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穿孔机毛管壁厚精度优化模型开发


时间:2022-09-04 07:51:19 作者:火狐体育在线登录 来源:火狐体育全站APP

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  对于热轧无缝钢管生产而言,提高穿孔后毛管壁厚精度,对于保证最终产品的精度与质量至关重要。由顶头辗轧段与轧辊出口锥段构成穿孔机孔型间隙,该间隙的均匀性对毛管壁厚精度有直接影响。以计算机数值算法为基础,开发穿孔机壁厚精度优化模型,不仅可精确计算穿孔机孔型间隙,优化顶头辗轧段设计:还可以将实际生产中顶杆弹性变形、顶头前伸量调整等因素考虑在内,通过送进角补偿方法,保证毛管壁厚精度,具有很强的实用性。在实际生产中应用该模型,毛管横截面壁厚精度可优于+4%。

  对于热轧无缝钢管生产而言,穿孔机是粗轧开坯工序,但已有大量研究表明甲:穿孔后毛管的壁厚偏差,无法通过后续的轧管工序完全消除。因此,提高穿孔后毛管壁厚精度,对于保证最终产品的精度与质量至关重要。

  为此,业内已对毛管壁厚精度的影响因素进行大量研究,包括管坯温度均匀性、管坯是否定心、抱辊对中精度等,其中与穿孔工艺密切相关的为孔型间隙均匀性。该孔型间隙由穿孔机顶头辗轧段与轧辊出口锥段构成,由于穿孔机轧辊布置具有送进角,锥形辊穿孔机还具有辗轧角,因此该间隙表现为较复杂的空间几何问题。前人提出过该问题的解析算法或经验公式,但由于进行了大量近似与简化,损失了计算精度;本文基于计算机数值算法,开发模型软件,可更准确地获得孔型间隙分布曲线,从而指导顶头辗轧段设计。更为重要的是,前人的研究主要基于纯几何的计算,在实际生产过程中,由于设备弹跳和生产调整等原因,顶头的前伸量会明显偏离设计顶头辗轧段时的数值, 导致孔型间隙均匀性降低。本文针对该种情况,提出送进角补偿方法,并将该功能融合在模型软件中,从而可更持续稳定地保障毛管壁厚精度。

  直角坐标系如下定义:原点是轧辊孔喉在轧制线上的对应点;X轴是沿轧制线方向,正方向定义为穿孔机入口指向出口的方向: Y轴为轧辊布置在Y轴方向上; Z轴为导卫布置在Z轴方向上。轧辊的辊面方程为:

  在实际穿孔过程中,顶头承受轴向力,顶杆发生弹性变形, 导致顶头后移,偏离设计时所预定的位置,进而影响孔型间隙的均匀性。由于对于不同规格、钢种 温度,轴向力、顶头后移距离均不相同;因此在顶头设计阶段,无法通过预先补偿适应所有工况 在实际生产时,为适应规格和钢种的变化,操作工也会人为地前移或后移顶头,以控制总压下率和顶前压下率,这同样导致孔型间隙均匀性的降低。

  针对该种情况,提出在顶头形状已确定的情况下,通过现场 调整送进角大小,补偿顶头移位产生的偏差,以保证在各种工况下孔型间隙最优。送进角的调整量大小通过寻优算法获得,其基本逻辑如图4所示。

  基于该算法,已开发穿孔机工艺调整参数计算软件(图5),可根据不同规格、钢种的弹跳量和顶头前伸量参数,自动优化送进角,以获得尽可能均匀的孔型型间隙。

  使用本研究成果。对穿孔机顶头和送进角进行优化,并应用于现场实际生产。对其中多个规格的毛管进行抽检,测量壁厚数据见表1。对数据分析可知:优化过的项头和设定参数,可以保证手管壁厚公差≤±4%(不计管端)。

  (1)以计算机数值算法为基础,提出一种精确计算穿孔机轧辊与顶头间隙的方法,可用于优化顶头辗轧段设计。

  (2)针对实际生产中设备弹跳、人工调整等因素,本文提出通过调整送进角,补偿顶头位置变动对孔型间隙均匀性的影响。

  (3)应用本文所述的方法,可获得较高壁厚精度的毛管,现场验证表明:毛管壁厚公差≤±4%。

  [1]关小军,周家娟顶头穿轧锥形状对二次穿孔毛管壁厚不均的影响[J].钢管,2002,31(5):12-15.

  [5]李胜祗.菌氏穿孔顶头平整段母线和锥角[J].华东冶金学院学报,1990,7(4):17-25.

  魏银东(1983-)、男,工程师,厂长,主要从事热轧无缝钢管工艺技术研究和生产实践工作。

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