周期軋管機(jī)孔型優(yōu)化設(shè)計(jì)

宋光鑫，唐澤華

（衡陽(yáng)華菱鋼管有限公司，湖南 衡陽(yáng) 421001）

衡陽(yáng)華菱鋼管有限公司（以下簡(jiǎn)稱衡鋼）φ720 機(jī)組采用德國(guó)SMS Meer 公司引進(jìn)的周期軋管機(jī)組，周期軋管工藝采用單機(jī)架往復(fù)軋制的方式，具有變形量大、軋制范圍廣、品種規(guī)格適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但是周期軋管工藝與其他縱軋工藝相比有兩個(gè)方面的典型特征：一是孔型的斷面形狀和尺寸隨著軋輥的轉(zhuǎn)動(dòng)是變化的；二是金屬的流動(dòng)方向與軋制方向相反，這種工藝特性決定了合理的周期軋管機(jī)孔型設(shè)計(jì)是保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。本文通過(guò)對(duì)周期軋管機(jī)孔型設(shè)計(jì)原理進(jìn)行分析，借鑒國(guó)內(nèi)外周期軋管機(jī)組孔型設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合衡鋼φ720 機(jī)組的生產(chǎn)實(shí)踐，淺析周期軋管機(jī)孔型優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本原理，為實(shí)際生產(chǎn)操作和孔型開發(fā)提供參考依據(jù)。

1 周期軋管孔型的分段

1.1 周期軋管工藝在一個(gè)軋制道次中，可以分為軋制過(guò)程和送進(jìn)過(guò)程，軋制過(guò)程由軋輥的工作段完成，工作段分為鍛軋段、精軋段、終軋段，軋制過(guò)程軋件由軋輥帶著回退。送進(jìn)過(guò)程在空軋段完成，此時(shí)軋輥不與軋件接觸，由喂料器帶著軋件完成送進(jìn)過(guò)程。因此，周期軋管機(jī)孔型一般由四段組成：

（1）鍛軋段（θ1）：鍛軋段的主要功能是實(shí)現(xiàn)毛管到荒管的軋制，變形主要集中在鍛軋段，鍛軋段的最大開度決定最大減徑量；

（2）精軋段（θ2）：精軋段主要是將鍛軋段已經(jīng)完成變形的部分精軋定徑，提高荒管的外徑和壁厚精度，精軋段孔型尺寸在不同截面保持一致，主要決定喂入量的大??；

（3）終軋段（θ3）：終軋段的主要作用是讓軋輥和荒管平穩(wěn)脫離；

（4）空軋段（θ4）：空軋段孔型開度較大，軋輥旋轉(zhuǎn)到空軋段時(shí)完成毛管的喂入動(dòng)作。

1.2 周期軋管機(jī)孔型各段的比例分配目前存在兩種不同的觀點(diǎn)，一種是“陡變形”，即θ1/θ2＜1；另一種是“緩變形”，即θ1/θ2＞1；采用“緩變形”設(shè)計(jì)，在同等的變形條件下可以增加減徑量，有效提高對(duì)不同毛管外徑的適應(yīng)性，缺點(diǎn)是要保證產(chǎn)品質(zhì)量，會(huì)犧牲軋制效率或是增加設(shè)備投入，因此，各生產(chǎn)廠應(yīng)根據(jù)自身的設(shè)備和產(chǎn)品范圍合理選擇變形方式。衡鋼φ720 機(jī)組由于產(chǎn)品規(guī)格組距范圍較大（外徑273～720 mm，壁厚10～120 mm），同一孔型毛管來(lái)料尺寸波動(dòng)范圍大，因此采用“緩變形”設(shè)計(jì)，通過(guò)增加輥徑保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

2 鍛軋段孔型曲線設(shè)計(jì)

鍛軋段是周期軋管機(jī)孔型的主要變形區(qū)，它對(duì)軋制過(guò)程、軋機(jī)生產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量均有著顯著影響，從周期軋管工藝問(wèn)世以來(lái)，不同學(xué)者的研究成果和生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)踐歸納起來(lái)主要有拋物線模型、指數(shù)模型以及經(jīng)驗(yàn)曲線（意大利達(dá)爾明公司）三種形式，目前應(yīng)用較為廣泛的包絡(luò)線孔型，是曼內(nèi)斯曼公司根據(jù)拋物線孔型模型原理提出改進(jìn)模型，本文著重就包絡(luò)線孔型設(shè)計(jì)在不同產(chǎn)品生產(chǎn)中的關(guān)鍵要素進(jìn)行探討。

C1=B/b2C2=b/A

A=L-B/tgη b=a/tgη-1

a=B/A

η-導(dǎo)角（鍛軋段孔型起始點(diǎn)的切角）

采用包絡(luò)線模型的孔型設(shè)計(jì)，各生產(chǎn)廠根據(jù)自身的設(shè)備和產(chǎn)品情況，主要有3 個(gè)參數(shù)要考慮：

（1）B—孔型開口深度，決定軋制的最大減徑量，軋制的最大理論減徑量是開口深度的2 倍，但是一般實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中控制最大減徑量為2B-10～20 mm。

（2）η—導(dǎo)角（鍛軋段孔型起始點(diǎn)的切角），選擇不同的導(dǎo)角，就得到不同陡度的鍛軋段曲線，一般來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)大口徑、薄壁的、合金含量較高的鋼管，導(dǎo)角宜取小值，同時(shí)需要減少孔型開口深度或增加鍛軋段（θ1）角度來(lái)保證產(chǎn)品質(zhì)量，如生產(chǎn)減徑量較小的碳鋼和低合金鋼，導(dǎo)角可以取大值，通過(guò)減少鍛軋段（θ1）角度，增加精軋段（θ2）角度，以此提高生產(chǎn)效率。通常情況下導(dǎo)角的選擇在23°～30°之間。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，如軋機(jī)負(fù)荷和軋輥強(qiáng)度允許的情況下，軋制變形量較小的高合金鋼的生產(chǎn)也可以通過(guò)增大導(dǎo)角以期獲得較大寬展，以此來(lái)改善脫棒條件。

（3）L—變形區(qū)長(zhǎng)度，以鍛軋段結(jié)束點(diǎn)軋輥孔頂直徑計(jì)算鍛軋段展開長(zhǎng)度作為變形區(qū)長(zhǎng)度，L 越長(zhǎng)，則變形越緩，導(dǎo)角和開口深度的調(diào)整余量會(huì)有所增加。在各段角度不變的前提下，采用較大的輥徑，能有效增加變形區(qū)長(zhǎng)度，但會(huì)加大設(shè)備投入和軋輥的消耗。

3 孔型側(cè)壁角的選擇

由于軋件在變形過(guò)程中寬展是客觀存在的，為了避免金屬擠入輥縫形成耳子（耳子在再次翻轉(zhuǎn)喂入后會(huì)形成軋折缺陷），通常在孔型的各斷面采用帶不同側(cè)壁角的圓弧孔型來(lái)增加孔型的寬度，側(cè)壁角設(shè)計(jì)過(guò)小會(huì)產(chǎn)生削鋼、軋制缺陷，設(shè)計(jì)過(guò)大會(huì)導(dǎo)致鋼管縱向延伸和尺寸精度下降。側(cè)壁角的理論計(jì)算主要是根據(jù)軋件寬展情況，而軋件在軋輥各截面變形的寬展差異較大，側(cè)壁角也應(yīng)隨之變化，孔型設(shè)計(jì)時(shí)，側(cè)壁角的選擇一般在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇，通常比理論計(jì)算的寬展量要大：

（1）精軋段的側(cè)壁角一般保持不變，通常在18～25°之間選擇，對(duì)于尺寸精度要求較高的取小值，部分高合金鋼為了獲得更好的脫棒條件，可以適當(dāng)取大值。

（2）鍛軋段的側(cè)壁角從起始點(diǎn)開始一般由大到?。ǔ示€性變化），起始點(diǎn)通常在28～35°之間選擇，鍛軋段結(jié)束點(diǎn)側(cè)壁角一般與精軋段保持一致。

（3）終軋段的側(cè)壁角起始點(diǎn)與精軋段保持一致，結(jié)束點(diǎn)與空軋段保持一致，從起始到結(jié)束側(cè)壁角迅速變大，方面荒管平穩(wěn)脫離軋輥防止削鋼。

4 輥縫的設(shè)計(jì)

孔型的輥縫設(shè)計(jì)對(duì)軋件的寬展和延伸影響較大，同時(shí)對(duì)軋輥的消耗也有較大影響，相同名義直徑的軋輥，輥縫值越大，軋輥孔頂?shù)闹睆皆酱螅粌H增加了軋輥的工作段長(zhǎng)度（工作段角度不變時(shí)），也增加了軋輥的強(qiáng)度和返車的次數(shù)，降低軋輥消耗。輥縫的選擇一般按孔型直徑的6%～20%，當(dāng)軋輥名義直徑較大孔型直徑較小時(shí)，可以取大值。

5 結(jié) 語(yǔ)

周期軋管機(jī)孔型設(shè)計(jì)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)效率都有著非常大的影響，孔型設(shè)計(jì)本身與生產(chǎn)條件、設(shè)備條件的關(guān)聯(lián)度是非常密切的。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，哪怕采用同一孔型參數(shù)，由于軋輥加工或是選擇軋輥直徑的不同，實(shí)際孔型曲率半徑也會(huì)不同，生產(chǎn)單位應(yīng)該根據(jù)設(shè)備條件，生產(chǎn)品種和規(guī)格組距以及軋輥返車的情況，根據(jù)上述原則合理配置孔型參數(shù)，使各項(xiàng)參數(shù)之間能達(dá)成有機(jī)的融合，以便在保證質(zhì)量的前提下獲得更高的生產(chǎn)效率以及更經(jīng)濟(jì)的軋輥消耗。