D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1989.01.009 第11卷第1期 北京科找大学学报 Vo1.11No.1 1989年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan 198) Y型轧机的孔型设计与力能参数 三邦文 王士宏 (治金机械教研空) (唐山钢铁公可) 摘要:本文根据3辊Y型扎机的工艺特点,通过几何关系,推炉出还用下3根Y 型轧机的孔型设计公式和力能参数计算公八, 关蔓词:孔型设计,轧制小,宽帐,轧制力矩 The Pass Designs and Parameters to Rolling Force and Touque for 3-Roll Stands Wang Bangwen Wang Shihong ABSTRACT:As of the characters of 3-roll stand,and through relation ul geometry,applied formula of the pass designs and parameters of olling force and touque for 3-roll stands are deriven. KEY WORDS:pass design,rolling force,spread,rolling to.que 根据3辊Y型轧机能轧制难变形金属的工艺特点,其孔型系统采用三角形孔型系统。对 于该孔型系统的设计,目前,国内外尚没有见到较为系统、实用的资料。随着3辊Y型轧机 的广泛应用,更需要研究三角形孔型的设计规律。本文通过三角形孔型的几问火系,推导出 了有关其孔型设计公式和力能参数计算公式。 1Y型轧机的孔型设计 1,1孔型形状的基本参数 在孔型设计中,孔型的形状是以孔型的形状系数作:为原始参数来确定的,因此,首先要 确定孔型的形状系数【。 1987一11一25收稿 4
第 卷第 期 年 月 北 京 科 找 天 、 · 学 学 报 型轧机的孔型设计与力 能参数 王邦 文 王 士 宏 冶 金机械 教研 室 店 山 钢铁 公 司 摘 要 本 文根 揩 辊 型 轧 机 的 〔 艺特 点 , 通 过 几 何 关 系 , 推 导 出适 辊 型 轧 机的孔 型 设 计公 式和 力能 参数 算公 、 。 关盈 词 孔 型 设 计 , 车 制 力 , 宽 展 , 轧 制 力矩 产 一 汉 牙 ,夕 夕即 牙 夕 矛洲 , 一 , 通 一 · 。 一 · , , , 根 据 辊 型轧机 能 轧制 难 变形金 属的工艺特点 , 其孔 型 系统 采用三 角形 孔 型 系统 。 对 于 该孔 型系统 的设 卜 , 目前 , 国内外 尚没有 见 到较 为系 统 、 实用 的 资料 。 随 着 辊 型轧机 的广泛应用 , 更需要研 究三 角形孔 型 的 设计 规 律 。 本文 通 过三 角形 孔 型的 几 何 关系 , 推 译出 了有关 其孔 型 设 计公 式 和 力 能参数 计 算公 式 。 型轧机的孔型设计 。 孔 型形状 的 基本参数 在 孔 型设计 中 , 孔 型的形状 是 以 孔 型 的 形状 系数作 为原始 参数 来确定 的 , 因此 , 西 一 先 要 确定孔 型的形状 系数 “ 。 一 日 一 一 收 稿 尸 DOI :10.13374/j .issn1001-053x.1989.01.009
(1)孔型形状系数k 如图1所示,孔型形状系数为 k=员 (1) 式中:a-孔型理论宽度, R-弧线半径, 当孔型的形状为平三角形孔型时,R→, 则=0;当孔型的形状为圆孔型时,R= √。,则=V3:当孔型的形状为不同 曲率的弧三角形孔型时,√3>k>0。 (2)孔型的理论宽度a 图1孔型各部份尺寸 如图1所示,因为号=合+号好骨, Fig.1 Pass sizes =a,所以: d a=√373*tg97g8 (2) 0=2sin-:. 2 (3) 式中:-孔型内切圆直径: 0-弧ABC的圆心角影 h-孔型正三角形的高。 (3)孔型的长半轴 =30 (4) 3 (4)孔型的短半轴r= (5) (6)孔型的弧线半径R=骨 (6) (6)孔型的面积为一个三角形和三个弓形面积之和。即: F=FBcE+3FABDC (7) 因为FacB=V3a2 4 Foe=69-言R-() 360 〔动ein受-gin(esin盘)]o 所uF〔y厚+oin合-是sn(a…受)] (8) 45
孔型形 状系数 如图 所 示 , 孔 型 形状 系数为 三 一二卜 一 刀一一﹁ 一 一 ︸八夕叹了一尺丫关一 仍一去厂一寸了、 ,一、 、 户才一 、 川咬一己丫不一名 份 一, 部、 资一、、£ 、 几 各 ︺﹃ 、、 、 、么型 式 中 一 一 孔 弧 型 线 理 半 论 径 宽 。 度 , 列厂 当孔 型的 形状 为平三角形孔 型时 , , 二 , 则 当 孔 型 的 形 状 为 圆孔型时 , 夕 了 则 了 曲率的 弧三 角形 孔 型 时 , 当 孔 型的 形 状为 不 司 了丁 友 。 孔 型的 理 论 宽度 女口图 所示 , 因 为布一 ‘ 入 夕 一 石 十 一 丙 一 一了 ‘ 住 图 二 宜 一旦 , 所 以 “ 了刃丁石遥石瓜 二 一 ,上艺 召一 弧 的 圆 心 角多 一儿 喇 叫 式 中 一 孔 型 内切 圆直 径 一 孔 型正三 角形 的 高 。 孔型 的长半 轴 匕多 一 。 ︵ 孔 型的 短半 轴 产 二 一 孔 型 的弧线半径 尸 二 一 石 孔 型的 面积 为一 个三 角形和三个 弓形面积 之和 。 即 , 因 为 乙 。 二 三三 。 了 、 、夕几 之 人 二 糯 “ 一 飞一户 “ 一 一 蓄 厂 , 左 一一二立一 一 一 二 气 介 乙 、 丽了 “ ‘ 所以 〔 了 柑 日 ‘ 十 一一了 二 ‘ 一 又 左 ‘ 乙 一 殊万 “ ,一 夸 〕 一 ‘一参 〕
(9) 则F=ya°或F=Z 式:Z= (I0) (7)孔型内切圆直伦设任迹两道孔型间的延伸系数为,1,,则 1→11=:…方2…,=S (11) 而S,=F,S,=F7,,F,=Z,d,,F=Zd1代入(11)式中,经整理:可得: d,……艺md (12) 式中:S,S,」一对应道次的轧件面积; F,F,-一对应道次的礼型面积: ,7,1一一对应道次的充填系数 ,+1一对道次的延伸系数; d,d,.,一对应道次的孔型内切圆直伦。 一般的延伸孔型,都采用相引同的孔型形状系数的弧三角孔,而且各孔的允填系数当基 本相等时,则: d:=Vi1"i2…t!di1 (13) 对于精轧孔型,若能确定轧件面积S,和允填系数,则:d,=m:√F (14) 式h:m=z 1 (15) 1.2轧件的宽度 bn 轧件作孔型中的宽展和压下t如图 2所示, 图中:[I,一n道次轧前高度; d一n道次轧后高度;即4轧厅内 2 切圆半伦; 1hn一n道次线压下量; pm一n道次允填余量: am一道次孔型宽度, In-l g bn一n道次轧件计算宽度; F「。:一n+1道次轧前高度; Ab一n道次计算宽展之水。 图二型的流城图 rig.2 Spread of pass 46
令 二 吐 搜 则 夕“ , 式 中 盛 一 ‘ 海 或 了 厄一 · · 一 ,︺ 孔 型 内 切圆 江径 设 任 断两 道孔 型 间的 延 伸系数 为 、 , , 则 而 了 去 ,刃 刀, 又 元 , 、 。 、 只 、 只 、 一 … … 之、 , 叮 , 二 , 之 ‘ , 只 ‘ 、 , ‘ 尹 代 人 一 式 中 , 经 整 理 , ’ 得 、 、 二 、 丸 一 万、 只 价 丫髻 」· 丫 叮豁 一 “ 之 式 ‘ , 』, , - 对 应道 次的 札 件面 积 一 讨应道 次 的 孔 型面积 之 , 口 、 』- 对 应道 次的充 填系数 之 、 - 对 应道 次的延 伸 系数 ‘ , 一 - 对 应道 次的 孔 型 内切 圆直 径 。 一 般 的延伸孔 型 , 都采 用相 同 的孔型 形状 系数 及的 弧三 角 孔 , 范且 各孔 的 充 滇 系数 当基 本相 等时 , 则 、 二 侧 石 、 入 、 “ 一几 , 式 , , 对于 情轧 孔 型 。 , 万 才一 轧 件 的 宽度 若 能 确 定轧 件 而 积 刃 和充 填系数 , , 则 』 。 月侧 凡 ‘ 轧 件 匕 所 示 , 图 中 注孔 型 中的宽 展 和 压 厂从如 图 道 次轧前 高度 道 次轧 后 高度 即 轧 后 内 切回半 径 、 。 一 道 次 线 压下 缺 一 道 次 充填余 员 一 迸 次孔 型宽度 。 一 。 道 次轧件 计算宽度 。 ‘ 一 。 道 次轧前 高度 八 , , 、 、 , 、 、 、 ‘ ’ 三 ” 一 “ 道 次计 算 宽 展之 平 。 …二斤入 什了 片弓 犷 丫 解 图 一 化 型 的 宽 展 图
因为在一般情况下,△h./H。<1,所以采用采利柯夫公式来计算宽展12?。 2 (16) c=1.34(b/1-0.15)e015-b:+0.5 (17) f(e)=0.138e2-0.328e (13) e=4h。 n (19) 1=Da△h。 (20) 当圆进三角孔型时: b=√(dn-1-dn)(dn-1+d。) (21) 当共他情况时: b=1.15(dn-1-0.5i.) (22) 4=1.05-0.0005t-0.0560 (23) 式中:口-轧制速度; Da=D:-d (24) t-轧制温度; D-轧辊理论直径; 1-接触弧水平投影长度; d-孔型内切圆直径; D:轧辊孔型底部直径: 4-轧辊与轧件之间的摩擦系数。 1.了孔型的充坝系数7 各孔型的宽展确定之后,要计算孔型的充填,以便确定轧件的面积和延伸系数等直。轧 件在孔型中的充填情况如图3所示。充填系数是表示轧件在孔型中的充填程度。即: (25) 式中,s=F-△F=ya2-bFBc 因为月=180。-6-30°=60°-9 2 2 x=∠AD0=150°-0 2 DC=- p m(30+) .a =V-+3名=是 4 式中:L=V4=+V3, 图3轧件在孔型中的充填 4 Fig.3 In pass the full of workpicce 47
因为在一 般情况 下 , △ 。 。 , 所以采用采利柯夫 公 式 来计算宽展 “ 〕 。 笔 几一 ‘ 一 瓷 ‘ · , 。 理 一 ’ 一 ” ‘ 一 。 。 云 △ 。 “ 一 了兀 当 圆进三 角孔 型时 训 一 工 一 。 。 一 , 。 当 共 他 情况 时 石二 。 。 一 一 子 。 一 。 一 。 砂 式 中 一 轧制 速 度 一 车 制温 度 一 接 触 弧水平 投 影长 度 一 车 辊孔 型底 部直 径 二 、 一 ‘ 一 车 辊理 论直 径 一 孔 型 内切 圆直径 户轧 辊 与轧 件之 间的 摩 擦 系数 。 孔型的充埙系数 刀 各孔 型 的宽 展确定之后 , 要 计 算孔 型的充 填 , 以 便确 定轧 件的面积和延 伸系数 等 直 。 轧 件 在孔 型 中的充 填情况如 图 所示 。 充 填系数 是 表示轧 件在孔 型 中的充 填程度 。 即 一 式 中 因为 二 尸 一 么 二 “ 一 此 刀二 “ 一 夕 乙 二 “ 一 口 口 二干 产 、 “ 一石 】 ‘ , 了了 、 山‘, ﹄﹄ 马月 中的 充填 ,闭亡 一竹白任八子 石华夕日 图 式 中 二 乃 刀 侧 一 “ 侧 左 了 一 花’ 侧 及 夕
OD-R-DC-R--1 sind=-sipr-OD=L-R-=L-nk R 式中:p=na (26) 由图2所示,p=A-(+的) 所以a=180-∠4-r=g+g-sinL-)=后+G 式:中in冬-saU-k) (27) DE=Dsa=a(g-E)sia(g+G) D=pts(号-sin1)=antg(号-sin'冬) 所以 Ee0a-gpB0-gRDE-[品e(g+c) -2mg(号-sn冬)-(日-是)· }sin(+G)]a=如 式中: =360k:(8+G)-(号-sin冬)-分(日: -)·sin(g+G) (28) 则 S。ya2=6a三=1-6 n= ya2 (29) y 根据不同的孔型系统,一般可按下例范围选取: 孤三角和平三角的延伸孔: 7=0.8~0.95 第一道圆进弧三角时: 1=0.92~0.96 “三角一圆”延伸孔(圆孔): 7=0,90~0.99 “三角-圆”延伸孔(三角孔):7=0.34~0.97 精轧三角孔延伸系数大时: 7=0.94~0.97 精轧三角孔 延伸系数小时: 7=0.90~0.94 精轧圆孔 7=0.99~0.996 其余圆孔(按内切圆) 7=1.00 48
二 一 尸 一 艺 一 砂竺一 左 一 一芬下一 曰 一 六 九 式 中 。 。 由图 所示 , 一 一 一 陀 介 人,‘ 一 月口,‘ “ 万卜︵︶ 一 乙 一 一沂︺ 、夕 所 以 式 中 所 以 式 中 贝 寿 行 二 几 一 - 一 一 ‘ 一 刀 人 · 一 下 、 一 一 。 。 汀 , 寿 - 一 一 兀一 、 刀 二 · 厂 」 兀 丽一 一厄 一 一 一 一 偿 一 “ · 二 〔碳赫 普 韧 一 俘 一 青 · 一汀 曰土, 一 ‘ 。赢 菩 一 十 ‘ ‘ 〕一 , 一乡 · ,‘ 晋一‘一夸 一 含 告 门 尸洲 白, 、 、口 兀一 矛 月 、了、 一 丁,二 丸儿 ,二 ” 一 如 一 , 。 功 一 一 一 二 一- 一 几 一 - ︸ 子 一一 根据不 同 的孔 型 系统 , 一 般 可按 下例 范围 选 取 川 弧三 角和 平三 角的 延 伸孔 。 一 。 第 一 道 圆进 弧三 角时 。 一 “ 三 角一 圆 ” 延伸孔 圆孔 刀 , 。 一 。 。 ,’ 三 角一 圃 ” 延伸孔 三 角孔 。 。 一 精 轧 三 角孔 延 伸 系数大 时 叮 一 精 轧 三 角孔 延伸 系数小 时 。 一 精轧 圆孔 刃 一 其余 圆孔 按 内切 圆 刃 二 的
1.4轧辊的工作直径 设孔型弧线上P点(见图4)的轧辊线速度与轧件走出孔型的速度相等时,对应于P点 的轧辊直径称为轧辊的工作直径,以Dw表示,按几何关系可近似表示为: Dx=D-2(3+4D) 4D-fg-(66-gRsn9)ia -〔动sin冬-gsin(esa台)〕是 所以Dr=D1-od (30) 式t:o=〔g3+a冬-sin(2sia冬)] (31) 轧辊理论直径D:为Y型轧机的3个轧辊轴中心线组成一个正三角形内切圆直径。 (0,R中) P (o,y) (o啼平) X。 图4轧银的工作直径 图5整体加工孔型的解析图 Fig.4 Working diameter of rolls Fig.5 Analyzing diagram of machining pass 2加工轧辊型的曲线方程 如图5所示,取坐标系为x0y,c点坐标为(o,R,)A点坐标为(o,R?-), AC段内任意p的坐标为(0,y),则 0e=r=/g+(R-02) 8=i-(R.-02) p=r=/好+(-) 49
。 轧 辊 的 工作 值径 、 设孔 型弧线上 尸点 见 图 的轧辊线速度 与轧 件走 出孔 型 的速 度相 等时 , 对 应于 点 的轧辊直径称 为轧 辊 的 工作直径 , 以 表示 , 按几 何关 系可近似表 示 为 。 。 。 , 。 口 二 夕 一 乙 灭厄一 “ 十 六 口 入沈 瓷 。 一 嗜 一 “ ·‘· 夕 了 ’ “ 〔 汀 寿 一 上 厄百 “ ’ 卜 一 盛 -了 夕 一工 ︷ 、 叮 一 、 所 以 式 中 ,工一 了 面奚压“ ‘ 令 一 箭 ‘· 一 渗 一 〕 轧辊理论直径 为 型轧机 的 个轧辊轴 中心线 组成一 个正三 角形 内切 圆 直径 。 切军 口 ’ 。 图 凌 轧 辊的 工作直径 主 王 , 图 整体加 工 孔型 的解析图 习 加 工 轧辊型的 曲线方程 如 图 所示 , 取坐标 系为 劣 。 夕 , , 。 点 坐 标为 。 , , , 点 坐标为 。 , 、 言一 丫 军任 段内任意 的坐标 为 , 夕 , 则 一 ‘ ﹂ 、乙︷山一一 、厂、, ‘ 一 、 一 一︷十 “ ﹀ 请 。 卜 、 言 亨一 吸式 ‘ 一 一 , 、 二 丫 二 夕 、 , 衬 十 一 下
根据铣刀方程:y2+Z2=R? 有 r2+Z2=r员+D(R.-VR?-Z (32) 式中:R,~铣刀(或车刀)半伦: D-轧锟理论直径, r,-轧辊槽底半径: r2-对应于Z点的轧辊半径(图6), 0' Z 图G轧辊孔型弧线方程曲线 Fig.6 Curve of roll pass 式(32)为以R。为半径的铣刀或车月加工出的孔型真实曲线。它是一种特殊的次曲 线。按此公式.每有一个乙位,则对应行一个r:值。当Z=0时,:=…当Z=名时, ri=r2 对于刀儿尺寸R,按如下方法求: 将式(32)改写成:+Z2-足=R,-VR:-Z: D (33) 令K.=+不=,则D=K,+K Z2 D (34) 式中D。铣刀(或车刀)直径; ,=D-:Z= 2 2 r,=】(D-d),其它符号前。 3Y型轧机的力能参数计算 3.1轧制压力的计算 轧制压力的计算就是计算轧件与轧绲之间的接触面积和轧件给轧辊的平均单位压力。前 者可通过儿何关系获得,后者则要考虑诸多影响因素。】轧机与普通二辊轧机仁轧制力的 计算方法上有异同之处。 当轧件进入Y型轧机的孔型时,轧件受到3个方向的压缩力p,轧件给轧辊反力为p', 两者构成平衡力系。因此,只要求得其中一个力p就可以了。则 p=FPm (35) 式中:F-轧件与一个轧辊之间的接触面积,F=bmI: 50
根 据 铣 月方程 二 尸了 有 十 “ , 式 中 刀厂铣 刀 或车 刀 半 径 ,一 轧 辊槽 底半 径 , , 一 侧 若一 。 一 轧辊理 论直径 一 对 应于 点 的 轧辊半 径 图 , 、 俘 卜门 曰 , 图 。 轧 辊孔 型 弧 线 方程 曲线 、 式 为以 刀, 为半径 的 铣 刀 或车 少 加 工 出的孔 型真 实曲线 。 它 是 一 种 待 殊 的二 次 曲 按 此公 式 , 每有一 个 “〔 , 则对 应 ’ 一 个 卜 依 。 当 二 时 , 二 , 、马 二 一 牛时 , ‘ 对于 刀 尺寸 , 按 如下 方法求 出 将 式 改写 成 十 “ 一 爹 , 尸, 一 侧 矛 一 止 令 ‘ 二 二 “ 一 贝 。 。 二 。 十 异 式 ‘ , 刀 ‘ 一 铣 刀 「 或车 刀 直径 , , , 一 一 月 乙 - 一 。 · 一 “ , 共它 符 · 司。、、 。 型轧机的 力能参数计算 轧 制压力 的计 算 轧制压 力 的 算就是 计算轧 件 与轧辊 之 间的接 触面积 和轧件 给 轧辊 的 平均 单位 压 力 。 前 几线 。 者 可通过儿 何关 系获得 后 者 则 要考虑 诸 多影响 因素 。 、 到轧机 与普通 二辊车 机 在轧制 力的 计 算 方法 一上有 异 同之 处 。 当轧件进 入 型轧机 的孔 型时 , 轧件 受 到 个方 向的 压 缩 力 , 轧件 给轧 辊 反 力 为 ’ , 两者 构成 平衡 力 系 。 因此 , 只 要求得 其 中一 个 力 就可 以 了 。 则 户 ’ 。 式中 一 轧 件 与一 个轧 辊 之间的接触 面积 , 二 。 万
pm-平均单位压力; I-接触弧的水平投影长度,1=√△hD: 6。-轧件酒过变形区的平均宽度,bn=6士b。 2 b。、bm一轧前、后轧件宽度。 出轧件由网进人三角孔型时(图7)· ()=(21)°-() bm=b=√da-1-d; (36) 式中:d。-1-前一个孔型的内切圆直径, d。-该计算孔型的内切圆直径。 图?网许进人三角孔型 在其它情况时,bm=6=1.15(dm-1-0.05d,) Fig.Round into triangle pass (37) 通常平均单位压力的计算方法有:一是理论公式,即对卡尔曼或奥洛万做分方程积分求 解,除以接触面积得到,如采利柯夫、西姆斯等公式;另一类是半经验公式、如艾克隆德公 式等。对于型钢热轧,常用艾克隆德公式【3): Pm=(1+m)(k+nu) (38) 3.2轧制力矩计算 上型轧机的3个轧锟都存在一个同样大小的力矩,3个轧辊力矩总和为 M2=3p中V△h.D (39) 式中,一力臂系数,一般=0.5。 4结束语 本文从几何关系推导出Y型轧机孔型形状的基本参数,轧件的宽展,允填系数,工作辊 直径,加工轧辊孔型的曲线方程和轧制力能参数的计算公式,经实际验证是可靠的。这些计 算公式对3锟Y型轧机的孔型设计和力能参数的计算具有实际意义。 参考文献 1洛阳有色冶金设计院。3锟线材连轧机技术鉴定和现场试验,1971 2赵志业,金属塑性变形与轧制理论,治金工业出版社,1980:333 3线材生产编写组。线材生产,冶金工业出版社,1983 51
。 一 平均 单位 压 力 一 接 触 弧 的 水 平 投 影 长 度 , 二 了 △ , · · · 一 一 、 一 一 、 、 一轧 件通 过 变形 区的 平均 宽 度 , 练 业 。 、 一 轧前 、 后 轧 件宽 度 。 当轧 件 由阅进 人三 角孔 型时 图 , ‘ 乙 、 了 一 生二工、 一 了右、 艺 艺 。 二 丫 灵 一 , 一 盖 式 中 一 一前 一 个孔 型 的 内切 圆直径 , 一该计 算孔 型的 内切 圆直径 。 在 其它情况 时 , 。 二 。 一 , 一 通常 平 均单位压 力的计 算方 法有 一 是理论 公 式 , 解 , 除 以接 触 面积得 到 , 如 采利 柯夫 、 西 姆斯等 公 式 式等 。 对于 型 钢热 轧 , 常 用 艾克 隆德公 式 〔 “ ’ 而辰 币伙 划 冈 件进 凡三 角孔 型 了 , 即 对 卡尔 曼或 奥洛万 微 分方程 积 分求 另一 类是半 经验公 式 , 如 艾克 隆 德公 刀。 阴 。 。 轧 制 力 矩计 算 型轧机 的 个轧 辊都 存 在一 个同样大 小 的 力矩 , 个轧辊 力矩 总和 为 劝了 人 · 式 中 , 劝一 力 臂系数 , 一 般 劝二 。 。 结 束 语 本 文从几 何关 系 推导 出 型轧机 孔 型形状 的 基 本 参数 , 轧件 的 宽 展 , 充 填 系数 , 工 作辊 直 径 , 加 工轧辊孔 型 的 曲线 方程 和 轧制 力能参数 的计 算公 式 , 经 实际验 证是 可靠 的 。 这 些计 算公式对 辊 型轧机 的孔 型设计 和 力能参数 的计 算具有实 际意 义 。 参 考 文 献 洛 阳有 色 冶金 设计 院 辊线 材连 轧机技 术 鉴定和 现场 试验 , 赵志业 , 金 属塑性变 形 与轧制 理论 , 冶 金 工业 出版社 , 。 线 材生 产编 写组 线 材生 产 , 冶 金 工业 出版社