基于CREO的冷軋管材軋輥孔型建模

張俊鳳 嚴(yán) 鋒

基于CREO的冷軋管材軋輥孔型建模

張俊鳳 嚴(yán) 鋒

（沙洲職業(yè)工學(xué)院，江蘇 張家港 215600）

介紹了軋輥孔型的一種截面形式，并優(yōu)化了空軋段截面的過渡參數(shù)。建立了供CREO軟件讀取點(diǎn)的ibl數(shù)據(jù)文件，以此作為參考建立GRAPH，以可變截面掃描的方式得到孔型的精確模型。

軋輥孔型；CREO；GRAPH；可變截面掃描

引言

現(xiàn)代金屬管材生產(chǎn)，尤其是合金鋼、有色合金及各種高變形抗力合金管材的生產(chǎn)廣泛采用周期式冷軋管機(jī)[1]。冷軋管材不僅組織晶粒細(xì)密，物理性能和機(jī)械性能較好，幾何尺寸和表面光潔度較高，而且在軋制時(shí)道次變形量較大，可生產(chǎn)薄壁管材并減少大量中間工序。周期性軋機(jī)孔型設(shè)計(jì)是軋管生產(chǎn)中的關(guān)鍵問題之一，其軋輥孔型作為一變截面孔型，設(shè)計(jì)過程復(fù)雜，設(shè)計(jì)參數(shù)多。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中由于受經(jīng)驗(yàn)、理論和計(jì)算量限制，難以設(shè)計(jì)出合理可靠的孔型[2] [3]。

筆者以LG60-52×36軋輥孔型為例，利用CREO軟件對(duì)其進(jìn)行三維設(shè)計(jì)建模，將理論與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合，使得孔型設(shè)計(jì)科學(xué)、規(guī)范、可靠。同時(shí)也使得鋼管在生產(chǎn)過程中提高了質(zhì)量和成材率，讓工藝設(shè)計(jì)人員擺脫傳統(tǒng)設(shè)計(jì)所需的繁重計(jì)算量。

1 軋輥孔型的原始參數(shù)

1.1 LG60軋輥孔型外形尺寸

我國冷軋管機(jī)主要有LG兩輥式和LD多輥式兩種系列，根據(jù)中國重型機(jī)械研究所制定的冷軋管機(jī)國家標(biāo)準(zhǔn)，LG60軋輥孔型生產(chǎn)的成品管外徑規(guī)格介于Φ25 mm至Φ60 mm之間，外形尺寸如圖1所示。其特點(diǎn)是沿360°分布的每個(gè)截面形狀和尺寸都會(huì)隨著角度的不同而變化，并且截面的變化量及變化趨勢(shì)對(duì)成品的質(zhì)量以及生產(chǎn)效率都有明顯的影響。

1.2 軋輥孔型截面

軋輥孔型截面有多種設(shè)計(jì)方法，圖2為其中一種孔型截面形式，截面參數(shù)深度HX、開口角度α、開口寬度參數(shù)BX以及成型尺寸參數(shù)DXK均沿軋輥360°外圓以表1的控制要求變化，即沿逆時(shí)針方向，配合孔型軋制鋼管的芯棒直徑逐漸變大，而孔型截面的尺寸逐漸變小。

圖1 LG60軋輥孔型外形尺寸

圖2 軋輥孔型截面

表1 孔型截面控制參數(shù)

2 軋輥孔型截面控制參數(shù)優(yōu)化

周期軋管機(jī)軋輥孔型沿軋輥圓周方向可分為工作段和空軋段兩部分。工作段是軋件的變形及成形區(qū)段，一般分為鍛軋帶、精軋帶和終軋帶三部分。工作段由表1給出參數(shù)控制，對(duì)于空軋段，將0°位置成型尺寸參數(shù)DXK延伸至-25°，并將該位置的成型尺寸DXK增加0.5 mm。如圖3，為了使切線在-25°低于該位置底圓，將250°成型尺寸DXK延伸至315°（即45°位置）。在終軋帶的0°至20°區(qū)間，DXK設(shè)置0.15 mm的漸變，以改善鋼管在軋制過程中產(chǎn)生的表面波紋缺陷。同理，截面深度參數(shù)HX和開口寬度參數(shù)BX在0°處及-25°處需要相應(yīng)地修改數(shù)值，以配合成型尺寸參數(shù)DXK的變化。

圖3 軋輥孔型空軋段參數(shù)

3 CREO建模

3.1 建立點(diǎn)數(shù)據(jù)文件

依據(jù)表1及空軋段的優(yōu)化參數(shù)，在文本文檔內(nèi)分別建立4個(gè)文件，內(nèi)容如表2，并且另存為ibl格式。

表2 點(diǎn)數(shù)據(jù)文件

3.2 建立圖形文件

在CREO軟件中建立4個(gè)GRAPH文件，分別命名為DXK、BX、Alpha及HX。分別讀取相應(yīng)的ibl格式點(diǎn)數(shù)據(jù)文件，在軟件中生成空間點(diǎn)，并參考點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行如圖4的二維圖形繪制。

空軋段是喂料區(qū)，設(shè)置為直線，終軋帶是產(chǎn)品整形區(qū)，同樣設(shè)置為直線。用于過渡變形的工作區(qū)依附于點(diǎn)文件以樣條曲線的形式連接，并設(shè)置樣條曲線的端點(diǎn)分別與上述兩條直線相切。繪制完成的文件在原點(diǎn)處設(shè)置局部坐標(biāo)系，分別將之定義為之前設(shè)置的4個(gè)GRAPH特征。

圖4 命名為HX的GRAPH文件

3.3 孔型建模

3.3.1 建立基礎(chǔ)體及掃描軌跡線

建立Φ350×160 mm的圓柱，并在圓柱一半高度處繪制用于掃描軌跡的圓弧，圓弧直徑為Φ350 mm，圓心角為340°（即-25°至315°的圓心角）。

3.3.2 可變截面掃描

進(jìn)入可變截面掃描工具，以上述建立的圓弧作為掃描軌跡，截面繪制如圖5。并在關(guān)系中進(jìn)行如下設(shè)定：

sd33=evalgraph("DXK",trajpar*340)+0.1

sd35=evalgraph("BX",trajpar*340)

sd37=evalgraph("Alpha",trajpar*340)

sd32=evalgraph("HX",trajpar*340)

確認(rèn)后以去除材料的方式完成可變截面掃描。sd33尺寸由名為DXK的圖形文件控制，其在終軋段的尺寸即為生產(chǎn)鋼管時(shí)被扎鋼管的外徑，為確保軋制的鋼管外徑有正公差，將DXK整體增加0.1 mm。

3.3.3 拉伸與倒圓角

圖6為LG60軋輥經(jīng)由拉伸與倒圓角后最終完成的三維圖形。

圖5 可變截面掃描截面

圖6 孔型三維圖

4 結(jié)論

軋管工具孔型設(shè)計(jì)是管材軋制工藝中的核心問題，孔型設(shè)計(jì)的好壞直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量、軋機(jī)生產(chǎn)率、工具壽命以及金屬消耗。利用三維建模軟件建立孔型的精確模型，是孔型在4軸數(shù)控加工中心上進(jìn)行加工的必要前提。

[1] 李耀群. 周期式冷軋管機(jī)的發(fā)展[J]. 鋼管, 2002 (4): 1-8.

[2] 張定潮. 計(jì)算機(jī)輔助周期軋機(jī)孔型優(yōu)化設(shè)計(jì)[D]. 重慶: 重慶大學(xué), 2002.

[3] 余竹煥. 計(jì)算機(jī)輔助孔型設(shè)計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 鍛壓技術(shù), 2006 (5): 6-9.

Pass Modeling of Cold-rolling Pilger Mill Based on CREO

Zhang Junfeng, Yan Feng

( Shazhou Professional Institute of Technology, Zhangjiagang 215600, Jiangsu, China )

This paper introduces a kind of cross-section of cold-rolling pass, and the transition parameters of the section of the blank section are optimized. The ibl data file for CREO software is established, which is used as the reference to establish the GRAPH, and the accurate model of the pass is obtained by variable section scanning.

Pass of pilger mill; CREO; GRAPH; Variable section scanning

TG333.17

A

1009－8429(2019)04－0003－04

2019-11-02

張俊鳳（1977-），女，沙洲職業(yè)工學(xué)院機(jī)電工程系講師；

嚴(yán) 鋒（1979-），男，沙洲職業(yè)工學(xué)院機(jī)電工程系講師。