双排多辊式钢管冷轧变形过程研究

双排多辊式钢管冷轧变形过程研究



刘建军 刘庆国 赖明道 樊建成

(燕山大学) (宝山钢铁(集团)公司)

摘 要 对双排多辊式轧机冷轧钢管的变形过程进行了详细的分析研究，推导出一个轧制周期内延伸系数的计算公式。 关键词 冷轧钢管 变形过程

STUDY ON DEFORMATION PROCESS OF COLD TUBE

ROLLING

WITH DOUBLE-SET THREE-ROLLER MILL

LIU Jianjun LIU Qingguo LAI Mingdao

(Yanshan University) FAN Jiancheng

(Baoshan Iron and Steel Corp.)

ABSTRACT The deformation process of cold tube rolling with

double-set three-roller mill is analyzed and studied comprehensively and the calculating formula of elongation coefficient in a rolling cycle is deduced. KEY WORDS cold tube rolling,deformation process 1 前言

为了结合二辊式和多辊式轧机的优点，给高效率生产高质量、高精度的各种冷轧管材提供一种具有高度可靠性和适应性的冷轧管机，且该轧机具有很强的减径、减壁能力，燕山大学于1993年研制成功了双排多辊式冷轧管机，并在该轧机上轧制出符合国家标准的管材。为了正确确定变形参数和合理进行轧制工具设计，本文对双排多辊式钢管冷轧时金属的变形过程进行了详细研究。

2 双排多辊式冷轧管机的机头结构

双排多辊冷轧管机是一种周期式工作制度的轧机，其机头结构如图1所示，它的变形工具由支承板、轧辊、芯棒组成。该轧机具有两排轧辊，每排由三个轧辊组成，三个轧辊被布置在与芯棒轴线垂直的平面内，轧辊轴线相互成60°角。两排轧辊通过轧辊架沿着芯棒长度方向在空间相互固定，两排轧辊之间的轧辊轴线在空间互成60°角布置。每一个轧辊都对应一个确定的支承板，轧辊在轧辊架的带动下沿支承板滚动，支承板与轧辊相接触的工作面是由多段折线组成的。轧辊被各自的支承板

压向钢管，实现钢管的减径和减壁。

3 钢管的变形过程分析

当工作机架在后极限位置时，轧辊与管料脱离，由于回转送进机构的作用，工作锥1沿轧制方向移动一段被叫作送进量m的距离，并回转一定的角度(本轧机为62°4′)。管料上截面Ⅰ—Ⅰ也移动相同的距离到了Ⅰ1—Ⅰ1位置。工作锥的Ⅱ—Ⅱ截面和Ⅲ—Ⅲ截面移动一个距离m后到了Ⅱ1—Ⅱ1和Ⅲ1—Ⅲ1位置(图2)。

对于入口轧辊而言，由于主要是实现减径，采用锥形芯棒。管料送进时，工作锥内表面脱离芯棒表面，两者之间形成一个间隙C，所以当工作机架前移，轧辊相对支承板向后滚动时，轧辊中心向管料中心靠近，工作锥受到压下变形，在变形区中先是减

图 1 机头结构图

Fig.1 Structure drawing of sleeve-type stand

图 2 变形过程示意图一

Fig.2 Illustration 1 of deformation history

径，然后压下壁厚，如图3。

在工作机架前移的过程中，工作锥内表面与位于瞬时变形区前面的芯棒之间的间隙不断增大。由于延伸，入口轧辊所对应的工作锥的末端截面Ⅱ1—Ⅱ1移动到了Ⅱx—Ⅱx的位置。

入口轧辊作用下的变形区内金属的流动影响了出口轧辊管料的送进。因此，出口轧辊管料的送进是由回转送进机构的间断送进和入口轧辊作用下的变形区内金属流动而形成的连续送进复合而成。机头前移的过程中，由于这种复合送进和金属的延伸，工作锥的末端截面Ⅲ1—Ⅲ1移动到Ⅲx—Ⅲx的位置。图4表示工作机架向前移动到前极限位置的情况，这时，Ⅱ1—Ⅱ1截面移动到Ⅱ2—Ⅱ2，而Ⅲ1—Ⅲ1截面移动到Ⅲ2—Ⅲ2截面。

在机架返行程时，轧辊孔型对工作锥进行均整，使每个横截面的形状更圆、壁厚更均匀。并且由于变形时一部分金属向周向流动，工作锥的内表面脱离了芯棒，这样更有利于下一次送进的进行。

工作机架移到后极限位置时，一个轧制周期结束，轧成一段长度为Mn的成品管。

图 3 变形过程示意图二

Fig.3 Illustration 2 of deformation history

图 4 变形过程示意图三

Fig.4 Illustration 3 of deformation history

第一个轧制周期结束后在回转送进机构的作用下管料又沿轧制方向移动一段距离m，如图5。对入口轧辊来说，原来处于B和D位置的Ⅰ—Ⅰ截面和Ⅰ2—Ⅰ2截面移动到C和E位置，而原来处于A位置的Ⅰ′—Ⅰ′截面移到B位置。由于曲边三角形abc的变形，使位于C位置的Ⅰ—Ⅰ截面移到D位置成为Ⅰ′1—Ⅰ′1截面，而处于E位置的Ⅰ2—Ⅰ2截面移到F位置成为Ⅰ′2—Ⅰ′2截面，又由于曲边四边形bcde的变形，使得处于F位置的Ⅰ′2—Ⅰ′2截面移动到G位置成为Ⅰ″2—Ⅰ″2截面。Ⅰ′1—Ⅰ′1截面和Ⅰ″2—Ⅰ″2截面所包含的金属，正是由第一个轧制周期结束后工作锥中的Ⅰ—Ⅰ截面和Ⅰ2—Ⅰ2截面所包含的金属经第二个轧制周期的送进和轧制变形而形成的。

图 5 变形过程示意图四

Fig.5 Illustration 4 of deformation history

4 延伸系数的确定

在每一个轧制周期之后就有一段长度为送进量m的管坯被送入变形区，该段管坯的体积被称为送进体积，用Vm表示。对于一个送进体积的管坯，从宏观变形区的入口到出口，要经过n道次的轧制。其长度的变化为m，m1，m2，…mi…mn。各道次的延伸系数为

对于第i-1道次轧制的道次延伸量

ΔLi＝mi-mi-1＝mi-1(μi-1)＝ m*μ1*μ2……μi-1(μi-1)

所以，第n道次轧制的道次延伸量

式中 μ

n-1,Σ1

——入口轧辊所对应的变形区中自第一道次到第n-1道次送进体

＝

。

积的累积延伸系数，μ

n-1,Σ1

对于入口轧辊对应的变形区来说，长度为m的管坯经n道次轧制之后，变成长度为mn的管子。

(1)

被送进管坯的体积为

Vm=πS0(D0-S0)*m

式中 S0，D0——管坯的壁厚和直径。

在一个轧制周期中，轧成的管子的体积为

VT1＝πST1(DT1-ST1)mn

式中 ST1，DT1——入口轧辊对应的变形区出口处管子的壁厚和直径。 因

Vm＝VT1

故

(2)

式中 μ

Σ1

——入口轧辊对应的变形区在一个轧制周期中的总延伸系数。

这里把m长度的管坯经过n道次轧制后的长度m*μΣ1称为一个轧制周期中金属的前移量，而m(μΣ1-1)为一个轧制周期中工作锥变形而延伸的长度。 由式(2)确定了在一个轧制周期中所轧成一段管子的长度mn与总延伸系数μΣ1及送进量m之间的关系。总延伸系数μΣ1和送进量m愈大，则mn愈大，反之mn愈小。

对于出口轧辊来说，因受入口轧辊所对应的变形区内金属流动的影响，每个轧制周期结束之后管料总的送进量为m*μΣ1，它等于回转送进机构的送进量 m加上入口轧辊所对应的工作锥在一个轧制周期内的延伸量m(μΣ1-1)，即入口轧辊对应的工作锥在一个轧制周期中金属的前移量。经过一个周期的轧制以后，轧出一段长度为Mn的成品管。

Mn=mμ

Σ1

μ

Σ2

对出口轧辊来说，变形区的送进体积为Vm2

Vm2=πST1(DT1-ST1)*mμ

经过一个轧制周期轧成管子的体积为

VT＝πST(DT-ST)*Mn

因

Vm2＝VT

Σ1

＝VT1

故

又因

Vm＝VT1=Vm2=VT

故

μΣ＝μ

Σ1

*μ

Σ2

(3)

式中 μΣ——双排轧辊对应的总的工作锥在一个轧

制周期内的延伸系数； μΣ1，μΣ2——入口轧辊和出口轧辊所对应的变形区在一个轧制周期中的总延伸系数。

5 双排多辊式钢管冷轧的变形特点

(1) 被轧金属是在大小和位置不断改变着的瞬时变形区内变形。

(2) 出口轧辊所对应的变形区内金属的变形除决定于该排轧辊对应的支承板和芯棒外，还受入口轧辊引起金属变形的影响，被轧金属离开瞬时变形区的出口截面后，仍继续向轧制方向移动。

(3) 对出口轧辊而言，坯料送进是由间断送进和连续送进两部分组成，进入瞬时变形区的位移体积在整个轧制周期中是变化的，破坏了间断送进的压下制度下具有的前、后滑区的比值条件，使得金属的变形参数与运动参数联系起来，这将大大增加变形参数及力参数计算的复杂性。

参 考 文 献

1 刘建军.双排辊式冷轧管机及其轧制工艺的理论与实验研究(博士论文).秦皇岛：燕山大学，1995.

2 白连海.试论我国冷轧管机发展方向.重型机械，1991，(1). *国家博士点专项基金资助项目

联系人：刘建军，副教授，秦皇岛（066003）燕山大学科研处

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/sw63.html