專利名稱：用于線材軋機(jī)特別是高速線材軋機(jī)吐絲機(jī)的吐絲管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于線材軋機(jī)特別是高速線材軋機(jī)吐絲機(jī)之吐絲管，屬軋機(jī)吐絲機(jī)關(guān)鍵元件。
固定安裝于吐絲機(jī)中的吐絲管是一根內(nèi)徑比線材直徑稍大的空心金屬管，呈漸開螺旋線狀盤繞，入口處的一段與其回轉(zhuǎn)軸線重合，其后半徑逐漸增大，出口處的半徑為實(shí)際吐絲半徑。吐絲管在吐絲過程中繞其回轉(zhuǎn)軸線以要求的匹配轉(zhuǎn)速逆向旋轉(zhuǎn)，其作用是將直線成品線材連續(xù)變形成圈狀線材?，F(xiàn)代高線軋機(jī)的軋制速度可達(dá)100m/s以上，這對(duì)吐絲管曲線的設(shè)計(jì)提出了很高的要求，然而，目前國(guó)內(nèi)外所大量使用的吐絲機(jī)吐絲管，其曲線在設(shè)計(jì)上普遍存在一定的不足，致使線材在吐絲管中的運(yùn)動(dòng)不太穩(wěn)定，因而吐絲機(jī)在吐絲過程中普遍存在著線材成圈不好、甩尾等現(xiàn)象(速度越高甩尾越嚴(yán)重)，限制了軋機(jī)速度的提高，被迫增加了吐絲機(jī)后的剪尾工序。這些不利因素不僅直接影響著線材產(chǎn)品產(chǎn)質(zhì)量的提高，而且威脅著工人的安全。
本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種具有理想空間曲線形狀的吐絲管，使其在吐絲過程中成圈規(guī)則、均勻、穩(wěn)定，不出現(xiàn)甩尾現(xiàn)象。
為尋求理想的吐絲管曲線方程，發(fā)明人對(duì)線材質(zhì)點(diǎn)在吐絲管中的運(yùn)動(dòng)情況和受力情況進(jìn)行了分析，從而得出如下結(jié)論，必須將線材質(zhì)點(diǎn)的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡控制在其各自軸平面內(nèi)的一條特定曲線上，吐絲管才能得到最佳的受力狀況并實(shí)現(xiàn)最穩(wěn)定、均勻的吐絲效果。建立柱坐標(biāo)系及吐絲管微分單元進(jìn)行理論力學(xué)分析還得出，要使線材上質(zhì)點(diǎn)均能沿其各自軸平面內(nèi)的軌跡運(yùn)動(dòng)，須滿足兩個(gè)條件運(yùn)轉(zhuǎn)條件ω＝V軋/RE(V軋線材速度;RE吐絲管理論吐絲半徑);幾何條件dl/dα＝RE(dl吐絲管微分段;dα該微分段對(duì)應(yīng)的微分轉(zhuǎn)角)，上式中的幾何條件即為設(shè)計(jì)吐絲管曲線應(yīng)遵循的設(shè)計(jì)原則，當(dāng)然，吐絲過程中吐絲機(jī)還須滿足上述運(yùn)轉(zhuǎn)條件，才能實(shí)現(xiàn)理想的吐絲過程。
據(jù)此，本發(fā)明的目的可以通過如下措施來達(dá)到，用于線材軋機(jī)特別是高速線材軋機(jī)吐絲機(jī)的吐絲管是一根內(nèi)徑比線材直徑稍大的空心金屬管，它的特別之處在于，吐絲管的空間幾何形狀由柱坐標(biāo)函數(shù)式
來描述，其中r＝r(x)函數(shù)式代表線材質(zhì)點(diǎn)的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡，該軌跡是一條在吐絲管回轉(zhuǎn)軸線平面內(nèi)的，由軸線出發(fā)且離軸半徑逐漸增大分段組合而成的光滑曲線，可根據(jù)給定的設(shè)計(jì)參量及相切條件和銜接條件分段確定;其中的α＝α(x)函數(shù)式即為轉(zhuǎn)角α的變化規(guī)律，可將各段r＝r(x)分別代入幾何條件dl/dα＝RE中，并結(jié)合邊界條件對(duì)應(yīng)求出。
本發(fā)明所設(shè)計(jì)的線材質(zhì)點(diǎn)絕對(duì)運(yùn)動(dòng)軋跡可由5段構(gòu)成，第一段為與回轉(zhuǎn)軸線重合的直線段ab，然后沿二次曲線bc過渡到傾角為ψ的直線段cd上，接著由二次曲線de過渡到與回轉(zhuǎn)軸線平行的直線段ef上，二次曲線bc和de可取拋物線或園。
上述由5段曲直線構(gòu)成的線材質(zhì)點(diǎn)絕對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡是一種很完全的模型，但也可采用由與回轉(zhuǎn)軸線重合的直線段ab，二次曲線bc、de，及與回轉(zhuǎn)軸線平行的直線段ef(去掉傾角為ψ的直線段cd)4段曲直線構(gòu)成。
本發(fā)明吐絲管的形狀可用下列一組柱坐標(biāo)函數(shù)式(數(shù)學(xué)一般表達(dá)式)分段描述
將上述式中r0、r1、r2、r3、r4首尾相接即構(gòu)成r＝r(x)函數(shù)，這條平面曲線就是軋線質(zhì)點(diǎn)在吐絲管中的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡，其各段x坐標(biāo)的取值原點(diǎn)及方向如圖2中箭頭所示。而各α函數(shù)即為在各區(qū)段使吐絲管賴以成形的盤繞函數(shù)。
上式中的α1、α3兩積分式為不可積函數(shù)，需要用一些數(shù)學(xué)手段來處理，求近似積分函數(shù)的方法不限，但要滿足精度要求，一般只要其dl/dα的值近似等于RE，其相對(duì)誤差小于0.5%即可認(rèn)為求出的函數(shù)滿足dl/dα＝RE的幾何條件。一般可驗(yàn)算20～30個(gè)點(diǎn)。
在吐絲管曲線函數(shù)的一般數(shù)學(xué)表達(dá)式中，為表述簡(jiǎn)便，選擇了re、rc、rd、β、ψ、Xab、Xef作為設(shè)計(jì)參量，但在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，可首先確定吐絲管的軸向總長(zhǎng)Xaf、實(shí)際吐絲半徑re及吐絲管出口處的螺旋角β，然后再分段確定各段Xab、Xbc、Xcd、Xde、Xef的長(zhǎng)度(等同上述設(shè)計(jì)參量)，進(jìn)而確定吐絲管曲線方程，這樣可使設(shè)計(jì)和計(jì)算更靈活更方便。
吐絲管各設(shè)計(jì)參量取值依據(jù)如下吐絲管的軸向總長(zhǎng)Xaf和實(shí)際吐絲半徑re可根據(jù)生產(chǎn)需要確定，Xaf一般取1000～2500mm，re一般取300～700mm。吐絲管出口處的螺旋角β決定吐出線材X方向速度，β值太大，使得軋線吐出速度過大，吐得太遠(yuǎn)，圈形不好，β值太小，吐出線圈不易倒落，并容易被旋轉(zhuǎn)的吐絲盤刮上，一般取1.5°～3.5°。Xab、Xbc、Xcd、Xde、Xef決定吐絲管各段的比例及直線段cd的傾角，Xab一般取100～250mm，Xbc所占比例應(yīng)大些，因線材在該段的運(yùn)動(dòng)速度很大(指X軸方向)，此段需要較大的曲率半徑以獲得較好的緩沖。相反，de段的速度已降至很低，以不太大的曲率半徑做緩沖即足夠了，固Xde可取得小些。Xef的值很小，一般按α4＝45°左右求得其值(Xef＝RE×Sinβ×X4)。另外，算出的吐絲管總回轉(zhuǎn)角α(各段α之和)一般在300°～420°之間，若超出此范圍，可通過適當(dāng)調(diào)整各段X的取值比例來改變總α角，直至合適為至。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)在吐絲機(jī)的轉(zhuǎn)速與軋制速度相匹配的情況下(ω＝V軋/RE)，本發(fā)明吐絲管能保證線材各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)在各自的軸平面內(nèi)，并且是沿預(yù)先設(shè)定的軌跡運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過程非常簡(jiǎn)捷。從運(yùn)動(dòng)軌跡本身來看，由于是光滑曲線并采取了bc、de兩過渡段，起到了很好的緩沖作用，避免了運(yùn)動(dòng)沖擊。通過受力分析可看出，由于線材質(zhì)點(diǎn)不隨吐絲管作園周運(yùn)動(dòng)，因此線材只受重力和摩擦力作用，受力狀況極佳。線材在運(yùn)動(dòng)軌跡的cd和ef兩段不對(duì)吐絲管回轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生動(dòng)扭矩和動(dòng)力矩，在bc和de兩段，對(duì)回轉(zhuǎn)軸的動(dòng)扭矩也為零。因此，吐絲管的吐絲必然均勻、規(guī)則、穩(wěn)定，吐絲管的壽命長(zhǎng)，吐絲機(jī)的振動(dòng)小，具有良好的動(dòng)平衡。
本發(fā)明下面將結(jié)合實(shí)施例作進(jìn)一步詳述

圖1、吐絲管曲線盤繞示意圖;
圖2、線材質(zhì)點(diǎn)絕對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡模型示意圖;
圖3、吐絲管曲線r-α關(guān)系示意圖;
圖1描述了一根沿一幾何回轉(zhuǎn)基體表面盤繞而成的吐絲管曲線1，該吐絲管是一根內(nèi)徑比線材直徑稍大的空心鋼管，其軸向總長(zhǎng)Xaf取1984.788mm，實(shí)際吐絲半徑re取524.5mm，出口處的螺旋角β取2.5°。該吐絲管工作時(shí)以ω＝V軋/RE(RE＝re/cosβ＝525mm)的角速度逆向旋轉(zhuǎn)，V軋及ω均由計(jì)算機(jī)控制。該吐絲管曲線方程為柱坐標(biāo)函數(shù)式
。
圖2中由5段曲直線構(gòu)成的線材質(zhì)點(diǎn)絕對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡即是圖1中回轉(zhuǎn)基體的母線abcdef曲線，函數(shù)式r＝r(x)，其中ab段為直線取200mm;bc段為拋物線，Xbc取1150mm;cd段為傾角為ψ的直線，Xcd取474.796mm;de段為拋物線，Xde取150mm;ef段為離軸半徑為re的直線，Xef取9.992mm(Xef由α4＝ 1/(RE·sinβ) ·X4，α4＝π/4求得);上述各段相切銜接。由此可算出其余的設(shè)計(jì)參量rc268.127mm;rd489.527mm;ψ25°。
將上述各設(shè)計(jì)參量的值代入吐絲管的一般數(shù)學(xué)表達(dá)式中即確定了吐絲管曲線的各段曲線方程。本實(shí)施例中不可積函數(shù)α1、α3的近似函數(shù)如下
式中 K=2.3488 C=4.0548·10-4m1=1.7832·10-19n1=5.7455式中X39＝17.935 Ke＝7.0234 g＝3.1087·10-3M3＝-1.1469·10-4n3＝2.3392 Kd＝2.434·10-3d＝321.676 m＝0.01158N＝1.0177 Q＝0.0128 P＝2.249如圖3，吐絲管曲線各段轉(zhuǎn)過的α角為αa·b＝0°，αc＝133.848°，αd＝224°，αe＝359.7°，αf＝384.7°。
本發(fā)明吐絲管的制作，可先根據(jù)上述方程式制作吐絲管煨管機(jī)的胎具模型，然后在胎具上煨出吐絲管即可。
權(quán)利要求
1.用于線材軋機(jī)、特別是高速線材軋機(jī)吐絲機(jī)的吐絲管是一根內(nèi)徑比線材直徑稍大的空心金屬管，呈漸開螺旋線狀繞其回轉(zhuǎn)軸線盤繞，其特征在于該金屬管的空間曲線完全與某一特定幾何回轉(zhuǎn)基體的表面重合，該回轉(zhuǎn)基體的母線是一條由軸線出發(fā)，且離軸半徑逐漸增大，分段組合而成的光滑曲線，該母線即是所設(shè)計(jì)的線材質(zhì)點(diǎn)在吐絲管中的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡，數(shù)學(xué)表達(dá)式為r=r(x)，吐絲管沿該回轉(zhuǎn)基體表面盤繞而成，盤繞規(guī)律為α=α(x)，吐絲管的形狀即由
柱坐標(biāo)函數(shù)式確定，且
函數(shù)式滿足關(guān)系式dl/da=RE。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吐絲管，其特征在于所設(shè)計(jì)的線材質(zhì)點(diǎn)絕對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡r＝r(x)由5段構(gòu)成，第一段為與回轉(zhuǎn)軸線重合的直線段ab，然后沿二次曲線bc過渡到傾角為ψ的直線段cd上，接著由二次曲線de過渡到與回轉(zhuǎn)軸線平行的直線段ef上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吐絲管，其特征在于所設(shè)計(jì)的線材質(zhì)點(diǎn)絕對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡由與回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸線重合的直線段ab，二次曲線bc，二次曲線de，及與回轉(zhuǎn)軸線平行的直線段ef四段曲直線構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的吐絲管，其特征在于吐絲管的形狀由下列一組柱坐標(biāo)函數(shù)式(分段描述)來確定
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的吐絲管，其特征在于吐絲管的軸向總長(zhǎng)為1000～2500mm，理論吐絲半徑RE為300～700mm。吐絲管出口處的螺旋角β可以為1.5°～3.5°
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于線材軋機(jī)特別是高速線材軋機(jī)吐絲機(jī)的吐絲管。目前國(guó)內(nèi)外所大量使用的吐絲管，由于其曲線在設(shè)計(jì)上存在較大的問題，因而吐絲機(jī)在吐絲過程中普遍存在著甩尾、線材成圈不好，吐絲不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。為此，本發(fā)明對(duì)線材質(zhì)點(diǎn)在吐絲管中的運(yùn)動(dòng)和受力情況進(jìn)行了分析，確立了線材質(zhì)點(diǎn)絕對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡模型，并找出了軋件各質(zhì)點(diǎn)均能沿該模型作軸平面內(nèi)曲線運(yùn)動(dòng)的吐絲管曲線方程。該吐絲管具有吐絲成圈規(guī)則、均勻、穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)，不甩尾，且動(dòng)平衡性好等優(yōu)點(diǎn)，適用于各種速度下的吐絲機(jī)。
文檔編號(hào)B21B1/16GK1072356SQ91110939
公開日1993年5月26日 申請(qǐng)日期1991年11月21日 優(yōu)先權(quán)日1991年11月21日
發(fā)明者陳繼虞, 王軍衛(wèi) 申請(qǐng)人:酒泉鋼鐵公司