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        軋管工藝技術(shù)(Ⅳ)
        ——《熱軋無縫鋼管實用技術(shù)》

        2019-10-26 03:03:22成海濤,李赤波,李曉
        鋼管 2019年4期

        2 二輥斜軋管工藝技術(shù)

        二輥斜軋管是指在軋輥的作用下,毛管一邊旋轉(zhuǎn),一邊前進(jìn),通過由兩個軋輥、兩個導(dǎo)盤(或?qū)О澹┖托景艚M成的環(huán)狀孔型,實現(xiàn)減徑、減壁,軋制成符合質(zhì)量要求的荒管的一種軋管方法。

        2.1 二輥斜軋管機(jī)概況

        二輥斜軋管機(jī)包括曼式軋管機(jī)、狄塞爾軋管機(jī)和精密軋管機(jī)等。目前,最具代表且應(yīng)用最為廣泛的二輥斜軋管機(jī)是精密軋管機(jī)。

        2.1.1 二輥斜軋管機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

        (1)二輥曼式軋管機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。二輥曼式軋管機(jī)由左、右布置的兩個桶形軋輥,上、下布置的兩個導(dǎo)板和短芯棒(或頂頭)構(gòu)成環(huán)狀封閉孔型。軋輥軸線與軋制中心線傾斜,并構(gòu)成喂入角α。芯棒主要采用固定操作方式。

        (2)狄塞爾軋管機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。狄塞爾軋管機(jī)的結(jié)構(gòu)型式與二輥曼式軋管機(jī)基本相同,只是不再采用上、下導(dǎo)板而改用兩個主動旋轉(zhuǎn)的大導(dǎo)盤(導(dǎo)盤直徑一般為軋輥直徑的2倍左右)。導(dǎo)盤可垂直布置,亦可水平布置。導(dǎo)盤的線速度大于荒管的出口速度(一般為1.5~3.0倍)。芯棒大多采用全浮動操作方式。

        (3)精密軋管機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。精密軋管機(jī)是將狄塞爾軋管機(jī)的桶形軋輥改成錐形軋輥,軋輥軸線與軋制中心線在空間上構(gòu)成喂入角α和輾軋角β。芯棒可采用固定操作方式、浮動操作方式或限動操作方式。其中,限動芯棒操作方式(包括前進(jìn)式限動和回退式限動)最為普遍。

        2.1.2 限動芯棒精密軋管機(jī)的工藝特點(diǎn)

        (1) 由于采用了較大的輾軋角(一般為10°~15°)和錐形軋輥,軋輥的圓周速度從入口到出口呈單調(diào)增大,沿軋制線上的軋輥縱向分速度亦為單調(diào)增大。這與金屬縱向流動速度遞增是相適應(yīng)的,它有利于提高軋制速度和促進(jìn)金屬的縱向延伸。軋輥切向分速度同樣是單調(diào)增大的,避免了桶形輥斜軋管機(jī)帶來的軋件正、反雙向扭轉(zhuǎn),有利于抑制金屬的附加變形。

        (2)軋輥的均壁段較長,重軋系數(shù)提高到2以上,有利于提高荒管的壁厚精度,可獲得壁厚偏差在±5%以內(nèi)的荒管。

        (3)芯棒速度小于毛管入口的軋制速度,形成差速軋制并縮短了芯棒工作段的長度。

        (4)大直徑導(dǎo)盤可作三向調(diào)整:沿軋制線上下調(diào)整,可改變孔型橢圓度;沿軋制線左右調(diào)整,可根據(jù)軋制規(guī)格,改變左側(cè)或右側(cè)輥縫值;沿軋制線前后調(diào)整,可改變導(dǎo)盤對荒管縱向的支撐位置。

        (5)使用一種直徑的芯棒,通過調(diào)整軋輥間距、導(dǎo)盤間距等工藝參數(shù),可以軋制幾個相鄰壁厚的荒管。芯棒成組循環(huán)使用,改善了芯棒的冷卻和潤滑條件,有利于提高其使用壽命、降低限動力和軋制力。

        (6)管體在軋制過程中高速旋轉(zhuǎn),限制軋制的荒管長度?;墓艹鲎冃螀^(qū)后,容易扭曲變形。

        (7)荒管表面存在螺旋道。

        2.2 精密軋管機(jī)組工藝流程

        精密軋管機(jī)組工藝流程如圖8所示。

        2.3 精密軋管機(jī)工藝參數(shù)設(shè)計

        2.3.1 精密軋管機(jī)的孔型特點(diǎn)和金屬變形過程

        2.3.1.1 精密軋管機(jī)的孔型特點(diǎn)

        精密軋管機(jī)孔型如圖9所示。軋輥分為4段,對應(yīng)變形區(qū)分4個區(qū),分別為壓扁減徑段(Ⅰ區(qū))、減徑減壁段(Ⅱ區(qū))、均壁段(Ⅲ區(qū))和轉(zhuǎn)圓段(Ⅳ區(qū))。

        2.3.1.2 金屬的變形過程

        (1)壓扁減徑段(Ⅰ區(qū))。毛管被軋輥咬入后進(jìn)入Ⅰ區(qū),由于孔型存在橢圓度,在Ⅰ區(qū)的前半段,毛管產(chǎn)生壓扁變形,橫截面由圓變成了橢圓。隨著軋輥曳入力的不斷增大,毛管不斷地向Ⅰ區(qū)深入,在孔型的限制下,毛管的外徑和內(nèi)徑不斷減?。諟p徑),直至其內(nèi)壁與芯棒接觸。Ⅰ區(qū)的主要作用是使軋輥對毛管產(chǎn)生足夠大的曳入力,并通過壓扁及減徑變形,消除毛管內(nèi)徑和芯棒表面在孔型短軸方向上的間隙,為毛管的減壁變形創(chuàng)造條件。

        (2)減徑減壁段(Ⅱ區(qū))。一旦毛管內(nèi)壁與芯棒發(fā)生接觸,毛管進(jìn)入Ⅱ區(qū)。Ⅱ區(qū)為主要變形區(qū),受到軋輥和芯棒的輾軋,毛管同時發(fā)生減徑、減壁變形,并逐步形成荒管的基礎(chǔ)壁厚。在此區(qū),通常將軋輥設(shè)計成帶輥肩的“雙減輥型”,如圖10所示。與傳統(tǒng)的軋輥輥型相比,“雙減輥型”縮短了軋輥Ⅱ區(qū)的長度,可實現(xiàn)金屬的集中變形。在相同的軋輥長度條件下,軋輥均壁段(Ⅲ區(qū))得以增長,有利于改善荒管的表面質(zhì)量,提高其壁厚精度。

        圖8 精密軋管機(jī)組工藝流程

        圖9 精密軋管機(jī)孔型示意

        圖10“雙減輥型”軋輥示意

        (3)均壁段(Ⅲ區(qū))?;墓芑A(chǔ)壁厚形成之后,毛管進(jìn)入Ⅲ區(qū)。Ⅲ區(qū)的軋輥表面與芯棒表面之間的法線距離相等,且輥身較長(一般為2~4個螺距,由軋輥長度決定),荒管經(jīng)過Ⅲ區(qū)輾軋后,其壁厚偏差和表面質(zhì)量均得到了良好的改善。

        (4)轉(zhuǎn)圓段(Ⅳ區(qū))。當(dāng)荒管進(jìn)入Ⅳ區(qū)后,軋輥間距逐漸增大,隨著荒管內(nèi)壁與芯棒表面之間的間隙不斷增加,芯棒脫離與荒管內(nèi)表面的接觸,軋輥只輾軋荒管的外表面?;墓軝M截面由橢圓規(guī)整成圓,并逐漸脫離變形區(qū)。

        2.3.2 精密軋管機(jī)工藝參數(shù)設(shè)計

        精密軋管機(jī)工藝參數(shù)包括軋輥間距、導(dǎo)盤間距、橢圓度系數(shù)、芯棒直徑、減徑率、減壁率、延伸系數(shù)和軋制速度等。

        (1)軋輥間距。軋輥間距E為:

        式中Dg——壓縮帶處軋輥直徑,mm;

        DE——壓縮帶處孔型直徑,DE=Dm-ΔD,mm;

        Dm——毛管直徑,mm;

        ΔD——毛管減徑量,mm,取15~35 mm。

        (2)減徑率。減徑率ε為:

        一般ε取8%~18%,軋制碳鋼管時取大值,軋制合金鋼管時取小值。

        (3)導(dǎo)盤間距。導(dǎo)盤間距A為:

        式中ξ——橢圓度系數(shù),取1.05~1.15,軋制合金鋼管或厚壁鋼管時取小值。

        (4)芯棒直徑。芯棒直徑d為:

        式中S0——荒管壁厚,mm;

        T——軋輥彈跳值,mm;一般取0.5~1.0 mm。

        (5)毛管內(nèi)壁與芯棒表面的間隙。毛管內(nèi)壁與芯棒表面的間隙δ為:

        式中Sm——毛管壁厚,mm。

        一般δ取3~10 mm。

        (6)減壁量。減壁量ΔS為:

        一般減壁量ΔS取2~10 mm。

        (7)減壁率。減壁率ω為:

        一般減壁率ω取15%~55%。

        (8)延伸系數(shù)。延伸系數(shù)μ為:

        一般延伸系數(shù)μ取1.2~2.5。

        (9)軋制速度。軋制速度V為:

        式中n——軋輥轉(zhuǎn)速,r/min;

        η——軸向滑移系數(shù),取0.65~0.95;

        Dc——荒管脫離軋輥處的軋輥直徑,mm。

        2.4 精密軋管機(jī)工具設(shè)計

        精密軋管機(jī)的工具包括軋輥、導(dǎo)盤和芯棒。工具設(shè)計遵循的基本原則是:提高軋管機(jī)產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量,降低金屬消耗和工具消耗,保證軋制負(fù)荷正常和軋制過程穩(wěn)定。

        2.4.1 軋 輥

        為保證軋輥具有足夠高的強(qiáng)度、良好的孔型封閉性和均壁效果,兼顧到設(shè)備結(jié)構(gòu)尺寸和降低軋制負(fù)荷,軋輥直徑和軋輥長度依據(jù)所軋制的毛管直徑而定。軋輥形狀如圖9所示。

        (1)軋輥直徑。軋輥直徑Dg為:

        式中Dmmax——最大毛管直徑,mm。

        (2)軋輥長度。軋輥長度和各段長度為:

        式中Lg——軋輥長度,mm;

        L1,L2,L3,L4——壓扁減徑、減徑減壁、均壁、轉(zhuǎn)圓段長度,mm,L2可取 20~80;

        S——螺距,mm。

        為簡便計算,軋輥長度可按經(jīng)驗公式確定:

        (3)軋輥輥面角。軋輥壓扁減徑段輥面角α1為 β+(2°~5°),減徑減壁段輥面角 α2為 β+(3°~8°),均壁段輥面角 α3為β+(1.0°~1.5°),轉(zhuǎn)圓段輥面角α4為 β-(0.5°~3.0°)。

        (4)軋輥材質(zhì)。軋輥多采用經(jīng)過鍛、鑄的中碳鋼(45~55鋼)或中碳低合金鋼(45Mn~55Mn、45CrMo~55CrMo)制作,并需要進(jìn)行熱處理。

        2.4.2 導(dǎo)盤設(shè)計

        導(dǎo)盤是一個等寬度的圓盤,根據(jù)軋輥直徑Dg確定其直徑的大小。導(dǎo)盤的寬度主要考慮壓縮帶處兩個軋輥的最小距離和導(dǎo)盤邊緣與軋輥的間隙。導(dǎo)盤圓弧形狀要求對孔型實施有效封閉,并能保證毛管(荒管)的自由旋轉(zhuǎn)。

        (1) 導(dǎo)盤直徑 Db:

        (3)導(dǎo)盤圓弧半徑。導(dǎo)盤低邊圓弧半徑R2和高邊圓弧半徑R1:

        (4)導(dǎo)盤邊部圓角r。若導(dǎo)盤高邊的圓角r太大,則金屬容易進(jìn)入輥縫,會引起削鋼和軋制過程劇烈振動;若圓角r太小,導(dǎo)盤邊緣太過尖銳,則容易崩裂缺邊,啃傷荒管外表面。導(dǎo)盤高邊圓角r取3~6 mm;導(dǎo)盤低邊圓角可以比高邊圓角略大一些,取5~10 mm。

        (5)導(dǎo)盤邊部倒角。導(dǎo)盤邊部倒角的大小與孔型的封閉效果關(guān)系密切。為提高孔型的封閉性,導(dǎo)盤高邊倒角一般取 6°~10°,低邊倒角取 4°~6°。

        (6)導(dǎo)盤材質(zhì)。導(dǎo)盤材質(zhì)可選用合金鑄鋼或合金半冷硬鑄鐵,亦可將導(dǎo)盤的工作軋槽和支持圓盤用兩種材料做成復(fù)合型導(dǎo)盤,或用具有紅硬性高、耐磨性好的材料堆焊軋槽工作面。

        2.4.3 芯 棒

        (1)芯棒長度的計算。

        ①固定芯棒操作時的芯棒長度Lx:

        ②浮動芯棒操作時的芯棒長度Lx:

        ③ 限動芯棒操作時的芯棒長度Lx與軋輥長度、軋制速度、限動速度、荒管長度等有關(guān),為:

        式中Lm——毛管長度,mm;

        ΔLx——芯棒裕量,mm;

        Vx/V——芯棒速度與軋制速度之比,計算時取最大值;

        L0——荒管最大長度,mm。

        (2)芯棒材質(zhì)。精密軋管機(jī)芯棒用42CrMo、H11等合金鍛鋼制作。

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