苗國(guó)偉

(中鋁洛陽(yáng)銅業(yè)有限公司，河南洛陽(yáng)471039)

20世紀(jì)90年代隨著帶有環(huán)形孔型及曲面芯棒的兩輥周期式軋管機(jī)的興起，半圓形和馬蹄形孔型逐漸趨于消失，環(huán)形孔型及曲面芯棒配合的軋制曲線，延長(zhǎng)了工作行程長(zhǎng)度，使得孔型及芯棒受力得以分散，提高了孔型及芯棒的壽命，并且提高了軋制加工率，使得軋機(jī)的工作效率得到提高，產(chǎn)量大幅增加。環(huán)形孔型及與之相配的曲面芯棒是兩輥周期式軋管機(jī)的核心工具，其設(shè)計(jì)的正確合理直接關(guān)系到軋管機(jī)的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量以及工具自身的壽命，對(duì)應(yīng)半圓形和馬蹄形孔型環(huán)形孔型的設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，計(jì)算時(shí)必須用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，否則計(jì)算的工作量非常繁重。本文重點(diǎn)介紹了孔型及芯棒工作段的曲線設(shè)計(jì)，并使用計(jì)算機(jī)編程進(jìn)行了實(shí)例計(jì)算。

1 孔型工作段軋槽頂部曲線直徑及芯棒曲線的計(jì)算公式(環(huán)形孔型軋槽展開(kāi)示意圖見(jiàn)圖1)

1.1 孔型工作段軋槽頂部曲線直徑的計(jì)算公式

式中Dxk—— 軋槽工作段“X”點(diǎn)處軋槽頂部直徑，mm

Df——成品管外徑，mm

Do——管坯外徑，mm

Z——芯棒要求的最小錐度

Z=Z相×(L工作/100) 公式(3)

式中L工作——軋槽工作段長(zhǎng)度，mm

Z相——相對(duì)最小錐度，以0.25%進(jìn)行計(jì)算

li——管坯內(nèi)徑與芯棒之間的間隙，mm

la——在X/L工作=1處軋槽頂部與管坯外徑之間的間隙

X/L工作——軋槽工作段“X”點(diǎn)處與工作段長(zhǎng)度L的比值

E2——孔型間隙指數(shù)，對(duì)銅及銅合金通常取E2= 2.0

E3——孔型指數(shù)，對(duì)銅及銅合金通常取E3=2.5

(X/L工作)limit——隨E2變化的極值，對(duì)銅及銅合金通常取值為0.7

1.2 芯棒曲線的計(jì)算公式

式中DxD——“X”點(diǎn)處的芯棒直徑，mm

do——管坯內(nèi)徑，mm

df——成品管內(nèi)徑，mm

Z——芯棒要求的最小錐度

li——管坯內(nèi)徑與芯棒之間的間隙，mm

X/L工作——軋槽工作段“X”點(diǎn)處與工作段長(zhǎng)度L的比值

E1——芯棒指數(shù)，對(duì)銅及銅合金通常取E1=2.5

從以上孔型及芯棒曲線的計(jì)算公式中可以看出，孔型工作段軋槽頂部直徑的變化與管子的內(nèi)徑無(wú)關(guān)，孔型指數(shù)E3決定減徑量;而芯棒工作段直徑的變化與管坯、成品管的外徑無(wú)關(guān)。

2 孔型工作段軋槽開(kāi)口寬度Bkw的計(jì)算

孔型的軋槽曲線確定后，對(duì)于孔型孔槽設(shè)計(jì)還需要確定軋槽的開(kāi)口寬度，因?yàn)楣芘髟诿看嗡瓦M(jìn)后，工作錐的直徑比與之對(duì)應(yīng)的孔型軋槽頂部直徑大，因此必須在孔型孔槽側(cè)壁留有適當(dāng)余量Fx，以容納因管子送進(jìn)產(chǎn)生局部體積增量，避免軋制時(shí)出現(xiàn)耳子，造成成品料表面飛邊，影響產(chǎn)品質(zhì)量。影響孔型孔槽開(kāi)口寬度的因素有送進(jìn)量、孔型軋槽頂部曲線和芯棒曲線(見(jiàn)圖2)。

圖2 孔型軋槽斷面示意圖

孔型工作段軋槽開(kāi)口寬度Bkw的計(jì)算公式:

式中m——送進(jìn)量，mm

λx——計(jì)算斷面的延伸系數(shù)，等于管坯與計(jì)算斷面管子的斷面面積之比

在實(shí)際制造過(guò)程中，孔型軋槽兩側(cè)的邊部應(yīng)加工一定的圓角，以保證孔型軋槽開(kāi)口處的圓滑過(guò)渡。

3 孔型工作段軋槽的實(shí)例計(jì)算

孔型工作段軋槽尺寸及芯棒直徑實(shí)例計(jì)算。已知軋機(jī)軋制坯料為φ80×10mm，軋制成品規(guī)格φ42× 2.2mm，送進(jìn)量為12mm，孔型工作段長(zhǎng)度為600mm。

3.1 孔型工作段軋槽尺寸及芯棒直徑所要求計(jì)算的數(shù)據(jù)

①孔型孔槽頂部直徑Dxk。

公式(10)

③孔型孔槽開(kāi)口寬度Bkw。

④芯棒工作段直徑Dxo。

3.2 要精確計(jì)算以上的數(shù)據(jù)，需將軋槽工作段分成40段進(jìn)行計(jì)算

計(jì)算數(shù)據(jù)非常龐大，本例采用計(jì)算機(jī)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，采用Foxpro編寫(xiě)了程序。

為了編寫(xiě)程序簡(jiǎn)單化，先對(duì)上述一些公式中相關(guān)固定的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)化:

①Z=Z相×(L工作/100)=0.25%×(600/100)= 0.015。

③根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定li=3mm，la=2mm。

④已知Do=80mm、do=60mm、D5=42mm、d5= 37.6mm、h=12、E1=2.5、E2=3.0、

3.3 程序運(yùn)算結(jié)果如表1

表1

4 結(jié)論

①孔型工作段軋槽頂部直徑只與管坯、成品管的外徑有關(guān)，而與內(nèi)徑無(wú)關(guān);

②芯棒工作段直徑的變化與管坯、成品管的內(nèi)徑有關(guān)，而與外徑無(wú)關(guān);

③孔型工作段軋槽開(kāi)口寬度只與管坯、成品管的外徑及送進(jìn)量有關(guān);

④根據(jù)前節(jié)的計(jì)算公式及程序，只要知道管坯及成品管的內(nèi)外徑尺寸、工作段長(zhǎng)度、送進(jìn)量，即可以迅速的得出孔型工作段軋槽頂部直徑(Dxk)、孔型工作段軋槽開(kāi)口寬度(Bkw)、芯棒工作段直徑(DxD)等相關(guān)數(shù)據(jù)，為孔型的制造單位以及使用單位提供了設(shè)計(jì)及檢測(cè)的依據(jù)。

［1］鐘衛(wèi)佳主編《銅及銅合金加工手冊(cè)》，北京，冶金工業(yè)出版社，2007.1