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SchoolofMaterialsScience&Engineering斜横轧原理TheTheoryofCrossRollingAutumn-wintercourse forundergraduatestudentsmajoringinMaterialsFormingandControlEngineering
1课后习题第一章斜轧变形区及工艺参数主要讲解如下几个问题穿孔调整参数计算的现代方法二辊斜轧穿孔调整参数计算步骤斜轧穿孔工艺参数斜轧变形区
21.1斜轧变形区(以二辊斜轧穿孔为例)1.1.1孔型构成(普通曼式穿孔机)由二个相对轧制线倾斜布置的主动轧辊（左右放置）、二块固定导板（上下放置）和一个位于中间的随动顶头（轴向固定）构成一个“环形封闭”孔型，如图1-1所示。变形工具轧辊（mainroll）：属外变形工具，由入口锥、轧制带（辗轧带）和出口锥三段构成。见图顶头（piercingplug）：属内变形工具，一般随轧件旋转。
31.1斜轧变形区(以二辊斜轧穿孔为例)多半情况下分为四段，即：顶尖、穿孔段、辗轧段（或称平整段）和反锥。如图1-2所示。顶头工作条件恶劣（高温、高压、高热负荷），故属关键性工具。导板（guideshoe）：固定不动，起导向并限制轧件横变形的作用。它亦可分为三段，即—入口曲面—过渡曲面—出口曲面。（见图）三辊斜轧机无导向工具
41.1斜轧变形区(以二辊斜轧穿孔为例)在狄舍尔（Diescher）穿孔机上，导向工具不再是导板，而是导盘，即用主动导盘代替了固定导板，使阻力—曳力，这是一大进步，何以见得？
51.1斜轧变形区(以二辊斜轧穿孔为例)1.1.2穿孔变形区穿孔变形区由四段构成，如图1-3所示：穿孔准备区Ⅰ(feedregion)穿孔区Ⅱ(workingregion)平整区Ⅲ(reelingregion)归圆区Ⅳ(roundingregion)符号说明：变形区长度l1、l2；导板前置量Nb；m值；……过程讲解
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81.2穿孔工艺参数（含调整参数）顶前压下量其中Bb为顶头前辊距。由几何关系（见图1-6）有：得到(9)毛管外扩径量ΔDe＝DH－DB，（ΔDe＞0扩径穿孔)(10)毛管内扩径量Δde＝dH－Dp，（一定有Δde＞0）(11)顶头位置b（即顶头前伸量）：指顶头前端到轧辊过渡带中心面间的距离（现行工艺中b＞0）。
91.2穿孔工艺参数（含调整参数）(12)顶杆位置Y：轧制线方向，轧辊后端面与顶头后端面间的距离。Y与b的作用是相同的，但Y更常用(13)穿孔延伸系数p通常p=1.3～5.3，如宝钢钢管厂140机组锥形辊穿孔φ178─→φ18410.75，p=4.25若引入体积压缩系数KB，则
101.2穿孔工艺参数（含调整参数）(14)穿孔温度Tp（℃）：若无特别指明，表示穿孔变形区出口毛管温度。而开穿温度T0是指一次咬入开始温度。穿孔温度与开穿温度的关系:Tu、Td分别为穿孔过程的温升与温降。穿孔机调整参数计算问题的提出：用直径为DB的管坯，穿制毛管DHSH，何以实现？
111.3穿孔调整参数计算步骤(讨论)(1)确定顶头直径Dp已知DB和DHSH，则Dp=dH－Δde这里Δde主要与DB（DH）和SH有关，一般地DB↑─Δde↑，SH↓─Δde↑。此外，Δde与材料塑性有关，即与钢种及温度有关。一次性穿孔（桶形辊）时：Δde＝（0.075－0.00135SH）DB，或通常Δde多大？ΔdeCTP多大？
121.3穿孔调整参数计算步骤(讨论)(2)确定顶前压下率VR(步骤)①取得该钢种的临界压下率c；其定义参见《轧钢工艺学》p.373示意图②确定二次咬入所必须的最小顶前压下率min（待后续分析）③按min<VR<c的原则确定生产现场通常按经验数据确定VR。(3)确定轧辊距离BHP
131.3穿孔调整参数计算步骤(讨论)(3)确定轧辊距离BHP由变形区图示，已知(a)改写为由几何关系有(b)又因为(c)
141.3穿孔调整参数计算步骤(讨论)联立式(a)、(b)、(c)即可解出：(d)此时，应按得到的BHP复核HP=(DBBHP)/DB100%是否合适。如对80～170管坯（低、中C钢）HP=12～16%，小直径坯的取值靠上限。(4)确定顶头位置（生产中很重要）①顶头前伸量b：按前述(c)式计算②顶杆位置Y：Y=(L2+0.5L3+b)—lp
151.3穿孔调整参数计算步骤(讨论)(5)导板距：A=ξ·BHP孔型椭圆度系数取值的一般规律：当穿合金钢及厚壁管时，应小些；DB↑，↓。主要按经验选取，可参见《轧钢工艺学》p.407有时按所要求的毛管外径DH来复核，即：经验公式：依据：毛管与顶头脱离后其周长不再发生变化。
161.3穿孔调整参数计算步骤(讨论)(6)确定顶杆直径Dbar及进出料导槽（管）直径：原则：①Dbar≤0.95Dp②考虑顶杆系统刚度要求③适度的共用性进出料槽（管）内径：一般比轧件外径大20%左右。(7)确定送进角（对送进角可调的穿孔机而言）和轧辊转速nR分析：增大的利弊①穿孔速度快，因Voxsin，生产率高②入口Vix大，则管坯在顶头前的压缩次数减少，不易预先形成孔腔，从而改善毛管内表面质量
171.3穿孔调整参数计算步骤(讨论)③轧制力尤其顶头轴向力增大，使顶头寿命降低；由此带来的顶杆弯曲也影响毛管壁厚精度；④咬入不良：因变形区缩短，积累摩擦减少，顶头阻力也大。（可通过减小轧辊入口锥的锥角来改善）存在一个最佳角（当其它参数确定时）。应针对具体的轧制情况选用不同的，一般地：同一穿孔机：大DB采用小及nR（穿孔功率限制）同一管坯直径DB：穿厚壁管取、nR的下限（以减小顶头阻力），而薄壁管则取上限
181.3穿孔调整参数计算步骤(讨论)合金钢采用低nR，同时在设备允许的条件下尽可能采用大。（变形抗力大、塑性差）关于辊速的讨论：①转速nR↑—摩擦系数f↓，影响咬入；力参数会增大②nR对穿孔速度Vox的影响不显著，换言之，靠提高nR来提高Vox，效果并不明显（因nR↑会引起ox↓）③增大nR常会给设备运转带来一系列不良影响。
191.4穿孔调整参数计算的现代方法背景现代斜轧穿孔机一般都是大倾角，包括送进角和辗轧角，如菌式穿孔机（锥形辊），传统的算法已完全不适应高精度轧制和高效轧制的要求。对这类大倾角斜轧机（穿孔机）的调整参数计算以及工具设计都应该以轧辊开度分析为基础。关于斜轧时轧辊开度分析计算方法，详见专门章节或相关文献。目前仍有很多斜轧穿孔机送进角都不大，且不可调，辗轧角也为零度，故用简化的方法计算即可。
201.4穿孔调整参数计算的现代方法1.4.1斜轧机轧辊开度分析方法(1)轧辊与轧件的接触迹线接触迹线的概念：在斜轧变形区长度范围内的任意截面x处，轧辊与轧件都有一个旋转出口点（见图1-7），则所有旋转出口点的集合构成接触迹线（为接触区的出口侧边界，是一条非线性空间曲线）。(2)轧辊开度（rollopening）①定义：沿斜轧变形区长度方向x=t截面处，轧件与轧辊的旋转出口点P到轧制线的距离R(t)（见图1-7），称为截面x=t处的轧辊半开度（沿变形区长度方向变化）。
211.4穿孔调整参数计算的现代方法②轧辊开度计算二辊斜轧机半开度的计算公式：其中k1、k2、、k10由下式确定：式中A、B、C按下式确定：(1)(2)
221.4穿孔调整参数计算的现代方法(3)
231.4穿孔调整参数计算的现代方法式中送进角，(°)；辗轧角，(°)；轧辊入（出）口锥的辊面锥角，(°)；DHP轧辊轧制带处直径，mm；BHP轧辊轧制带之间距，mm；′轧辊轴线与其在主垂直平面上投影的夹角，(°)′由下式确定：问题：如何确定轧件与轧辊最先接触点和脱离点？(4)
241.4.2基于开度分析的二辊穿孔机调整参数计算参见文献：李胜祗，孙中建，宋箭平，等.大倾角穿孔机的调整参数[J].特殊钢，1998,19(3):45-47.
25课后习题：穿孔工艺参数计算（工具设计在后）已知条件：二辊斜轧穿孔机管坯直径：DB=75mm；毛管DHSH=807.5mm(20#钢)轧辊尺寸：L1=L2=170mm，L3=10mm，1=2=3.5°顶头（水冷式）各段长度：lp1=105mm，lp2=35mm，lp3=10mm；VR=8.14%导板出口曲面斜角2=3.5°，超前量Nb=36mm。参数计算（设计）：Dp，BHP（要求校核HP），A（要求：再按毛管外径要求校核导距A），b，Y（顶头直径精确到1mm，调整参数精确到0.1mm）
26课后习题：穿孔工艺参数计算（工具设计在后）参考答案：Dp=59mm，BHP=63mm（HP=15.36%＜16%），A=71mm（按DH校核时，A亦为71mm），b=48mm，Y=73mm。
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28TheMannesmanprocessformakingtubes.
29图1-1二辊斜轧穿孔孔型构成
30穿孔轧辊结构
31图1-2穿孔顶头结构参数Dpr0
32ⅠⅡⅢⅣmbYDBDpDHSH图1-3穿孔变形区示意图Ⅰ—穿孔准备区，Ⅱ—穿孔区，Ⅲ—平整区，Ⅳ—归圆区Nb
33二辊斜轧穿孔过程轧件截面变化示意图
34辊轴线机器中心线轧制线Δ图1-4“下轧制线轧制”示意图
35图1-5二辊斜轧穿孔辊距示意图BHPHP
36辊距与导距示意图
37二辊斜轧圆坯内撕裂示意图
38图1-6调整参数计算DBbYDpDHSH0.5BbL3lt
39图1-7轧辊半开度示意图A-AAAP
40穿孔导板
41带导盘的穿孔机
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46Accu-Roll轧管机变形原理图
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