轧环机工作参数理论设计

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1、·轧环机工作参数理论设计·　摘要　分析了环件轧制的力学规律和运动学性质。研究和建立了环件轧制的咬入条件、锻透条件、轧制力与力矩关系、直线运动与旋转运动关系。在此基础上，确定了轧环机主要工作参数的理论设计方法和计算公式，为轧环机设计制造提供了依据。　　关键词　轧环件　工作参数　设计　计算TheoreticalDesignofWorkingParametersofRingRollingMill　HuaLin　　Abstract：Abasishasbeenprovidedfortheringrollingmilldesignandmanufacturebydeterminationo

2、ftheoreticaldesignmethodandcalculationformulaforworkingparametersofsuchdependinguponresearchandestablishmentofconditionofbiting-intogroove,ofplasticpenetrationandrelationbetweenrollforceandtorque,betweenrectilinearfeedingandrotationalrollingmotionviaanalysisofmechanicalandkinematicallawsforr

3、ingrolling.　　Keywords：Ringrollingmill,Workingparameters,Design,Calculation1　前言　　轧环机又称扩孔机，其工作参数对环件轧制过程有着重要影响，所以，合理设计轧环机的工作参数是轧环机设计中的核心问题。虽然轧环机的结构形式有立式和卧式两类［1～3］，但它们的主要工作参数都是轧制力、轧制力矩、电机功率、直线进给速度、旋转轧制速度。目前，轧环机工作参数的设计主要依赖于类比和经验，缺乏理论依据，且轧制力能关系和运动关系不匹配，不能满足环件轧制技术的应用发展需要。本文通过环件轧制力学和运动学分析，建立轧环机工作参数的

4、理论设计方法，为新型轧环机设计制造提供依据。2　环件轧制条件2.1　咬入条件　　环件轧制咬入状态如图1所示，驱动辊O1作主动轧制运动，芯辊O2作从动轧制运动。P1和F1分别为驱动辊对环件的正压力和摩擦力，P2为芯辊对环件的正压力，α1、α2分别为环件与驱动辊和芯辊的接触角。设P1和F1合力作用点位于驱动辊与环件接触弧上ξ1α1点，P2力作用点位于芯辊与环件接触弧上ξ2α2点。这里ξ1和ξ2为力作用点系数，且ξ1∈（0，1），ξ2∈（0，1）。环件在图1所示的轧制力作用下产生轧制变形的必要条件是环件连续咬入孔型（驱动辊与芯辊之间的缝隙），即拽入力必须大于或等于推出力，而进给方向受

5、力是平衡的。所以，环件轧制变形的必要条件也是咬入条件。据此，由图1几何关系得：ΣFx=F1x＋P1x＋P2x　　　　　　　　　　　　　=F1cosξ1α1－P1sinξ1α1－P2sinξ2α2≥0　　　　　　（1）ΣFy=F1y＋P1y＋P2y　　　　　　　　　　　　　　=F1sinξ1α1－P1cosξ1α1＋P2cosξ2α2=0　　　　　　　（2）图1　环件轧制咬入状态　　设环件与孔型接触摩擦符合库仑定律并设摩擦系数为μ，则：　　F1＝μP1　　　（3）　　联立式（1）～（3），求解得：　　（4）式中：β--环件与轧辊之间的摩擦角，且μ=tgβ。　　一般情况下，可近似认

6、为轧制力作用点位于接触弧中点，即ξ1＝ξ2＝1／2。将其代入式（4）得环件轧制咬入条件为：　　（5）　　参见图1，设L为接触弧长在进给方向的投影长度；R1、R2分别为驱动辊和芯辊工作半径；R、r分别为环件外圆和内圆半径；h0、h分别为环件轧制变形区入口和出口处高度；Δh为每转轧制环件壁厚减小量亦即每转进给量。则由图1几何关系可得［4］：　　（6）　　将上式代入式（4）的第一式，整理得环件轧制咬入的摩擦条件为：　　（7）式中：Δhmax--环件轧制最大每转壁厚减小量或最大每转进给量。2.2　锻透条件　　环件轧制相当于有限高度块料拔长［5］，其塑性状态如图2所示。环件产生轧制塑性变

7、形的充分条件是锻透，即塑性区穿透整个环件的壁厚。根据塑性滑移线理论，对图2所示塑性区进行分析［6］，得环件轧制锻透条件为：　　（8）式中：ha--环件轧制变形区平均壁厚。 图2　环件轧制塑性区状态　　由图1几何关系得：　　将上式和式（6）的第三式代入式（8），得环件轧制锻透条件为：　　(9)式中：Δhmin--环件轧制最小每转进给量或最小每转壁厚减小量。　　该式表明，要使环件轧制锻透，则每转进给量必须大于最小每转进给量。3　力与力矩关系　　环件稳定轧制过程中，在驱动辊和芯辊轧制力作用下环件处