孔型设计2

用K s 计算法设计冷轧管孔型变形
段中各管坯壁厚
周宜淼1,周紫箭2
(1.江苏省冶金研究所,江苏南京210007;2.无锡市冶炼厂,江苏无锡
214023)
摘
要:提出了设计冷轧管孔型的K s 计算方法。

通过6个实例,与现有计算法对比,计算结果表
明:K s 计算法是可行的,并且能够控制最后小段的K s .n 值(K s 与变形量的意义是等价的)。

关键词:冷轧管;孔型设计;壁厚变形段;K s 计算法
中图分类号:T G 3
56文献标识码:A
文章编号:1001-196X (
2002)03-0037-02D e s i g n i n gt u b e w a l l t h i c k n e s s i nf o r m i n gs e c t i o no f g r o o v e f o r
c o l dr o l l i n gt u b e b y K s c a l c u l a t i o nm e t h o d
Z H O U Y i -m i a o 1
,Z H O U Z i -j i a n
2
(1.J i a n g s uMe t a l l u r g yr e s e a r c hi n s t i t u t e ,N a n j i n g 210007,C h i n a
)(2.Wu x i S t e e l -m a k i n gP l a n t ,Wu x i 214023,C h i n a
)A b s t r a c t :I nt h i s p a p e r ,K s c a l c u l a t i o nm e t h o d u s e d i nt h e d e s i g no f c o l d r o l l i n g t u b e g r o o v e i s i n t r o -d u c e d .B yc o m p a r i s o nw i t ht h e e x i s t i n gm e t h o d s u s i n gs i xe x a m p l e s ,K s c a l c u l a t i o nm e t h o di s p r o v e dt o b e p r a c t i c a l a n dt h e v a l u e o f f i n a l s e c t i o nK s .n (K s i s e q u a l t od e g r e e o f d e f o r m a t i o ni nf i n a l s e c t i o n )c a n b e c o n t r o l l e d
.K e y w o r d s :c o l dr o l l i n gt u b e ;g r o o v e ;w a l l t h i c k n e s s f o r m i n gs e c t i o n ;K s c a l c u l a t i o nm e t h o d
冷轧是一种高效、优质的管材生产方法。

它的孔型设计是该生产工艺的关键,直接关系到成品管的产量和质量,关系到厂家的经济效益和劳动生产率。

孔型设计的相关参数有20多个,
其中许多参数的取值和计算均有较为固定的模式,逐渐形成
了接近规范化的设计[1～6]。

本文对冷轧管孔型设
计不作全面阐述和分析,只对孔型中变形段(或
称"压下段")内管坯壁厚分配设计计算作介绍,它是冷轧管孔型设计中的重点,直接关系到轧管的产量和质量。

1常用计算公式简介
在变形段内细分管坯壁厚的公式如下
收稿日期:2001-11-26
作者简介:周宜淼,男,71岁,高级工程师,江苏省冶金研究所
(南京,210007)
S i
=S '0
λS .Σ-11-e
-b (1-e -b ·i /n
)+1(1)
式中
n
变形段内等分小段的段数(在文献
[1]中称"分散变形系数",它的最
小值选取与变形段总长(m m )、总壁厚延伸系数λS .Σ及管坯每次进料量
(m m )有关,具体值可参考文献[1]中表16-2)
i 等分小段的序号(i =1,2,…,n )S i 小段末端处的管坯壁厚,m m S '
管坯进变形段的壁厚,取S '
0=S 0
+ΔS '
+ΔS "
式中
S 0管坯的公称壁厚,m m
ΔS
'孔型减径段结束处管壁增厚量,m m
ΔS "
管坯壁厚的正偏差量,m m S '
n
管坯出变形段的壁厚,取
·
73·2002N o .3
重型机械
S'n=S n-ΔS'"
S n成品管公称壁厚,m m
ΔS'"成品管壁厚负偏差量,m m
λS.Σ总壁厚延伸系数(作者认为将λS.Σ改称"总壁厚减缩系数"更合适),
取
λS.Σ=S'0/S'n
b经验系数,目前被推荐取b=0.64[1] e自然对数的底。

举例计算各小段末端处的管坯壁厚见表1。

表1两种计算方法计算壁厚S
小段序号i
常用计算法K
s
计算法
S①K s②K s S
03.51--3.51
12.2851.53611.49772.3436
21.7331.31851.34331.7447
31.4201.22041.20311.4501
41.2191.16491.16741.2422
51.0801.12871.14051.0892
60.9781.10431.11360.9781
70.9001.08671.08670.9000
注:①S
i
值按[1]276中原始数据,重新用微机计算的;
②在文献[1]中无此项,为了对比分析,作者添
加的。

2K s计算法简介
在设计圆管拉拔配模中,作者提出并推荐采
用K
D-K S 计算法[7,8,9]。

它是用等差规律来分配各
道次壁厚减缩系数K
s·i
的计算方法,该法可用于
冷轧管孔型设计中[9]。

因为变形段(即压下段)中
各小段末端的管坯壁厚减缩系数K
s·i
与变形段管
坯总壁厚减缩系数K
s.Σ
也是连乘的关系,即
K s.Σ=K s.1·K s.2……K s.n(2)其中
K s.i=S i-1
S i
(i=1,2,…,n)(3)
但是,管材的冷轧和拉拔毕竟是两种截然不
同的生产方法。

前者变形区的应力状态为三向压应力,后者则为二向压应力,一向拉应力。

因此在变形参数K
s.i
的分配上就应当有所不同。

在拉
拔生产中,第1、2道次的K
s
值不能选取过大,以免发生拉断夹头,影响生产的稳定进行。

对于冷轧管,这种限制就没必要考虑。

只要不出现其他管子缺陷和问题,设备负荷又能承受,第1、2小段的K
s
值完全可以选用大于拉拔的数
值。

根据现有资料的对比、分析,第1小段的K
s.1可以大为1.25～1.05倍,第2小段K
s.2
可以大1.15～1.05倍。

增大的倍数用经验系数a表示,则
K's.Σ=
S'0
S'n
=(a1·K s.1)·(a2·K s.2)·K s.3……K s.n
或
K s.Σ=
K's.Σ
a1·a2
=K s.1·K s.2……K s.n(4)
至此,公式(4)中的K
s.i
值的分配,就可借
用拉拔圆管配模中的K
D-K S
计算法[8],即
K s.i=K s+
n+1
2
()-i·Δs(i=1,2,…,n)
(5)
式中K
s
平均壁厚减缩系数,可由下式求得
K s=e x p
l n K s.Σ
n
(6)
Δs经验参数(即K s.i等差数列中的公
差),在圆管拉拔中它的取值范围
大多为0.005～0.05(具体的取值
方法,参见文献[9])
对于冷轧管,它还须控制最末小段的K
s.n
值,这是保证成品管尺寸精度所必需的,否则成品管
尺寸精度将难于保证。

一般取K
s.n
值为1.05左右(它还与整个孔型结构有关)。

为此可用下式确定Δs值:
Δs=
2(K s-K s.n)
n-1
(当n为奇数时)
或Δ
s=
2(K s-K s.n)
n-2
(当n为偶数时)
(7)
考虑到分配K
s.i
的公式(5)是近似的,所以
应当对所得等差数列K
s.i
进行校核,求得本次计算是否"到位"的相对误差δ,取
δ=
K s.Σ算-K s.Σ
K s.Σ
(8)
式中K
s.Σ算
=K s.1·K s.2……K s.n,其中K s.i由公式(5)求得。

为了消除δ,使计算值精确"到位",将K
s.3
作如下的调整(此处参考文献[9]中第3种处理方法):(下转第60页)
参考文献:
[1]施红宝,王秋荷.专家系统[M].西安交通大学
出版社,1990.
[2]王树林,袁志宏.专家系统设计原理[M].科学
出版社,1991.
[3]高金吉.基于矩阵判别筛选法的机械故障诊断专
家系统.第五届全国机械设备故障诊断学术会议
论文集[C].科学技术文献出版社,1996,11～15.
[4]丁遂栋.断裂力学[M].机械工业出版
===============================================
,1997.
(上接第38页)
K's.3=K s.3
1+δ
(9)
这样,就不难获得各小段末端处的壁厚减缩系数K'
s.i:
K's.1=a1·K s.1
K's.2=a2·K s.2
K's.3=K s.3 1+δ
K's.i=K s.i
>
)
)
(i=4,5,…,n)
(10)
再通过定义或公式(4)求得对应的管坯壁厚
S i=S i-1/K's.i 其中取S
1=S'0/K's.1。

现仍以[1]275中的例子为例,作对比分析。

有一Y12管坯φ53m m×3m m,在L G-55轧机上轧成φ41m m×1.0m m的管子,变形段长度
为413m m,分7小段,每小段长59m m,S'
0= 3.51m m,S'n=0.90m m,试设计各小段末端处的
管坯壁厚S
i。

在本例中,选取a
1=1.20
和a
2=1.10。

为了
更好地对比,仍取原例中的K
s.n=1.0867。

按上
述顺序进行计算,计算结果K'
s.i
和S
i
值见表1。

(未完待续)。