一种超大口径定减径机轧辊基础转速确定方法技术

本发明专利技术提供一种超大口径定减径机轧辊基础转速确定方法，针对给定孔型几何参数和入口管材几何参数，利用孔型内金属轴向力平衡方程、周向力平衡方程、金属内部平均应力方程等联立求解出孔型内金属所处应力、应变状态，并最终确定各轧辊所需设置的基础转速值。该方法不仅可提高后续力能参数计算的计算精度，而且可减少新工艺生产实验的反复次数，为进一步通过调节各机架转速差异而控制管材壁厚分布提供了基础转速指导，节约了设计和实验时间，满足了更高要求用户的需要。

【技术实现步骤摘要】
一种超大口径定减径机轧辊基础转速确定方法
本专利技术涉及无缝钢管轧制领域，尤其是一种无缝钢管定减径机机组各机架轧辊转速确定方法。
技术介绍
无缝钢管定减径工序是成品无缝钢管最后一道轧制工序。定减径机利用轧管机生产的尺寸规格较少的荒管，使管材通过其内多机架孔型产生连续塑性变形，以生产多种不同规格的成品管材。定减径机配套生产工艺设计内容包括，机架轧辊孔型设计、轧辊速度确定、轧制力能参数计算。其中机架轧辊转速的设定影响了无缝钢管定减径过程管材壁厚的变化。而生产相同外径不同壁厚的管材时，需要设定不同的轧辊速度。传统技术在管材定减径孔型设计过程中，仅靠经验公式或生产实践经验确定各机架孔型内管材出口平均壁厚，并从平均壁厚得到各机架轧辊转速。此方法往往造成成品管材壁厚与计算所得偏差很大，需要用大量的生产实验进行修正。特别是在开发超大口径管材定减径工艺时，大口径管材成形过程中内部较大应力、应变行为导致实际结果与传统计算设计方法确定的理论计算值产生了较大偏差，使得传统算法失效。
技术实现思路
为了克服依靠经验公式或生产经验而确定轧辊转速方法的不足，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种超大口径定减径机轧辊基础转速的确定方法，能够较精确确定管材处于自然轧制状态下的轧辊转速，为进一步控制成品管材壁厚提供设计依据，减少生产实验所需消耗。为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：一种超大口径定减径机轧辊基础转速的确定方法，包括以下步骤：(1)确定初始计算参数；(2)计算第i机架孔型内孔槽表面轧辊线速度与金属轴向流动速度等速点A所对应的圆周角(3)计算第i机架轧辊工作直径(4)计算第i机架轧辊基础转速ni；(5)依次令i取值1,2,3，……m，m为总机架数目，重复步骤(2)至步骤(4)，求得定减径机各机架轧辊所需基础转速ni。步骤(1)中，初始计算参数为孔型工艺设计中确定的已知条件，其中包括：定减径机总机架数目m，轧辊中心距Di，孔型名义直径di，短半轴长ai，长半轴长bi，孔型弧半径Ri，孔型弧圆心O′与孔型中心O偏心距离ei，第1机架入口管材外径d0与壁厚δ0，第1机架管材入口速度V0。步骤(2)中，计算第i机架孔槽表面等速点A所对应的圆周角需要列出第i机架孔型中心截面金属区域轴向力平衡方程、周向力平衡方程、应力及应变表达式、孔型参数几何关系方程与平均壁厚定义式，代入已知数据联立求解出以下未知数：第i机架管材平均壁厚δi、总截面积Fi、轴向应变Ⅰ区、Ⅱ区内金属平均壁厚截面积平均轴向应力平均径向应力平均周向应力形状变化系数径向应变以及Ⅰ区、Ⅱ区所对应的圆心角步骤(3)中，第i机架轧辊工作直径由如下公式确定：步骤(4)中，第i机架轧辊基础转速ni由如下公式确定：其中第i机架孔型管材出口速度Vi，由如下公式确定超大口径定减径机适用无缝钢管外径尺寸大于等于900mm。本专利技术的有益效果是：针对超大口径定减径机给定孔型几何参数和入口管材几何参数后，利用孔型内金属轴向力平衡方程、周向力平衡方程、金属内部平均应力方程等求解出各轧辊所需设置的基础转速值，不仅可提高后续力能参数计算的计算精度，而且可减少新工艺生产实验的反复次数，为进一步通过调节各机架转速差异而改变管材壁厚分布提供了基础转速依据，节约了设计和实验的时间，满足了更高要求用户的需要。附图说明图1是定减径机第i机架孔型参数几何关系示意图；具体实施方式以下结合附图对本专利技术进行说明。如图1所示：轧辊为第i机架某一轧辊，所示钢管为实际截面的三分之一；点O为孔型中心，管材轧制方向为垂直纸面向外；弧BAE为该中心截面上轧辊与管材外表面接触弧的一半，线段AO将区域BCDE分割为两部分，分别为Ⅰ区与Ⅱ区；如图示，O′为弧BAE圆心，O″为轧辊旋转中心；线段OB长为孔型短半轴长ai，线段OE长为孔型长半轴长bi，线段OO′长为偏心距ei，弧BAE半径为孔型半径Ri；并令轧辊名义直径Di等于两倍的线段OO″长，A点相对于轧辊中心O″的旋转直径为轧辊工作直径基础转速定义为：定减径机第i机架内孔型内管材处于自然轧制状态，即孔型中心金属截面受到轴向力合力为零时，该机架轧辊所具有的转速ni。两区域分割的定义为：假定第i孔型中心截面孔槽表面点A，满足A点处轧辊线速度等于管材轴向流动速度vi。本专利技术的超大口径定减径机轧辊基础转速确定方法包括以下步骤：(1)确定初始计算参数；(2)计算第i机架孔型内孔槽表面轧辊线速度与金属轴向流动速度等速点A所对应的圆周角(3)计算第i机架轧辊工作直径(4)计算第i机架轧辊基础转速ni；(5)依次令i取值1,2,3，……m，m为总机架数目，重复步骤(2)至步骤(4)，求得定减径机各机架轧辊所需基础转速ni。下面进行详细介绍：步骤(1)中，初始计算参数为孔型工艺设计中确定的已知条件，其中包括：定减径机总机架数目m，轧辊中心距Di，孔型名义直径di，短半轴长ai，长半轴长bi，孔型弧半径Ri，孔型弧圆心O′与孔型中心O偏心距离ei，第1机架入口管材外径d0与壁厚δ0，第1机架管材入口速度V0。步骤(2)中，计算第i机架孔槽表面等速点A所对应的圆周角需要列出第i机架孔型中心截面金属区域轴向力平衡方程、周向力平衡方程、应力及应变表达式、孔型参数几何关系方程与平均壁厚定义式共计19个方程，代入已知数据联立求解出以下19个未知数：第i机架管材平均壁厚δi、总截面积Fi、轴向应变Ⅰ区、Ⅱ区内金属平均壁厚截面积平均轴向应力平均径向应力平均周向应力形状变化系数径向应变以及Ⅰ区、Ⅱ区所对应的圆心角步骤（3）中，第i机架轧辊工作直径由公式20确定：步骤（4）中，第i机架轧辊基础转速ni由公式22确定：其中第i机架孔型管材出口速度Vi，由公式21确定实施例一：本专利技术的超大口径定减径机轧辊基础转速确定方法包括以下步骤：公式1：其中：分别为Ⅰ区与Ⅱ区管材截面积。由于Ⅰ区与Ⅱ区内金属θ向力平衡，则平均周向应力满足下式：公式2：其中：分别为Ⅰ区与Ⅱ区管材平均壁厚。Ⅰ区与Ⅱ区内金属平均径向应力平均周向应力平均轴向应力表达式有：公式3：公式4：公式5：公式6：公式7：公式8：公式3至公式8中：kf为材料变形抗力，Ri为附图1示弧BAE半径，即第i机架孔型弧半径；为Ⅰ区与Ⅱ区内金属形状变化系数。形状变化系数定义如下式：公式9：公式10：公式9与公式10中：分别为Ⅰ区与Ⅱ区内金属径向应变，为管材第i机架孔型内轴向应变。与定义式如下：公式11：公式12：公式13：公式11至公式13中：分别为第i-1机架孔型内金属Ⅰ区与Ⅱ区平均壁厚，Fi-1为第i-1机架孔型内金属总截面积，Fi-1对于第i机架计算时应为已知量。根据孔型参本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超大口径定减径机轧辊基础转速确定方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)确定初始计算参数；/n(2)计算第i机架孔型内孔槽表面轧辊线速度与金属轴向流动速度等速点A所对应的圆周角

【技术特征摘要】
1.一种超大口径定减径机轧辊基础转速确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)确定初始计算参数；
(2)计算第i机架孔型内孔槽表面轧辊线速度与金属轴向流动速度等速点A所对应的圆周角
(3)计算第i机架轧辊工作直径
(4)计算第i机架轧辊基础转速ni；
(5)依次令i取值1,2,3，……m，m为总机架数目，重复步骤(2)至步骤(4)，求得定减径机各机架轧辊所需基础转速ni。


2.根据权利要求1所述一种超大口径定减径机轧辊基础转速确定方法，其特征在于：步骤(1)中，初始计算参数为孔型工艺设计中确定的已知条件，其中包括：定减径机总机架数目m，轧辊中心距Di，孔型名义直径di，短半轴长ai，长半轴长bi，孔型弧半径Ri，孔型弧圆心O′与孔型中心O偏心距离ei，第1机架入口管材外径d0与壁厚δ0，第1机架管材入口速度V0。


3.根据权利要求1所述一种超大口径定减径机轧辊基础转速确定方法，其特征在于：步骤(2)中，计算第i机架孔槽表面等速点...

【专利技术属性】
技术研发人员：马际青，周研，薛晓州，郝智峰，刘伟，门晓星，邓毅敏，
申请(专利权)人：太原恒信科达重工成套设备有限公司，太原科技大学，
类型：发明
国别省市：山西;14