精密轧管机的工艺参数优化设计

3.1　精密轧管机的孔型特点和金属变形过程

3.1.1　精密轧管机的孔型特点

精密轧管机孔型如图4-9所示。轧辊分为4段，对应的变形区分成4个区，分别为压扁减径段（Ⅰ区）、减径减壁段（Ⅱ区）、均壁段（Ⅲ区）和转圆段（Ⅳ区）。

图4-8　精密轧管机组工艺流程图

3.1.2　金属的变形过程

（1）压扁减径段（Ⅰ区）

毛管被轧辊咬入后进入Ⅰ区，由于孔型存在椭圆度，在Ⅰ区的前半段，毛管产生压扁变形，横截面由圆变成了椭圆。随着轧辊曳入力的不断增大，毛管不断地向Ⅰ区深入，在孔型的限制下，毛管的外径和内径不断减小（空减径），直至其内壁与芯棒接触。Ⅰ区的主要作用是使轧辊对毛管产生足够大的曳入力，并通过压扁及减径变形，消除毛管内径和芯棒表面在孔型短轴方向上的间隙，为毛管的减壁变形创造条件。

图4-9　精密轧管机孔型示意图

1—轧辊2—芯棒3—荒管4—导盘

（2）减径减壁段（Ⅱ区）

一旦毛管内壁与芯棒发生接触，毛管进入Ⅱ区。Ⅱ区为主要变形区，受到轧辊和芯棒的辗轧，毛管同时发生减径、减壁变形，并逐步形成荒管的基础壁厚。在此区，通常将轧辊设计成带辊肩的“双减辊型”，如图4-10所示。与传统的轧辊辊型相比，“双减辊型”缩短了轧辊Ⅱ区的长度，可实现金属的集中变形。在相同的轧辊长度条件下，轧辊均壁段（Ⅲ区）得以增长，有利于改善荒管的表面质量，提高其壁厚精度。

图4-10　“双减辊型”轧辊示意图

（3）均壁段（Ⅲ区）

荒管基础壁厚形成之后，毛管进入Ⅲ区。Ⅲ区的轧辊表面与芯棒表面之间的法线距离相等，且辊身较长（一般为2～4个螺距，由轧辊长度决定），荒管经过Ⅲ区辗轧后，其壁厚偏差和表面质量均得到了良好的改善。

（4）转圆段（Ⅳ）

当荒管进入Ⅳ区后，轧辊间距逐渐增大，随着荒管内壁与芯棒表面之间的间隙不断增加，芯棒脱离与荒管内表面的接触，轧辊只辗轧荒管的外表面。荒管横截面由椭圆规整成圆，并逐渐脱离变形区。

3.2　精密轧管机工艺参数设计

精密轧管机工艺参数包括轧辊间距、导盘间距、椭圆度系数、芯棒直径、减径率、减壁率、延伸系数和轧制速度等。

（1）轧辊间距轧辊间距E表示压缩带处两个轧辊的距离：

E=D g+D E

式中D g——压缩带处轧辊直径，mm；

D E——压缩带处孔型直径，D E=D m-ΔD，mm；

D m——毛管直径，mm；

ΔD——毛管减径量，mm（一般ΔD取15～35mm）。

（2）减径率

减径率ε表示毛管减径量与毛管直径之比：

ε=（D m-D0）/D m

一般ε取8%～18%，轧制碳钢管时取大值，轧制合金钢管时取小值。

（3）导盘间距

导盘间距A表示两个导盘的距离：(www.xing528.com)

A=Eξ

式中ξ——椭圆度系数，取1.05～1.15，轧制合金钢管或厚壁钢管时取小值。

（4）芯棒直径

芯棒直径d：

d=D E-2S0+2T

式中S0——荒管壁厚，mm；

T——轧辊弹跳值，一般取0.5～1mm。

（5）毛管内壁与芯棒表面的间隙

毛管内壁与芯棒表面的间隙δ：

δ=（D m-2S m-d）/2

式中S m——毛管壁厚，mm。

一般δ取3～10mm。

（6）减壁量

减壁量ΔS：

ΔS=S m-S0

一般减壁量ΔS取2～10mm。

（7）减壁率

减壁率ω：

ω=（S m-S0）/S m

一般减壁率ω取15%～55%。

（8）延伸系数

延伸系数μ：

一般延伸系数μ取1.2～2.5。

（9）轧制速度

轧制速度V：

式中V——轧制速度，m/s；

n——轧辊转速，r/min；

η——轴向滑移系数，取0.65～0.95；

D c——荒管脱离轧辊处的轧辊直径，mm；

α——喂入角，（°）；

β——辗轧角，（°）。