二辊式定（减）径机孔型参数的设计

1.1　孔型参数

（1）孔型平均直径

第i机架孔型的平均直径Di为该孔型宽度Bi和高度Ai之和的一半。

Di=（Ai+Bi）/2

（2）孔型椭圆度系数

第i机架孔型宽度Bi与高度Ai之比称为该孔型的椭圆度系数ξi，它是孔型设计中的一个重要参数。

ξi=Bi/Ai

椭圆度系数ξ的大小影响孔型形状和金属在孔型中的流动情况。ξ值较小时，孔型接近圆形，它有利于限制金属的横向变形，提高钢管的外径精度和壁厚精度。但金属容易被挤进辊缝而产生“青线”或造成轧折；ξ值较大时，金属有较大的宽展空间，可减小产生“青线”和轧折的风险，但增加了钢管沿圆周方向的不均匀变形程度，会降低钢管的外径精度和壁厚精度，钢管内孔容易出现“内方”。

在确定孔型的椭圆度系数ξ时，前面机架的ξ值较大，后面机架的ξ值较小，成品机架的ξ值等于1，除成品机架外，所有机架的ξ值均大于1。

1.2　孔型参数计算

二辊式定（减）径机的孔型形状如图5-4（a）所示。根据已知的各机架孔型平均直径D和设定的孔型椭圆度系数ζ，可通过几何关系，计算出孔型侧壁开口角、侧壁圆弧半径、偏心距等孔型参数。计算方法见第四章“连轧管机工具设计”一节。

1.3　相邻机架孔型参数的关系

1.3.1　宽展系数

第i-1机架孔型高度Ai-1与第i机架孔型宽度Bi之比称为该孔型的宽展系数λi，它反映了荒管定（减）径时金属的宽展程度。

λi=Ai-1/Bi

根据宽展的不同性质，λ值有以下3种情况：

（1）λ1，即Ai-1Bi。表示钢管在定（减）径时，高度上有压缩，宽度上有增加，称为正宽展孔型，也称椭圆孔型。钢管在孔型高度方向受到压缩的同时，金属可以自由宽展。在辊缝处，基本上不会造成钢管表面划伤或产生“耳子”，但内孔容易出现“内方”。

（2）λ=1，即Ai-1=Bi。表示钢管在定（减）径时，高度上有压缩，宽度上不增加，称为零宽展孔型。钢管在孔型高度方向压下的金属无宽展的余地，增加了金属流入辊缝的风险，容易在辊缝处造成表面划伤或产生“耳子”。但产生“内方”的可能性要小得多。

（3）λ1，即Ai-1Bi。表示钢管在定（减）径时，高度上有压缩，宽度上也有压缩，称为负宽展孔型，也称圆孔型。钢管在此孔型中轧制时，整个外表面均受到压缩，变形比较均匀，产生“内方”的可能性减小到最低。但在辊缝处，钢管表面发生划伤和产生“耳子”的可能性更大。轧制薄壁管时，还有造成轧折、“青线”的风险。

宽展系数λ值的确定与该机架的减径率、张力系数和钢管尺寸关系密切。目前，还是根据经验来选择λ值。对于薄壁钢管，因形成“内方”的倾向性小，产生“耳子”和轧折的倾向性大，宜采用λ1的正宽展孔型（椭圆孔型）。对于厚壁钢管，因宽展量小，产生“耳子”和轧折的倾向性小，形成“内方”的倾向性大，宜采用λ=1的零宽展孔型，甚至采用λ1的负宽展孔型（圆孔型）。并且，随着张力系数的增加，λ值可随之加大。

在孔型设计时，一般会根据钢管的壁厚设计两个或两个以上的孔型系列，即薄壁管孔型系列和厚壁管孔型系列。不同的孔型系列采用不同的单机架减径率和不同的孔型宽展系数。

1.3.2　覆盖系数

覆盖系数ɥi是指第i机架孔型高度Ai和第i+1机架孔型宽度Bi+1的比值，即：

ɥi=Ai/Bi+1(www.xing528.com)

为了避免金属在宽展时接触到轧辊边缘，保证在辊缝处的金属不发生压缩，要求第i+1机架孔型的宽度Bi+1要比第i机架孔型的高度Ai大，二者的差值取决于第i机架的减径率ρi。用覆盖系数ɥ来校验相邻机架两个孔型宽度和高度的数量关系是否合理。

表面上看，覆盖系数和宽展系数的表达式相同，但它们的物理意义却不一样。覆盖系数是对椭圆孔型的相邻机架在不同减径率条件下，宽度和高度最佳比例的一个经验数据，或者说是在生产实践中，总结出来的与减径率ρ相关的一条标准关系曲线ɥ=f（ρ），如图5-5所示。这条曲线为设计椭圆孔型，校验各机架的减径率是否合适提供了标准和依据。

图5-5　覆盖系数与单机架减径率的关系曲线

1.3.3　孔型椭圆度系数与减径率和覆盖系数的关系

通过孔型椭圆度系数表达式ξi=Bi/Ai、减径率表达式ρi=（Di-1-Di）/Di-1和覆盖系数表达式ɥi=Ai/Bi+1的换算，可得到孔型椭圆度系数与减径率和覆盖系数的关系式。即：

1.3.4　校核系数

为保证设计的孔型可靠，引入一个校核系数℈

式中Bi-1，Bi——分别为第i-1机架和第i机架的孔型宽度，mm；

Ai-1，Ai——分别为第i-1机架和第i机架的孔型高度，mm。

孔型校核系数℈i值应符合表5-2中所列的数据。

表5-2　孔型校核系数℈i与减径率ρi的关系

1.4　孔型设计步骤

（1）由给定的荒管直径D0、荒管壁厚S0和成品机架钢管直径D、钢管壁厚S，计算总对数减径率。

（2）按机架减径量分配原则，给定各机架对数减径率ri（单机架相对减径率与单机架对数减径率有以下关系：ρi=1-e ri），在满足各机架对数减径率之和等于总对数减径率的前提下，求出机架数。

（3）从成品机架轧出的钢管直径D出发，根据Di-1/Di=e ri的对数减径率计算公式，依次求出各机架孔型直径Di。

（4）根据各机架的相对减径率ρi，由ɥ=f（ρ）标准曲线（图5-5所示），查出各机架覆盖系数ɥi。

（5）在已知ɥi和ρi的条件下，根据ξi=1/［ɥi（1-ρi）］，求出各机架孔型椭圆度系数ξi。

（6）根据椭圆度系数ξi，计算各机架孔型宽度Bi和高度Ai。

（7）根据℈计算公式，求出校核系数℈后，对照各机架的℈i和ρi，校核是否满足表5-2中的数据（若数据不在列表中，可采用插值法）。如不满足，需重新设计，直到满足为止。