無規(guī)圓機軋制高精度圓鋼

1、無規(guī)圓機軋線生產高精度圓鋼的探討 李公達,楊樂彬 (萊蕪鋼鐵股份有限公司鍛壓廠,山東 萊蕪 271126) 摘要：通過對圓鋼成品孔型成熟設計和軋制成型的分析,提出了國標圓鋼不圓度較合理的測定方法以及圓鋼成品孔型設計的發(fā)展趨勢。 關鍵詞：圓鋼不圓度;啟動面;側壁圓弧;擴展圓弧 中圖分類號：TG332+.21 文獻標識碼：B 文章編號：1004-4620(2000)06-0001-03 An Approduch to Producing High Accuracy Round Bar Uded of Qquging Circle Machine Rolling Line LI Gong-da,YA

2、NG Li-bin (The Forging Plant of Laiwu Iron and Steel Co.,Ltd,Laiwu 271126,China) Abstract：Through designing for finishing pass and analysing for rolling shaped of round bar puts forward reasenable determining method for out of round ness of round bar produced by national standard and the devel oping

3、 trend of round bar finishing pass design. Keywords：out of roundness;starting surface;side wall circle arc;expanding circle arc 國標GB702-86對熱軋圓鋼不圓度的規(guī)定為圓鋼同一截面上最大直徑與最小直徑之差。而目前生產現場為測量迅速方便,往往只測量上下方向、水平方向(俗稱啟動面)和左右兩肩上相互垂直的四個位置上的直徑,并以此作為軋機調整的依據。這在圓鋼精度要求不高的情況下,多數是可行的。但當精度要求提高,相應不圓度也提高,又沒有規(guī)圓機的情況下,這種傳統(tǒng)的測量方式就不

4、能真實地反映鋼材的外形尺寸。只取上述四點測量,恰躲過了最大直徑點,造成不圓度超差漏判。下面從理論上作分析。1 圓鋼成品孔型成熟設計與軋制成形分析1.1 圓鋼成品孔型的成熟設計圓鋼成品孔型的設計好壞,直接影響到成品的尺寸精度、軋機調整范圍和孔型的使用壽命。目前,除少數成套進口設備、國內大部分軋線仍不能精確地調控進入圓鋼成品孔的金屬流量。因此,為了保證不圓度變化最小,并能充分利用所允許的偏差范圍,圓鋼成品孔的開口采用帶擴展圓弧或擴展直線的側壁的合理的1, 如圖1(a)所示。圖1 圓鋼成品孔的構成形式(a)帶圓弧側壁圓孔型   (b)圓鋼成品成型示意圖  &#

5、160;   實踐證明,帶圓弧側壁的圓鋼孔型軋出的圓鋼不圓度變化最小,調整范圍也較大。為使分析更有指導意義,在此只分析帶圓弧側壁的孔型。1.2 圓鋼軋制成形分析由圖1(b)可知,橢圓軋件成品圓鋼孔中的成形是由兩種性質的變形組成的,即圖1(b)中ab(ab)。以R=H/2的基圓段內金屬發(fā)生類似模鍛一樣的精確軋制,其不圓度不出意外,一般會合乎要求?；鶊A段以外就是上述擴展圓弧段,即圖1(b)中am(am)、bn(bn)。該位置是成品前橢圓軋件兩弧邊外鼓變形的部分,也是軋線料形不穩(wěn)的調節(jié)區(qū)。其變形也可分兩類,一類是靠近基圓部分(假定金屬與軋槽側壁分離點是M、N、M、N四點),即圖1

6、(b)中Ma、Nb、Ma、Nb段,其同樣是限制寬展,成形的直徑也是可精確控制和計算的。另一類就是單純自由寬展部分,即圖1(b)中MM、NN段。其軋制變形后,將是受料形、溫度等不穩(wěn)定因素變化的大小不等的弧面。在沒有規(guī)圓機的設備情況下,要求這部分弧面造成的直徑必須滿足不超上下偏差。為了使討論具有普遍意義,取生產中多采用的垂直方向熱態(tài)情況下取零公差,而讓啟動面微大于垂直方向直徑的方法,即不圓度為兩者之差。2 直徑最大位置的計算2.1 圓鋼最大直徑位置的確認圓鋼正常軋制情況下,即孔型上下對正,壓下以熱態(tài)零公差的最憂情況。由上述孔型構成分析及變形特點可知,擴展圓弧側壁上有部分位置在水平軸向不大于啟動面的

7、情況下,所造成的直徑是可以超過啟動面直徑的。換句話說,只測啟動面滿足不圓度不超差的情況下,已經有超差部分存在了。見圖2QQ段。圖2 側壁圓弧放大示意圖2.1.1 誤差計算由于圓鋼軋制的對稱性,為簡化計算,給圖1建立坐標,只取第二象限,結構放大局部圖2。為了直觀說明,以14mm±0.25mm高精度圓鋼軋制為例。首先,構造側壁圓弧方程,見圖1(a)。由以下公式得側壁圓半徑R:R= Hsin - S / 4cossin(-)      (1)式中側角,其值: = tg-1 （ Bk - Hcos /  Hsin - S ）

8、0;  (2)在(1)、(2)式中=30°,S=1.2mm,考慮軋制穩(wěn)定性,取B k=14.6,H=14.2代入(1)(2)得:R= 10.491由圖2知側壁圓心位置(X0,Y0)為X0 = ( R- H/2 )cos    (3)      Y0 = ( R- H/2 )sin    (4)式中= -30°則:X0 = 2.937, Y0 = -1.692代入圓方程( X - X0 )2 + ( Y - Y0)2 = R2得側壁圓方程( X - 2.93

9、7 )2 + ( Y + 1.692 )2 = 10.4912   (5)以Rmax = 7.225,即最大允許半徑作圓,(圓中虛線)與側壁圓弧交于Q點。    以X = -7.225作X軸垂線交于側壁圓弧于Q點,即QQ段就是只測啟動面不超差而實際已有超差可能的部分。當M無限接近Q點時,將Q點橫坐標 Xmax = -7.225代入(5)式可得Q點縱坐標YQ = 0.898    將YQ代入max = 7.281X2max+YQ2 則由對稱性其造成最大直徑2max為14.562,該值大于最大允許不圓度數值(

10、14.45)。     由上述計算可知,在啟動面測量保持不圓度不超差的情況下,可能出現超差現象而漏判。3 合理測量方法的提出及計算3.1 方法提出為了消除這種不確定偏差的存在,又繼承啟動面測量方法的方便性,可以規(guī)定Q為水平軸向最大位置,即將QQ段劃出去。這樣M點將被迫壓縮向a點,其可變化范圍由圖2中M范圍縮小為M范圍。側壁圓弧仍保留其“調節(jié)區(qū)”能力又不至于出現超差。3.2  Q橫坐標Xmax 的計算將最大允許圓X2 + Y2 = 7.2252 代入(5)式得:Xmax = -7.160則得啟動面方向上允許直徑2|Xmax|為14.32mm。以上

11、計算皆為熱態(tài),則高度方向H為14.2mm,水平方向2|Xmax|為14.32mm,合冷卻后直徑為14mm和14.10mm,不圓度為0.1mm。根據上述思想及14mm計算實例,可計算出其它規(guī)格,見表1。表1 熱軋圓鋼精度I組(ر0.25)工藝數值表規(guī)格 S BK H 2max 21xmax!Ø121.0   12.512.212.499 12.279Ø16 1.5 16.6 16.2 16.590 16.296

12、16;18 1.8 18.7 18.3 18.694 18.342Ø14 1.2 14.6 14.2 14.562 14.320萊鋼鍛壓廠軋鋼車間是由橫列式二火成材改造而來的半連軋生產線。采用上述計算后的啟動面測量方式,圓鋼精度控制能力已有很大進步。Ø14、Ø16、Ø18mm等規(guī)格圓鋼精度I組合格率由原來的60%左右提高到目前的85%以上,已完全摸索出一套適合自己設備能力的高精度圓鋼生產工藝。4 結束語圓鋼成品的孔型采用擴展側壁,是為了適應軋制條件的波動不得已才采用的方法,也是出現上述偏差的根本原因。隨著軋機裝備水平的提高,軋線能精確控制進入成品孔的金屬量,就可舍棄側壁圓弧,孔型直接采用基圓。萊鋼中小型