【正文】 h? —— 壓下量 對(duì)于軋制異形斷面軋件時(shí)，接觸面積可以采用圖解法求解，但這種方法比較繁雜，近似計(jì)算可以根據(jù)下式標(biāo)出當(dāng)量半徑 dR 和平均壓下量 mh? ，代入上述所給出的公式si nl R R h?? ? ?中，其中 當(dāng)量半徑 12122( ) ( )22mmdmhhRRR R R h??? ??， 式中 12,RR—— 兩個(gè)軋輥的最大半徑，即孔型凸緣處的半徑； 1mh —— 軋制后軋件平均高度 由公式 1 1 1mh Q b? ，求得平均壓下量 mh? 為： 0 101mQ Qh bb? ? ? 式中， 01,—— 軋件軋制前后的斷面積； 01,bb—— 軋件軋制前后的寬 度 所以由已知條件求得 20 ()2PDQ ?? 式中 PD 為管坯直徑，即取 270PD mm? 內(nèi) 蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 31 22121 ( ) ( )22DDQ ? ???????? 式中 1D 為毛管外徑，取 1 304D mm? 2D 為毛管內(nèi)徑，取 2 266D mm? 軋件前后的寬度 0b 為管坯直徑，即為 270mm ；軋件軋制后的寬度 1b 為毛管外徑，即為304mm 所以由公式 22 22121 1 1304 270( ) ( ) ( ) ( )22 22 304 304mDDh Q b m m? ?? ??? ???? ??? ? ? ?? ? ? ? 22 2212220 10 1 0 13 0 4 2 6 6270( ) ( ) 3 .1 4 ( ) ( )( ) 3 .1 4 ( )22 22222 7 0 3 0 4PmDDDQ Qhb b b b?? ?? ??? ????? ??? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ( 21 1. 95 55 .9 3 ) 15 6. 02m m m m? ? ? 121213 60 55 .9 3 13 60 55 .9 32( ) ( ) 2( ) ( )2 2 2 2 2 2 65 2. 0313 60 55 .9 3mmdmhhRRR m m m mR R h? ? ? ?? ? ?? ? ? 綜上所知， 3 1 8 .9 5 1 .1 1287mlh ? ? ? 軋件尺寸大，雖然壓下量亦比較大，但mlh 相比尚較小，mlh 約為 ，只有在軋制尺寸較小的鋼坯時(shí)mlh 才有可能達(dá)到 ，其大部分軋制道次的 1mlh ? ，此時(shí)接觸弧上摩擦力的影響不是主要的（即認(rèn)為 1n??? ） ,影響平均單位壓力的主要因素是外區(qū)影響系數(shù) n??? 。初軋機(jī)的另一個(gè)特點(diǎn)是軋件寬度（ 0b ）較小，一般 0 3bl? ，有較顯著寬展（即寬度方向應(yīng)變不為零），此時(shí)軋件在變形區(qū)內(nèi)不是平面應(yīng)變而是屬于三向應(yīng)變情況，因此在計(jì)算平均單位壓力時(shí)，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(jì)算 內(nèi) 蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 32 21Bn s s??? ? ? 式中 s? 是與軋件尺寸有關(guān)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(yīng)為 n??? 與寬展影響系數(shù) Bn 的乘積。此外，變形區(qū)外金屬對(duì)單位壓力的影響，主要是軋制時(shí)候變形區(qū)內(nèi)金屬的不均勻變形引起變形區(qū)外金屬的局部變形，從而改變了變形區(qū)內(nèi)金屬的應(yīng)力狀態(tài)，使得單位壓力增大。當(dāng)軋件在軋輥間發(fā)生塑性變形時(shí)，靠近接觸面的表面層由于摩擦力的限制，其縱向流動(dòng)速度比中間層為低，因而產(chǎn)生不均勻變形；變形區(qū)入口端的斷面形成向外凸出的彎曲形狀，而變形區(qū)出口端表面層的延伸比中間層小，這種不均勻變形的趨勢(shì)受到前后端外部金屬的限制，引起變形區(qū)內(nèi)x? 的增加，因而使單位壓力增高。當(dāng)接觸弧長(zhǎng)度 l 與軋件平均高度 mh 的比值 ()mlh 大于1 時(shí)，不均勻變形較小，外區(qū)影響不明顯；當(dāng) 1mlh? 時(shí)，不均勻變形較大，外區(qū)影響變得明顯；隨著 mlh 的減小，不均勻變形越加嚴(yán)重，因而外區(qū)影響也就逐漸加大。外區(qū)影響系數(shù) n??? 在 1mlh? 時(shí)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(guān)系： 內(nèi) 蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)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(jì)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(zhǎng)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(shí)軸向力的大小對(duì)于生產(chǎn)有非常重要的意義。軸向力即為作用在頂桿上的壓力，軸向力的大小直接影響著頂桿強(qiáng)度及工作的穩(wěn)定性，特別是當(dāng)穿孔壁厚又長(zhǎng)的毛管時(shí)，頂桿往往由于直徑小何長(zhǎng)度大，而不能承受很大的軸向力。這是生產(chǎn)中常會(huì)遇到的問題，特別是在穿孔時(shí)由于軸向力大，這個(gè)問題就顯得尤為突出。有時(shí)候頂桿雖然承受大的軸向力但還不致于破壞，但由于頂桿彎曲較大，使得穿孔過程很不穩(wěn)定，容易造成嚴(yán)重的壁厚布均，甚至出現(xiàn)不正?，F(xiàn)象。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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 34 前進(jìn)的速度，而軸向前進(jìn)速度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量 和產(chǎn)量都有很大影響。實(shí)際上，確定軸向力 Q多用實(shí)際的測(cè)定資料，根據(jù) QP的比值來(lái)決定。 即根據(jù)公式 Q bP? 得軸向力，其中系數(shù) b 取 ，知 0. 35 96 .1 2 33Q bP t t? ? ? ?影響軸向力的因素首先是穿孔溫度對(duì)軸向力的影響，軸向力和軋制壓力都隨著溫度的降 低而增加，其次是延伸系數(shù)對(duì)軸向力的影響，延伸系數(shù)增加，軋制壓力和軸向力均增加；再次是前進(jìn)角對(duì)軸向力的影響，一般隨著前進(jìn)角的增加，軸向力也增加。這是因?yàn)橐环矫媲斑M(jìn)角增大，軸向速度增加；另一方面前進(jìn)角增大，單位壓縮量增加，導(dǎo)致軸向力增加。隨著前進(jìn)角增加， QP的比值也有所增加。最后是頂頭位置對(duì)軸向力的影響，一般頂頭伸出量越小，則軸向力越大，這是因?yàn)?，?dāng)頂頭后移時(shí)，穿孔速度加快，滑移減小，單位壓縮量增加，最終導(dǎo)致軸向力加大。所以通過各種因素對(duì)軸向力影響的分析，正常情 況下軸向力可以根據(jù)上述公式求得。 一般斜軋情形下，具有送進(jìn)角和輾軋角，各取 15o （ a） 若在沒有頂頭的情況下，即軋件在其前進(jìn)運(yùn)動(dòng)中沒有遇到軸向阻力時(shí)，軋輥受的總的軸向分力為： c os sin sin sinQ P P? ? ? ???總 上式中 ? 角的正切是軋輥與軋件平均接觸寬度 Xb 與軋制力作用面內(nèi)的坯料半徑，即管坯半徑的比值， ta n 270 D m m m m? ? ? ? 其中 Xb —— 軋輥與軋件的平均接觸寬度 PD —— 軋制力作用面內(nèi)的坯料半徑，即管坯半徑 270mm 所以可知 sin ?? cos ?? 得 c o s sin sin sin 9 6 .1 2 0 .9 4 0 .2 6 9 6 .1 2 0 .3 3 0 .2 6 1 5 .2 4Q P P t? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?總 力矩 ( s in c o s c o s c o s )2XbM P R ? ? ? ??? 9 3 . 5 89 6 . 1 2 ( 5 4 0 0 . 3 3 0 . 9 7 0 . 9 4 0 . 9 7 )2? ? ? ? ? ? ? 內(nèi) 蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 35 10t m m N m? ? ? 上式中 R 是合力作用面內(nèi)的軋輥半徑，即 540R mm? （ b） 若沒有頂頭時(shí)，根據(jù)《鋼管塑性變形原理》中所介紹可以知道軋件在前進(jìn)方向上受到阻力，這個(gè)力等于頂頭或芯棒的軸向力，如以 Q 表示這個(gè)軸力，則每個(gè)軋輥上的力為(Q n n其 中 為軋輥的數(shù)目），對(duì)于二輥穿孔機(jī)，考慮導(dǎo)板產(chǎn)生的軸向力 E ，這個(gè)阻力也由軋輥承受，這是每個(gè)軋輥上將作用于2Q的附加力和導(dǎo)板的軸向阻力 E ，這些力作用在軋輥上，形成力矩： 即 33 3 9 3 . 5 8( ) c o s ( 1 0 . 6 ) c o s 1 5 1 . 2 1 02 2 2 2oXQ bQME ?? ? ? ? ? ? ? 上式中 ( 3 7 ) 2 96. 12 10. 6LE P f? ? ? ? ? 如圖 310 所示二輥穿 孔機(jī)的受力分析 圖 310 此外，還必須考慮導(dǎo)板對(duì)軋件所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)阻力矩 內(nèi) 蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 36 根據(jù)公式 ( 0 . 1 3 0 . 2 7 ) c o s2LLLM P f?? 上式中 Lf —— 壓縮帶處的導(dǎo)板間距； L—— 軋件與導(dǎo)板間的摩擦系數(shù)； ? —— 前進(jìn)角 所以可知 ( 0 . 1 3 0 . 2 7 ) c o s2LLLM P f?? 2700 .2 2 9 6 .1 2 c o s 1 5 0 .52o? ? ? ? ? 10N m N m? ? ? 綜上所述，穿孔機(jī)上一個(gè)軋輥所需要的力矩為： ( s in c o s c o s )2X QLbM P R M M? ? ?? ? ? ? 339 3 . 5 89 6 . 1 2 ( 5 4 0 0 . 3 3 0 . 9 6 5 0 . 9 4 ) 1 . 2 1 0 1 . 3 7 9 1 02? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 由軋制時(shí)消耗的能量 A Ga? 式中 G 為軋件的總重量； a 為單位能量消耗 軋制時(shí)消耗的能量 a 與軋制力矩的關(guān)系為：tAW?? 上式中 ? 為軋輥角速度， t 為穿孔時(shí)間 綜合上述公式得 1 9 9 0 2 . 85 . 32 3 . 3 4 4 5tGa ra d sW? ?? ? ?? 6 0 5 . 3 6 05 0 . 6 42 2 3 . 1 4n r p m? ? ?? ? ?? 內(nèi) 蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 37 第四章 電動(dòng)機(jī)的 選擇和減速器的選擇 電動(dòng)機(jī)的選擇 首先電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速根據(jù)已知參數(shù)馬達(dá)轉(zhuǎn)速在 0 50 0 10 00 rpm范圍內(nèi)，所以電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是可以基本確定的，功率一定的情況下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與尺寸是成反比例變化的，且如果轉(zhuǎn)速低的話，電動(dòng)機(jī)的造價(jià)也比較昂貴，且效率也較低，但是選用高速電動(dòng)機(jī)則增大了軋機(jī)減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比，而使機(jī)械傳動(dòng)部分比較復(fù)雜化，根據(jù)穿孔機(jī)的具體運(yùn)行情況選用 500n rpm? ，根據(jù)前面部分算出的功率 N 得到電機(jī)功率為： NP??電 該式中 ? 為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的總的效率，即 2? ? ?? 2齒 聯(lián) ，查表《機(jī)械設(shè)計(jì)》 484P 可知 ?齒 ＝ ， ?聯(lián) ＝ ，所以 2 2 20 .9 9 0 .9 9 0 .9 6? ? ?? ? ? ?2齒 聯(lián) 又因?yàn)?300 5 0 0 2 3 . 3 4 1 0 11029 5 5 0 9 5 5 0TnP K W??? ? ? ? 該式中 P? 為電動(dòng)機(jī)功率， 0T 為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)距， 0n 為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 最后確定電動(dòng)機(jī)功率為 1102 11480 .9 6PP K W K W? ?? ? ? 根據(jù)前面所述， 500 , 1148n rpm P K W??，所以選用直流電動(dòng)機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)具有一下諸多優(yōu)點(diǎn)： （ 1） .優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑，方便，調(diào)速范圍廣，轉(zhuǎn)速比可以達(dá)到 1：200； （ 2） .過載能力大，軋鋼用直流電動(dòng)機(jī)短時(shí)過轉(zhuǎn)距可以達(dá)到空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)距的 倍以上，特殊要求的可以達(dá)到 10 倍，并且在低速下連續(xù)輸出比較大的轉(zhuǎn)距； （ 3） .能承受頻繁的沖擊性負(fù)載； （ 4） .可實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)級(jí)快速啟動(dòng)，制動(dòng)和反轉(zhuǎn)；