合金鋼棒材軋制的平均軋輥半徑計(jì)算模型
李松松，李偉，岳恒全，高甜，王海軍，于輝
(燕山大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院， 河北 秦皇島 066004)
摘要：在合金鋼棒材生產(chǎn)中，軋制過程中橢圓與圓孔型對棒材成品的尺寸精度及質(zhì)量缺陷起決定性作用，在計(jì)算軋制工藝規(guī)程時(shí)一般用平均軋輥半徑等效代替軋槽輪廓變化的軋輥半徑，因此,平均軋輥半徑計(jì)算模型的可靠程度對軋制工藝(軋制速度、壓下量、軋制力等)的合理選取和產(chǎn)品幾何尺寸精度的提升具有重要作用。在現(xiàn)有平均軋輥半徑模型基礎(chǔ)上，考慮不同合金鋼種寬展影響，利用孔型軋制表面輪廓預(yù)測模型推導(dǎo)得出變形軋件斷面形狀與軋制臨界點(diǎn)的求解公式，提出了用出口軋件斷面面積與臨界平均寬度來計(jì)算等效矩形平均高度的方法，得到了橢圓與圓孔型平均軋輥半徑的新計(jì)算模型，并進(jìn)行了軋制試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明，與現(xiàn)有模型相比，新計(jì)算模型在一定程度上提高了平均軋輥半徑的計(jì)算精度。同時(shí)，基于合金成分影響系數(shù)探究了不同合金鋼種軋制變形后的臨界點(diǎn)分布對應(yīng)關(guān)系?？紤]到孔型側(cè)壁直線的存在，對圓孔型軋制接觸狀態(tài)進(jìn)行了階段劃分，當(dāng)合金成分系數(shù)較小(碳結(jié)鋼與珠光體-馬氏體鋼)時(shí)，軋制臨界點(diǎn)落于圓弧軋槽上，所有計(jì)算模型均有效；當(dāng)合金成分系數(shù)超過1.33(奧氏體鋼與鐵素體鋼)時(shí)，軋制臨界點(diǎn)擴(kuò)展至側(cè)壁直線上，原有計(jì)算模型失效，軋制工藝參數(shù)由新計(jì)算模型求解?；谛履Ｐ偷暮辖痄摲N軋制臨界分布對棒材軋制鋼種變換工藝參數(shù)的快速制定具有重要指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞：合金鋼； 棒材軋制； 平均軋輥半徑； 臨界點(diǎn)； 等效矩形
1 引言
作為鋼鐵工業(yè)重要的軋制產(chǎn)品，棒線材廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、石油化工、電力設(shè)備及機(jī)械制造等領(lǐng)域。目前合金鋼棒材生產(chǎn)逐漸向多品種、變批量的方向發(fā)展，日益提高的成品尺寸公差精度對孔型設(shè)計(jì)與軋制變形控制提出了更高要求。箱-橢圓-圓孔型順序連軋工藝廣泛應(yīng)用于合金鋼棒材生產(chǎn)中，研究表明，箱形孔作為延伸孔型主要用于減小軋件斷面面積，而橢圓與圓孔型對棒材成品的尺寸精度及折疊、耳子等質(zhì)量缺陷起決定性作用。在橢圓、圓孔型軋制過程中，軋制變形區(qū)中沿軋輥軸線方向的軋輥半徑不是常量，這導(dǎo)致軋輥不同部位的線速度會(huì)發(fā)生變化。在計(jì)算棒材軋制工藝規(guī)程(軋制力、軋制力矩、軋制速度等)時(shí)，一般用平均軋輥半徑等效代替軋槽輪廓變化的軋輥半徑，因此，精確的平均軋輥半徑計(jì)算模型是合理確定軋制工藝規(guī)程的關(guān)鍵因素之一。
Wusatowski Z提出了一種在保持軋件斷面面積不變的情況下，以直線橫截面代替曲線截面的平均軋輥半徑計(jì)算模型，但該模型沒有考慮出口軋件與軋槽之間的接觸狀態(tài)，且在求解時(shí)需已知出口變形軋件的斷面面積與最大寬展。Saito Y等采用入口軋件形狀與軋輥孔型輪廓及輥縫來確定平均軋輥半徑，沒有考慮軋件在孔型中的橫向流動(dòng)。Lee Y等參考了板帶軋制工藝，將板帶軋制中的軋制速度概念轉(zhuǎn)換至孔型軋制過程來求解平均軋輥半徑，但此模型在求解過程中需要對眾多參數(shù)進(jìn)行確定和計(jì)算，使其在應(yīng)用中受到極大的限制。DONG Yong-gang等提出利用變形軋件與孔型輪廓相交的可用接觸面積來計(jì)算平均軋輥半徑，沒有考慮變形軋件自由端面積對平均軋輥半徑計(jì)算精度、鋼種變換時(shí)的寬展變化與孔型側(cè)壁對軋件斷面面積的影響。綜上所述，現(xiàn)有模型在理論或幾何模型計(jì)算上的缺陷會(huì)對平均軋輥半徑的計(jì)算精度產(chǎn)生影響，需對其進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。
本文針對現(xiàn)有模型求解時(shí)存在的問題，考慮了合金鋼棒材軋制過程中鋼種變換時(shí)寬展變化的影響，對變形軋件形狀輪廓及軋制臨界點(diǎn)進(jìn)行了精確預(yù)測，以出口軋件斷面與臨界平均寬度作為等效矩形相關(guān)參數(shù)，對平均軋輥半徑進(jìn)行修正計(jì)算并進(jìn)行軋制試驗(yàn)驗(yàn)證；同時(shí)以新計(jì)算模型與試驗(yàn)軋輥孔型為基礎(chǔ)，依據(jù)軋制寬展合金成分影響系數(shù)，探究了不同合金鋼種軋制臨界點(diǎn)的分布狀況，研究結(jié)果可為軋制工藝參數(shù)的制定提供理論指導(dǎo)。
2 精選圖表
3 結(jié)論
本文在現(xiàn)有模型基礎(chǔ)上，考慮到合金鋼種寬展與孔型側(cè)壁對軋制工藝參數(shù)計(jì)算的影響，提出了新的軋件截面等效矩形的求解方法，并給出了平均軋輥半徑計(jì)算模型，通過與現(xiàn)有模型計(jì)算結(jié)果及軋制試驗(yàn)值的比較，得出以下結(jié)論。
(1)與現(xiàn)有模型相比，新模型采用變形軋件斷面作為等效矩形面積，對軋件自由端部分等效計(jì)算獲得平均寬度，最終求解得出平均軋輥半徑。與試驗(yàn)結(jié)果相比，新計(jì)算模型比現(xiàn)有計(jì)算模型的精度更高。
(2)在實(shí)際軋制過程中，考慮到寬展變化與孔型側(cè)壁對平均軋輥半徑計(jì)算精度的影響，新計(jì)算模型對圓孔型軋制接觸狀態(tài)進(jìn)行分階段處理，試驗(yàn)證明此種計(jì)算方法更加合理。
(3)在圓孔型軋制中，碳素結(jié)構(gòu)鋼與珠光體-馬氏體鋼軋制臨界點(diǎn)分布于圓弧軋槽(合金成分影響系數(shù)小于1.33)，奧氏體鋼與鐵素體鋼臨界點(diǎn)擴(kuò)展至孔型側(cè)壁直線(合金成分影響系數(shù)大于1.33)，軋制工藝參數(shù)由新計(jì)算模型求解。基于新模型的合金鋼種軋制臨界分布，對棒材軋制換鋼后工藝參數(shù)的快速制定具有重要指導(dǎo)意義。
