出，本例的計(jì)算結(jié)果是比較好的（沒有實(shí)際的軋制，僅是從數(shù)據(jù)上進(jìn)行分析）。

表4 各機(jī)架孔型參數(shù)

圖1 各機(jī)架孔型主要參數(shù)曲線

3 橢圓孔型的加工

3.1 橢圓孔型示意圖

雙圓弧近似法和圓弧加偏距近似法的基本原理如圖2所示。

圖2 橢圓弧加工方法示意圖

從圖2可以看出，圖2（a）所示的雙圓弧近似法加工有2個(gè)圓弧，至少需要2次加工；圖2（b）所示的圓弧加偏距近似法的加工只需1次。

3.2 加工參數(shù)的計(jì)算

這里僅對圓弧加偏距參數(shù)的計(jì)算進(jìn)行了描述。圓弧刀具的半徑和偏移距離見表4，其中有橢圓孔型的長半軸和短半軸等數(shù)值，在確定了軋輥名義直徑后，就可以進(jìn)行有關(guān)加工參數(shù)的計(jì)算。

3.2.1 確定軋輥的名義直徑D

確定軋輥名義直徑有多種方法。本研究為了簡化過程，確定軋輥的名義直徑是370 mm。

3.2.2 用幾何作圖法推算有關(guān)參數(shù)

由軋輥名義直徑D或半徑R、孔型的長半軸a和短半軸b的數(shù)值，用幾何作圖的方法找出它們之間的關(guān)系，用這些關(guān)系推算出加工圓弧的半徑Rw和偏移距離A，幾何關(guān)系如圖3所示。

從圖3中可以得出

圖3 圓弧半徑和偏距與軋輥加工示意圖

式中： K=（a2+2bR-aR-b2）/2R 。

應(yīng)用公式（4）～公式（8），就能計(jì)算出刀具圓弧的半徑和偏移距離。本例的計(jì)算結(jié)果見表5。

表5 圓弧刀具的半徑和偏移距離

3.3 應(yīng)用SolidWords驗(yàn)證

將表5的相關(guān)參數(shù)在SolidWorks中作圖如圖4所示，對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證（筆者僅引用8#機(jī)架的作圖結(jié)果）。

圖4 8#機(jī)架橢圓孔型驗(yàn)證

4 結(jié) 語

常用的張減機(jī)軋輥橢圓孔型加工方法有雙圓弧近似法和圓弧加偏距近似法，圓弧加偏距近似法在加工費(fèi)及效率上優(yōu)于前者。筆者在學(xué)習(xí)和借鑒常用方法的基礎(chǔ)上，得出了一個(gè)簡便的圓弧加偏距加工計(jì)算方法，通過這種計(jì)算方法可得出圓弧直徑和偏移距離，從而加工出軋輥的橢圓孔型。

［1］孫斌煜，張芳萍，薛忠明，等.張力減徑機(jī)孔型設(shè)計(jì)系統(tǒng)[J].太原重型機(jī)械學(xué)院學(xué)報(bào),2002(03):74-79.

［2］周研.鋼管微張力減徑工藝參數(shù)研究及軟件開發(fā)[D].太原：太原科技大學(xué),2008.

［3］姜永正.鋼管張力減徑過程模擬及孔型優(yōu)化[D].長沙：中南大學(xué),2010.

［4］杜民獻(xiàn)，范湘宜.φ89 mm連軋管機(jī)組張力減徑機(jī)成品孔型的改進(jìn)設(shè)計(jì)[J].鋼管,2009(06):62-64.

［5］馬輝，韓明旭，司富國，等.微張力減徑機(jī)孔型設(shè)計(jì)和軋制表計(jì)算方法[J].鞍鋼技術(shù),2004(06):56-59.

［6］宋濤.焊管無縫化的張力減徑計(jì)算機(jī)輔助孔型設(shè)計(jì)[D].秦皇島：燕山大學(xué)，2010.

［7］張芳萍，孫斌煜，杜曉鐘，等.張力減徑機(jī)軋輥孔型設(shè)計(jì)方法的研究[J].現(xiàn)代制造工程，2006(10):117-120.

［8］李輝，李青.張力減徑機(jī)孔型設(shè)計(jì)初探[J].一重技術(shù)，2004（03）:8-9.

Brief Analysis on Processing Parameter Calculation Method of Stretch-reducing Mill Oval Groove

REN Baosheng
(Baoji Petroleum Steel Pipe Co.,Ltd.,Baoji 721008,Shaanxi,China)

In this article,it introduced the basic parameters of stretch-reducing mill oval groove and its mutual relation,described processing parameters calculation procedure by taking an example,and a simple calculation method for the groove was obtained.By five steps,including determining the diameter reducing rate,calculating covering coefficient,ovality coefficient calculation,numerical calculation of long axis and short axis,and check,the circular arc diameter and deviation distance were obtained,so as to realize circular arc offset processing method.Through comparison between actual calculation and drawing result,verify the feasibility of this method was verified.

stretch-reducing machine;oval groove;processing parameter calculation

TG333

B

1001－3938（2015）06-0050-05

任寶生（1960—），男，高級工程師，主要從事焊管生產(chǎn)技術(shù)及設(shè)備維修技術(shù)的研究工作。

2014-10-24

黃蔚莉