螺板异面锥辊轧制工艺研究

D0I:10.13374/j.issn1001053x.1997.s1.020 第19卷增刊 北京科技大学学报 Vol.19 1997年2月 Joumal of University of Science and Technology Beijing Feb.1997 螺板异面锥辊轧制工艺研究 李应强 北京科技大学机被工程学院，北京100083 摘要通过理论分析与生产实践的结合，详尽地讨论螺板轧制工艺参数定量定性的调整方法， 将有助于有效挖制螺板变形，提高轧机调整效率， 关键词螺旋叶片，轧制，轧制工艺 几十年来围绕各种类似螺旋面状工件的轧制变形出现了多种新工艺，新设备.制造螺旋 叶片需要形成圆环和螺距两种变形，依据形成两种变形的不同工艺方法，大致分为两类：其 一，形成圆环和形成螺距的变形是分步进行的，即首先使带钢通过楔形辊缝形成圆环，然后 再采用一定方法形成螺距，圆柱共面楔形辗轧与分导复合成形是其代表方法；其二，集两 种变形为一体，即带钢通过楔形辊缝的辗轧后直接获得螺旋叶片，锥形辊异面辗轧成形是 其代表方法. 锥形辊异面辗轧成形最早由英国LENHAM公司和MATCO公司提出.该方法对两锥 形轧辊的轴线作异面调整，锥辊自身的几何要素及两辊的相对位置决定了辊缝形状口，该 工艺较好地满足了螺板变形的及运动的基本要求，集两种变形为一体，简化了轧机结构，所 以逐渐成为螺板轧制的主要工艺形式.螺板异面锥辊轧制工艺调整有相当的复杂性，在现 阶段每个新规格的螺旋叶片的轧制还必须通过试轧来获得其三大参数一轧辊偏移量2S,轧 辊间距2C以及轧件相对轧辊母线的喂人高度h的调整.本文从基本工艺参数调整理论 分析入手，以实际生产工艺为依据，对异面锥辊螺板轧制工艺进行了深人的探讨. 1螺板变形和速度对参数调整的基本要求 螺旋板的轧制基本变形要满足螺旋面 成形的基本要求，把等厚带钢轧制成理想 的阿基米得螺旋面，带钢在不同宽度位置 的纤维伸长变形要满足螺旋面不同直径处 的螺旋线长度要求.如图1所示，欲得到外 径D。,内径D,螺距T的螺旋叶片，以一 个螺距计，必须使得带钢的螺旋板外径边 缘的长度为L。=(πD}+T门；螺旋板内 径边缘一周的长度为L=(πD,+T的2； 图1轧制的螺旋叶片 19%-03-20收稿 第一作者男51岁副教授

第 珍 卷 增刊 北 京 科 技 大 学 学 报 1卯 7年 2 月 J鲤咧 fo U心饮抑 璐 反妇耽 . 目 T玫加瞧粉 压幼飞 V J . 19 f 招匕 1望刀 螺板异 面锥辊轧制工 艺研究 李应强 北 京 科技大 学机 械 工 程学院 , 北京 1仪X)83 摘要 通过理论分析与 生 产实践的结合 , 详尽地讨 论螺 板轧制工艺 参数 定量 定性 的 调 整方 法 , 将有助于 有效控制螺板变形 , 提高轧机调 整效率 . 关键 词 螺旋叶片 , 轧制 , 轧制工 艺 几十 年来 围绕各 种类 似螺 旋 面状工件 的 轧制 变形出现 了多种 新工 艺 、 新设 备 . 制造螺 旋 叶片需要 形 成 圆环和 螺距 两种 变形 . 依据 形成 两种 变形 的不 同工 艺方 法 , 大 致分 为 两类 : 其 一 , 形成 圆环和 形成螺 距 的变 形是分 步进 行 的 , 即首先 使带 钢通 过楔形 辊 缝 形 成 圆环 , 然后 再 采用 一定 方法 形成 螺距 , 圆柱共 面楔 形 辗 轧 与分 导 复 合 成形 是 其 代 表 方 法 ; 其 二 , 集 两 种变形 为一 体 , 即带 钢通 过楔形 辊缝的辗 轧后直 接 获得 螺 旋 叶 片 . 锥 形 辊 异 面 辗 轧成 形 是 其代表方法 . 锥形 辊 异面辗 轧 成形最 早 由英 国 L E N H A 入1 公 司和 M A T C O 公 司提 出 . 该 方 法对两 锥 形 轧辊 的轴线作异 面 调整 , 锥辊 自身 的几 何 要 素及 两 辊 的相 对位 置 决 定 了 辊 缝 形 状 l[] , 该 工 艺较好地 满足 了螺板 变形 的及 运动 的基本 要求 , 集两种 变形 为一 体 , 简 化 了轧 机 结 构 , 所 以逐 渐成 为螺 板轧 制 的主要 工艺形 式 . 螺板 异 面 锥 辊 轧 制 工 艺 调 整 有 相 当 的复 杂 性 , 在 现 阶段 每个新规格 的螺 旋 叶片 的轧制 还必须 通 过试 轧来获得 其三大 参数一 轧 辊偏移 量 2S , 轧 辊 间距 Z C 以 及轧件 相 对轧辊 母线 的 喂入 高 度 h 的调 整 [1] . 本文从基 本工 艺 参数 调 整 理 论 分析 人手 , 以 实际 生产工 艺 为依据 , 对异面锥 辊螺 板 轧制 工艺进 行 了深 人 的 探 讨 . 1 螺板变形和 速度 对参数 调 整的基本要 求 螺旋板 的轧制 基本变形 要满足螺 旋 面 成形 的基 本要求 . 把 等厚 带 钢 轧 制 成 理 想 的阿基米 得螺 旋 面 , 带钢 在 不 同宽 度 位 置 的纤 维伸长变 形要 满足螺 旋 面不 同直径 处 的螺 旋线 长度要 求 . 如 图 1 所示 , 欲得到 外 径 D 。 , 内径 D , , 螺 距 T 的螺 旋 叶 片 , 以 一 个 螺距计 , 必须 使得 带 钢 的 螺 旋 板 外 径边 缘 的 长 度 为 oL 二 [( 二 D o)z + 均 l气 螺旋板 内 径边 缘一周 的长 度 为 吞二 !( 兀几丫+ T〕 ’ “ ; 1哭巧一 0 3一 20 收稿 第一 作者 男 51 岁 副教授 . \ 芝 匆 之 { 、 图 1 轧制的螺旋叶片 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1997. s1. 020

·78· 北京科技大学学报 1997年 沿板宽B不同螺板直径D。处的轧件纤维的长度表达式为L=[(πD+T内2，为维持螺板变 形过程中轧件断面弯曲力矩的平衡，沿轧件坯料宽度方向或螺旋叶片某直径处D,必然存在 中性面，在这个位置，轧件纤维长度在轧制前后是不变的，螺板轧制实践证明D存在于轧件上 距螺板内径边沿约板宽B/5的位置上（如图1）.在D。一D,之间螺板纤维在轧制中得到 不同程度的伸长，而在D。一D,之间的纤维却在轧制中缩短.在实际轧制中可以看到，距螺 板内径边沿约板宽1/5的部分的轧件与轧辊是不接触的，可以说螺板轧件内边板宽1/5的收 缩实际上是在轧制中为平衡其余部分的伸长而自然实现的 对于位于螺板D直径处，宽度△B为轧件纤维单元，其变形参数可以描述如下： 延伸系数=L/L； 压下系数n。=tt. 式中：L,一螺板中性面一个螺距螺旋线的长度，即轧件的原始长度；。一螺板变形后的厚度； t-螺板坯料厚度 在不考虑轧件宽展时（实际轧制中轧件宽展不超过5%），。=1， 即， 4=t(Ln/L)=t(πD子+T/(πD}+T () 上式描述了不同直径处轧件轧后的板厚值要求.由于螺距参数T的存在，t,与t的之间不 再是线性关系，螺板轧制就是要通过轧机参数的调整来有效地控制轧件厚度，从而控制 轧件宽度方向的不均匀变形，得到合*的螺旋叶片， 异面锥辊螺板轧制采用直母线锥裂，而(1)式中要求的变化板厚，是通过将轴线位于同 一垂直面内的锥形轧辊相对平行移动，使？离开一定的距离，由于锥辊的这种错位，得到变 化规律只能与(1)式相近的辊缝曲线.这是异面锥辊轧制螺旋叶片的实质.异面锥辊螺板轧制 调整参数2S与t,曲线直接相关，而轧辊间距2C参数的调整使得t,曲线产生整体平移. 文献[]对2S及2C参数的调整有具体的说明，本文不再赘述. 螺旋叶片生产实践表明，当D:<02D时，由于螺旋叶片宽度加大，根据(1)式， 材料变形程度加大，轧件的辗轧产生困难，调整和控制都不容易保持稳定，所以螺旋 叶片设计要避开极限尺寸.一般尺寸结构应符合以下要求： D:=0.2D。,0.67D。≤T<1.5D。,美国标准0.9D。<T≤1.5D。 根据我国农机标准(NJ175-79),外径在80~400mm的螺旋叶片螺距一般等于外 径，而内径大约是在外径的14~1/5之间，利用(1)式计算轧件外径边缘的压下系数约在 0.45~0.49之间，这样大的压下系数要求螺旋叶片怜轧材料应具有良好的塑性.为保证变形 的均匀稳定，材料的物理性能均匀在实际生产中也应充分的加以重视.国产的优质08F材 料，g=280~370MP,HB=80~120，是可以胜任螺板轧制要求的.塑性良好的不锈 钢材料也可以用于冷轧螺旋叶片的轧制. 螺板的轧制方位是与其实际工作位置相同的，其运动是绕自身轴线的圆周运动，采用锥 形轧辊可以在轧制过程中利用锥辊表面线速度特点满足轧件与轧辊在变形区中线速度同步 的基本要求.轧件喂料位置也可依照此原则进行调整，即把轧机喂料高度h确定为螺旋叶 片内径的一半

北 京 科 技 大 学 学 报 1卯 7年 沿板 宽 B 不 同螺板 直径 D 、 处的轧件 纤维 的长度 表 达式 为 几 = n([ D 护+ 钧班 . 为维持螺板 变 形过 程 中轧件断面弯曲力矩 的平 衡 , 沿轧件坯料 宽度 方 向或螺 旋叶片某 直 径 处D n必 然 存在 中性 面 , 在这 个位 置 , 轧件 纤 维长度 在轧制前后是不变 的 . 螺板 轧制实践证明D n存在于轧件上 距 螺 板 内径 边 沿 约 板 宽 B/ 5 的 位 置 上 (如 图 1 ) . 在 D 。 一 D n 之 间 螺 板 纤 维 在 轧 制 中得 到 不 同程度的伸长 , 而在 D 。 一 D l 之 间的纤 维却 在轧 制 中缩 短 . 在 实 际轧 制 中可 以 看 到 , 距 螺 板 内径边 沿 约板 宽 15/ 的部 分 的轧件 与轧 辊是 不接 触 的 , 可 以 说螺板轧 件内边板宽 1/ 5 的 收 缩 实 际上是 在轧 制 中为平 衡其余部分 的伸 长而 自然 实现 的 . 对于位 于螺 板 D b直径 处 , 宽度 BA 为轧件纤 维单元 , 其 变形 参数可以 描 述如下: 延 伸 系数 又b 二 叼nL ; 压 下 系数 叮b = et/ .t 式中 : 几一 螺 板 中性 面 一个 螺 距 螺 旋线 的长度 , 即轧件 的原 始长度; 气一 螺板变 形后 的厚度 ; t 一 螺板坯 料 厚度 . 在不 考虑 轧件 宽展 时 (实际 轧制 中轧件 宽展 不超 过 5% ) , 叮b 凡= 1 , 即 , bt = r (L n /从) = 吓(( 二 D 扩+ T 勺汉( 二 D b丫+ bT] `尽 ( l ) 上式 描述 了不 同直 径处轧件 轧后 的板厚 值要 求 . 由于螺 距参数 T 的存在 , 气与 t 的之 间不 再是 线性 关系 , 螺 板轧 制就 是要 通过 轧 机参 数 的 调 整 来 有 效 地 控 制 轧 件 厚 度 , 从 而 控 制 轧件 宽度 方 向的不 均 匀变形 , 得 到合 作 的螺 旋 叶片 . 异面 锥辊 螺板 轧制 采 用直母 线锥 裂 , 而 ( l) 式 中要求 的 变化板 厚 , 是 通过 将 轴线 位 于 同 一垂 直面 内的锥形 轧 辊相 对平行 移动 , 使 二离 开一 定的距 离 , 由于锥辊 的这 种 错位 , 得 到 变 化规律 只能 与 ( l) 式相 近 的辊缝 曲线 . 这 是异 面锥 辊轧制 螺旋叶片的实质 . 异面锥辊 螺板 轧制 调 整参数 2酬 ] 与 气曲线直 接相 关 , 而 轧辊 间距 ZC 参数的调整 使得 气曲 线 产生 整 体平 移 . 文 献【l] 对 2 5 及 ZC 参数的调 整有具 体的说明 , 本文不 再赘述 . 螺 旋叶片生 产实 践表 明 , 当 D i < .0 2 D 。 时 , 由于 螺 旋 叶 片 宽 度 加 大 , 根 据 (l ) 式 , 材 料变形程 度加 大 , 轧件 的辗 轧产 生 困难 , 调 整 和 控 制 都 不 容 易 保 持稳 定 , 所 以 螺 旋 叶片设 计要 避 开极 限尺寸 . 一 般尺寸 结构 应符 合 以 下要 求 : D , = 0 . 2D 。 , 0 . 6 7D 。 盯< 1 . S D 。 , 美 国标 准 0 . 9 D 。 < T 续 l . S D o . 根 据 我 国 农机 标 准 (NJ 1 75 一 79) , 外 径 在 80 一 4X() r n r n 的螺 旋叶 片 螺 距 一 般 等 于 外 径 , 而 内径 大 约是 在 外径 的 14/ 一 1/ 5 之 间 , 利 用 ( l) 式计算 轧件外 径边 缘 的压下系 数约在 .0 4 5一 .0 4 9 之 间 , 这样 大 的压下 系数要 求螺 旋叶片冷轧材料 应具有 良好的 塑性 . 为保 证变形 的均 匀稳定 , 材料 的物理 性 能均 匀在 实际生 产 中也 应 充 分 的加 以 重 视 . 国产 的优 质 08 F 材 料 , 几 二 2 80 一 3 70 M P a , H B = 80 一 12 0 , 是 可 以胜任螺板 轧 制 要 求 的 . 塑 性 良好 的 不 锈 钢材 料也 可 以 用于 冷轧 螺旋 叶 片的轧 制2[] . 螺板 的轧 制方 位 是与其 实 际工作位 置相 同 的 , 其运 动是 绕 自身轴线 的 圆周运 动 , 采用锥 形 轧辊可 以 在 轧制 过程 中利用锥 辊表 面线速 度特 点满足 轧件 与轧 辊在 变形 区 中线速度 同步 的基本要 求 . 轧 件喂料 位置 也 可依照 此原 则进行 调 整 , 即把轧 机 喂料 高 度 h 确 定 为 螺 旋叶 片 内径 的一半

Vol.19 李应强等：螺板异面锥辊轧制工艺研究 ·79. 2调整参数的深入讨论 在三大参数-轧辊偏移量2S、轧辊间距2C以及轧件相对轧辊母线的喂人高度h中， 一般的螺板轧机设计是将偏移量2S的调整放在轧制间隔中进行，而轧辊间距2C则用两轧 辊沿轧辊轴线的同步位移来实现.由于驱动方式的不同以及表达意义侧重有异，一些轧机 设计将辊间距2C的调整称为“压力”调整.如果把“压力”理解为依靠液压加力机构沿轧辊 轴线方向调整轧辊位置从而改变轧辊间压靠程度的话，就可以懂得“压力”调整参数与轧辊 间距2C实质是相同的.对于没有液压驱动装置的螺板轧机，往往通过在轧制前预先调整得 到较大的2S偏移量，然后同步提升两轧辊至确定高度，使轧辊间得到确定的间距2C(2C往 往是辊间重叠量，或负的间距)，再将2S'调整至2S准确值，由于辊间的压靠，同样可以得到 辊间的压靠“压力”.而这种辊间“压力”的调整，对于悬臂轧制的螺板轧机是补偿轧辊弹跳 的必要措施 具有液压轧辊提升机构的设备，可以在轧制中通过改变液压压力在线调整改变轧辊辊 间距2C,而通过改变预调2S'至设定2S的过程中调整轧辊压靠程度或“压力”的轧机，其调 整也可以在线进行.后者的调整是以改变辊间偏移量为代价的，但由于轧辊间距量（重叠 量)2C数值很小，要获得“压力”的有效变动而需要2S的改变值是非常微小的，当然对辊间 ,曲线的影响也是很小的. 将(1)式改写成如下形式 [πD}+Ty2=(L.1)/=L,/A 可以看出螺旋叶片某处直径与螺距相联系，在压下系数相同时螺距变大则直径变小，反之 亦然.可见螺距变大直径变小或反之是可以在一定程度上相互代换的，在实际：生产中，用轧 机出口导轮机构调整螺距就是基于这个原理实现的，但此时螺旋直径也随之改变 参考文献 1李应强，曾煜，阎三同.螺板轧机孔型研究.粮食与饲料工业.1994 2 David Campon.Flight Rolling Sheet Metal Industry,April 1992 Technology of Spiral Flight Rolling Li Yingqiang Mechanical Enginecring College.USTB,Beijing 100083.PRC ABSTRACT Basis of theoretic analysis and practical experiences the principle of adjusting and controlling for spiral flight rolling process is considered in this paper.Optimal procedure is put forward for effective adjusting and stable production. KEY WORDS screw blade,rolling,rolling technology

从〕 1 . 19 李 应强 等 :螺 板异 面锥辊轧制工艺研究 2 调整参数 的深 入讨论 在 三大 参数 一 轧辊 偏移 量 2S 、 轧 辊 间距 Z C 以 及 轧件相 对轧辊 母 线的 喂人 高度 h 中 , 一 般 的螺板 轧机 设计 是将 偏移 量 2S 的调整放 在 轧制 间隔 中进行 , 而轧辊 间距 ZC 则 用 两 轧 辊 沿轧 辊轴 线 的同步 位移 来实 现 . 由于驱 动方 式 的不 同 以 及 表 达 意 义侧 重有 异 , 一 些 轧 机 设计将辊 间距 ZC 的调整 称为 “ 压力 ” 调整 . 如果把 “ 压 力 ” 理 解 为依 靠液 压加 力机 构沿 轧 辊 轴 线方 向调 整轧 辊位 置从而改 变轧辊 间压靠 程度 的话 , 就可 以 懂 得 “ 压 力 ” 调 整参 数 与 轧 辊 间距 ZC 实 质是 相 同的 . 对于没 有液压 驱动 装置 的螺板 轧机 , 往往 通过 在轧制前 预先 调 整 得 到 较大 的 2’S 偏 移量 , 然后 同步提 升两轧 辊至 确定 高度 , 使轧 辊 间得 到确定 的 间距 ZC (2 C 往 往 是辊 间重叠 量 , 或 负的 间距 ) , 再 将 2S ` 调整 至 2S 准 确值 , 由于 辊 间的压靠 , 同样可 以 得 到 辊 间 的压靠 “ 压力 ” . 而这 种辊 间 “ 压 力 ” 的调整 , 对于 悬 臂 轧 制的 螺 板 轧机是 补 偿轧 辊 弹跳 的必 要措 施 . 具有 液压 轧辊提 升机构 的设备 , 可 以 在轧 制 中通过 改变 液压 压力 在 线调 整 改 变 轧 辊 辊 间距 ZC 而通 过改 变 预调 2S ’ 至设定 2S 的过程 中调 整轧辊 压靠 程度或 “ 压 力 ” 的 轧机 , 其 调 整 也 可以 在 线进 行 . 后 者 的 调 整 是 以 改 变 辊 间偏 移 量 为 代 价 的 , 但 由于 轧 辊 间距 量 (重 叠 量 ) ZC 数值 很 小 , 要 获得 “ 压力 ” 的有 效变 动而需 要 2S 的改变值是非 常微小 的 , 当然 对辊 间 气曲线 的影 响也是 很小 的 . 将 ( l) 式 改写成 如下 形式 f( 二 D b r + 哟 ’ 尽 = (nL t )/bt = nL /又 b 可 以看 出螺 旋 叶片某 处直 径与螺 距相联 系 , 在压 下系数 相 同时螺距 变大 则 直 径 变 小 , 反 之 亦 然 . 可见 螺距 变大直 径 变小或反 之 是可 以在 一 定程度 上相 互代换 的 , 在 实 际生 产 中 , 用 轧 机 出 口 导轮机 构调 整螺 距就 是基 于这个 原理 实现 的 , 但 此 时螺旋直 径也 随之 改变 . 参考文献 l 李应 强 , 曾煌 , 阎三 同 . 螺 板轧 机孔 型研究 . 粮食 与饲料 工 业 . 1哭瞬 2 伪说 〔饭m 脚n . 日 绝h t R o lli n g S坛沈 t M e alt I n d璐ytr, 却 d l卯 2 T eC h on l o g y o f S Pi r a l F li g h t R o llign M“ 上出 nj司 E咱 cen ir n g iY n g qi a n g 伪 llge e , U S T B , 氏劝ing l(XX犯3 , P R C A B S TR A C T B as is o f ht co ret ic a n a lys is a n d P ra ct i伍1 e x Pe n e n 璐 , t h e P ir n d Ple o f a dj us t i n g a n d co n t or il n g fo r s P 而l 吨h t or il n g P or 二 5 15 co ns id e 代对 i n t h is P a Per . O Pt二1 P or a 汉l二 15 P ut fo 撇记 fo r e if 双ive a dj us t in g a nd s at b le P or d u e ti o n . K E Y W O R D S s cer w b l a d e , or l in g , or l i n g t eC h n o fo g y