采用六辊矫直机实现薄壁无缝钢管精密矫直的方法

摘要

本发明公开了一种采用六辊矫直机实现薄壁无缝钢管精密矫直的方法，旨在提供一种通过计算矫直压下量和矫正压下量，并通过矫直作用力与矫正作用力的合力与赫兹接触力的比较、直线度和椭圆长短轴直径差的验证获得最佳的工艺参数制造出具有高的表面质量的薄壁无缝钢管的方法。确定压下弯曲矫直次数和压扁弯曲矫正次数；确定矫直压下量、矫直作用力、矫正压下量和矫正作用力；根据赫兹接触理论计算导致无缝钢管发生凹陷变形的赫兹接触力；将赫兹接触力与矫直作用力和矫正作用力的合力进行比较；根据实际矫直压下量从1开始到矫直次数为止计算直线度误差；从1开始到矫正次数计算矫正后的椭圆长轴直径差和短轴直径差，并与标准值比较。

主权项

一种采用六辊矫直机实现薄壁无缝钢管精密矫直的方法，其特征在于，包括下述步骤：（1）确定压下弯曲矫直次数和压扁弯曲矫正次数：压下弯曲矫直次数的计算公式为：i1＝2L/S    ⑴压扁弯曲矫正次数的计算公式为：i＝4L/S    ⑵得到的矫直次数或矫正次数取整数，公式⑴和公式⑵中，L为轧辊同无缝钢管接触的两点之间距离，S为轧制时无缝钢管旋转前进的导程，无缝钢管旋转前进的导程的计算公式为：S＝π·d·tanα⑶公式⑶中，α为矫正中心线或矫直中心线与轧辊轴线之间的夹角；d为无缝钢管的外径；（2）确定薄壁无缝钢管的矫直压下量K、矫直作用力F1、矫正压下量和矫正作用力F2：其中，矫直压下量K的计算公式为： K = 0.36 σ E · l 2 E · d - - - ( 4 ) 公式⑷中：σE为无缝钢管材料的屈服极限，l为矫直辊的支承距离，E为无缝钢管的弹性模量，矫直作用力F1的计算公式为： F 1 48 J · δ · σ E l 3 - - - ( 5 ) 公式⑸中：J为无缝钢管的惯性截面距；δ为弹性极限变形挠度，当δ＞K时，取δ＝K；当δ≤K时，由公式（6）确定： δ = σ E · l 2 6 E · d - - - ( 6 ) 矫正压下量取无缝钢管外径的3‑5%；矫正作用力F2的计算公式为： F 2 = 1.08 bt 2 d · σ E - - - ( 7 ) 公式⑺中：b为无缝钢管和轧辊的接触宽度；t为无缝钢管的壁厚；（3）根据赫兹接触理论计算导致无缝钢管发生凹陷变形的赫兹接触力P： P = π 3 · d 2 24 E 2 · ( σ E ) 3 - - - ( 8 ) （4）将赫兹接触力与矫直作用力和矫正作用力的合力进行比较，如果矫直作用力和矫正作用力的合力大于赫兹接触力，则将赫兹接触力与合力的比值作为减小系数，将步骤（2）中的矫直压下量、矫直作用力、矫正作用力和矫正压下量分别乘以减小系数得到减小后的矫直压下量、矫直作用力、矫正作用力和矫正压下量，并将减小后的矫直作用力、矫直压下量、矫正作用力和矫正压下量作为实际矫直作用力、矫直压下量、矫正作用力和矫正压下量；如果矫直作用力和矫正作用力的合力小于或等于赫兹接触力，则将步骤（2）得到的矫直作用力、矫直压下量、矫正作用力和矫正压下量作为实际矫直作用力、矫直压下量、矫正作用力和矫正压下量；（5）根据步骤（4）得到的实际矫直压下量从矫直次数i等于1开始到由公式⑴得到的矫直次数为止计算无缝钢管的直线度误差△： Δ = l 2 · ΔC 1 12 - - - ( 9 ) 公式⑼中ΔC1为矫直残余曲率，通过公式⑽得到，ΔC1＝C0±(Cw‑Ce)⑽公式⑽中，C0为无缝钢管的原始曲率；CW为无缝钢管的反弯曲率，由公式⑾得到；Ce为无缝钢管的弹性回复曲率，由公式⑿得到， C w = 12 y l 2 - - - ( 11 ) C e = 2 σ E E · J · d - - - ( 12 ) 公式⑾中y为由步骤（4）得到的实际矫直压下量和实际矫正压下量之和；（6）从k等于1开始到由公式⑵得到的矫正次数为止计算矫正后的钢管椭圆长轴直径差△d01和短轴直径差△d02： Δd 01 = - d 0 2 · ΔC C 1 3 + d 0 · ΔC C 1 Δd 02 = - d 0 2 · ΔC C 2 3 + d 0 · ΔC C 2 公式中，△CC1为长轴残余曲率变化量，△CC2为短轴残余曲率变化量，分别通过下述公式得到：△CC1=△C21‑△Cy1△CC2=△C22‑△Cy2公式中：△Cy1为长轴弹性回复曲率变化量，△Cy2为短轴弹性回复曲率变化量；△C21为长轴变形曲率的变化量，△C22为短轴变形曲率的变化量，通过下述公式得到：△C21=△C01±△CW1△C22=△C02±△CW2式中： ΔC 01 = [ ( 1 - Δd 2 d 0 ) / ( 1 + Δd 2 d 0 ) 2 - 1 ] · 2 d 0 ΔC 02 = [ ( 1 - Δd 2 d 0 ) / ( 1 + Δd 2 d 0 ) 2 - 1 ] · 2 d 0 ΔC w 1 = 2 d w 2 - 2 d 0 = 2 · ( d min + 0.92 δ c ) ( d max - δ c ) 2 - 2 d 0 ΔC w 2 = 2 d w 1 - 2 d 0 = 2 · ( d max - δ c ) ( d min - 0.92 δ c ) 2 - 2 d 0 式中：d0为钢管的公称外径，△d为长轴与短轴的直径差，δc为矫正时沿矫正轧辊压下方向的压下量；（7）将步骤（5）和步骤（6）得到的矫直后无缝钢管的直线度误差、矫正后的无缝钢管的椭圆长轴直径差和短轴直径差分别与国家标准或用户规定的指标进行比较，如果计算结果有大于标准值的数值，则调整矫正中心线与矫直轧辊轴线之间的夹角α，重新从步骤（1）开始计算，直到直线度误差、长短轴直径差符合要求；如果计算结果都小于或等于标准值，则将计算的矫正中心线与矫直轧辊轴线之间的夹角、矫直压下量和矫正压下量确定为生产中的使用参数。