周期轧管机的工具设计包括轧辊和芯棒的形状设计和材质设计。
4.1 轧辊
4.1.1 轧辊直径
轧辊直径D g可由以下经验公式计算：
D g=1.25D0max+（400～600）
式中D0max——轧制的最大荒管直径，mm。
4.1.2 孔型纵截面曲线
周期轧管机孔型的纵截面形状由不同直径的圆弧和不同侧壁开口角的直线所组成，对应圆心角各点的轧槽底部圆弧半径为R，如图4-16（a）所示。
（1）锻轧段（锤头）孔型曲线
式中Rx——对应于θx角的锻轧段（锤头）轧槽底部圆弧半径，mm；
R g——轧辊半径，mm；
r0——轧制后的荒管内半径（r0=
，d为芯棒直径，以该机型轧制的荒管最薄壁厚来选择芯棒直径），mm；
S m——毛管壁厚，mm；
S0——荒管壁厚，mm；
θx——对应于锻轧段x截面的圆心角，（°）；
θ1——锻轧段圆心角，（°）。
根据不同的锻轧段圆心角θx，计算出对应的Rx，然后圆滑连接Rx各点，得到锻轧段轧槽底部曲线。
（2）精轧段孔型曲线
精轧段轧槽底部曲线为一圆心在轧辊中心，半径为R3的圆弧曲线，与R3对应的精轧段轧槽直径为设计的目标孔型直径D。R3是一常数，它不因圆心角的变化而变化。
D=D g+E-2R3
R3=（D g+E-D）/2
式中D——精轧段孔型直径，mm；
D g——轧辊直径，mm；
E——辊缝，mm。
（3）终轧段孔型曲线
终轧段孔型曲线也是一圆心在轧辊中心，半径为R4的圆弧曲线。为了让荒管能逐步并平稳地与轧槽脱离接触，避免轧辊在荒管表面上产生压痕，并保证轧槽由精轧段圆滑过渡到终轧段，终轧段孔型直径要比精轧段孔型直径逐渐加大2～4mm，相对应的终轧段轧槽底部圆弧半径R4要比精轧段轧槽底部圆弧半径减小1～2mm。即：
R4=R3-（1～2）
（4）空轧段孔型曲线
空轧段是不参与变形的。因此，对空轧段孔型曲线的形状和精度要求并不高，关键是要保证毛管顺利实现送进和翻转90°。为了能满足上述要求，空轧段的轧槽直径要大于轧制的最大毛管外径，但空轧段的轧槽直径过大会减小轧辊的强度。
4.1.3 各段圆心角的分配
在轧辊直径一定的前提下，各段圆心角的大小反映了各段轧槽底部圆弧的长短。在360°的轧辊圆心角范围内，若某一段的圆心角大，则其他段的圆心角就小。合理分配各段圆心角的大小，有利于提高周期轧管机的产量和产品质量。(www.xing528.com)
（1）锻轧段圆心角
锻轧段是金属集中变形区，锻轧段的圆心角越大，表明锻轧段的长度越长。在金属变形量（喂入量）不变的情况下，锻轧段越长，则金属的变形就越平缓均匀。从提高荒管质量的角度考虑，希望锻轧段长一些。另外，增加锻轧段的长度还有利于减小锤头角度而改善咬入条件，增加喂入量，提高轧机产量。锻轧段圆心角一般取60°～90°。
（2）精轧段圆心角
精轧段的作用是均整管壁，从提高荒管壁厚精度和表面质量的角度考虑，希望精轧段长一些。在设计精轧段圆心角时，应保证同一截面的荒管在精轧段至少重轧2次，精轧段圆心角一般取90°～110°。
（3）终轧段圆心角
终轧段的作用是保证荒管能平缓与轧槽脱离接触，终轧段圆心角一般取10°～20°。
（4）空轧段圆心角
空轧段的长度应保证毛管送进和翻转时不撞击轧辊，它与喂料器的工作性能有关。若空轧段太长，会削弱工作段的长度；若空轧段太短，喂料器没有充足的时间来完成毛管的送进和翻转。综合考虑上述因素，空轧段圆心角一般取130°～160°。
Φ340mm孔型曲线和各段圆心角的大小如图4-16（a）所示。
4.1.4 孔型横截面形状
周期轧管机的孔型是带侧壁开口角的圆孔型。若孔型侧壁开口角α太小，则荒管在轧制过程中会发生金属的过充满，导致荒管在辊缝处形成尖锐的“耳子”，在下道次轧制时，“耳子”转至轧槽的底部位置，倒伏形成轧折。若孔型侧壁开口角α太大，孔型侧壁不能有效限制金属的宽展，虽不易形成“耳子”，但容易造成荒管的对称性壁厚不均。由此可见，孔型侧壁开口角α对金属宽展的影响密切相关，在锻轧段，压下的金属最多，宽展的金属也最多；在精轧段，毛管减径和减壁量都很小，宽展的金属也相对较少。因此，从锻轧段到精轧段要选用不同的孔型侧壁开口角。锻轧段孔型侧壁开口角α一般取17°～37°，精轧段孔型侧壁开口角α一般取14°～30°。孔型侧壁开口角还视孔型大小的不同而不同，小孔型取较小的孔型侧壁开口角。周期轧管机孔型侧壁开口角如图4-19所示。
图4-19 周期轧管机孔型侧壁开口角示意图
（a）精轧段（b）锻轧段
4.1.5 轧辊材质
周期轧管机的轧辊常用60CrNiMo锻钢制作。某厂Φ630mm大型周期轧管机的轧辊化学成分见表4-10，调质热处理后的力学性能见表4-11。
表4-10 轧辊（60CrNiMo）化学成分（质量分数）%
表4-11 轧辊（60CrNiMo）调质热处理后的力学性能
4.2 芯棒设计
4.2.1 芯棒长度
芯棒长度L x：
L x=L1+L2+L m+ΔL x
式中L1——芯棒卡头长度，mm；
L2——脱管环长度，mm；
L m——毛管长度，mm；
ΔL x——芯棒裕量，约大于轧辊工作段轧槽底部圆弧长度，mm。
4.2.2 芯棒材质
芯棒常用42CrMo锻钢制作，其调质热处理后的力学性能见表4-12。
表4-12 芯棒（42CrMo）调质热处理后的力学性能
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