線材單一孔型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及減定徑孔型的構(gòu)成

劉洪濤，朱大可，肖士偉，謝紅委

（山東鋼鐵集團(tuán)永鋒淄博有限公司，山東 淄博256400）

1　前言

當(dāng)前線材生產(chǎn)已摒棄舊有的復(fù)二重生產(chǎn)方式，在向優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)和低消耗方向發(fā)展，質(zhì)量上也在要求多種規(guī)格，精密公差，光潔表面，大單重，細(xì)晶粒度，少氧化鐵皮，高拉拔性。為保證高速無(wú)扭線材的軋制精度和質(zhì)量要求，必須設(shè)計(jì)與其相適應(yīng)的孔型系統(tǒng)。目前，在45°無(wú)扭精軋機(jī)上常采用含減定徑匹配的橢圓—圓—圓—圓孔型系統(tǒng)的單一孔型系統(tǒng)。單一孔型系統(tǒng)是指用一套孔型系統(tǒng)與減定徑（或雙模塊）成品孔型相匹配，通過(guò)精軋機(jī)道次的增減替換來(lái)實(shí)現(xiàn)所有軋制規(guī)格共用的孔型系統(tǒng)。本研究對(duì)線材單一孔型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及減定徑孔型的構(gòu)成進(jìn)行了探討。

2　單一孔型系統(tǒng)的構(gòu)成及特點(diǎn)

高速無(wú)扭線材軋機(jī)的孔型因軋機(jī)不同而不同。為了實(shí)現(xiàn)品種鋼軋制規(guī)格范圍大、道次多、單根、高速、無(wú)扭、恒微張力軋制的工藝特點(diǎn)，精軋機(jī)常采用橢圓—圓孔型系統(tǒng)。同時(shí)，為保證軋制精度和光潔表面的要求，成品采用減定徑（或雙模塊）機(jī)組，用橢圓—圓—圓—圓孔型系統(tǒng)［1］。軋機(jī)組成可分為粗軋、中軋、預(yù)精軋機(jī)組、精軋機(jī)組和減定徑（或雙模塊）機(jī)組。規(guī)格為Φ5～Φ25 mm盤圓，軋制規(guī)格范圍大，道次從24～32個(gè)不等。普通孔型系統(tǒng)設(shè)計(jì)只能道次隨規(guī)格大小由多向少遞減，相應(yīng)軋制速度也隨傳速比的增大而減小，由最大100 m/s到20 m/s，幅度較大。同時(shí)，進(jìn)入精軋機(jī)的軋件尺寸也要隨規(guī)格相應(yīng)改變，所以精軋機(jī)孔型隨規(guī)格必須按系列執(zhí)行。規(guī)格更換必須按系列換輥，否則無(wú)法正常軋制生產(chǎn)，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，影響作業(yè)率（見(jiàn)圖1）。

圖1　高速無(wú)扭線材軋機(jī)原孔型系統(tǒng)

改進(jìn)后的孔型系統(tǒng)見(jiàn)圖2，可以看出，Φ5.5 mm、Φ7 mm、Φ8.5 mm、Φ9 mm規(guī)格為一個(gè)系列，Φ 6 mm、Φ7.5 mm、Φ12 mm規(guī)格為一個(gè)系列，Φ6.5 mm、Φ8 mm、Φ14 mm、Φ16 mm規(guī)格為一個(gè)系列。不同系列更換規(guī)格必須全部更換輥環(huán)。而采用帶有減定徑（或雙模塊）精軋機(jī)組的單一孔型系統(tǒng)，減定徑（或雙模塊）精軋機(jī)組為成品孔型單獨(dú)一套，軋制速度可按最高秒流量隨規(guī)格固定，設(shè)為最大，其他孔型在預(yù)精軋和精軋機(jī)組中孔型共用，可隨機(jī)組道次集傳速比隨意進(jìn)行更換或參數(shù)調(diào)整。因此，采用單一孔型系統(tǒng)換輥方便，成品速度高，產(chǎn)量高，質(zhì)量好。

圖2　高速無(wú)扭線材軋機(jī)改進(jìn)后的孔型系統(tǒng)

3　單一孔型系統(tǒng)軋制參數(shù)設(shè)計(jì)

3.1　設(shè)計(jì)原則

連軋機(jī)工作特點(diǎn)是必須遵循“秒流量”相等的原則，即：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)任一截面的金屬體積必須相等，其方程式如下：

式中：B、H、V分別為軋件的寬度、高度、水平速度，Q為軋件截面積。由式（1）、式（2）可得：

將式（5）代入式（4）再代入式（3）可得（忽略前滑）：

式中：D為軋件軋輥工作直徑，D0為軋輥原始輥徑，Qn為軋件面積，b為軋件寬度，s為輥縫。

3.2　軋制參數(shù)分配設(shè)計(jì)

由于精軋機(jī)中各道次的集傳速比已固定。即：各道次集傳速比l1、l2、l3……ln已知。精軋機(jī)各道次輥環(huán)速度公式為：

其中由于集傳（1個(gè)增速箱轉(zhuǎn)速）N1=N2，可得：

式中ω為本道次延伸系數(shù)。將式（8）、式（9）代入式（3）可得：

即：集傳精軋機(jī)中每個(gè)道次延伸系數(shù)與相鄰兩機(jī)架輥箱速比（I）成正比與兩孔型工作直徑（D）成反比。45°無(wú)扭集傳精軋機(jī)橢圓—圓孔型的各道次延伸系數(shù)ω=1.2～1.35。減定徑（或雙模塊）橢圓—圓—圓—圓孔型延伸系數(shù)ω=1.01～1.15。

3.3　變形系數(shù)

45°無(wú)扭集傳精軋機(jī)采用橢圓—圓孔型系統(tǒng)，寬展系數(shù)圓孔型β=0.3～0.4，橢圓孔型β=0.6～0.7。采用Z.烏薩托夫斯基公式（β=η-W）［2］。

圓孔面積：

橢圓孔面積：

式中：α=2arcsin（b/2R），R=［（h-s）2+Bk2］/4（h-s），h為橢圓軋件高度，R為橢圓弧半徑，α為弦長(zhǎng)為b的橢圓弧所對(duì)應(yīng)的中心角，Bk為橢圓孔型寬度。

4　軋制程序表編制

軋制程序表是保證連軋生產(chǎn)順行必須編制的參數(shù)依據(jù)。包括軋制速度、集傳電機(jī)轉(zhuǎn)速、輥環(huán)轉(zhuǎn)速、輥環(huán)工作直徑、輥縫、各道次延伸系數(shù)、軋件斷面尺寸（斷面積、軋件寬、軋件高）。

按成品最終軋制速度和道次速比確定輥環(huán)和電機(jī)轉(zhuǎn)速，再依據(jù)已知的各輥箱速比和成品斷面按公式（10）確定各道次孔型的延伸系數(shù)，相應(yīng)可知每道次軋件斷面積。再按公式（11）和（12），推算軋件斷面尺寸。由公式（5）確定輥環(huán)工作直徑和輥縫。編制完畢后延伸系數(shù)、工作直徑、輥縫和速比再用公式（10）、（5）、（11）、（12）進(jìn)行校核。若差別較大則通過(guò)調(diào)整工作直徑、改變軋件面積的方法修正計(jì)算。如改變?cè)驾亸交蜉伩p值可調(diào)整工作輥徑，對(duì)孔型軋件局部尺寸增減可改變軋件斷面積。

5　減定徑孔型的構(gòu)成

減定徑（或雙模塊）采用橢圓—圓—圓—圓孔型。4個(gè)道次為一個(gè)整體集傳機(jī)組（雙模塊是橢圓—圓兩道次為集傳模塊，圓—圓兩道次為另一集傳模塊）。每個(gè)道次對(duì)應(yīng)增速機(jī)有不同檔位，每個(gè)檔位有不同速比，采用離合掛檔（或液壓自動(dòng)掛檔）。所以每道次的延伸系數(shù)也隨規(guī)格檔位的不同而不相同。圓孔型延伸系數(shù)ω=1.01～1.15，橢孔型延伸系數(shù)ω=1.01～1.15。設(shè)計(jì)計(jì)算軋制參數(shù)遵循上述編制軋制程序表和校驗(yàn)的方法。

1）橢圓孔型構(gòu)成。橢圓孔型構(gòu)成見(jiàn)圖3，與普通橢圓孔型構(gòu)成相同［2］。

圖3　橢圓孔型結(jié)構(gòu)

2）圓—圓—圓孔型構(gòu)成（逆軋方向?yàn)閗1、k2、k3，見(jiàn)圖4）。為保證成品表面光潔、橢圓度（±0.10 mm）和表面細(xì)晶粒組織，3個(gè)道次孔型每道次必須有一定壓下量和相應(yīng)延伸系數(shù)。3個(gè)孔型壓下量主要是控制在輥縫處對(duì)角的更替軋制。因此，圓孔槽底寬度應(yīng)比普通圓孔稍大（橄欖圓形狀）。開(kāi)口角隨規(guī)格不同3個(gè)孔型也不相同，一般α=94°～130°。其中k1、k3見(jiàn)圖4a，k2見(jiàn)圖4b。

圖4　圓—圓—圓孔型結(jié)構(gòu)

圖4中α1=105°～118°；α2=α1-（5°～10°）；α3=α1-（2°～3°）。s為輥縫，s1=s3=1～1.4 mm，s2=1.5～3 mm。H為圓軋件孔型構(gòu)成高度，H1=H0-（1.007～1.02 mm）；H2=H1-（0.1～0.3 mm）；H3=H1-（0.2～0.5 mm）。R’為圓擴(kuò)張角半徑，k1、k3兩孔型，R’在開(kāi)口角切線圓邊線上且必須R’=H；k2孔型R’在開(kāi)口角切線圓邊外延長(zhǎng)線上，R’用作圖法求得或按下式計(jì)算：

圖5　Φ6.5 mm減定徑孔型結(jié)構(gòu)

k1、k3孔型用作圖法，校驗(yàn)公式為Bk1=（1.052～1.085）H；k2孔型，Bk2=Bk1+（0.2～0.8）［3］。

其中Φ6.5 mm盤圓的減定徑橢圓—圓—圓—圓孔型結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5。

6　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)幾個(gè)月的生產(chǎn)證明，所生產(chǎn)規(guī)格的產(chǎn)品軋制工藝過(guò)程穩(wěn)定，中間道次斷面尺寸控制較好，盤圓成品尺寸精度達(dá)到了±0.10 mm，橢圓度≯0.12 mm。對(duì)165 mm×165 mm和150 mm×150 mm兩種坯料均進(jìn)行了軋制，試軋了典型產(chǎn)品，效果較好。