三辊轧管机调整参数的计算方法

三辊轧管机调整参数的计算方法吕庆功朱景清马继仁张勇钢黄建凯王成(北京科技大学)(无锡西姆莱斯钢管有限公司)摘要分析了三辊轧管的变形特点和轧机结构特点，在此基础上根据空间投影关系推导了三辊轧管机调整参数的计算公式。应用结果表明，该公式简便可靠，对提高调整精度、减少重调次数、提高生产效率有重要意义。关键词三辊轧管机调整计算方法CALCULATINGMEDOLFORPARAMETERSETTINGONTHREE-ROLLTUBEMILLLU¨QinggongZHUJingqingMAJiren(UniversityofScieneeandTechnologyBeijing)ZHANGYonggangHUANGJiankaiWANGCheng(WuxiSeamlessSteelTubeCo.,Ltd.)ABSTRACTCalculatingmodelforparametersettingonthree-rolltubemillisdeductedfromspecialrelationship,obtainedindeformationcharacteristicandmillconstructionanalysisofthree-rolltuberolling.Ithasbeenprovedinpracticethatthismodelissimpleandreliable,andismeaningfulforsettingaccuracyandreducingtheresettingtimethereforeimprovingtheproductivity.KEYWORDSthree-rolltubemill,setting,calculatingmode1前言三辊轧管机以轧制高精度中厚壁管著称于世。近30年来，随着特朗斯瓦尔型、快开型和NEL型等新机型的出现，轧制薄壁管时的“尾三角”问题基本得到解决，产品的规格已经扩展到薄壁范围。对于壁厚只有3mm左右的薄壁管，即使只有0.2～0.3mm的壁厚波动也会造成约6％～10％的壁厚偏差，使壁厚精度明显下降［1，2］，这就对轧机的精确调整提出了更高的要求。三辊轧管机空间关系复杂，生产人员对其调整特性还不十分明确，更缺乏得力的计算工具；研究人员曾做过一些理论探讨［3～5］，但都采用了复杂的理论推导，未在生产中推广应用。本文以简单的空间投影关系为依据，推导了三辊轧管机调整参数的计算公式，旨在为实际生产提供一个简单实用的计算方法。2三辊轧管机的结构特点和调整依据三辊轧管机的三个轧辊围绕轧制中心线相互成120°均匀倾斜布置，每个轧辊的轴承一端在固定牌坊内，另一端在活动牌坊内。为了给轧辊构置一个送进角，活动牌坊需转动一个角度ω；对于不同的轧制规格，靠轧辊两端的压下装置进行常规的压下调整，即改变轴承分布圆半径R0、R′0的大小。其示意图如图1所示。轧机调整的目的是为了构成合理的变形区几何形状。考察三辊轧管的变形过程(图2)，钢管在减径区进行减径和部分减壁，在减壁区完成绝大部分壁厚压下，在辗轧区辗轧2～3次以起到均壁和控制壁厚的作用，最后在规圆区恢复为圆形。可以看出，辗轧段对于保证轧后荒管的壁厚均匀性和准确性具有图1三辊轧管机调整示意图Fig.1Settingsketchofthethree-rolltubemill图2三辊轧管变形示意图Fig.2Deformationzonesketchofthethree-rolltuberolling1—减径区；2—减壁区；3—辗轧区；4—规圆区至关重要的作用。所以，三辊轧管机的调整应以保证由辗轧段辊面与芯棒构成的缝隙的等厚性与准确性为依据。3三辊轧管机调整参数的公式推导3.1基本参数说明参见图1～3：L——固定牌坊和活动牌坊中心距／mm；R0——固定牌坊侧轴承分布圆半径／mm；R′0——活动牌坊侧轴承分布圆半径／mm；ω——活动牌坊旋转角／(°)；l1、l2——轧辊辗轧段终点、始点沿辊轴距固定牌坊侧轴承中心的距离／mm；R1、R2——轧辊辗轧段终点、始点的轧辊半径／mm；β——辗轧段辊面锥角(锥底在固定牌坊侧时取为正值，反之取负值)／(°)；nl——辗轧段辊面母线长度／mm；rm——芯棒半径／mm；r1、r2——辗轧段终点、始点处的孔喉半径／mm；S——荒管壁厚／mm。3.2基本公式的推导图3空间投影关系图Fig.3Relativesketchofspaceprojection由三辊轧管机的结构特点可知，在轧机结构已定的情况下，活动牌坊旋转角ω和两牌坊的轴承分布圆半径R0、R′0决定了轧辊的位置，从而决定了变形区的几何形状。本文公式的推导从轧辊的位置调整开始。首先假设轧辊的初始位置，并描述由初始位置到工作位置的调整过程(见图1)。(1)初始位置辊轴与轧制中心线重合，固定牌坊侧轧辊轴承中心与固定牌坊轴承分布圆圆心重合。(2)调整过程轧辊垂直向上平移R0→以固定牌坊侧轴承中心为圆心，在过轧制中心线的垂直平面内旋转一个角度，使活动牌坊侧轴承分布圆半径为R′0→活动牌坊旋转ω角，同时带动辊轴以固定牌坊侧轴承中心为中心旋转。根据位移合成原理，上述辊轴绕轴承中心的旋转可视为辊轴先绕Ox轴转动κ角，再绕Oz轴转动γ角。由三角关系可知沿辊轴距固定牌坊侧轴承中心l处取一点A，从A点做轧制中心线的垂线段h。图3(a)为图1沿轧制中心线的右视图，很显然为了构置辊轴平行于纸面的视图，按照(a)→(b)→(c)→(d)的投影顺序得到图3(d)，此时轧制中心线与纸面相交。假设垂线段h过辗轧段终点，则有l＝l1－R1tanθ(6)由于最初取l值时并未考虑垂线段h过辗轧段终点这一条件，所以需对l的初值进行迭代修正，以求出满足上述条件的正确l值。在此基础上，满足条件的h、θ值可求，从而辗轧段终点的孔喉值为同理可求得辗轧段始点的孔喉值r2。根据辗轧段变形区的调整要求，终点、始点的孔喉值应满足两个条件｜r1－r2｜＜ε1(8)｜r1－(rm＋S)｜＜ε2(9)式中ε1，ε2——计算精度。根据公式(1)～(7)编制计算程序，反复迭代运算，至满足式(8)和式(9)的要求为止，可计算出最终的轧机调整参数。值得提出的是，轧机的可调参数有ω、R0和R′0三个，而需要满足的条件仅两个，所以有一个参数需人为确定。本计算方法中先取ω为0°～20°之间的一个经验值，然后再对R0、R′0进行求解运算。4应用实例在实际生产中，三辊轧管机的调整首先是根据轧制表的要求确定调整参数(即初值)，然后根据试轧管的实测壁厚和壁厚偏差及表面状况再进行微调。这一调整过程应准确、快速，以缩短调整时间和中间轧废。本文的计算公式能准确地给出调整初值，并在工艺条件允许下，通过改变活动牌坊的转角ω进行微调。试验在无锡西姆莱斯钢管有限公司三辊轧管机组上进行，着重验证通过改变活动牌坊转角ω进行微调的准确性。第一支试轧管的壁厚为4.3mm，工艺与调整参数见表1，试验中转角ω与厚壁S的实侧值列于表2。图4为上述工艺条件下转角ω对辗轧段缝隙值(即理论壁厚值)与不同转角下实测壁厚值的对照情况。可以看出，随着ω增大，壁厚呈抛物线状减小，不同转角下壁厚的理论值与实测值相当吻合。表1试验用工艺与调整参数Table1ParametersofprocessandsettingusedinexperimentL／mmR0／mmR′0/mmω／(°)l1／mml2／mmR1／mmR2／mmβ／(°)nl／mmrm／mm390195.3195.3变量17520515415403037表2ω系列与实测壁厚值Table2ωseriesandmeasuredwallthicknessesvalues牌坊转角ω／(°)11.513.515.5实测壁厚／mm4.303.893.595结语本文提出的三辊轧管机调整参数的计算方法，概念清楚、结构简单。应用结果表明，本文公式可以准确地给出调整参数的初值，通过改变活动牌坊的转角可以迅速准确地进行微调，能得到高精度的荒管。本文公式正在无锡西姆莱斯钢管有限公司试用，也可以用于其它类型三辊轧管机的调整参数计算。图4ω对S影响的理论计算与实测结果对照Fig.4ComparisonoftheoreticalandpracticalresultsrepresentingtheeffectofωonS参考文献1郑治平，钟倩霞.当代热轧无缝钢管生产技术评述(Ⅱ).钢管，1996，(3)：1～5.2袁方成.Assel轧管机轧制薄壁管工艺研究及过程分析(硕士学位论文).北京：北京科技大学，1997.3吴峰.三辊斜轧管螺旋道缺陷的静态分析.轧钢，1987，(5)：9～13.4吴峰.三辊斜轧钢管辗轧变形区段喉径变化规律的探讨.钢管技术，1987，(3)：15～19.5李国祯.斜轧孔型开度值计算.钢管，1990，(5)：40～43，49.