D0I:10.13374/i.1ssrm1001-053x.1981.02.009 北京钢铁学院学报 1981年第2期 拉力芯棒钢管斜轧延伸机运动学分析 压力加工教研室李连诗 孙中建 摘 要 本文提出了在钢管斜轧廷伸机上使用一种新芯棒操作方法一一拉力芯棒法。 实验研究表明：拉力芯棒法比传统使用的芯棒操作方法（固定、回退、半浮及全浮 芯棒)可以提高轴向滑移系数、降低能耗、改善轧制过程稳定性以及可实现大倾角 下轧制等。 本文仅对采用拉力芯棒法时钢管斜轧延伸过程运动学做一理论分析。 一、前 言 将穿孔机穿出的空心毛管轧成接近成品管壁厚的荒管由延伸机完成。斜轧延伸机具有产 品尺寸精度高，道次变形量大等优点，但生产容较低，而纵轧延伸机具有生产率高的特点， 特别是连轧管机组，但产品尺寸精度较低，因而提高斜轧延伸机的生产率和提高纵轧延伸机 的钢管尺寸精度是国内外普遍研究的课题。 斜轧延伸机目前所采用的芯棒（顶头）操作方法均为阻力芯棒，限制了轧机生产率的提 高。国内研究成功的两辊斜轧延伸工艺问题之一也是生产率较低·'。为此我们提出了拉力 芯棒的设想。试验证明，由于拉力芯棒操作下芯棒轴向运动速度大于毛管轴向前进速度，芯 棒给毛管一个轴向拉力，改变了钢管延伸过程中的应力状态，由此带来了一系列好处。除轧制 速度提高外，能耗降低、轧制过程稳定，可实现大倾角下轧制以及有可能轧制更薄壁的钢管。 A型 D型 2 330 2 90= 0-40- 60=10-60 170 170- 图1轧辊形状 ◆本文1981年2月19日收到。拉力芯棒延伸机新工艺研究成果于1980年12月25日经治金 部钢铁司组织的鉴定会通过。 79
北 京 钢 铁 学 院 学 报 年 第 期 拉 力芯棒钢管斜轧延伸机运动学分析 压 力加 工 教研 室 李连诗 孙 中建 摘 要 本 文提 出 了在钢 管斜 札延 伸 机上使 用 一 种 新 芯 棒 操作方法— 拉力芯棒法 。 实验 研 究表明 拉 力芯棒法 比传统 使用 的芯棒操作方 法 固定 、 回退 、 半浮及 全 浮 芯棒 可 以提 高轴 向滑 移 系数 、 降低 能耗 、 改善轧制过程德定性以及 可实现 大倾角 下 轧制等 。 本 文仅对采 用 拉力芯棒法 时铜管料 轧延伸过程运 动学做一 理论分析 。 一 、 前 、 勺口 目 目 口 将穿孔机穿 出的空 心 毛管 轧成接近 成品管 壁厚 的 荒管 由延 伸机完 成 。 斜轧延 伸机具有产 品尺 寸精度 高 ， 道次变形 量大等优 点 ， 但生 产率较低 ， 而纵轧延伸机具有生 产 率高的特 点 ， 特别是连轧管机组 ， 但产 品 尺 寸精度较低 ， 因而提 高 斜轧延伸机的生产率 和提 高纵轧延伸机 的钢管尺寸精度是 闰内外普遍研究 的课题 。 斜轧延 伸机 目前所采用 的芯棒 顶 头 操作方 法均为阻力芯棒 ， 限 制 了轧机生产率的提 高 。 国内研究 成功的两辊 斜轧延伸 工 艺问题之 一 也是生 产率较低 ’ 。 为此 我们提 出了拉力 芯棒的设 想 。 试 验证 明 ， 由于 拉力芯 棒操作下芯棒轴向运 动速度大于毛管轴 向前进 速度 ， 芯 棒给毛 管一个轴向拉力 ， 改 变 了钢 管 延伸过程 中的应力状态 ， 由此带 来 了一 系列 好处 。 除轧 制 速度提 高外 ， 能耗 降低 、 轧 制过 程 稳定 ， 可 实现大倾角 下 轧 制 以 及有可 能 轧制 更薄壁 的钢 管 。 西吸 型 ， 。 ‘ 沪 ’ ， 。 、 ，。 ， ， 弓二 呢叨 母 琴 令。书 令李州 丁 。息 一 图 轧辊形状— 木文 年 月 日 收到 。 拉 力芯棒 延伸 机 新 工 艺研 究成果 于 年 月 日 经 冶金 ’ 部钢铁 司组 织 的鉴定会 通过 。 DOI ：10．13374／j ．issn1001—053x．1981．02．009
试验在中10二辊斜轧延伸机上进行的。乳机导们装置有两种型式，一种是用上下导板， 另一种是上为主动回转导盘、下为导板组成封闭变形区。 轧辊棍型有两种，如图1所示。 毛管尺寸为中38~40×1.5~G毫米，轧出荒答尺寸为中31~0×？.5~1定米。试验钢种 有20、45、0Cr、1Cr13Ni9Ti等。轧制温度1100~1200℃。试验中主耍的沙化因素有：芯 棒运动逃皮、轧辊转数、前进角、轧辊形状、导向装形心年。 二、诚避结采及敦据 ！.试验中得出的芯糁轴向运动速度U8对运动学参数的影响图2,3、所示。 的 20 U=0 16 全浮式 12 g101- U%*130- 120 I30 100 101 80 全浮 80 40 0.95 0.9 “全浮 0,86 101 130 0.8 1.2 101 130x 1.1 1.0 全浮 09 0.8 芯棒速度Um四/s 0.7 0.6 0 50525A56.58606264666870727476 轧根转数 口。较/分 图2芯棒速度对运动学参数彩响 (前进角8°，A型棍，固定导板，辊距=30毫米， 导板距=40毫米，芯棒直径=25毫米) 80
试 验 在 小均 二 辊 斜 轧 延 伸 陇上进 行的 。 轧 机 导向装置 有 两种 型 式 ， 一种 是 用 上 下导板 ， 另一种 是 上为主 动 回 转 导盘 、 一 万为 导板 组 成封 闭变形 区 。 轧辊辊型 有两种 ， 如 阁 所示 。 毛 管尺 寸为小 一功 一 衰米 ， 轧 出荒管尺 寸 为小 通一 功 汉 咤米 。 试 沙钢种 有 、 、 ， 、 〔 ’ ， · 、 · 等 。 轧 制温 度 一 卫 。 宝戎忍戈之中主 耍 变 化 酥索 有 芯 捧 一 运动速 度 、 轧 辊 转数 、 前进 角 、 轧 辊 形状 、 导向装 汽 形 戊等 。 二 、 阶 怪爹六果 及 著戈 么 试验 中得 出的 芯 棒轴 向运 动速度 对运 动学 参数 的影 响如 图 、 、 」所示 。 ‘ 全俘式 ” 。 公国盆属翔皿余扮瞬 即 钓 加侧田蕊口 ，。 ， 二毖绒井窦经 薰 弱 截铸娜位之取乍三 全浮 一 一一一二 一一一一一一一‘ ，一 芯伸速度 卜 口八 奥吸侄娜喊饰片 轧辊转数 ， ， 转 分 图 芯棒速度对 运 动学参 数 影响 前进 南 “ ， 型 辊 ， 固定导 板 ， 辊 距 二 毫米 ， 导 板距 “ 毫米 ， 芯棒直径 二 毫米
=0 14 10 全浮 156 140 156 ,130 120 101 全浮 100 80 60 E0.90 101 13犯全浮 158 =0 1.2 156 1.1 -130 -101 1.0 0.9 全浮 0.8 0.7 0.6 U8=0 0.5L 5 50 55 60 65 70 轧短转数血。转/分 图3芯棒速度对运动学参数影响 (前进角10°，B型辊，固定导板，辊距=30毫米， 导板距=41毫米，芯棒直径=25毫米) 从图2、3、4中可看出： (1)随着芯棒轴向运动速度（简称芯棒速度）U.的增加，钢管出口轴向滑移系数η。和 轧件出口速度U增加，每米钢管的轧制时间减少。但增加或减少的船值越来越小。拉力芯棒 下n比凹定心捧提高约30%，比全浮芯棒提高10~20%。最大轴向滑移系数为1.185。 (2)随着轧辊转数增，轧件出口速度增加。但门。在固定芯棒下是增加的，拉力芯桦 下是减小的。每米钢管轧制时间减少。 (3)轧件出口速度随着前进角增加而较显著地增大。 (4)切向滑移系数门r在各种芯棒速度下变化不大，其值在0.8~0.95之间，大致趋势是 随芯棒速度增加而增加。影响1的因素比较复杂，有时芯棒拉速不是主耍影响因素。 2,轴向滑移系数n。与U/U的关系如图5、6、7所示。 81
一一一之泛 弓二二 之 些，七二璧二二之， 、 二 一一 翔 目，‘ 二二二， 卜一‘ 二二，， 一 一一叫卜臼 、 一 王 汁 一一 二二乏，匕落 占 ‘ 拼云聋赘履浮 一一一 ’ 事军三势杖落驾 书亩林和兴回不公、架御珍 用扣侧田东口 片卜级谈协衷谊导 口，一 一 一一 肠 自 耳 目 一 。 ‘ 「 口 。 一 二二 二，一 鸽 门 口 一一 口 一 吞 全浮 ，， 一 二 内 。 一 一 甘 一 一 翻解报磷协何口 轧辊转致 口 。 、 了 车专分 图 芯棒速 度对 运 动 学参数 影 响 前进角 ， 型 辊 ， 固定导 板 ， 辊距 毫米 ， 导 板距 毫米 ， 芯棒直 径 毫米 从 图 、 、 中可 看 出 随 着芯 棒轴 向运 动速度 简称 芯 棒速 度 的增 加 ， 钢管 出 口 轴 向滑 移 系数 。 和 轧件出 口 速度 增 加 ， 每 米钢 管 的轧 制 时 问减少 。 但增 加 或 减少 的幅 吐越 来 越小 。 拉 力芯 棒 下月 。 比固定 芯 棒提 高约胡 ， 比 全浮 芯 棒提 高 印 一 。 妓 大轴 向滑移系数为 。 随着 轧辊转数增 加 ， 轧 件 出 口 速 度增加 。 但 。 庄固定 芯 棒 下是增 加的 ， 拉力芯棒 下是减小 的 。 每 米钢 管轧制 时 间减少 。 轧件 出 口 速度随着前 进 角增 加而较显著 地增 大 。 切向滑 移 系数 ” 在 各种 芯 棒速度下 变化不大 ， 其 值在 之 间 ， 大 致 趋势是 随 芯棒速度增加而增 加 。 影响 的 因素 比较复杂 ， 有时 芯棒拉速不 是 主耍 影 响 因素 。 轴 向滑移系数 月 。 与 了， 的关系如 图 、 、 所 示
14 12 U%=0 10 101 130 一全浮 156 160 156 10 130 101 120 100 80 0.95 101 130 156 0.90 全浮 0 0.85 1.2 1,1 156 1.0 全浮 130 0.9 101 0.8 0.7 U6=0● 45 50 55 % 65 70 轧视转速口，转/分 图4芯棒速度对运动学参数的影响 (前进角12°，B型辊，单浮动导盘，辊距=30毫米，导板距=41毫米，芯棒直径=26老米) 1.3 B=8 u1=80 n,=71 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.10.20.30.40.50.60.70.80,91.01.11,21.3 芯棒轴向速度U6/钢管出口速度U 图5no与U./U的关系 (前进角8°，A型辊，固定导板) 82
﹄石︸ 卿 舀曰二，，‘豆曰八匕 留宜公藻枷解各兴珍侧公用日习，之口‘之 姗 口级喊协彼鹅片导扣 几，且八甘 ，二臼 协截坦城解挤 轧辘转速 。 转 分 图 芯棒速 度对 运 动学参数 的影响 前进角 ， 型辊 ， 单浮动导 盘 ， 辊 距 “ 毫米 ， 导 板距 毫米 芯棒 直径 二 毫米 日二 幼 二 岁钾 口 口 一 二 卜翻， 书献婿位界铮口 ’ 图 。少。 与 ， 、 的关 系 芯棒 轴向速度 前进角 “ 石犷几不几 · 。 “ ， 出口 ‘ 度 型 辊 ， 固 定 导板
1.3 B=10° n1=84转/分 1.2 nia78 n=73 1.0 09 0.8 图6)o与Ua/U的关系 0.7 (前进角10°，B型 0. 辊，固定导板) 0.5 0.2 0.4 0.60.81.0 1.2 1.41.6 芯棒轴向迷度U。/钢管出口速度U 1.3 8=12 1.2 B。s80转/分 1.1 一15 n1=70 0.8 nm=65 图7no与U,/U的关系 0.8 (前进角12°，B型 0.7 辊，单浮动导盘) 0.8 0. 00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.11.21.3 艺神轴向流皮U；钢管出口速度U 1.1 130{ 156 101 0.9 0.8 图8拉力芯棒下主动 主动导盘 导盘对川。的影响 浮动好盘 0.7 (前进角12°，}型辊) 0.0 40 5 50 60 65 轧根转数口。转/分 83
口川护 ” 二 迄导或 转 分 二 二二 ‘口自 一 二 ︸口︸ ，占臼 招报肠协世解 图 一。 与 ‘， 的关 系 前进 角 。 ， 型 辊 ， 固定 导 板 。 芯禅抽向遨度 、 钾，出口 逮度 二 转 分 。 图 月。 与 。， 的关 系 前进 角 。 ， 型 辊 ， 单 浮动导 盘 。 。 。 。 级肠协衷世 。 芯仲轴向遨魔 加 ，出“ ‘ 度 “ 一震一 。 今 王之 、 入 ‘ 之 二 ，尸 】 一目 一 一 甘 主 动导盘 浮动身盘 图 拉 力芯棒 下 主 动 导 盘对 。 的影 响 前进角 “ ， 型 寿昆 ﹃，二 报铸仗解饰艇口 口 口口 二 石二 口 州 一 一 丫 一 竺 轧锐转橄 。 ， 转 分