张力减径机轧辊孔型设计方法的研究

　现代制造工程 2006年第 10期 设备 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 /诊断维修 /再制造 张力减径机轧辊孔型设计 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 的研究 3 张芳萍 ,孙斌煜 ,杜晓钟 ,赵春江 (太原科技大学 ,太原 030024) 摘要 　针对钢管张力减径机的轧辊孔型设计方法进行研究 ,建立了传统孔型、椭圆孔型以及圆孔型三种轧辊孔型设计 的数学模型 ,采用面向对象的程序设计方法 ,用 V isual Basic610作为集成开发环境 ,采用模块结构进行程序设计 ,传统孔 型设计方法以减径率为依据来分配变形量 ,在孔型设计过程中不考虑壁厚的影响 ,椭圆孔型设计和圆孔型设计方法以 延伸率为依据分配变形量 ,综合考虑壁厚和外径的影响 ,并进一步考虑到椭圆度曲线的调整和孔型尺寸的优化 ,从而设 计出更加合理的轧辊孔型 ,为钢管生产厂家提供孔型自动设计系统。 关键词 :钢管 　张力减径 　孔型设计 中图分类号 : TG331　文献标识码 : A　文章编号 : 1671—3133 (2006) 10—0110—04 Research on design of pa sses of rolls on stretch2reduc ing m ill Zhang Fangp ing, Sun B inyu, Du Xiaozhong, Zhao Chunjiang ( Taiyuan University of Science and Technology, Taiyuan 030024, CHN) Abstract　Design methods of passes of rolls on tube stretch2reducing m ill have been studied, and mathematical models for tradi2 tional pass, ellip tical pass and circular pass of rolls have been built. W ith adop tion of object2oriented p rogramm ing and V isual Basic610 as integrated development environment, modularized structure is used for p rogramm ing design. Traditional design method allocates deformation according to stretch2reducing ratio, which neglects the influence of wall thickness. However, design methods of ellip tical and circular passes allocate deformation according to extensibility. W ith consideration of the influences of wall thick2 ness and outer diameter, the adjustment of ellip ticity and the op tim ization of pass are further taken into account. Thus more rea2 sonable roll pass could be p rovided for automatic design system for tube2p roduction enterp rises. Key words: Tube　Stretch2reducing　Pass design 0　引言 张力减径机是无缝钢管生产的最关键机组之一 , 除了部分大规格工具接头坯料 ,其余所有钢管的热轧 生产均由张力减径机完成 ,而要在张力减径机上实现 多规格、多品种钢管的生产 ,一个很重要的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ,就是 必须按产品大纲的要求事先制订出一份科学的、合理 的张力减径机孔型系列表 ,全面确定每一个规格的最 佳生产 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ,从而才有可能组织张减生产。而目前 , 我国无缝钢管生产厂家对于张力减径机的孔型设计 仍然停留在人工设计阶段 ,效率低 ,可靠性差 ,为了满 足市场频繁变换规格的要求 ,本文针对张力减径机轧 辊孔型的设计方法进行优化设计 ,提高了工作效率和 设计可靠性 ,从而满足现代钢管生产的需要。 1　张力减径机孔型的基本参数 111　孔型的基本尺寸 图 1为三辊式张力减径机孔型的基本形状。每只 轧辊的工作表面是一条半径为 R i 的圆弧曲线 ,三个轧 辊的工作面由于圆心的偏移而组成了三弧椭圆孔型。 图 1　张力减径机孔 型的基本形状 对于任一机架 (第 i机 架 )孔型的基本尺寸均 用下列符号表示 : ai 为 孔型的长半轴 ; bi 为孔型 的短半轴 ; di 为孔型的 平均直径 (即该机架轧 后钢管的平均直径 ) , di = ai + bi; R i 为孔型的 011 3 山西省自然科学基金资助项目 (20001053) ;校青年科技研究基金资助项目 (2004009) 　设备设计 /诊断维修 /再制造 现代制造工程 2006年第 10期 圆弧半径 ; ei 为孔型椭圆弧的圆心与孔型中心的偏心 距 ; ri 为轧辊圆角半径 ; ti 为轧辊辊缝。 112　孔型的椭圆度系数αi 及复盖系数ξi 11211　孔型椭圆度系数αi (是孔型本身的系数 ) αi = ai / bi ≥1 αi 的大小反映了孔型椭圆程度的大小 ,αi 值大 , 表示孔型椭圆度大 ,孔型呈三角弧形 ;αi 值小 ,表示孔 型椭圆度小 ,孔型接近于圆形。 11212　孔型复盖系数 ξi (是相邻两个孔型之间的系 数 ) ξi = bi - 1 / ai 式中 : bi - 1为前一机架孔型的短半轴。 ξi 值的大小表示钢管在孔型中轧制时宽展程度 的大小 ,根据宽展的不同性质 ,ξi 值有图 2所示的三种 情况 (虚线为前一机架 ,即 i - 1架 )。 1)ξi < 1时 ,钢管进入 i机架变形时 ,高度有压缩 , 而宽度有增加 ,称为正宽展孔型 (也称椭圆孔型 )。 2)ξi = 1时 ,钢管进入 i机架变形时 ,高度有压缩 , 而宽度不增加 ,称为零宽展孔型。 3)ξi > 1时 ,钢管进入 i机架变形时 ,高度有压缩 , 而宽度也有压缩 ,称为负宽展孔型 (也称圆孔型 )。 图 2　钢管在孔型中轧制时的宽展情况 三种孔型的变形特点及适用范围如表 1所示。 表 1　三种孔型的变形特点及适用范围 孔型名称 表面质量 内方可能性 适用范围 ξi < 1正宽展孔型 好 大 薄壁管 ξi = 1零宽展孔型 一般 小 厚壁管 ξi > 1负宽展孔型 差 最小 厚壁管 113　孔型的总减径率Σρ及单机架减径率ρi 11311　孔型的总减径率Σρ 总减径率是指由直径为 d0 的荒管轧制成直径为 dn 的成品管时钢管直径的总压缩率。 Σρ = d0 - dn d0 ×100% 11312　单机架减径率ρi 单机架减径率是指各机架在轧制中的单机架压 缩率。 ρi = di - 1 - di di - 1 ×100% 式中 : di - 1为前一机架孔型的平均直径。 2　孔型设计方法 211　传统孔型设计方法 21111　孔型设计的基本公式 孔型平均直径 : di = ai + bi (1)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 各单机架减径率 :ρi = di - 1 - di di - 1 ×100% (2)⋯⋯ 各机架对数减径率 : ¬i = ln ( di / di + 1 ) (3)⋯⋯⋯ 孔型椭圆度系数 :αi = ai / bi (4)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 复盖系数 :ξi = bi - 1 / ai (5)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ α2ξ2ρ之间关系式 :αi = 1 / [ξi (1 -ρi ) ] (6)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 孔型长半轴 : ai = di / [ 1 + (1 /αi ) ] (7)⋯⋯⋯⋯ 孔型短半轴 : bi = di / (1 +αi ) (8)⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 宽展 : ci = ai - bi - 1 (9)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 校核系数 :λi = ( ai - 1 - bi ) / ( ai - bi - 1 ) (10)⋯⋯ 21112　传统设计方法 张减机的孔型设计方法以式 (1) ～式 ( 9)为基础 , 其设计步骤如下。 1)根据减径量的分配 ,由图 3曲线求出复盖系 数ξi。 图 3　ξ和ρ的关系 　　2 )在 ξi、ρi 已知的条件 下 ,用式 ( 6 )求出椭圆度系 数αi。 3 )由孔型平均直径 di 及式 (7)、式 (8)求出 ai、bi。 4)将所设计孔型的校核 系数 λi 与表 2中的数据对 照 ,如果相差较大时 ,需重新设计 ,直到基本符合为止。 表 2　λi 2ρi关系 ρ/ % λ/ % 9 11～12 6 10～11 4 8～9 212　椭圆孔型设计方法 21211　设计思想 根据各机架孔型的宽展值 ci = K1 + K2ρi di ,对于不 同的系数值 K1、K2 ,可求得对应的长半轴 ai、短半轴 bi 及相应的ξi 值 ,将各孔型的ξi 2ρi 关系绘成曲线 ,可得 111 　现代制造工程 2006年第 10期 设备设计 /诊断维修 /再制造 到不同的ξi 2ρi 关系曲线 ,根据式 ( 11 )可求出不同的 ξi 2ρi 关系曲线与 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ξi 2ρi 关系曲线的差值。其中最 小 Q值的那根曲线所对应的 K1、K2 值即为最优化值 , 即所要求的宽展系数。 Q = ∑ n i =1 (ξ实 - ξ标 ) 2 (11)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 21212　设计步骤 1)分配减径率ρi ,计算各机架孔型平均直径 di。 2)设定系数 K1 = 0101、K2 = 0101为初始值。 3)用宽展公式 ci = K1 + K2ρi di 算出各机架孔型的 宽展值 ci。 4)确定第 3机架孔型长半轴 a3 在 b2 + ( 0101～ 016) d3 范围内变化 ,计算出各机架的长半轴 ai ,短半 轴 bi 及椭圆度系数αi ,并根据孔型椭圆度曲线的总长 度 ,求出椭圆度曲线长度值 R中最小值。 R = ∑ N i =4 1 + ( ai - 1 - ai ) 2 (12)⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 5)计算椭圆度曲线长度最小值所对应的各机架 复盖系数 ,用式 (11)求出 Q值。 6)使 K1、K2 值在一定范围内变化 ,重复上面的步 骤 3) ～5)。 7)在一组 Q值中 ,求出 Qm in值 ,与 Qm in及 Rm in对应 的那组设计方案就是最佳设计方案。 8)计算孔型的其他参数及孔型加工刀具参数。 213　圆孔型设计方法 21311　设计原则 1)沿孔型宽度方向钢管与轧辊接触弧长度差值 ΔL =Lmax - Lm in为最小。 2)使工作机架椭圆度值交替变化 ,波动的幅度尽 可能小 ,并随着减径率的减小 ,呈下降分布态势 ,根据 式 (12)计算椭圆度曲线的总长度 ,并从中找出 R值最 小的那根曲线 , 则 Rm in所对应的孔型参数即为最佳 参数。 21312　设计步骤 1)分配减径率 ,计算各架孔型平均直径。 2)设 bi = 015di - 1 , Z i - 1在一定范围内变化 j次 ,求 出接触弧长度最大差值ΔLmax。其中 : Z i - 1为轧件某点 在 i - 1机架中孔型宽度方向的坐标值。 3) bi 在一定范围内变化 K次 ,计算出 K个ΔLmax 值 ,从中找出最小值 (ΔLmax ) m in。 4)各架孔型按步骤 2)、3)进行设计 ,并算出椭圆 度系数值αi。 5)用式 (12)计算椭圆度曲线的长度 R。 6) d3 在一定范围内变化 ,调整椭圆度曲线 ,找出 最小值 Rm in。 7)用 Rm in所对应的各机架长半轴 ai、短半轴 bi 的 值 ,计算其他孔型参数。 3　软件设计特点及方法 311　用计算机进行软件设计的优点 利用计算机对张减孔型设计有许多优点 : 1 )可以 大幅度改变钢管各参数的取值范围 ,这对于设计新设 备或开发新产品非常方便 ,可以在实际生产之前就充 分了解新设计方案的效果 ,从而可以扬长避短 ,获得 理想的设计方案 ; 2 )计算机模拟的一次计算 ,可以代 替物理模拟的一次轧制试验 ,这就使试验时间大为缩 短 ,人力、物力大为节约 ,而且极为安全可靠。正是由 于计算机模拟系统具有诸多优点 ,本文针对某厂从意 大利 INNSE公司引进的一套 <180mm连轧管成套设 备 ,利用钢管塑性变形原理及张减变形工艺理论 ,建 立张减仿真数学模型 ,对张减过程的参数进行仿真模 拟 ,从而为钢管生产部门提供决策。 312　软件设计的方法 本文采用面向对象的程序设计方法 ,用 V isual Basic610作为集成开发环境 ,程序采用模块结构并尽 量采用只完成某种特定任务的标准模块 ,增加模块的 通用性 ,便于迅速扩充程序的功能 ,各模块之间可以 互相调用。 孔型设计提供了传统孔型、椭圆孔型以及圆孔型 的设计方法 ,传统孔型设计方法以减径率为依据来分 配变形量 ,在孔型设计过程中不考虑壁厚的影响。而 椭圆孔型设计和圆孔型设计方法以延伸率为依据分 配变形量 ,综合考虑壁厚和外径的影响 ,并进一步考 虑到椭圆度曲线的调整和孔型尺寸的优化 ,从而使张 减的孔型设计更合理。 313　软件设计的意义 本软件以我国某厂连轧无缝钢管机组的典型产 品及基本工艺条件为基础 ,以通用性和灵活性为设计 原则 ,可以实现工艺参数计算、孔型设计和仿真等基 本任务。 本软件可以根据不同的成品管尺寸 ,自动选定最 佳孔型设计方案 ,对多种孔型系统进行优化设计 ,从 而解决了我国无缝钢管生产厂家对张力减径机孔型 设计方面的困扰 ,为钢管生产厂家提供了一套孔型自 动设计系统 ,有效地提高了工作效率和设计可靠性。 4　计算实例 下面以某厂 <180MPM 机组为例 ,该机组采用混 211 　设备设计 /诊断维修 /再制造 现代制造工程 2006年第 10期 合传动三辊式 (名义辊径 D0 为 360mm )张减机 ,将外 径为 <170mm ,壁厚为 412mm 的母管减径为外径为<70mm,壁厚为 312mm的成品管时 ,采用椭圆孔型设 计方法所设计的孔型 ,图 4为第六机架的孔型图。 图 4　第六机架孔型图 5　结语 1)本文以国内某钢管企业的张力减径机组为基 础 ,建立了传统孔型、椭圆孔型及圆孔型的孔型设计 数学模型 ,并对孔型进行了优化设计。 2)采用传统孔型、椭圆孔型及圆孔型进行孔型设 计 ,设计结果具有通用性 ,可以为张减机的孔型设计、 工艺方案的优化以及新设备、新产品的开发等提供 依据。 参 考 文 献 : [ 1 ]　张芳萍. 张力减径过程的理论分析 [D ]. 太原 :太原 重型机械学院 , 2002. [ 2 ]　薛忠明. 张力减径计算机仿真系统研究 [D ]. 太原 : 太原重型机械学院 , 1999. [ 3 ]　王宁. 张力减径机圆孔型设计及其应用 [ J ]. 钢铁 , 1994, 29 (4) : 24 - 28. [ 4 ]　王宁. 张减机椭圆孔型设计 [ J ]. 宝钢技术 , 1990 (3) : 45 - 51. [ 5 ]　张芳萍. 钢管张力减径过程的构架与初步实现 [ J ]. 重型机械 , 2004 (3) : 28 - 30. 作者简介 :张芳萍 ,讲师 ,研究方向 :钢管张力减径过程的理论研 究。 E2mail: zhangfangp ing1024@163. com 收稿日期 : 2006205208 (上接第 58页 ) ka < kb ,即 Ka < Kb ,所以 ,该零件应归属于组 B。 另外 ,当有新零件并入零件组时 ,该零件组的累 加矩阵要依据构造算法作相应改动。如 ,当上述新零 件并入组 B 后 ,组 B 的累加矩阵修改如表 3所示。 表 3　修改后的矩阵 B 码值 码　　位 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 1 1 1 2 1 3 1 3 1 1 3 2 1 3 1 4 2 5 1 1 1 1 1 1 5 3 2 4 1 4 2 3 6 1 1 1 1 1 3 1 3 7 1 1 1 1 1 1 1 1 8 1 2 1 2 1 1 1 9 1 2 1 1 3 1 1 3　结语 在划分工艺相似零件组时 ,生产流程分析法较其 他方法更为行之有效 ,然而 ,不能迅速准确地确定新 零件的零件组归属却限制了该方法的应用。针对这 一不足 ,定义了能全面反映零件组内零件编码统计信 息的累加矩阵。匹配度匹配法将该矩阵应用得恰到 好处。该方法充分利用了累加矩阵描述信息较为全 面的特点 ,从统计学和概率论的观点出发 ,利用科学 合理的计算方法 ,通过逐一计算每个码位码值相等的 概率 ,最终求得匹配度的值。这种匹配方法将零件与 零件组的相似程度进行了相对精确的量化 ,克服了人 为因素的影响 ,提高了匹配的成功率和灵活性 ,使得 零件的匹配更为科学、直观、方便 ,便于计算机辅助的 实施。 参 考 文 献 : [ 1 ]　瓦尔特 ·普拉克. 成组技术的理论与实践 [M ]. 北 京 :国防工业出版社 , 1973. [ 2 ]　陈玉琨 ,王宣武 ,黄树新. 实用成组技术 [M ]. 北京 : 机械工业出版社 , 1992. [ 3 ]　张胜文 ,赵良才. 计算机辅助设计 ———CAPP系统设 计 [M ]. 北京 :机械工业出版社 , 2005. [ 4 ]　许香穗 ,蔡建国. 成组技术 [M ]. 北京 :机械工业出版 社 , 1996. 作者简介 :刘万勋 ,在读硕士研究生 ,研究方向为计算机集成制造。 周宏根 ,讲师 ,研究方向为计算机集成制造。 景旭文 ,教授 ,研究方向为计算机集成制造。 电话 : (0511) 4401145 收稿日期 : 2006203231 311