[发明专利]无缝钢管张力减径机组轧辊孔型设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及无缝钢管轧制领域，尤其是一种无缝钢管张力减径机组轧辊孔型的设计方法。

背景技术

无缝钢管的生产通常包括穿孔、轧制及定减径三个工序。目前，穿孔工序通常采用二辊斜轧工艺将实心的坯料轧制成空心的毛坯，轧制工序通常在包括一个空减机的五机架轧机中将穿孔后的毛坯轧制成一定外径及壁厚的钢管，而定减径工序将五机架连轧后的钢管轧制成满足产品直径和壁厚要求的成品钢管。

目前，为了得到较小管径的无缝钢管，通常在定减径工序采用张力减径的工艺将较大直径的钢管减径成较小管径的成品钢管。但由于张力减径的特性，最终产品质量的好坏与张力减径机组轧辊孔型的设计密切相关。当孔型设计不合理时，容易造成钢管管形不良，外表面容易产生摩擦痕及青线等缺陷，而内表面由于钢管壁厚不均匀容易产生内多边形、直道等缺陷。

传统的无缝钢管张力减径机组轧辊孔型曲线都采用偏心距不同的一段圆弧表示。当偏心距较大时，俗称椭圆孔型，用于生产薄壁管；当偏心距较小时，俗称圆孔型，用于生产厚壁管。

但由于一段圆弧曲线孔型的局限性，无法生产某些质量要求较高的产品。因此，为了生产质量要求较高的产品，出现了由两段、三段甚至多段圆弧组成的无缝钢管张力减径机组轧辊孔型曲线。根据无缝铜管轧辊孔型曲线的特点，其每一轧辊孔型曲线所对应的圆心角是相等的，如三辊轧机，每辊的孔型曲线所对应的圆心角为120°，要确定该段圆弧，还须确定其圆心位置即圆心相对于轧辊孔型中心的坐标，以及其半径大小。因此，在设计多段圆弧组成的无缝钢管张力减径机组轧辊孔型时，需要确定的未知变量较多，一段圆弧需要3个变量，三段圆弧就需要9个变量，给优化设计带来很大困难。同时，由多段圆弧组成的孔型曲线，圆弧间为相交连接，孔型曲线过渡不尽平滑，必然影响产品外表面质量。

另外，传统的无缝钢管张力减径机组孔型设计方法，其优化目标一般是对薄壁管只考虑管形最好，对厚壁管只考虑壁厚最均匀。随着用户对产品质量的不断提高，不仅要求无缝钢管管形要好，而且还要求壁厚均匀。

发明内容

为了克服传统无缝钢管张力减径机组轧辊孔型设计方法的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种无缝钢管张力减径机组的轧辊孔型设计方法，能够降低优化设计难度，同时满足产品管形控制的需要。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：无缝钢管张力减径机组轧辊孔型设计方法，包括以下步骤：

①收集无缝钢管张力减径机组设备参数及品种规格范围，设备参数包括机架数、机架间距，品种规格范围包括张力减径机组入口荒管直径、钢管产品的直径范围、壁厚范围、屈服强度范围；

②按照钢管产品的直径范围、壁厚范围及屈服强度范围选取m种代表规格产品，m为≥2的正整数，并确定各代表规格产品的加权系数β_i，i＝[1，m]，i为正整数；

③以a₀、a₁、a₂、…、a_n为无缝钢管张力减径机组机架孔型曲线参数，设定张力减径机组机架的孔型曲线方程为：y＝a₀+a₁x²+a₂x⁴+...+a_nx²ⁿ，其中，以孔型曲线的对称轴为y坐标轴，x轴为垂直于y轴的坐标轴，a₀表示轧辊孔型底部与机组轧制中心线的距离，a₀为大于0的常数，a₁、a₂、…、a_n为优化变量，n为≥2的正整数；

④按下述步骤优化设计，得出孔型曲线参数a₁、a₂、…、a_n的最优值：

i)给孔型曲线参数a₁、a₂、…、a_n赋初值；

ii)计算出各种代表规格产品的优化目标函数F_i(x)；

iii)计算出孔型优化设计的目标函数G(x)，