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1、斜轧穿孔力参数对毛管壁厚的影响李胜祗孙中建朱成序方木云Influence of Force Parameters on Wall Thickness of Shell Pierced using Cross-Roll Piercing Li Shengzhi, Sun Zhongjian, Zhu Chengxu and Fang Muyun(East China Institute of Metallurgy, Maanshan 243002)随着轧制技术的不断进步，斜轧穿孔工艺过程的自动控制已显迫切，研究穿孔毛管壁厚自动控制模型，提高轧制精度具有十分重要的意义。文献1针对带导板的穿孔机，根
2、据变形区几何关系，并考虑弹跳给出了毛管壁厚计算公式，该公式虽然考虑了壁厚弹跳值，但没有对弹跳值进行定量描述，即未反映弹跳值与轧制力参数的直接联系。本文拟以静态轧辊开度分析为基础，分析轧制力参数对孔型的影响，建立毛管壁厚预报模型。1轧制力对毛管壁厚的影响轧制力作用于轧辊，使轧辊开度发生变化，从而改变内外变形工具间的间隙，导致壁厚偏离目标值。设轧制力P作用于变形区接触面上某一位置，如图1所示，则产生轧辊弹跳。图1轧辊弹跳示意Fig.1Sketch of roll springing由于穿孔变形主要分布在穿孔准备区和穿孔区，即便是入、出口锥完全相同的桶形轧辊，轧制力P的作用点也会偏向入口侧，则入口侧
3、和出口侧压下螺丝上的受力是不等的，于是入、出口侧的弹跳值也是不等的，即12。设机架刚度为K，应成立：(1)式中a入口侧压下螺丝至轧制力作用点的水平距离；b出口侧压下螺丝至轧制力作用点的水平距离；1入口侧机架弹跳值；2出口侧机架弹跳值。通常情况下，轧辊直径大于自身长度且辊颈长度不大，故轧辊弯曲变形很小，可忽略之，轧辊轴线在实际穿孔时仍为直线。此外，热轧时的单位压力较小，轧辊的弹性压扁也可忽略。于是可以认为，穿孔时轧辊仅相对与其静态位置发生了刚性移动，轧辊轧制带处的位移量HP为：(2)对二辊穿孔机而言，由式(2)所得到的HP约为通过“穿孔轧卡”试样所测得的轧辊弹跳值的一半，则穿孔时的实际辊距为：B
4、ck=Bck+2HP(3)式中Bck为静态辊距。在穿孔区和辗轧区，设沿轧制方向任意截面x=t处的轧辊开度为R(t)，顶头半径为Rt(t)，轧件壁厚S(t)，它们均为t的函数2，则：S(t)=R(t)-Rt(t)(4)由于轧制力引起辊距增大而使R(t)的增大，造成顶头与轧辊后锥面间的间隙增大，导致轧件壁厚增大，即S(t)=R(t)。在顶头平整段出口截面处，轧件壁厚即为毛管壁厚，其增量为：S1=R1(5)式中S1辊跳引起的毛管壁厚增量；R1顶头平整段出口截面处轧辊开度增量。但要注意到，由于送进角和辗轧角的存在，轧辊开度关于辊距是非线性的，轧制力引起的开度增量R(t)关于辊距增量HP也是非线性的，即
5、R(t)HP，计算开度时应以实际辊距Bck代入，得实际开度R1，有下式确定壁厚增量：S1=R1-0.5Dt(6) 2顶头轴向力的影响由于顶杆很长，穿孔时顶头轴向力会使顶杆产生较大的轴向弹性压缩变形，顶杆将导致顶头相对于其静态位置明显后移。据对国内某连轧管机组中的狄舍尔穿孔机轧卡试样的实际测算，穿制184 mm16.75 mm毛管时，顶头后移量达33.8 mm。顶杆属等截面杆，假定其受顶头轴向力时不发生弯曲，则顶杆的缩短量L可用下式估计：(7)式中Qd顶头轴向力/kN；L顶杆长度/mm；E顶杆横截面积/mm2；F顶杆材质的弹性模量/MPa。若忽略顶杆后座(支持器)的弹性变形，则顶杆压缩量即为顶头
6、位置的变化量C，即C=L。由于顶头的后移，使得顶头与轧辊后锥面的间隙增大S2，将使毛管壁厚产生同等数值的增大，其增量可由下式确定：S2C.tg2(8)式中2轧辊出口锥辊面锥角。3总壁厚增量与毛管壁厚综合轧制力的影响和顶头轴向力对穿孔毛管壁厚的影响的结果，总的壁厚增量应为：S=S1+S2(9)因此，变形区出口的实际壁厚为：SH=SH+S(10)式中SH为静态调整参数计算时的目标壁厚。为获得所要求的毛管壁厚，轧机调整参数中应考虑弹跳造成的壁厚增量，即引入计算壁厚SC，其与毛管目标壁厚及壁厚增量的关系为：SC=SH-S(11)在调整参数计算2时，使SC=SH即可。4轧制力参数对壁厚均匀性的影响按文献
7、3中提出的工具设计思想和方法，当以穿孔毛管横向壁厚均匀性为目标时，顶头平整段最佳锥角与顶头位置和辊距有关，原因在于轧件与轧辊的接触迹线4是非线性的。计算表明，顶头锥角受辊距的影响很小，但顶头锥角随顶头前伸量减小而显著增大，特别在大倾角条件下。故顶头后移必将使孔型偏离“毛管壁厚均匀性条件”，造成穿孔毛管的横向壁厚不均增大。轧制力引起的辊跳沿轧制方向是不等的，因而造成辗轧角变化，最终影响毛管横向壁厚均匀性，但计算表明这种影响是微小的，可以忽略。本课题为冶金部人教司有偿资助项目。作者简介：李胜祗，男，43岁，副教授。1985年毕业于北京科技大学压力加工系(硕士)，从事钢管轧制新工艺技术研究。作者单位：华东冶金学院，马鞍山243002参考文献1中岛浩衡.铁钢，1978，64(11)：6832李胜祗，孙中建.特殊钢，1998，19(3)：453李胜祗等.热加工工艺，1998(4)：344孙中建，李胜祗.宝钢技术，1996(6)：46
