专利名称：穿孔轧辊的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种穿孔轧辊出口锥的制造方法，具体地说，是涉及一种热轧无缝钢管生产过程中使用的穿孔轧辊出口锥的制造方法。
背景技术：
在热轧无缝钢管生产中，穿孔工序是钢管生产首道变形工序，实心圆坯的来料，经穿孔后成为空心毛管，毛管壁厚是成品管壁厚均匀性的基础，如图1所示，为目前斜轧穿孔工序所使用的穿孔轧辊，其一般为桶形辊，中间辊径最大，称高位点，向两端辊径逐渐减小，可类似为由2个反向的圆锥体组成，由此可分为入口段和出口段2部分，实际使用中，两个对称配置的穿孔轧辊在电机带动下旋转，而来料管坯在推钢机作用，从之间通过并接触该2个轧辊，如图1所示，轧辊轴线和管坯轴线必须有一个夹角γ’，称为送进角；为方便理解本背景技术，图1中显示了其中一个轧辊，另一个未显示，其轴线和管坯轴线夹角和γ’大小相等，方向相反。该2个旋转的轧辊通过摩擦力给管坯提供一个力，可分解为旋转分量和前进分量，使其边旋转边前进。此时在该2个轧辊之间高位点附近有一个固定的、静止的顶头3’，管坯1’通过该顶头3’就成为空心毛管。如果穿孔轧辊2’和管坯轴线没有这个夹角γ’，则管坯1’只能旋转而不能前进，无法实现穿孔过程。为方便理解本背景技术，图2中只显示了其中一个轧辊2’的出口段，另一轧辊在下方，该两个轧辊间的变形区沿管子中心线11’是对称的，图2所示为上半部变形区，轧辊2’出口段圆锥母线是一条角度为φ’的直线，其几何辊形投影为直线，如图中实线21’所示，变形区中，管子1’和穿孔辊2’出口锥的接触线是一条复杂的空间曲线22’，显然并不是一条直线，也就是说，由穿孔辊2’出口锥所限定的管子外径在出口变形区纵向投影不是一条直线而是曲线22’，如图中虚线所示，在此我们将其视为虚拟的穿孔辊修正辊形；顶头3’也可分为2部分，前部为穿孔段31’，其母线为弧线，后部为碾轧段32’，是圆锥体，其母线是具有一定角度的直线，在穿孔过程中，管坯金属在顶头碾轧段32’旋转前进并最终脱离顶头，图中修正辊形虚线22’和顶头碾轧段形成的间隙就是管子壁厚，显然，该相应的管子1’外径或说修正辊形曲线不是直线，使得在管子1’在脱离区域，修正辊形曲线与顶头碾轧段直线无法形成平行关系，不能保持等间隙，管子1’在顶头碾轧段32’的不同点旋转脱离，纵向各点管子壁厚各不相同，使得管子穿孔后无法实现均匀壁厚，这是目前所使用的斜轧穿孔轧辊在辊形设计上存在的先天性的不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种穿孔轧辊的制造方法，其可以实现管子穿孔后的壁厚均匀，从而提高管子的质量。
为达到上述目的，本发明提供的一种穿孔轧辊的制造方法，其包含下列步骤A)根据顶头碾轧段角度，选定相配合的穿孔辊修正辊型出口锥角度φ；B)在轧辊变形区中管子外径从高位点开始即按所述角度φ线性增大，给出上、下两个轧辊的间距，算出纵向各点管子外径，确定管子空间形状和位置；C)沿轧制线纵向某点，做垂直于轧辊轴线的横截面，此时轧辊截面为正圆，而管子截面不是圆形，管子圆周上各点距轧辊中心点O距离不同，其中最短的距离就是该点轧辊半径，这样算出纵向各点轧辊半径，就能满足管子外径的设计要求。
步骤C中，还包含下列步骤C1)以轧制方向为X轴，轧辊高位点为坐标原点，以管子横向为Y轴(非轧辊侧)，轧辊方向为Z轴，管子中心O1为原点，建立空间坐标系；C2)以Xi＝0为初始值，Y从0开始，算出某Yi点管子外圆点纵坐标Zi，并算出该点到轧辊中心点的距离L；以第一数值ΔY为步长，算出下一个Yi所对应的L值，至Y循环结束，其中最小的L即为该点X＝0处的轧辊半径Ri；C3)X以第二数值ΔX为步长，重复步骤C2，计算下一点X＝Xi+ΔX处的轧辊半径Ri；
C4)算出沿轧制方向各点轧辊半径，确定该轧辊出口锥辊形。
该φ值设定为等于或近似等于顶头碾轧段角度，该ΔY为0.01mm，该ΔX为1mm。
通过本发明，制造出来的穿孔轧辊的出口锥辊形，即穿孔直线修正辊，其出口锥不再是圆锥体，母线也不再是直线而是曲线，但当其斜置某一角度γ时，它与管子接触而形成的管子外径正好成为一条沿纵向线性增大的直线，可使其和顶头碾轧段直线相等或近似相等，这样由该轧辊出口锥限定的管子外径和由顶头碾轧段限定的管子内径保持平行或近似平行，使得穿孔毛管壁厚是均匀的。
图1为背景技术中穿孔轧辊和管子相配的示意图；图2为背景技术中在穿孔变形区内，穿孔轧辊配合顶头进行穿孔的示意图；图3为本发明中，穿孔后管子的形状示意图；图4为本发明中，轧辊和管子横截面示意图；图5为本发明的计算框图。
具体实施例方式
以下将根据附图3～5，说明本发明的实施方式。
本发明中，穿孔轧辊出口锥辊形的制造，是根据穿孔轧辊和管子的空间几何关系，建立数学模型，并通过计算机循环逼近计算，算出穿孔轧辊出口锥沿轧制出口方向纵向各点轧辊半径，从而得出辊形形状。
首先，根据顶头碾轧段角度，选定相配合的穿孔辊修正辊形出口锥角度，在轧辊变形区中管子外径从高位点开始即按此角度线性增大，也就是说，在轧辊间距给定后，纵向各点管子外径可以算出，管子空间形状和位置得以完全确定，管子1的形状是一个圆锥体，如图3所示。而轧辊出口锥纵向各点半径的选择应满足设定的管子外形，沿轧制线纵向某点，做垂直于轧辊轴线的横截面，此时轧辊2的截面为正圆，而管子1的截面不是圆形，如图4所示，管子1外圆周上各点距轧辊2中心点O距离不同，其中最短的距离就是该点轧辊半径，这样就可得出纵向各点轧辊半径，就能满足管子外径的设计要求。
如图5所示，为本发明的计算框图。首先，建立空间坐标系，以轧制方向为X轴，轧辊高位点为坐标原点，以管子横向为Y轴(非轧辊侧)，轧辊方向为Z轴，管子中心O1为原点；输入原始参数，ΔY为0.01mm，ΔX为1mm(步骤501)，取X＝0为初始值(步骤502)，并任取一足够大的Lmin，Y＝0为初始值(步骤503)，计算该点处管子外圆点纵坐标Zi(步骤504)，计算该点到轧辊中心的距离为L(步骤505)，判断是否L＜Lmin(步骤506)，如是，则取该L＝Lmin(步骤507)，并判断是否Y＝Y终值(步骤508)；如Y未达到终值，则取Y＝Y+ΔY(步骤509)，回到步骤504，重复进行计算，如Y＝Y终值，则该X点轧辊的半径R＝Lmin(步骤510)，并判断是否X＝X终值(步骤511)，如不是，则取X＝X+ΔX(步骤512)，回到步骤503，重复进行计算；如是，则完成计算(步骤513)。
以设计穿孔轧辊修正辊形出口锥角度为5°的穿孔轧辊为例，通过计算机进行验算，确认了该种穿孔辊修正辊形确为5°的直线，同时我们在计算机上对通过本发明制造的的穿孔轧辊(其修正辊形为5°直线)和背景技术的穿孔轧辊(其几何辊形为2.75°的直线)进行模拟仿真，穿孔轧辊高位点两辊距为156mm，也是该点管子外径，在该点X＝0，在穿孔出口锥沿轧制方向上选择3个不同距离X的横截面，图示穿孔辊和管子形状和空间位置，量出该点轧辊和管子接触点到轧辊高位点连线的角度，结果如表1，可以验证，通过本发明制造的轧辊，其修正辊形是一条按设计角度的直线，而背景技术中穿孔辊的修正辊形在纵向各点角度不同，显然不是一条直线。
表1穿孔新辊和老辊计算机模拟仿真结果
实际生产中，轧辊送进角在某一范围内有所变化，可选最常用的送进角进行辊形设计，若当实际送进角和设计送进角不同时，通过本发明制造的穿孔辊修正辊形就不再是直线，但很接近于直线，尤其是和背景技术中的穿孔轧辊相比就更接近于直线。
根据本发明，所制造的斜轧穿孔直线修正辊普遍适用于目前的热轧斜轧领域，即不仅适用于斜轧穿孔，也适用于斜轧延伸，不仅适用于二辊斜轧，也适用于三辊斜轧，具有广泛的推广应用价值。
权利要求
1.一种穿孔轧辊的制造方法，其包含下列步骤A)根据顶头碾轧段角度，选定相配合的穿孔辊修正辊型出口锥角度φ；B)在轧辊变形区中管子外径从高位点开始即按所述角度φ线性增大，给出上、下两个轧辊的间距，算出纵向各点管子外径，确定管子空间形状和位置；C)沿轧制线纵向某点，做垂直于轧辊轴线的横截面，此时轧辊截面为正圆，而管子截面不是圆形，管子圆周上各点距轧辊中心点O距离不同，其中最短的距离就是该点轧辊半径，这样算出纵向各点轧辊半径，就能满足管子外径的设计要求。
2.如权利要求1所述的穿孔轧辊的制造方法，其特征在于，步骤C中，还包含下列步骤C1)以轧制方向为X轴，轧辊高位点为坐标原点，以管子横向非轧辊侧为Y轴，轧辊方向为Z轴，管子中心O1为原点，建立空间坐标系；C2)以Xi＝O为初始值，Y从O开始，算出某Yi点管子外圆点纵坐标Zi，并算出该点到轧辊中心点的距离L；以第一数值ΔY为步长，算出下一个Yi所对应的L值，至Y循环结束，其中最小的L即为该点X＝O处的轧辊半径Ri；C3)X以第二数值ΔX为步长，重复步骤C2，计算下一点X＝Xi+ΔX处的轧辊半径Ri；C4)算出沿轧制方向各点轧辊半径，确定该轧辊出口锥辊形。
3.如权利要求1或2所述的穿孔轧辊的制造方法，其特征在于，该φ值设定为等于或近似等于顶头碾轧段角度，该ΔY为0.01mm，该ΔX为1mm。
全文摘要
本发明涉及一种穿孔轧辊的制造方法，其包含下列步骤A)根据顶头碾轧段角度，选定相配合的穿孔辊修正辊型出口锥角度ф；B)在轧辊变形区中管子外径从高位点开始即按所述角度ф线性增大，给出上、下两个轧辊的间距，算出纵向各点管子外径，确定管子空间形状和位置；C)沿轧制线纵向某点，做垂直于轧辊轴线的横截面，此时轧辊截面为正圆，而管子截面不是圆形，管子圆周上各点距轧辊中心点O距离不同，其中最短的距离就是该点轧辊半径，这样算出纵向各点轧辊半径，就能满足管子外径的设计要求。本发明可以实现管子穿孔后的壁厚均匀，从而提高管子的质量。
文档编号B21B17/02GK1552536SQ03128989
公开日2004年12月8日 申请日期2003年5月29日 优先权日2003年5月29日
发明者潘峰, 周晓岚, 余勇, 王琍, 潘 峰 申请人:宝山钢铁股份有限公司