CN108380670A - 一种预防管体斜轧穿孔后卡的轧辊 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预防管体斜轧穿孔后卡的轧辊，该轧辊为锥形辊，锥形辊的辊面形状为外凸圆弧形，该外凸圆弧由两段相切的圆弧确定，本发明的轧辊的内扩展量相较普通锥形辊明显扩大，更有利于斜轧穿孔中坯料与顶头的分离，同时在工艺参数相同的情况下更利于穿轧大直径管坯。在穿孔初始阶段坯料顺利咬入，稳态轧制过程稳定，穿孔结束阶段未出现顶头未穿出、包尾等后卡问题，降低了顶头磨损，提高了轧制节奏，所获得的厚壁管管坯壁厚均匀性良好。

Description

一种预防管体斜轧穿孔后卡的轧辊

技术领域

本发明属于管材加工技术领域，具体涉及一种预防厚壁管斜轧穿孔后卡的轧辊。

背景技术

后卡是指发生在管坯尾部金属逐渐离开变形区的不稳定阶段的轧卡，作为厚壁管斜轧穿孔过程中最为常见的问题，其主要表现为：(1)顶头没有露出，轧卡部位为圆头且端部凹陷；(2)顶头露出一部分或完全露出，但无法与坯料分离。斜轧穿孔过程如图1所示。

出现后卡问题的主要原因在于：(1)顶头在穿孔过程中磨损严重，甚至出现部分融化现象，使顶头和坯料黏在一起，发生包顶头现象，形成后卡；(2)当顶头穿出坯料尾部时，顶头轴向力迅速减小，坯料更容易沿轧制线方向变形，造成坯料尾部缩径现象的发生。在内扩展量不足以抵消由于缩径现象带来的坯料尾端内径的减小量时，虽然顶头已经穿出，但无法与坯料脱离。

发明内容

针对现有制备技术的缺陷和不足，本发明的目的是提供了一种预防厚壁管斜轧穿孔后卡的轧辊，使得顶头与坯料之间的间隙增大，保证坯料尾部顺利脱离顶头，解决厚壁管在斜轧穿孔过程中的后卡问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种预防管体斜轧穿孔后卡的轧辊，所述的轧辊为锥形辊，所述的锥形辊的母线从起始端至末端由两段相切的第一圆弧和第二圆弧组成，所述的第一圆弧和第二圆弧分别满足以下关系式：

所述的第一圆弧的圆心O₁的坐标为(R_x1,R_y1)，半径为R₁，其中：

R₁＝(L₁+R_x1)²+(y_p-R_y1)²；

所述的第二圆弧的圆心O₂的坐标为(R_x2,R_y2)，半径为R₂，其中：

R₂＝(L₂-R_x2)²+(y_q-R_y2)²；

且满足：

其中，

上式中，R为轧辊半径，β为轧辊送进角，γ为碾压角，为轧辊入口锥角，为轧辊出口锥角，L₁为轧辊入口段长度，L₂为轧辊出口段长度，D_p表示坯料未穿孔前的直径，D_ck表示辊距，i为第一段圆弧与轧辊入口端面的交点距离轧辊入口端面边缘的距离，j为第二段圆弧与轧辊出口端面的交点距离轧辊出口端面边缘的距离。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的轧辊的内扩展量相较普通锥形辊明显扩大，更有利于斜轧穿孔中坯料与顶头的分离，同时在工艺参数相同的情况下更利于穿轧大直径管坯。在二辊斜轧穿孔机上使用新型螺线型轧辊进行穿孔实验，实现径厚比为3.7～7.5的厚壁管斜轧穿孔过程的顺利进行。在穿孔初始阶段坯料顺利咬入，稳态轧制过程稳定，穿孔结束阶段未出现顶头未穿出、包尾等后卡问题，降低了顶头磨损，提高了轧制节奏，所获得的厚壁管管坯壁厚均匀性良好。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

附图说明

图1为斜轧穿孔过程示意图。

图2a为本发明的轧辊正视图坐标系示意图。

图2b为轧辊俯视结构示意图。

图3为本发明的轧辊的辊面示意图。

图4为本发明的轧辊的实体结构示意图。

图5为实施例2中TC4后卡状态横截面。

图6为实施例3中TC4穿孔后的状态横截面。

附图中各标号的含义：1-轧辊，2-坯料，3-顶头

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示为传统的两辊斜轧穿孔机的结构简图，这种锥形辊辊型在厚壁管斜轧穿孔过程中容易出现顶头后卡现象，因此，本发明设计了一种螺线型轧辊，在保证轧辊间距与变形区长度不变的前提下，将普通锥形辊为直线的辊面曲线变为外凸圆弧曲线。增大变形区内直径压下量，使坯料沿导板方向压扁过程加剧，顶头与坯料间间隙增大，有效降低顶头磨损程度。同时可增大内扩展量，保证坯料尾部顺利脱离顶头，从而解决厚壁管在斜轧穿孔过程中的后卡问题，提高生产效率和材料利用率。

如图2所示为本发明的轧辊设计过程原理图，本发明的轧辊1为锥形辊，该锥形辊的母线从起始端至末端由两段相切的第一圆弧和第二圆弧组成，即辊面形状为外凸圆弧形，第一圆弧和第二圆弧分别满足以下关系式：

第一圆弧的圆心O₁的坐标为(R_x1,R_y1)，半径为R1，其中：

R₁＝(L₁+R_x1)²+(y_p-R_y1)²；

第二圆弧的圆心O₂的坐标为(R_x2,R_y2)，半径为R2，其中：

R₂＝(L₂-R_x2)²+(y_q-R_y2)²；

且满足：

其中，

其中，R为轧辊半径，即轧辊孔喉处至轧辊中心的距离，根据用户所需轧制坯料的参数如D_p即可确定，一般轧辊直径与最大轧制坯料外径比，对于小型机组为6～7.5，中型机组取4.5～5.0，大型机组取4.0左右；γ为碾压角，即轧辊正视图下，轧辊轴线与轧制线之间的夹角，一般为8°～15°；β为轧辊送进角，即轧辊俯视图下，轧辊轴线与轧制线的夹角，一般为8°～18°；为轧辊入口锥角，一般为1°～3°，为轧辊出口锥角，一般取2.5°～4.5°，L₁为轧辊入口段长度，即轧辊入口端面中心点至轧辊中心的距离，可根据行业经验确定，也可根据公式确定，其中ΔD_Pmax为管坯直径压下量最大量；L₂为轧辊出口段长度，即轧辊出口端面中心点至轧辊中心的距离，可根据行业经验确定，也可根据公式确定，其中D_mmax为毛管(管坯穿孔后)的最大外径；D_ck表示辊距，即两个轧辊孔喉处(C点)的距离，D_p是坯料未穿孔前的直径，i为第一段圆弧与轧辊入口端面的交点P距离轧辊入口端面边缘的距离，即图2中P点与A点之间的距离，j为第二段圆弧与轧辊出口端面的交点Q距离轧辊出口端面边缘的距离，即图2中Q点与E点之间的距离。具体见图2a和图2b所示，图2a中，A为轧辊入口端面边缘上的一点，B为坯料与轧辊首次接触点，C点为轧辊孔喉处的点，D点为坯料与轧辊的分离点，E点为轧辊出口端面边缘上的一点。

以轧辊中心点(指轧辊轴线与轧辊半径的交点)为坐标原点O建立Oxy坐标系，第一圆弧和第二圆弧的圆心坐标O₁和O₂在该二维坐标内。在获取本发明所述的轧辊时，所需轧辊的辊型参数R、β、γ、L₁、L₂、D_ck等一般行业经验可以确定。

另外，分别对普通锥形轧辊和本发明的螺线型轧辊针对不同规格坯料斜轧穿孔内扩展量进行计算；根据不同坯料尺寸的内扩展量确定轧辊对坯料尺寸的适用范围。其中，内扩展量Δd_k的计算公式为：

Δd_k＝d_m-d_t

其中，d_m为毛管内径，即坯料穿孔后的内径，d_t为顶头直径；一般，厚壁管管坯径厚比为3.7～7.5，顶头直径d_t约为毛管内径d_m的0.9～0.95倍，坯料外径D_p约为毛管外径D_m的0.94～0.96倍。

不同坯料尺寸内扩展量具体见表1：

表1不同尺寸坯料内扩展量

Dp(mm)	普通锥形辊内扩展量(mm)	螺线型轧辊内扩展量(mm)
			35	1.3	2.2
40	0.6	1.6
			45	0	1.2
50	0	0.6

从上表1中可以看出，本发明的轧辊的内扩展量相较普通锥形辊明显扩大，更有利于斜轧穿孔中毛管与顶头的分离，同时在工艺参数相同的情况下更利于穿轧大直径管坯。在二辊斜轧穿孔机上使用本发明的螺线型轧辊进行穿孔实验，可实现径厚比为3.7～7.5的厚壁管斜轧穿孔过程的顺利进行。

为了进一步说明本发明的技术效果，以下给出使用普通锥形辊和本发明轧辊进行穿孔的具体实施例。

实施例1

在本实施例中，坯料未穿孔前的直径D_p＝45mm，则所需轧辊的半径R＝120mm，轧辊送进角β＝15°，碾压角γ＝15°，轧辊入口段长度L₁＝105mm，轧辊出口段长度L₂＝137mm，辊距D_ck＝41.4mm，结合本发明中R_x1，R_y1，R_x2，R_y2，R₁，R₂的计算公式得出：第一圆弧的圆心O₁的坐标为(100.7，274.7)，半径＝407.3mm；第二圆弧的圆心O₂的坐标为(178.6，658.7)，半径＝798.9mm；i＝10mm，j＝10mm。

根据第一圆弧、第一圆弧与轧辊入口端面的交点、第二圆弧、第二圆弧与轧辊出口端面的交点确定了轧辊的辊面曲线，所获得的轧辊形状如图3和图4所示。

实施例2

本实施例使用普通锥形辊对TC4棒材进行穿孔，首先通过机加工的方法获得尺寸为Φ45×200mm的TC4棒材作为原始坯料。加热至960℃去除表面氧化皮之后进行斜轧穿孔试验。轧辊转速为70r/min，送进角和辗轧角均为15°，穿孔过程中顶头尺寸为Φ20×40mm，直径压下率8％，顶前压下率6％。穿孔过程中发生后卡，坯料未能完全脱离顶头，如图5所示。

实施例3

本实施例使用实施例1所获得的轧辊对TC4棒材进行穿孔，通过机加工的方法获得尺寸为Φ45×200mm的TC4棒材作为原始坯料。加热至960℃去除表面氧化皮之后进行斜轧穿孔试验。轧辊转速为70r/min，送进角和辗轧角均为15°，穿孔过程中顶头尺寸为Φ20×40mm，直径压下率8％，顶前压下率6％。穿孔过程中未发生后卡，穿孔后的管坯在室温条件下进行空冷，获得长度为223mm的厚壁管，如图6所示。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种预防管体斜轧穿孔后卡的轧辊，其特征在于，所述的轧辊(1)为锥形辊，所述的锥形辊的母线从起始端至末端由两段相切的第一圆弧和第二圆弧组成，所述的第一圆弧和第二圆弧分别满足以下关系式：

所述的第一圆弧的圆心O₁的坐标为(R_x1,R_y1)，半径为R₁，其中：

R₁＝(L₁+R_x1)²+(y_p-R_y1)²；

所述的第二圆弧的圆心O₂的坐标为(R_x2,R_y2)，半径为R₂，其中：

R₂＝(L₂-R_x2)²+(y_q-R_y2)²；

且满足：

其中，

上式中，R为轧辊半径，β为轧辊送进角，γ为碾压角，为轧辊入口锥角，为轧辊出口锥角，L₁为轧辊入口段长度，L₂为轧辊出口段长度，D_p表示坯料未穿孔前的直径，D_ck表示辊距，i为第一段圆弧与轧辊入口端面的交点距离轧辊入口端面边缘的距离，j为第二段圆弧与轧辊出口端面的交点距离轧辊出口端面边缘的距离。