【正文】 ................................... 49 毛管的幾何尺寸 ............................................................................................ 49 毛管內(nèi)外表面質(zhì)量 ........................................................................................ 50 參考文獻 .................................................................................................................................. 53 附錄 .......................................................................................................................................... 54 致謝 .......................................................................................................................................... 55 內(nèi) 蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 1 第一章 概述 穿孔機組的產(chǎn)生及其發(fā)展 1884 年發(fā)明用兩輥斜軋穿孔法生產(chǎn)無縫鋼管， 1892 年發(fā)明用沖孔法生產(chǎn)毛管，近來又發(fā)明了用推軋穿孔法來生產(chǎn)毛管，但至今斜軋穿孔法在無縫鋼管中仍占有最大的比重。較長時間以來，曼式穿孔機一直獲得了最廣泛的應用，但是，隨著對曼式穿孔機的認識不斷深入，為克服曼式穿孔機存在著曼內(nèi)斯曼效應，改善毛管質(zhì)量，人們通過不斷的研究總結(jié)發(fā)明了大導盤（盤式）穿孔機和錐形棍 （菌式）穿孔機并且已經(jīng)在實踐中投入使用。 1758 年瑞士人 A H Calmes 提出了連軋管工藝芯棒限動的設想，經(jīng)過計算，實驗并且獲得了專利。 穿孔區(qū)的工藝流程 穿孔機是生產(chǎn)無縫鋼管的重要的一個環(huán)節(jié)，穿孔區(qū)的工藝流程如圖 11 所示 圖 11 內(nèi) 蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 3 圖 11 中 1—— 環(huán)形爐 2—— 裝料機 3—— 出料機 4—— 運輸鏈 5—— 剔除 架臺 6—— 輥道 7—— 穿孔機 8—— 穿孔機后臺 1 9—— 頂桿上線臺架 10—— 穿孔機后臺 2 11—— 頂桿下線臺架 12—— 抗氧化站 13—— 運輸鏈 14—— 剔除架臺 15—— 穿孔機前臺 16—— 推料機 簡述穿孔區(qū)的工藝流程為：由環(huán)形環(huán)形爐加熱到 1280 攝氏度的管坯經(jīng)出料機夾出，并且放在出料臺架上，通過橫移推料裝置和拔料器送到鏈式移送機，由翻料鉤將管 坯送到輥道上，在輥道的端部，管坯由擋板定位。定心輥先用來保證頂桿中心線與軋制中心線一致，在隨后的軋制過程中為毛管導向（除機內(nèi)定心輥外）。 當毛管前端伸出穿孔機到達第二架定心輥前時，第二架定心輥打開（小打開），到達第三架定心輥前時，第三架定心輥打開，依次類推。而頂頭和頂桿正常的情況內(nèi) 蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 4 下進行下一根管坯的軋制。 拔料裝置由液壓缸驅(qū)動，比例閥 3DSP 控制，實現(xiàn)快慢速度向前和向后運動，用于將管坯翻至鏈式移送機的入口處鞍座上。 .輥道由電機驅(qū)動，從鏈式移送機的出口運輸管坯到穿孔機入口側(cè)。 .主傳動裝置 主傳動裝置包括電機，齒輪聯(lián)軸節(jié)，減速齒輪機座，主軸聯(lián)桿裝置，主軸支持裝置擺動裝置。前臺由緩沖裝置，推料機，受料槽，入口導板，剔除臺架組成，其中，緩沖裝置是由兩個液壓缸驅(qū) 動的杠桿系統(tǒng)構(gòu)成，每個液壓缸帶動帶兩個瓜，用于管坯平穩(wěn)的翻到受料槽或者用于緊急事故下軋件的剔出。推料機由液壓缸和推料頭組成，二者之間由銷軸連接，液壓缸帶動推料頭往復運動，剔除臺架在緊急事故下，剔除軋件到臺架上。不控制毛管，僅有兩個位置，抱住頂桿和完全打開，一個液壓缸組成的連桿機構(gòu)來實現(xiàn)這個動作；定心輥在換輥時，必須傾斜到上位，由兩個液壓缸加一個 連桿機構(gòu)實現(xiàn)這個動作；機內(nèi)定心輥由兩個液壓缸與壓塊鎖緊。 升降輥：用于輸送頂桿和毛管，共有 7 組。 鏈式移送機：輸送到鞍座上的毛管，首先進行吹氮氣和硼砂，然后，運輸?shù)筋A穿線，具體結(jié)構(gòu)如圖 14 所示： 內(nèi) 蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 8 圖 14 主電機功率 110KW ，轉(zhuǎn)速 100RPM ，減速比 1225 1 , 84 12????，鏈輪直徑 mm? ? 。 頂桿支持輥：中間一個，靠近冷卻箱一個，高度調(diào)整：由電機傳動減速機帶動千斤頂來完成， 氣缸組成的連桿來實現(xiàn)中間輥的升降。頂桿小車的預旋轉(zhuǎn) 機構(gòu)由液壓馬達作為動力源，液壓缸帶動連桿其嚙合作用，氣缸其制動作用來完成。 該過程的流程示意圖如圖 21 所示 內(nèi) 蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 12 第三章 傳動部分的設計計算及其參數(shù)選擇 如圖 31 所示為穿孔機主傳動部分的兩套傳動方案，第一套傳動方案是電機串聯(lián)，通過聯(lián)軸器，從而實現(xiàn)傳動；第二套方案是電機并聯(lián)排列，實現(xiàn)傳動。 4 帶傳動可緩沖吸振，同時還有過載保護作用，但因摩擦生電，不宜用于易燃、易爆的場合。 8 一般外廓尺寸較大的傳動（如帶）和傳動能力較低的傳動（如錐齒輪），分配給較小的傳動比。 A，旋轉(zhuǎn)條件：即作用在管坯旋轉(zhuǎn)力矩大于或等于阻礙管坯旋轉(zhuǎn)的阻力矩，則有( ) 0TNn M M??，即 TNMM? B，前進條件：管坯拽入力大于等于其軸向阻力，則 ( ) 0X X O Xn T N P Q? ? ? ? 式中： TM —— 管坯旋轉(zhuǎn)力矩； NM —— 管坯旋轉(zhuǎn)阻力矩； OP —— 推鋼機推力，非推力穿孔 OP =0； XT —— 軋輥給軋件的摩擦力的軸向分力； XN —— 軋輥給軋件的正壓力的軸向分力； XQ —— 頂頭阻力，第一次咬入時， XQ =0； YZT —— 軋輥給軋件的摩擦力的切向分力； 內(nèi) 蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 14 YZN —— 軋輥給軋件的正壓力的切向分力 由 于第二次咬入時有頂頭阻力，故第二次咬入是關鍵，在每次咬入時只有旋轉(zhuǎn)才能前進，但是旋轉(zhuǎn)不一定前進，故前進條件是主要的。 第二次咬入時， 2 000 , , 0X X oQ Q r P P?? ? ? 滿足旋轉(zhuǎn)條件時，極限狀態(tài) 內(nèi) 蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 23 02 20sin c o s1 1()1 c o s ( sin sin ) ( ) 1( 1 )XXYXSS fD Pbi??? ? ?? ?? ? ?? 把此值代入 cos? 計算式，得 cos? 的最大值： 220 2 020201c osc os ( si n si n ) si n c os 11 ( ) ( )si n c os c os ( si n si n ) ( ) 1( 1 )f D Pbi?? ? ? ???? ? ? ????? ?? 由數(shù)學推導 2(1 )c o s 1 ( )PbifD? ???22 01( 1 ) ( 1 )c o s 1 ( ) ( ) 1 ( )2 ta nP d qPPDb i b iT X T N f f p b LfD fD?? ???? ? ? ? ? ? sin 1NX N P??? 101( ) ta n2 ta nP dqDbL? ?? ? 而 sin 1? 1tan?? 因 ( ) 0X X O Xn T N P Q? ? ? ?或 ()X X O Xn T N P Q? ? ? 代入得： 2210 0 01 ( 1 )( ) 1 ( ) ta n 02 ta nP d q PD bin p b L f r PfD? ??????? ? ? ? ????? 變換得200 1021t a n( 1 )1 ( ) t a ndq PPrP LRbin p b f fD? ???? ?? ?? ???????????????? ?? ()2PP DR ? 又因為122 0 t a n))0s i n(s i nc os c oss i n()1( ???? ??? ???? inDb P 代入內(nèi) 蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 24 0000112 2 2 2101( ) 2si n c os si n c os4( ) ( 2 ( 1 ) t a n t a n )c os ( si n si n 0) c os ( si n si n 0)( 1 ) t a nt a nPdqrPnR PfinnilR??? ? ? ?????? ? ? ? ? ????? ? ?????上式是第二次咬入條件的表達式，由公式表明， 第二次咬入的條件是： m in m in,dq dp dp? ? ??是式的右半部分，它是二次咬入所需頂頭前壓下率的最小值。 所以由上述可以知道，在軋輥入口部分輥面壓花，采用合適的送進角，頂桿預旋轉(zhuǎn)，低速咬入高速的軋制方法，都有利于咬入條件的建立。當軋件進入軋輥出口錐時，在軋輥和頂頭穿孔錐的作用下，內(nèi) 蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 26 繼續(xù)減壁并擴徑，毛管橫斷面仍然呈橢圓形，縱向產(chǎn) 生很大的延伸。 圖 36 Ⅱ區(qū)稱為穿孔區(qū)，也就是 1L 段，該區(qū)的作用是穿孔，即把實心坯穿成空心毛管，該內(nèi) 蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 27 區(qū)的長度為從金屬與頂頭相遇到頂頭穿孔錐結(jié)束為止。由于頂頭母線與軋輥母線近似平行，所以對管壁的壓縮很小，主要起均整作用，軋件橫斷面仍呈橢圓形，但橢圓度是逐漸減小的。 總之，管坯變形過程是由圓 — 橢圓 — 圓的過程，在工具形狀（軋輥，導板，頂頭）設計好以后，變形區(qū)總長度以及各區(qū)的長度決定了各種調(diào)整參數(shù)（軋輥距離，導板距離，頂頭的位置），所以穿孔過程調(diào)整參數(shù)是非常重要的，決定了各個階段的變形特點。 ⒉ 確定軋制壓力的過程中，可以得知金屬與軋輥的接觸弧的長度 圖 37 如圖 37 所示可以確定接觸弧的長度。初軋機的另一個特點是軋件寬度（ 0b ）較小，一般 0 3bl? ，有較顯著寬展（即寬度方向應變不為零），此時軋件在變形區(qū)內(nèi)不是平面應變而是屬于三向應變情況，因此在計算平均單位壓力時，尚須乘以寬度影響系數(shù) Bn ，寬度影響系數(shù)按如下公式計算 內(nèi) 蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 32 21Bn s s??? ? ? 式中 s? 是與軋件尺寸有關的系數(shù)， 0101ln lnhbs bh? ? 此公式中 0h —— 管坯直徑，即270mm ； 1h —— 軋件軋制后的高度，為 (304 270) 34m m m m??， 所以， 01013 0 4 2 7 0l n l n l n l n 0 . 1 1 9 2 . 0 7 2 0 . 0 5 72 7 0 3 4hbs bh? ? ? ? ? 221 1 0 .0 5 7 0 .0 5 7 0 .9 7Bn s s??? ? ? ? ? ? ? 所以可知平均單位壓力應為 n??? 與寬展影響系數(shù) Bn 的乘積。外區(qū)影響系數(shù) n??? 在 1mlh? 時的變化規(guī)律呈現(xiàn)拋物線形式，如圖 39 所示為變形區(qū) mlh 與單位壓力影響系數(shù)的關系： 內(nèi) 蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 33 圖 39 根據(jù)公式 ()mn l h? ??? ? 得 0 . 4 0 . 4( ) (1 .1 ) 0 .9 6mn l h? ???? ? ? ? 所以 Pm nB? 221 .1 0 .9 6 1 .0 5mBP n n N m m N m m? ??? ? ? ? 軋輥接觸面積的計算，根據(jù)接觸面積 F 的一般形式，即 012bbFl?? 該公式中 01,bb分別是軋制前后軋件的寬度， l 為接觸弧長度的水平投影，故 201 2 7 0 3 0 4 3 1 8 . 9 5 9 1 5 3 8 . 6 522bbF l m m? ?? ? ? ? 由此可知軋輥的軋制力為： 5 915 38. 65 961 15. 58 96. 12mP P F N N t? ? ? ? ? 軋輥軋制力的位置及軋制力矩 作用在頂頭上的力（軸向力 Q ） 確定斜軋穿孔時軸向力的大小對于生產(chǎn)有非常重要的意義。此外，軸向力的大小也直接影響著毛管軸向內(nèi) 蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 34 前進的速度，而軸向前進速度對產(chǎn)品質(zhì)量 和產(chǎn)量都有很大影響。隨著前進角增加， QP的比值也