一种张减机双圆弧孔型加工工艺的制作方法

1.本发明涉及无缝钢管加工技术领域，尤其是涉及一种张减机双圆弧孔 型加工工艺。


背景技术：

2.热轧钢管生产由三个基本工序组成：穿孔一延伸一定(减)径(精轧)。定 (减)径是钢管生产中最后一道热轧工序，是决定成品管外径精度的最重要工 序，也是影响壁厚精度的重要工序之一。钢管定径、减径和张力减径过程 均是空心荒管不带芯棒的连轧过程。定径的任务是在较小的总减径率和单 机架减径率条件下将钢管轧成具有要求的尺寸精度和圆度的成品管。其工 作机架数量较少，一般为3
‑
12架。张减的任务除了起定径作用外，还要求 有较大的减径率，以实现用大管径毛管生产小口径钢管的目的，因而其工 作机架较多一般为12
‑
28架。目前，在热轧领域使用最多的是三辊式定(减) 径机。
3.现实生产中尽管在孔型设计、变形量分配、速度制定、张力控制等方 面采取了许多措施，但在使用三辊式定(减)径机时，当减径率较大、壁 厚值较大或张力减径率大于60％即使在壁厚值较小的情况下，还是会因轧 件在各机架中的横向壁厚不均匀变形而使钢管横截面上出现不同程度的
ꢀ“
内六方”缺陷。
[0004]“内六方”是指钢管在三辊减径机减径后，其横断面的内孔呈六方形 的现象。
[0005]
空心荒管经定径机减径时，外径受到径缩而减小(其减少量可以用钢 管平均直径的减少量表示)，外径减小意味着管子切向周长的减小。按照 金属流动规律，出现一向压缩、两向延伸的变形，这样金属必然向另外两 个方向流动——在纵向产生延伸、在径向(即壁厚方向的自由内表面)产 生增厚，但是减径时，如具有较大轴向张力，也可能产生壁厚的减薄。实 际上由于三辊定径机(除最后一架)孔型是椭圆的。
[0006]
沿孔型周边上的管壁增厚分布以辊缝处为最大，顶部最小。单机轧制 后沿孔型1/6周长上的管壁增厚见。由于轧机孔型辊缝互相呈60
°
。因此， 第二架辊缝相当于第一架孔型顶部的位置。这样，第二架轧制后处于30
°ꢀ
方向的钢管壁厚最薄，在顶部与辊缝方向的壁厚最厚，结果钢管断面上呈 内六方。
[0007]
如何避免或改善上述情形的发生是需要解决的问题。


技术实现要素：

[0008]
本发明的目的在于提供一种张减机双圆弧孔型加工工艺，该一种张减 机双圆弧孔型加工工艺能够通过改变加工工序实现避免或改善无缝钢管内 六方问题。
[0009]
本发明提供一种张减机双圆弧孔型加工工艺，包括如下步骤：
[0010]
步骤一：通过三辊式张力减径机对空心荒管第一次加工依据ambnf 曲线加工；
[0011]
步骤二：再通过三辊式张力减径机对空心荒管第二次依据dmenf曲 线加工。
[0012]
其中，所述步骤一中，三辊式张力减径机根据加工的孔型长半轴和短 半轴计算出刀具直径和刀具距离设计加工ambnf曲线。
[0013]
其中，所述步骤二中，三辊式张力减径机根据加工的孔型长半轴和短 半轴计算出刀具直径和刀具距离设计加工dmenf曲线，将步骤一中第一 次加工所形成的menbm区域加工掉。
[0014]
其中，所述步骤一中，三辊式张力减径机完成ambnf曲线的加工后， 调整刀具直径和刀具距离，所述刀具直径和刀具距离符合步骤二中三辊式 张力减径机对空心荒管的dmenf曲线的加工。
[0015]
其中，所述三辊式张力减径机装有互呈120
°
的3个轧辊。
[0016]
其中，所述空心荒管的无缝钢管的外径范围为32～114mm，壁厚范围为 6.0～12.0mm。
[0017]
其中，所述三辊式张力减径机采用三辊式轧辊机架，每个轧辊机架由 单独电机传动。
[0018]
本发明一种张减机双圆弧孔型加工工艺有益效果：三辊式张力减径机 对空心荒管第一次加工依据ambnf曲线加工；通过三辊式张力减径机对 空心荒管第二次依据dmenf曲线加工；通过建立两次加工曲线，对空心 荒管进行两次加工，解决了无缝钢管加工过程中产生内六方的问题，降低 了企业的加工成本，具有较高的经济价值。
附图说明
[0019]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下 面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普 通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获 得其他的附图。
[0020]
图1为本发明一种张减机双圆弧孔型加工工艺的加工示意图；
[0021]
图2为本发明一种张减机双圆弧孔型加工工艺的一段圆弧孔型模拟结 果；
[0022]
图3为本发明一种张减机双圆弧孔型加工工艺二段圆弧孔型模拟结果；
[0023]
图4为传统单圆弧孔型生产的厚壁管断面示意图；
[0024]
图5为本发明一种张减机双圆弧孔型加工工艺加工后的厚壁管断面示 意图。
具体实施方式
[0025]
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然， 所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发 明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得 的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0026]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、" 长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、" 水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置 关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化 描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定 的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0027]
此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示 相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、 "第二"的特征可以明示
或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明 的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此 外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接， 也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接； 可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的 连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本 发明中的具体含义。
[0028]
一种张减机双圆弧孔型加工工艺，包括如下步骤：
[0029]
步骤一：通过三辊式张力减径机对空心荒管第一次加工依据ambnf 曲线加工；
[0030]
步骤二：再通过三辊式张力减径机对空心荒管第二次依据dmenf曲 线加工。
[0031]
具体的，所述步骤一中，三辊式张力减径机根据加工的孔型长半轴a1 和短半轴b1计算出刀具直径和刀具距离设计加工ambnf曲线。
[0032]
具体的，所述步骤二中，三辊式张力减径机根据加工的孔型长半轴a2 和短半轴b2计算出刀具直径和刀具距离设计加工dmenf曲线，将步骤一 中第一次加工所形成的menbm区域加工掉。
[0033]
具体的，所述步骤一中，三辊式张力减径机完成ambnf曲线的加工 后，调整刀具直径和刀具距离，所述刀具直径和刀具距离符合步骤二中三 辊式张力减径机对空心荒管的dmenf曲线的加工。
[0034]
具体的，所述三辊式张力减径机装有互呈120
°
的3个轧辊。
[0035]
具体的，所述空心荒管的无缝钢管的外径范围为32～114mm，壁厚范围 为6.0～12.0mm。
[0036]“内六方”是指钢管在三辊减径机减径后，其横断面的内孔呈六方形 的现象。它的产生将要影响钢管壁厚和内径的尺寸精度，内六方的程度可 用p值表示(％)。
[0037]
通过下述公式进行计算：
[0038]
p＝(sb－sa)/(sb+sa)
[0039]
sa＝∑sa/6
[0040]
sb＝∑sb/6
[0041]
其中，
[0042]
sa——对应孔型顶部或辊缝处的6个壁厚值
[0043]
sb——对应孔型顶部到辊缝的中点处的6个壁厚值
[0044]
p值的绝对值愈大，表示内六方的程度愈严重。当p＞0时，为正内六 方；当p＝0时，无内六方；当p＜0时，为负内六方。
[0045]
通过上述可知要想解决内六方问题p需要趋近于0。
[0046]
本技术利用张力减径机通过ambnf曲线加工及dmenf曲线加工两 次加工来实现。通过将孔型加工成椭圆形，进而再加工成圆形。
[0047]
由于带张力减径过程中，金属在孔型中的流动状态和接触弧长有关。 在大椭圆度孔型内，钢管延轧辊轴向各点与轧辊接触弧长度是不相等的， 因而金属在孔型内各截面的包覆角也不相同，金属沿孔型圆周方向的受力 状态、压下量、切向变形阻力等不同，造成变形不均匀，形成内多边形。 因此，必须力求在圆周均匀压力状态下进行变形，使孔型接触形状与无芯 棒拉拔相类似。
[0048]
此外椭圆孔型的椭圆度与单机架减径率存在如下近似关系：
[0049]
α
oval
≈1+ρ
i
*(1.1
‑
l5)；
[0050]
圆孔型的椭圆度与单机架减径率存在如下近似关系：
[0051]
α
rund
≈1+ρ
i
*(0.4
‑
0.5)；
[0052]
其中a为孔型椭圆度系数，ρ
i
为第i机架的单机架减径率。
[0053]
为了避免厚壁管“内六方”，在降低孔型椭圆度的同时，又增加了部分 规格青线的风险。双圆弧孔型在孔型椭圆度降低的同时，辊缝处宽展量增 加，即可以避免内六方，也可以避免青线。
[0054]
本技术采用如下工艺：
[0055]
一次加工曲线ambnf旨在避免青线，二次加工曲线dmenf旨在降 低椭圆度。首先加工ambnf一次加工曲线：根据孔型长半轴a1和短半轴 b1计算出刀具直径和刀具距离，可以加工出ambnf曲线。二次加工曲线 dmenf的加工方式：根据孔型长半轴a1和短半轴b1计算出刀具直径和刀 具距离，然后重新对刀加工，直到将menbm区域加工掉，可以加工出 dmenf曲线。
[0056]
具体的，ambnf、dmenf和menbm为图2和图3中加工曲线上的 点，通过ambnf、dmenf和menbm组成加工曲线。
[0057]
三辊式张力减径机采用三辊式轧辊机架，每个轧辊机架由单独电机传 动。在三辊机架上，装有互呈120
°
布置的3个轧辊。生产的无缝钢管的外 径范围为32～114mm，壁厚范围为3.0～12.0mm。针对壁厚范围为6.0～12.0mm 的圆孔形，设计了双圆弧孔型，一次加工曲线参数和二次加工曲线参数如 表1、表2所示，通过表1、表2可知椭圆系数趋于1。按照以上方案加工 的实际孔型如图3所示，m、n点处过度平滑，没有明显的突兀。图3中， m、n为两次椭圆加工的交点，b为一次加工曲线，e为二次加工曲线。
[0058][0059]
表1一次加工曲线参数
[0060]
[0061][0062]
表2二次加工曲线参数
[0063]
实验案例：
[0064]
通过使用msc.marc软件(非线性有限元分析软件)现有的软件。模 拟一段圆弧孔型如图5和二段圆滑孔型轧制同一规格的内六方、青线情况。
[0065]
设定参数为：荒管规格120*12.1mm，成品管60*12mm，平均张力系数 0.427。
[0066]
模拟结果显示60*12成品管辊底至辊缝处的壁厚分布曲线。在同样的 张力条件下，一段圆弧孔型呈正内六方，而两段圆弧孔型呈负内六方，壁 厚极差分别为0.27mm、0.45mm，壁厚不均度分别为3.71％、2.25％，p值 分别为17.1％、
‑
10.8％。模型显示两种孔型均不会产生青线，两段圆弧孔型 可以明显降低内六方程度，提高壁厚精度。
[0067]
实验结果：
[0068]
传统单圆弧孔型生产的厚壁管断面情况，一次加工孔型生产89*11流 体管，内六方比较明显；而双圆弧孔型生产的88.9*12.5接箍料，内孔圆滑， 内六方改善明显。
[0069]
综上所述：本一种张减机双圆弧孔型加工工艺由于孔型底部的加深， 曲率半径变大，减低了孔型底部的应力分布；同时，由于辊低变形加宽， 降低了下一机架辊缝出现青线的概率。将无缝钢管加工中存在的内六方问 题得以解决。
[0070]
通过实验证明采用合理的双椭圆度设计，二次加工方式形成的三辊张 减孔型，可有效缓解内六方缺陷的形成，并且可以在常规三辊三辊加工车 床上实现，具有较强的实用
价值。
[0071]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非 对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的 普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进 行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或 者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。