專利名稱：穿孔軋輥的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種穿孔軋輥出口錐的制造方法，具體地說(shuō)，是涉及一種熱軋無(wú)縫鋼管生產(chǎn)過程中使用的穿孔軋輥出口錐的制造方法。
背景技術(shù)：
在熱軋無(wú)縫鋼管生產(chǎn)中，穿孔工序是鋼管生產(chǎn)首道變形工序，實(shí)心圓坯的來(lái)料，經(jīng)穿孔后成為空心毛管，毛管壁厚是成品管壁厚均勻性的基礎(chǔ)，如圖1所示，為目前斜軋穿孔工序所使用的穿孔軋輥，其一般為桶形輥，中間輥徑最大，稱高位點(diǎn)，向兩端輥徑逐漸減小，可類似為由2個(gè)反向的圓錐體組成，由此可分為入口段和出口段2部分，實(shí)際使用中，兩個(gè)對(duì)稱配置的穿孔軋輥在電機(jī)帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，而來(lái)料管坯在推鋼機(jī)作用，從之間通過并接觸該2個(gè)軋輥，如圖1所示，軋輥軸線和管坯軸線必須有一個(gè)夾角γ’，稱為送進(jìn)角；為方便理解本背景技術(shù)，圖1中顯示了其中一個(gè)軋輥，另一個(gè)未顯示，其軸線和管坯軸線夾角和γ’大小相等，方向相反。該2個(gè)旋轉(zhuǎn)的軋輥通過摩擦力給管坯提供一個(gè)力，可分解為旋轉(zhuǎn)分量和前進(jìn)分量，使其邊旋轉(zhuǎn)邊前進(jìn)。此時(shí)在該2個(gè)軋輥之間高位點(diǎn)附近有一個(gè)固定的、靜止的頂頭3’，管坯1’通過該頂頭3’就成為空心毛管。如果穿孔軋輥2’和管坯軸線沒有這個(gè)夾角γ’，則管坯1’只能旋轉(zhuǎn)而不能前進(jìn)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)穿孔過程。為方便理解本背景技術(shù)，圖2中只顯示了其中一個(gè)軋輥2’的出口段，另一軋輥在下方，該兩個(gè)軋輥間的變形區(qū)沿管子中心線11’是對(duì)稱的，圖2所示為上半部變形區(qū)，軋輥2’出口段圓錐母線是一條角度為φ’的直線，其幾何輥形投影為直線，如圖中實(shí)線21’所示，變形區(qū)中，管子1’和穿孔輥2’出口錐的接觸線是一條復(fù)雜的空間曲線22’，顯然并不是一條直線，也就是說(shuō)，由穿孔輥2’出口錐所限定的管子外徑在出口變形區(qū)縱向投影不是一條直線而是曲線22’，如圖中虛線所示，在此我們將其視為虛擬的穿孔輥修正輥形；頂頭3’也可分為2部分，前部為穿孔段31’，其母線為弧線，后部為碾軋段32’，是圓錐體，其母線是具有一定角度的直線，在穿孔過程中，管坯金屬在頂頭碾軋段32’旋轉(zhuǎn)前進(jìn)并最終脫離頂頭，圖中修正輥形虛線22’和頂頭碾軋段形成的間隙就是管子壁厚，顯然，該相應(yīng)的管子1’外徑或說(shuō)修正輥形曲線不是直線，使得在管子1’在脫離區(qū)域，修正輥形曲線與頂頭碾軋段直線無(wú)法形成平行關(guān)系，不能保持等間隙，管子1’在頂頭碾軋段32’的不同點(diǎn)旋轉(zhuǎn)脫離，縱向各點(diǎn)管子壁厚各不相同，使得管子穿孔后無(wú)法實(shí)現(xiàn)均勻壁厚，這是目前所使用的斜軋穿孔軋輥在輥形設(shè)計(jì)上存在的先天性的不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種穿孔軋輥的制造方法，其可以實(shí)現(xiàn)管子穿孔后的壁厚均勻，從而提高管子的質(zhì)量。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的一種穿孔軋輥的制造方法，其包含下列步驟A)根據(jù)頂頭碾軋段角度，選定相配合的穿孔輥修正輥型出口錐角度φ；B)在軋輥?zhàn)冃螀^(qū)中管子外徑從高位點(diǎn)開始即按所述角度φ線性增大，給出上、下兩個(gè)軋輥的間距，算出縱向各點(diǎn)管子外徑，確定管子空間形狀和位置；C)沿軋制線縱向某點(diǎn)，做垂直于軋輥軸線的橫截面，此時(shí)軋輥截面為正圓，而管子截面不是圓形，管子圓周上各點(diǎn)距軋輥中心點(diǎn)O距離不同，其中最短的距離就是該點(diǎn)軋輥半徑，這樣算出縱向各點(diǎn)軋輥半徑，就能滿足管子外徑的設(shè)計(jì)要求。
步驟C中，還包含下列步驟C1)以軋制方向?yàn)閄軸，軋輥高位點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，以管子橫向?yàn)閅軸(非軋輥側(cè))，軋輥方向?yàn)閆軸，管子中心O1為原點(diǎn)，建立空間坐標(biāo)系；C2)以Xi＝0為初始值，Y從0開始，算出某Yi點(diǎn)管子外圓點(diǎn)縱坐標(biāo)Zi，并算出該點(diǎn)到軋輥中心點(diǎn)的距離L；以第一數(shù)值ΔY為步長(zhǎng)，算出下一個(gè)Yi所對(duì)應(yīng)的L值，至Y循環(huán)結(jié)束，其中最小的L即為該點(diǎn)X＝0處的軋輥半徑Ri；C3)X以第二數(shù)值ΔX為步長(zhǎng)，重復(fù)步驟C2，計(jì)算下一點(diǎn)X＝Xi+ΔX處的軋輥半徑Ri；
C4)算出沿軋制方向各點(diǎn)軋輥半徑，確定該軋輥出口錐輥形。
該φ值設(shè)定為等于或近似等于頂頭碾軋段角度，該ΔY為0.01mm，該ΔX為1mm。
通過本發(fā)明，制造出來(lái)的穿孔軋輥的出口錐輥形，即穿孔直線修正輥，其出口錐不再是圓錐體，母線也不再是直線而是曲線，但當(dāng)其斜置某一角度γ時(shí)，它與管子接觸而形成的管子外徑正好成為一條沿縱向線性增大的直線，可使其和頂頭碾軋段直線相等或近似相等，這樣由該軋輥出口錐限定的管子外徑和由頂頭碾軋段限定的管子內(nèi)徑保持平行或近似平行，使得穿孔毛管壁厚是均勻的。


圖1為背景技術(shù)中穿孔軋輥和管子相配的示意圖；圖2為背景技術(shù)中在穿孔變形區(qū)內(nèi)，穿孔軋輥配合頂頭進(jìn)行穿孔的示意圖；圖3為本發(fā)明中，穿孔后管子的形狀示意圖；圖4為本發(fā)明中，軋輥和管子橫截面示意圖；圖5為本發(fā)明的計(jì)算框圖。
具體實(shí)施例方式
以下將根據(jù)附圖3～5，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。
本發(fā)明中，穿孔軋輥出口錐輥形的制造，是根據(jù)穿孔軋輥和管子的空間幾何關(guān)系，建立數(shù)學(xué)模型，并通過計(jì)算機(jī)循環(huán)逼近計(jì)算，算出穿孔軋輥出口錐沿軋制出口方向縱向各點(diǎn)軋輥半徑，從而得出輥形形狀。
首先，根據(jù)頂頭碾軋段角度，選定相配合的穿孔輥修正輥形出口錐角度，在軋輥?zhàn)冃螀^(qū)中管子外徑從高位點(diǎn)開始即按此角度線性增大，也就是說(shuō)，在軋輥間距給定后，縱向各點(diǎn)管子外徑可以算出，管子空間形狀和位置得以完全確定，管子1的形狀是一個(gè)圓錐體，如圖3所示。而軋輥出口錐縱向各點(diǎn)半徑的選擇應(yīng)滿足設(shè)定的管子外形，沿軋制線縱向某點(diǎn)，做垂直于軋輥軸線的橫截面，此時(shí)軋輥2的截面為正圓，而管子1的截面不是圓形，如圖4所示，管子1外圓周上各點(diǎn)距軋輥2中心點(diǎn)O距離不同，其中最短的距離就是該點(diǎn)軋輥半徑，這樣就可得出縱向各點(diǎn)軋輥半徑，就能滿足管子外徑的設(shè)計(jì)要求。
如圖5所示，為本發(fā)明的計(jì)算框圖。首先，建立空間坐標(biāo)系，以軋制方向?yàn)閄軸，軋輥高位點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，以管子橫向?yàn)閅軸(非軋輥側(cè))，軋輥方向?yàn)閆軸，管子中心O1為原點(diǎn)；輸入原始參數(shù)，ΔY為0.01mm，ΔX為1mm(步驟501)，取X＝0為初始值(步驟502)，并任取一足夠大的Lmin，Y＝0為初始值(步驟503)，計(jì)算該點(diǎn)處管子外圓點(diǎn)縱坐標(biāo)Zi(步驟504)，計(jì)算該點(diǎn)到軋輥中心的距離為L(zhǎng)(步驟505)，判斷是否L＜Lmin(步驟506)，如是，則取該L＝Lmin(步驟507)，并判斷是否Y＝Y(jié)終值(步驟508)；如Y未達(dá)到終值，則取Y＝Y(jié)+ΔY(步驟509)，回到步驟504，重復(fù)進(jìn)行計(jì)算，如Y＝Y(jié)終值，則該X點(diǎn)軋輥的半徑R＝Lmin(步驟510)，并判斷是否X＝X終值(步驟511)，如不是，則取X＝X+ΔX(步驟512)，回到步驟503，重復(fù)進(jìn)行計(jì)算；如是，則完成計(jì)算(步驟513)。
以設(shè)計(jì)穿孔軋輥修正輥形出口錐角度為5°的穿孔軋輥為例，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行驗(yàn)算，確認(rèn)了該種穿孔輥修正輥形確為5°的直線，同時(shí)我們?cè)谟?jì)算機(jī)上對(duì)通過本發(fā)明制造的的穿孔軋輥(其修正輥形為5°直線)和背景技術(shù)的穿孔軋輥(其幾何輥形為2.75°的直線)進(jìn)行模擬仿真，穿孔軋輥高位點(diǎn)兩輥距為156mm，也是該點(diǎn)管子外徑，在該點(diǎn)X＝0，在穿孔出口錐沿軋制方向上選擇3個(gè)不同距離X的橫截面，圖示穿孔輥和管子形狀和空間位置，量出該點(diǎn)軋輥和管子接觸點(diǎn)到軋輥高位點(diǎn)連線的角度，結(jié)果如表1，可以驗(yàn)證，通過本發(fā)明制造的軋輥，其修正輥形是一條按設(shè)計(jì)角度的直線，而背景技術(shù)中穿孔輥的修正輥形在縱向各點(diǎn)角度不同，顯然不是一條直線。
表1穿孔新輥和老輥計(jì)算機(jī)模擬仿真結(jié)果

實(shí)際生產(chǎn)中，軋輥送進(jìn)角在某一范圍內(nèi)有所變化，可選最常用的送進(jìn)角進(jìn)行輥形設(shè)計(jì)，若當(dāng)實(shí)際送進(jìn)角和設(shè)計(jì)送進(jìn)角不同時(shí)，通過本發(fā)明制造的穿孔輥修正輥形就不再是直線，但很接近于直線，尤其是和背景技術(shù)中的穿孔軋輥相比就更接近于直線。
根據(jù)本發(fā)明，所制造的斜軋穿孔直線修正輥普遍適用于目前的熱軋斜軋領(lǐng)域，即不僅適用于斜軋穿孔，也適用于斜軋延伸，不僅適用于二輥斜軋，也適用于三輥斜軋，具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。
權(quán)利要求
1.一種穿孔軋輥的制造方法，其包含下列步驟A)根據(jù)頂頭碾軋段角度，選定相配合的穿孔輥修正輥型出口錐角度φ；B)在軋輥?zhàn)冃螀^(qū)中管子外徑從高位點(diǎn)開始即按所述角度φ線性增大，給出上、下兩個(gè)軋輥的間距，算出縱向各點(diǎn)管子外徑，確定管子空間形狀和位置；C)沿軋制線縱向某點(diǎn)，做垂直于軋輥軸線的橫截面，此時(shí)軋輥截面為正圓，而管子截面不是圓形，管子圓周上各點(diǎn)距軋輥中心點(diǎn)O距離不同，其中最短的距離就是該點(diǎn)軋輥半徑，這樣算出縱向各點(diǎn)軋輥半徑，就能滿足管子外徑的設(shè)計(jì)要求。
2.如權(quán)利要求1所述的穿孔軋輥的制造方法，其特征在于，步驟C中，還包含下列步驟C1)以軋制方向?yàn)閄軸，軋輥高位點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，以管子橫向非軋輥側(cè)為Y軸，軋輥方向?yàn)閆軸，管子中心O1為原點(diǎn)，建立空間坐標(biāo)系；C2)以Xi＝O為初始值，Y從O開始，算出某Yi點(diǎn)管子外圓點(diǎn)縱坐標(biāo)Zi，并算出該點(diǎn)到軋輥中心點(diǎn)的距離L；以第一數(shù)值ΔY為步長(zhǎng)，算出下一個(gè)Yi所對(duì)應(yīng)的L值，至Y循環(huán)結(jié)束，其中最小的L即為該點(diǎn)X＝O處的軋輥半徑Ri；C3)X以第二數(shù)值ΔX為步長(zhǎng)，重復(fù)步驟C2，計(jì)算下一點(diǎn)X＝Xi+ΔX處的軋輥半徑Ri；C4)算出沿軋制方向各點(diǎn)軋輥半徑，確定該軋輥出口錐輥形。
3.如權(quán)利要求1或2所述的穿孔軋輥的制造方法，其特征在于，該φ值設(shè)定為等于或近似等于頂頭碾軋段角度，該ΔY為0.01mm，該ΔX為1mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種穿孔軋輥的制造方法，其包含下列步驟A)根據(jù)頂頭碾軋段角度，選定相配合的穿孔輥修正輥型出口錐角度ф；B)在軋輥?zhàn)冃螀^(qū)中管子外徑從高位點(diǎn)開始即按所述角度ф線性增大，給出上、下兩個(gè)軋輥的間距，算出縱向各點(diǎn)管子外徑，確定管子空間形狀和位置；C)沿軋制線縱向某點(diǎn)，做垂直于軋輥軸線的橫截面，此時(shí)軋輥截面為正圓，而管子截面不是圓形，管子圓周上各點(diǎn)距軋輥中心點(diǎn)O距離不同，其中最短的距離就是該點(diǎn)軋輥半徑，這樣算出縱向各點(diǎn)軋輥半徑，就能滿足管子外徑的設(shè)計(jì)要求。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)管子穿孔后的壁厚均勻，從而提高管子的質(zhì)量。
文檔編號(hào)B21B17/02GK1552536SQ03128989
公開日2004年12月8日 申請(qǐng)日期2003年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月29日
發(fā)明者潘峰, 周曉嵐, 余勇, 王琍, 潘 峰 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司