张减机椭圆孔型加工参数的计算方法分析

任宝生

（宝鸡石油钢管有限责任公司，陕西宝鸡721008）

张减机椭圆孔型加工参数的计算方法分析

任宝生

（宝鸡石油钢管有限责任公司，陕西宝鸡721008）

介绍了张减机轧辊椭圆孔型的基本参数及其相互关系，通过实例对张减机椭圆孔型加工参数的计算过程进行了描述，得出了一种简便的孔型计算方法。该方法通过确定减径率、推算覆盖系数、计算椭圆度系数、计算长短轴数值和校核等5个步骤，可得出圆弧直径和偏移距离，从而实现圆弧加偏距的加工方法。经过实际计算和作图结果对比，验证了这种方法的可行性。

张减机；椭圆孔型；加工参数计算

钢管张减机轧辊椭圆孔型加工方法有多种，常用的有双圆弧近似法和圆弧加偏距近似法。就这两种方法来看，前者需要进行两次加工，后者仅用一次加工即可完成，后者在加工费及效率上优于前者。如何计算和确定圆弧的直径和偏距的数值，成为了实现这种圆弧加偏距加工方法的关键。笔者介绍了一种计算圆弧直径和偏移距离的方法，从而加工出轧辊的椭圆孔型。

1 椭圆孔型概念

椭圆孔型的基本参数包括直径、长短轴、椭圆度、减径率、宽展等。其相互关系可由表1中的公式描述。

表1 椭圆孔型参数和关系

2 孔型参数的计算

计算孔型参数有多种方法，在学习和借鉴常用方法的基础上，得出了一个简便的计算方法。

2.1 确定减径率ρ

根据张减机进出口管径，计算出总减径率，再将它分配到各机架，推定各机架减径率：①由于1#～3#机架的特殊性，减径率分配应是由低到高，1#机架的减径率不能太高；②中间工作机架（4#～18#）的减径率中4#机架最高，然后依次等量递减，为了减小最大减径率，也可增加最大减径率机架的个数（本研究增加到7#机架）；③19#～21#机架的减径率的分配是根据经验由高到低；④22#～24#作为整圆机架，减径率极小（可为0）。

上述的③和④所列机架的作用可以根据需要调整，其减径率应根据实际调整。

2.2 推算覆盖系数ξ

覆盖系数和减径率有着相关性，有一些经验数据可以应用，具体数据见表2。

根据表2中数据，可得出一个相关函数。在已知减径率后，使用此函数推算出覆盖系数。覆盖系数和减径率的函数关系式为ξ=0.993-0.001ρ。

2.3 计算椭圆度系数α

根据α，ξ和ρ的关系式，计算各机架孔型的椭圆度系数

根据公式（1）计算出的椭圆度系数应与长短轴的比值α=a/b进行比较，计算偏差值

式中：αi（js）—i#机架的计算椭圆度，αi（js）=1/[ξi(1-ρi)]；

αi（sj）—i#机架的实际椭圆度， αi（sj）=ai/bi。

1#～3#机架和19#～21#机架的椭圆度值应根据经验确定，原则是宽展值c不为负值。对3#机架选取不同的椭圆度值，并对Q值进行计算，找出最小Q值Qmin，Qmin所对应的3#机架椭圆度值即为其最佳值。

2.4 计算长短轴数值a和b

由覆盖系数ξ与长短轴的关系式计算出各机架的长短轴

也可根据长短轴与椭圆度的关系式，分别计算出机架孔型长短轴参数的值，即

本研究使用公式 （3）来计算4#～18#机架的长短轴；用公式（4）计算1#～3#机架和19#～21#机架的长短轴；22#～24#机架长短轴相等。

2.5 校核系数λ

根据经验，孔型的减径率与校核系数存在一个数值范围关系，一般认为符合表3中的数值关系比较合理。

表3 减径率ρ与校核系数λ的关系

2.6 计算实例

如果张减机的入口管径是186 mm，出口管径是60.32 mm，在不考虑热态对管径的影响下，通过24架张减机进行张减。

按照本文2.1～2.5的描述，计算出各机架的参数并进行校核。计算结果见表4（本表只列了前21架的参数值），各机架孔型主要参数曲线如图1所示。

从表4可以看出，本例的计算结果是比较好的（没有实际的轧制，仅是从数据上进行分析）。

表4 各机架孔型参数

图1 各机架孔型主要参数曲线

3 椭圆孔型的加工

3.1 椭圆孔型示意图

双圆弧近似法和圆弧加偏距近似法的基本原理如图2所示。

图2 椭圆弧加工方法示意图

从图2可以看出，图2（a）所示的双圆弧近似法加工有2个圆弧，至少需要2次加工；图2（b）所示的圆弧加偏距近似法的加工只需1次。

3.2 加工参数的计算

这里仅对圆弧加偏距参数的计算进行了描述。圆弧刀具的半径和偏移距离见表4，其中有椭圆孔型的长半轴和短半轴等数值，在确定了轧辊名义直径后，就可以进行有关加工参数的计算。

3.2.1 确定轧辊的名义直径D

确定轧辊名义直径有多种方法。本研究为了简化过程，确定轧辊的名义直径是370 mm。

3.2.2 用几何作图法推算有关参数

由轧辊名义直径D或半径R、孔型的长半轴a和短半轴b的数值，用几何作图的方法找出它们之间的关系，用这些关系推算出加工圆弧的半径Rw和偏移距离A，几何关系如图3所示。

从图3中可以得出

图3 圆弧半径和偏距与轧辊加工示意图

式中： K=（a2+2bR-aR-b2）/2R 。

应用公式（4）～公式（8），就能计算出刀具圆弧的半径和偏移距离。本例的计算结果见表5。

表5 圆弧刀具的半径和偏移距离

3.3 应用SolidWords验证

将表5的相关参数在SolidWorks中作图如图4所示，对计算结果进行验证（笔者仅引用8#机架的作图结果）。

图4 8#机架椭圆孔型验证

4 结 语

常用的张减机轧辊椭圆孔型加工方法有双圆弧近似法和圆弧加偏距近似法，圆弧加偏距近似法在加工费及效率上优于前者。笔者在学习和借鉴常用方法的基础上，得出了一个简便的圆弧加偏距加工计算方法，通过这种计算方法可得出圆弧直径和偏移距离，从而加工出轧辊的椭圆孔型。

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Brief Analysis on Processing Parameter Calculation Method of Stretch-reducing Mill Oval Groove

REN Baosheng
(Baoji Petroleum Steel Pipe Co.,Ltd.,Baoji 721008,Shaanxi,China)

In this article,it introduced the basic parameters of stretch-reducing mill oval groove and its mutual relation,described processing parameters calculation procedure by taking an example,and a simple calculation method for the groove was obtained.By five steps,including determining the diameter reducing rate,calculating covering coefficient,ovality coefficient calculation,numerical calculation of long axis and short axis,and check,the circular arc diameter and deviation distance were obtained,so as to realize circular arc offset processing method.Through comparison between actual calculation and drawing result,verify the feasibility of this method was verified.

stretch-reducing machine;oval groove;processing parameter calculation

TG333

B

1001－3938（2015）06-0050-05

任宝生（1960—），男，高级工程师，主要从事焊管生产技术及设备维修技术的研究工作。

2014-10-24

黄蔚莉