[其他]管材斜轧机新型轧辊

说明书

管材斜轧机上使用锥形辊，从几何上看锥形辊是二个或二个以上圆锥台的组合体，其特征是它的子午线（轮廓线）是折直线形，本发明的新型轧辊特征是它的子午线是特殊曲线形，由特定的方程式描述。本发明的另一特征是和金属轧件变形区处处空间接触。本发明的新型轧辊适用于曼乃斯曼二辊斜轧穿孔机，交叉穿孔机（菌式斜轧机），阿赛尔轧机，狄赛尔轧管机等等的斜轧机，也适用这些斜轧机的改造。应用本发明也可导致新型快速斜轧机的发明。

本发明为管材斜轧机新型轧辊，它是制造无缝管用的主要工具之一。

以往的管材斜轧机上用的轧辊为锥形辊，公知的设计方法是把它设计成圆锥台的组合体。也有的斜轧机，例如三辊行星轧机，它的锥形辊是园锥台和凹面体的组合体。采用锥形辊的斜轧机为了提高生产率，往往采用辊径很大的轧辊，这使轧机庞大，投资增多;同时，采用锥形辊，轧制后管材或棒材往往出现螺旋轧痕，特别是轧制管材时，易出内折迭废品或尾三角，同时，壁厚不易均匀，轧辊磨损快，轧机耗电多。下面对锥形辊的缺点及产生原因给出说明。

附图1是三种典型的斜轧穿孔机的锥形辊的几何图形。其中（1）是二辊斜轧穿孔机用的“桶形”轧辊，几何上是由大底对接的两个圆锥台组成;附图1中的（2）是“圆盘式”轧辊，也可把它看成是圆锥台的组合体，附图1中的（3）是菌式穿孔机的轧辊，也是由两个圆锥台组成的，不过，它有大小头之分，小头圆锥台的锥角大于大头圆锥台的锥角。

现代的斜轧机所用的锥形辊和十八世纪末Mannesman和R.C.stiefel发明的斜轧机所用的锥形辊从几何上看并无本质的不同。例如，日本住友公司1983年开发成功的一台菌式穿孔机的轧辊仍用锥形辊;再如1983年美国发明的Accu-Roll mill的轧辊也是锥形辊，但锥台数目增多，是由五个圆锥台组成的。

三辊行星斜轧机主要作为线（棒）材的开坯机，也有当成管材斜轧延伸机来用的。这种轧机使用锥形辊。但近来出现了把锥形辊分为两个工作区域，其中一个是轧制区，完成主要的轧制任务，此区仍是锥形辊，另一工作区域叫平整区，用来完成平整螺旋轧痕的工作，这一部分轧辊形状呈凹面形体，经了解US-4202194和昭59-1007这两份专利技术中，把凹面体的轴向剖线（轮廓线）设计成圆孤曲线，此外锥形部分和凹形体部分的接合部也用圆孤曲线来光滑过渡。应当指出在轧辊轴线和轧制中心线在空间交叉安放的情况下圆孤曲线轧辊这部分辊面和被轧的金属接触不良，所以美国和日本在先公布的上述两项专利技术，不可能得到平整光滑的轧材。

作过上述调查之后，我们看到当今世界上的斜轧机除三辊行星轧机的平整区外都是使用的锥形辊。

斜轧机不管是用于穿孔，还是用来轧管，均正和定径或者开坯，为了使金属轧件获得螺旋前进运动，一台轧机的一对辊子或三个辊子都是空间交错安装。这种情况下需要确定金属轧件在轧辊组中间的形状和有关参数，就是确定金属变形区的形状和参数。变形区的模型也可叫开度模型。所谓开度就是轧制中心线上的点到辊子曲面之间的最短距离。现在，轧钢专业书籍和文献里都认为变形区由入口锥和出口锥组成的，即开度模型是线性的，这是一个粗糙的，很不精确的模型。由于对这个基本问题认识不清楚，所以导致世界各地斜轧机一律使用锥形辊。

本文指出开度值的变化绝不是线性的，它是一个复杂得多的非线性函数。我们给出非线性模型，然后再指出锥形辊的缺点。考虑到盘式轧机应用不广，我们只给出菌式穿孔机锥形辊下的开度模型，由此也得到了Accu-Roll mill锥形辊下的变形区模型。上述模型当辗轧角退化为零度时，就得到了曼氏二辊斜轧穿孔机下的变形区模型和穿孔型的延伸机下的变形区模型。

附图2是目前大学教科书上和文献上经常引用的菌式（锥形辊）穿孔机穿孔原理的示意图。从附图2可知现在最盛行的这种轧机的锥形辊在设计时只考虑辗轧角β的影响，即所谓“平面”设计，这种平面设计方法是不考虑送进角α对辊形的影响，这显然是不妥当的。