【正文】 h? —— 壓下量 對于軋制異形斷面軋件時，接觸面積可以采用圖解法求解，但這種方法比較繁雜，近似計算可以根據下式標出當量半徑 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 當量半徑 12122( ) ( )22mmdmhhRRR R R h??? ??， 式中 12,RR—— 兩個軋輥的最大半徑，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 蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 31 22121 ( ) ( )22DDQ ? ???????? 式中 1D 為毛管外徑，取 1 304D mm? 2D 為毛管內徑，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mlh 才有可能達到 ，其大部分軋制道次的 1mlh ? ，此時接觸弧上摩擦力的影響不是主要的（即認為 1n??? ） ,影響平均單位壓力的主要因素是外區(qū)影響系數 n??? 。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 Bn ，寬度影響系數按如下公式計算 內 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， 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 Bn 的乘積。此外，變形區(qū)外金屬對單位壓力的影響，主要是軋制時候變形區(qū)內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)內金屬的應力狀態(tài)，使得單位壓力增大。當軋件在軋輥間發(fā)生塑性變形時，靠近接觸面的表面層由于摩擦力的限制，其縱向流動速度比中間層為低，因而產生不均勻變形；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受到前后端外部金屬的限制，引起變形區(qū)內x? 的增加，因而使單位壓力增高。當接觸弧長度 l 與軋件平均高度 mh 的比值 ()mlh 大于1 時，不均勻變形較小，外區(qū)影響不明顯；當 1mlh? 時，不均勻變形較大，外區(qū)影響變得明顯；隨著 mlh 的減小，不均勻變形越加嚴重，因而外區(qū)影響也就逐漸加大。外區(qū)影響系數 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的關系： 內 蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 33 圖 39 根據公式 ()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度及工作的穩(wěn)定性，特別是當穿孔壁厚又長的毛管時，頂桿往往由于直徑小何長度大，而不能承受很大的軸向力。這是生產中常會遇到的問題，特別是在穿孔時由于軸向力大，這個問題就顯得尤為突出。有時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 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品質量 和產量都有很大影響。實際上，確定軸向力 Q多用實際的測定資料，根據 QP的比值來決定。 即根據公式 Q bP? 得軸向力，其中系數 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，其次是延伸系數對軸向力的影響，延伸系數增加，軋制壓力和軸向力均增加；再次是前進角對軸向力的影響，一般隨著前進角的增加，軸向力也增加。這是因為一方面前進角增大，軸向速度增加；另一方面前進角增大，單位壓縮量增加，導致軸向力增加。隨著前進角增加， QP的比值也有所增加。最后是頂頭位置對軸向力的影響，一般頂頭伸出量越小，則軸向力越大，這是因為，當頂頭后移時，穿孔速度加快，滑移減小，單位壓縮量增加，最終導致軸向力加大。所以通過各種因素對軸向力影響的分析，正常情 況下軸向力可以根據上述公式求得。 一般斜軋情形下，具有送進角和輾軋角，各取 15o （ a） 若在沒有頂頭的情況下，即軋件在其前進運動中沒有遇到軸向阻力時，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 蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 35 10t m m N m? ? ? 上式中 R 是合力作用面內的軋輥半徑，即 540R mm? （ b） 若沒有頂頭時，根據《鋼管塑性變形原理》中所介紹可以知道軋件在前進方向上受到阻力，這個力等于頂頭或芯棒的軸向力，如以 Q 表示這個軸力，則每個軋輥上的力為(Q n n其 中 為軋輥的數目），對于二輥穿孔機，考慮導板產生的軸向力 E ，這個阻力也由軋輥承受，這是每個軋輥上將作用于2Q的附加力和導板的軸向阻力 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 孔機的受力分析 圖 310 此外，還必須考慮導板對軋件所產生的旋轉阻力矩 內 蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 36 根據公式 ( 0 . 1 3 0 . 2 7 ) c o s2LLLM P f?? 上式中 Lf —— 壓縮帶處的導板間距； L—— 軋件與導板間的摩擦系數； ? —— 前進角 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，穿孔機上一個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 軋制時消耗的能量 a 與軋制力矩的關系為：tAW?? 上式中 ? 為軋輥角速度， t 為穿孔時間 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 蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 37 第四章 電動機的 選擇和減速器的選擇 電動機的選擇 首先電動機轉速根據已知參數馬達轉速在 0 50 0 10 00 rpm范圍內，所以電動機的轉速是可以基本確定的，功率一定的情況下，電動機的轉速與尺寸是成反比例變化的，且如果轉速低的話，電動機的造價也比較昂貴，且效率也較低，但是選用高速電動機則增大了軋機減速機構的傳動比，而使機械傳動部分比較復雜化，根據穿孔機的具體運行情況選用 500n rpm? ，根據前面部分算出的功率 N 得到電機功率為： NP??電 該式中 ? 為傳動機構的總的效率，即 2? ? ?? 2齒 聯(lián) ，查表《機械設計》 484P 可知 ?齒 ＝ ， ?聯(lián) ＝ ，所以 2 2 20 .9 9 0 .9 9 0 .9 6? ? ?? ? ? ?2齒 聯(lián) 又因為 300 5 0 0 2 3 . 3 4 1 0 11029 5 5 0 9 5 5 0TnP K W??? ? ? ? 該式中 P? 為電動機功率， 0T 為電動機轉距， 0n 為電動機轉速 最后確定電動機功率為 1102 11480 .9 6PP K W K W? ?? ? ? 根據前面所述， 500 , 1148n rpm P K W??，所以選用直流電動機，直流電動機具有一下諸多優(yōu)點： （ 1） .優(yōu)良的調速特性，調速平滑，方便，調速范圍廣，轉速比可以達到 1：200； （ 2） .過載能力大，軋鋼用直流電動機短時過轉距可以達到空轉轉距的 倍以上，特殊要求的可以達到 10 倍，并且在低速下連續(xù)輸出比較大的轉距； （ 3） .能承受頻繁的沖擊性負載； （ 4） .可實現(xiàn)頻繁的無級快速啟動，制動和反轉；