專利名稱：在兩輥斜軋機(jī)上軋制薄壁荒管用頂頭及軋管方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在兩輥斜軋管機(jī)上軋制薄壁荒管用的頂頭及其軋管方法。
現(xiàn)在使用的兩輥熱軋管機(jī)主要是短頂頭型自動(dòng)軋管機(jī)和長芯棒型連軋管機(jī)兩種縱軋機(jī)。長期以來人們一直想用一臺(tái)設(shè)備簡單而又能軋出高精度荒管的斜軋機(jī)來取代自動(dòng)軋管機(jī)與均整機(jī)，為此人們研制出阿塞爾(Assel)、特朗斯瓦爾(Transval)兩種斜軋機(jī)，但由于存在產(chǎn)品規(guī)格范圍窄，軋制薄壁管困難，小時(shí)生產(chǎn)能力低、金屬消耗大等缺點(diǎn)，故無法取代自動(dòng)軋管機(jī)。為了軋制薄壁管人們又研制出長芯棒帶主動(dòng)導(dǎo)盤的狄塞爾(Diescher)和限動(dòng)芯棒帶主動(dòng)導(dǎo)盤的阿克—羅爾(Accu-Roll)兩輥斜軋機(jī)?？墒怯捎陂L芯棒不減壁只靠大直徑軋輥外減壁很困難，難以發(fā)揮出其多道次連軋的減壁能力，故其實(shí)際減壁能力較小，并有著小時(shí)生產(chǎn)能力低、工具磨損嚴(yán)重等缺點(diǎn)仍無法取代自動(dòng)軋管機(jī)。短頂頭型兩輥斜軋機(jī)幾十年來一直被廣泛用作將實(shí)心圓管坯穿軋成空心毛管的穿孔機(jī)，有時(shí)也被用作將水壓穿孔的杯狀空心坯或大口徑穿孔毛管進(jìn)行延伸或二次穿孔，但卻從未被當(dāng)作軋管機(jī)使用過，這是因?yàn)槠漤旑^由頂尖、凸形穿孔錐和反錐等組成，但由于兩輥斜軋機(jī)要在軸向位置固定條件下對(duì)每根毛管都要進(jìn)行長達(dá)10多秒約3-5百次的高壓減壁軋制，工作條件惡劣，頂頭表面摩擦升溫很快，很容易造成頂頭局部損壞嚴(yán)重而報(bào)廢。
本發(fā)明的目的之一是得到一種在兩輥斜軋管機(jī)上軋制薄壁荒管用的短頂頭，該頂頭具有較高的減壁、軋薄延伸變形能力，并具有較高的使用壽命。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是得到一種能在短頂頭型兩輥斜軋機(jī)上軋出薄壁荒管的方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種在兩輥斜軋機(jī)上軋制薄壁荒管用的頂頭，由工作錐和圓弧形反錐組成，工作錐形狀為前段曲線為圓弧，后段為多段錐臺(tái)連起的凹形平滑曲線。
該頂頭工作錐曲線是這樣得到的通過將該軋管過程假設(shè)為當(dāng)軋件每旋轉(zhuǎn)1/2轉(zhuǎn)即為進(jìn)行一次多道次連軋，并根據(jù)多道次連軋的最大減壁量公式ΔSim＝ΔS1mK1-i，其中ΔSim為第i次最大減壁量，ΔS1m為第一道最大減壁量，K為采數(shù)取1.6-2.0i為連軋道次序數(shù)，計(jì)算出軋件每旋轉(zhuǎn)1/2轉(zhuǎn)時(shí)軋件的減壁量及孔型間隙，從而得到頂頭從前到后各橫截面的半徑值，即可得到頂頭工作錐的曲線。
用該頂頭在兩輥斜軋機(jī)上軋制薄壁鋼管的方法為首先校準(zhǔn)頂頭的軸向位置，調(diào)整孔型，在軋制前向鋼管內(nèi)加入潤滑劑，然后在兩輥斜軋管機(jī)上用該頂頭軋制薄壁荒管。
下面詳述本發(fā)明。
本發(fā)明根據(jù)兩輥斜軋機(jī)的連軋?zhí)卣骷疵苊哭D(zhuǎn)半轉(zhuǎn)、前進(jìn)半個(gè)螺距即被減壁軋薄一道，及連軋變形規(guī)律各道次減壁量呈遞減分布，具體地說，即為參照軋管實(shí)踐得出的短頂頭型兩輥斜軋機(jī)的各道次實(shí)際最大減壁量呈指數(shù)函數(shù)ΔSim＝ΔS1mK1-i的分布曲線(其中i為連軋道次序數(shù)，K＝1.6-2.0，薄壁管時(shí)取上限，ΔS1m≤4mm且ΔSim/S≤30％)確定出各道次的預(yù)給減壁量和有效連軋道次，該預(yù)給減壁量均小于各道次的實(shí)際最大減壁量；再按半螺距長管的體積不變常量求出各道次的半螺距，作出短頂頭型兩輥斜軋機(jī)的高精度多道次連軋減壁孔型間隙，并按軋后均勻磨損原則設(shè)計(jì)并經(jīng)軋管試驗(yàn)修正頂頭，由此確定出所需的頂頭尺寸形狀，以確保其一定的使用壽命并能軋出截面均勻內(nèi)外表面質(zhì)量良好的所需規(guī)格薄壁荒管。
下面結(jié)合附圖介紹本發(fā)明的實(shí)施例。


圖1為毛管半螺距mi與頂頭輪廊及軋件關(guān)系圖。
圖2為mi與孔型間隙Si的關(guān)系曲線。
該實(shí)施例穿孔毛管尺寸Do×So＝108×13，軋成荒管尺寸Dn×Sn＝115×5具體計(jì)算步驟與計(jì)算內(nèi)容如下參見圖1，a為頂頭，b為拉桿，c為菌式上輥，d為下輥，孔型中的螺旋軋制示意圖是半螺距長的φ108×13的毛管AoBo段，經(jīng)1.2.3.4.5.6.且減壁及1道(第7道)定壁軋制從壁厚So＝13.0軋成S7＝5.0，其中在頂頭與下輥的孔型間隙中被軋制4道(1.3.5.7)，在頂頭與上軋輥的孔型間隙中被軋制3道(2.4.6.)，即毛管經(jīng)7道軋制(6道減壁與1道定壁)由So＝13軋成S7＝51、計(jì)算(或測(cè)量出)軋后荒管或軋前毛管的半螺距與半螺距長的體積常量?；墓艹隹诘陌肼菥鄊n+1=πDn2]]> 半螺距長荒管的體積常量Vc＝(Dn－Sn)Sn.mn＋1＝(115－5)×5×15.4＝13970軋前毛管的半螺距mo＝Vc/(Do－So)So＝13970/(108－13)×13＝11.312、假設(shè)出軋輥承擔(dān)的外減壁量及其分配(如與計(jì)算后數(shù)差值異較大時(shí)再修改計(jì)算一次)。
因?yàn)橹挥熊堓伒那板F才能減壁，為此取軋輥的前錐角α1＝2，并假設(shè)前三道的半螺距分別為13.0；16.05；20.5，而且軋輥前錐的減壁區(qū)長正好等于前三道的三個(gè)半螺距之和，故前三道的軋輥外減壁量分別為 ΔS外2＝16.5×tg2°＝0.58，ΔS外3＝20.5×tg2°＝0.72，即軋輥共承擔(dān)了 的外減壁量，占總減壁量Σ1nΔSi=13-5=8]]>的21.875％。
3、給定頂頭各道次所承擔(dān)的內(nèi)減壁量取頂頭的第一道內(nèi)減壁量為總減壁量的40％，即ΔS內(nèi)1＝0.4×8＝3.2，并取其余各道次的頂頭內(nèi)減壁量分別按K＝2.0的ΔSi＝ΔS內(nèi)1K1-n的指數(shù)函數(shù)遞減分布，K取2.0則 則 則 而頂頭的6道減壁量之和∑ΔS內(nèi)1＝6.3比需要承擔(dān)的內(nèi)減壁量大了0.05，為此將前三道的頂頭內(nèi)減壁量修改為ΔS內(nèi)1＝3.17，ΔS內(nèi)2＝1.59，ΔS內(nèi)3＝0.79，使其 4、計(jì)算出各道次的減壁量與孔型間隙由于各道次的減壁量為ΔS1＝ΔS外1＋ΔS內(nèi)1＝0.45＋3.17＝3.62ΔS2＝ΔS外2＋ΔS內(nèi)2＝1.59＋0.58＝2.17ΔS3＝ΔS外3＋ΔS內(nèi)3＝0.72＋0.79＝1.51ΔS4＝ΔS內(nèi)4＝0.4
ΔS5＝ΔS內(nèi)5＝0.2ΔS6＝ΔS內(nèi)6＝0.1ΔS7＝0(增加一道定壁軋制)。
則其各道次的孔型間隙為S1＝So－ΔS1＝13－3.62＝9.38S2＝S1－ΔS2＝9.38－2.17＝7.21S3＝S2－ΔS3＝7.21－1.51＝5.7S4＝S3－ΔS4＝5.7－0.4＝5.3S5＝S4－ΔS5＝5.3－0.2＝5.1S6＝S5－ΔS6＝5.1－0.1＝5.0S7＝S6－ΔS7＝5.0－0＝5.0(在道減壁后面增加一道定壁軋制)。
5、假設(shè)出各道次的管外徑Di并計(jì)算出Di-Si值由于隨減壁道次增加管外也從Do＝108逐漸增大到D7＝115，為此假定其各道次的Di如表1示表1
6、計(jì)算出各道次的半螺距值Vc=(Dn-Sn)Sn·mn+1=(Di-Si)+(Dj-Sj)2·Si+Sj2·mi]]>則m14Vc[(Di-Si)+(Dj-Sj)](Si+Sj)]]>將數(shù)值代入，得到
m1＝12.84m2＝16.63m3＝20.71m4＝23.74m5＝24.76m6＝25.26m7＝25.47、作出各道次的孔型間隙及減壁量分配圖分別以各道次的半螺距mi與孔型間隙Si為橫、縱坐標(biāo)作出Si＝F1(mi)孔型間隙圖，將Si＝F(mi)曲線向右平移半個(gè)螺距即得到Sj＝F2(mi)曲線，兩曲線間圖形為各道次的減壁量分布圖(如圖2)。
8、確定變形工具的幾何形狀作出孔型圖1)軋輥取菌形軋輥的前錐長l1＝140，壓軋帶長K＝23.74，后錐長l2＝196.26，前后錐錐角為α1＝2°，α2＝2.5°。2)頂頭取最大直徑δ＝98，頂頭全長 ＋149.41＋9.28＝180，取前面的m0＋m1＋m2長R＝118的圓弧段，后反錐圓弧半徑r＝25，沿軋輥輥型取Si作出孔型圖，按ri＝ρi－Si作出頂頭工作錐部分的形狀圖，(ρi為截面軋輥到管軸的最小距離，ri為各截面頂頭半徑)，即得到工作錐為凹形多段錐臺(tái)的頂頭。
本發(fā)明得到的高精度頂頭由于形狀特殊，必須采用靠磨法加工，在使用時(shí)應(yīng)嚴(yán)格校準(zhǔn)頂頭的軸向位置，正確調(diào)整孔型。軋前要吹凈已加熱好毛管內(nèi)氧化鐵皮，并向內(nèi)加入粉狀石墨等潤滑劑，然后平穩(wěn)地將毛管推入兩主動(dòng)輥間，在兩輥斜軋機(jī)上用該凹形工作錐頂頭軋成所需規(guī)格的薄壁荒管，軋后對(duì)頂頭噴水冷卻。
現(xiàn)有技術(shù)中，人們根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)孔型使用穿孔機(jī)卻從未去考慮其連軋?zhí)卣骷白冃喂ぞ撸猾@得偏低的變形能力。本發(fā)明則充分利用其短頂頭能與軋輥合理分擔(dān)毛管內(nèi)外的減壁量，能夠承擔(dān)其中的大部分減壁量(70-80％)，軋輥只承擔(dān)約20％，又能較好發(fā)揮出其多道次連軋的高變形能力(ΔSm≥8，Smin≤4-5，μm≥3.28)，較高的頂頭使用壽命，本發(fā)明得到的頂頭每個(gè)軋管250根后磨損仍較均勻，表面光滑，而按經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的頂頭每個(gè)只軋管3-5根已局部嚴(yán)重?fù)p壞而報(bào)廢，可軋出內(nèi)外表面良好的合格薄壁荒管，其變形能力超過自動(dòng)軋管機(jī)，可取代自動(dòng)軋管機(jī)。
表2為本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)中阿克一羅爾(φ114)，斜軋管機(jī)和自動(dòng)軋管機(jī)(φ100-140)，最大減壁、軋薄延伸變表能力的對(duì)比表。
表2
其中本發(fā)明采用φ120兩輥斜軋延伸機(jī)上使用凹型工作錐的165mm長的φ96-98軋管頂頭，可將三輥穿孔機(jī)用φ110mm管坯穿出的φ108×13毛管，軋成φ118×5.0，4.5，4.0mm的內(nèi)外表面質(zhì)量良好的荒管。其中ΔS＝8－9，ΔS/S＝61.54－69.23％，D/S＝23.6－29.5，μ＝2.19－2.7權(quán)利要求
1.一種兩輥斜軋機(jī)上軋制薄壁荒管用的頂頭，由工作錐和圓弧形反錐組成，其特征是工作錐形狀為前段曲線為圓弧，后段為多段錐臺(tái)連起的凹形平滑曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頂頭，其特征是所述的頂頭工作錐曲線是這樣得到的通過將該軋管過程假設(shè)為當(dāng)軋件每旋轉(zhuǎn)1/2轉(zhuǎn)即為進(jìn)行一次多道次連軋，并根據(jù)多道次連軋的最大減壁量公式ΔSi＝ΔS1K(1-i)，其中ΔSi為第i次減道量，ΔS1為第一道減壁量，K為系數(shù)取1.6-2.0，i為連軋道次序數(shù)，計(jì)算出軋件每旋轉(zhuǎn)1/2轉(zhuǎn)時(shí)軋件的減壁量及孔型間隙，從而得到頂頭從前到后各橫截面的半徑值，即可得頂頭工作錐的曲線。
3.一種用兩輥斜軋機(jī)軋制鋼管的方法，其特征是首先校準(zhǔn)頂頭的軸向位置，調(diào)整孔型，在軋制前向鋼管內(nèi)加入潤滑劑，然后在兩輥斜軋管機(jī)上用權(quán)利要求1所述的頂頭軋薄荒管管壁。
全文摘要
本發(fā)明為一種在兩輥斜軋管機(jī)上軋制薄壁荒鋼管用的頂頭及其軋管方法。該頂頭由工作錐和反錐組成，工作錐前段和反錐為圓弧曲線，工作錐后段為多段錐臺(tái)連起的凹形平滑曲線，該頂頭按軋后均勻磨損原則確定其各道次的減壁量而設(shè)計(jì)出頂頭，使頂頭各部分減壁量合理分配，該頂頭具有較高的減壁、軋薄延伸變形能力并獲得較高的使用壽命，其ΔSmax＝8-9mm，Smin≥4.0mm，μmax＝2.19-2.71。
文檔編號(hào)B21B17/02GK1115696SQ95102170
公開日1996年1月31日 申請(qǐng)日期1995年3月11日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月11日
發(fā)明者胡連君, 林雄軍, 秦長燈, 陳浩文, 陳思孝 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵(集團(tuán))公司