應用UG圖解斜軋穿孔孔型開度值

盧立鋒，李雙全，王慶偉

（天津鋼管集團股份有限公司軋管三部，天津300301）

應用UG圖解斜軋穿孔孔型開度值

盧立鋒，李雙全，王慶偉

（天津鋼管集團股份有限公司軋管三部，天津300301）

介紹了一種使用計算機輔助設計（UG）圖解斜軋穿孔孔型開度值的方法，解決了在生產(chǎn)中用數(shù)學方法求解斜軋孔型開度值較復雜，難以應用的問題。應用UG對穿孔機軋輥空間位置進行計算機仿真后，作軋制線上某點的垂直截面，根據(jù)開度值假設條件，應用UG的軟件功能求解開度值。以較簡單的作圖方式得到具有一定精度、能滿足工程應用的開度值，并對開度值數(shù)據(jù)作了簡要的分析。

UG；斜軋穿孔；孔型；開度值

1 引言

隨著鋼鐵行業(yè)形勢日趨嚴峻，市場經(jīng)濟亦發(fā)生了較大的轉(zhuǎn)變，由原來賣方市場轉(zhuǎn)化為買方市場，用戶對鋼管的幾何尺寸及表面質(zhì)量要求越來越高，特別是對鋼管的壁厚要求更為突出，這就對前期工序—鋼管穿孔機—在工作過程中對毛管壁厚的加工均勻性進行嚴格要求。由于初期工作的固有模式，在前期工作中把空間的問題和平面的問題相混淆，取頂頭平整段錐解等于軋輥出口錐角。在工作的過程中咬入角對軋輥的開口度影響比較大，致使相關間隙從平整區(qū)段往入口向出口方向逐漸增大，形成了影響管壁的螺旋形壁厚的產(chǎn)生，造成壁厚不均。雖然在前期工作中我們已經(jīng)注意到了此類問題的產(chǎn)生，但基本是依靠經(jīng)驗進行調(diào)整，或是進行大量的數(shù)據(jù)計算糾正，但精確度一度得到質(zhì)疑。近幾年來國內(nèi)同行業(yè)對斜軋穿孔機軋輥開口度的如何計算深入摸索研究，隨著計算機在計算數(shù)值上功能的應用加強，更為計算開口度提供了便利條件。本文就以UG為手段，對求解軋輥開口度進行了討論。

UG是一個交互式CAD/CAM（計算機輔助設計與計算機輔助制造）系統(tǒng)，為產(chǎn)品設計及加工過程提供數(shù)字化造型和驗證手段，可以將復雜的問題簡單的做，廣泛應用于航空、航天、汽車、通用機械和造船等工業(yè)領域。為了提高連軋軋制過程中的荒管幾何尺寸的精度，要求穿孔毛管幾何尺寸精度偏差較小，需要調(diào)整工藝參數(shù)和工具來滿足，其中軋輥的開度值就是關鍵的參數(shù)。如何精確計算軋輥開度值，根據(jù)以往的經(jīng)驗是利用空間解析幾何的辦法，先建立基本的數(shù)學模型，然后再求解。但是因為各個數(shù)據(jù)和軋件的關系比較復雜，整個計算過程數(shù)據(jù)計算量也非常大，如文獻[2]中所提的軋輥開度方程，其運算量較大，求解復雜，說明用數(shù)學法求解開度值在實踐中的應用受到限制。應用UG，根據(jù)簡便的畫圖方式計算斜軋穿孔孔型開度值是一種簡便的、有效的方法。

2 穿孔孔型開度值定義及工程應用中的意義

2．1 穿孔孔型開度值

在穿孔變形區(qū)范圍內(nèi)，做任意與軋制中心線垂直的截面，在該截面上，軋制中心線與軋輥的最短距離即為穿孔孔型在該截面上的開度值，如圖1所示。

圖1 穿孔孔型開度值示意圖

2．2 穿孔孔型開度值在工程應用中的意義

了解開度值在沿穿孔軋線方向上的變化趨勢，可以更為精確的輔助頂頭、導板等軋制工具的設計，幫助更為合理地進行參數(shù)調(diào)整，提高穿孔變形的穩(wěn)定性和均勻性，確保毛管高精度的質(zhì)量。

3 UG作圖法求解開度值

3．1 作軋輥平面、實體、空間位置和截面圖

根據(jù)查得的相關資料顯示，某廠使用軋輥上下布置的錐形輥穿孔機，咬入角的調(diào)整范圍在8°～15°，輾軋角由安裝位置確定，實際數(shù)值為15°，根據(jù)現(xiàn)場實際得知在沿軋制線方向上的某點到上下兩個軋輥的開度值是相同的，在此只論述如何計算上輥開度值。在UG界面中，根據(jù)軟件所提供的坐標系，作圖畫出上輥的形狀輪廓，如圖2所示。

以X軸為旋轉(zhuǎn)軸，對上輥上半部分示意線繞旋轉(zhuǎn)軸360°旋轉(zhuǎn)出上輥整體形狀，如圖3所示。

應用UG功能，以坐標原點為中心將軋輥實體（見圖2）繞Y軸旋轉(zhuǎn)15°（輾軋角）后，再以坐標的原點為中心，繞Z軸進行某一角度（咬入角）旋轉(zhuǎn)，形成上輥在三維空間的立體示意圖，如圖4所示。

新建一個基準平面，此平面垂直于X軸過坐標原點，截軋輥所得曲線如圖5所示。

圖2 上輥外行輪廓示意圖

圖3 上輥實體示意圖

圖4 軋輥實體空間位置示意圖

圖5 軋輥截面示意圖

3．2 作各個截面圖求解出開度值

以某廠實際生產(chǎn)中所使用的輥距值，建立出過孔喉中心的軋制中心線，將軋制線中心線看成第二用戶的X軸，以正值代表為出口錐方向，負值代表為入口錐方向，孔喉中心為此X軸的原點。依此X軸，可以作各個截面圖。結合生產(chǎn)實際，以某廠所使用的369孔型，取軋輥輥距為310為例，經(jīng)作圖總結，可得表1。

根據(jù)表1，可得不同咬入角下軋輥開度值變化勢趨圖，如圖6所示。

4 分析

根據(jù)表1數(shù)據(jù)計算不同咬入角情況下的軋輥工作錐角，見表2。

表1 軋輥開度值/mm

表2 軋輥工作角度修正值

圖6 不同咬入角下軋輥開度值變化勢趨圖

由表2可知，在相同咬入角情況下，距離孔喉越遠，工作錐角的修正值越大；在同截面上，咬入角增大，工作錐角的修正值隨著增大；當咬入角為0°時，工作錐角的修正值和輥面角設計值是一樣的，根據(jù)工作錐角的修正值的變化規(guī)律和現(xiàn)場的實際相符和，說明模型建立得正確。由于咬入角是可以調(diào)整的，軋輥工作錐角就隨咬入角的變化而變化，因此在穿孔設計頂頭輾軋?zhí)幑ぷ麇F角時盡可能使其接近于軋輥出口錐工作錐角的數(shù)值。

結合實際生產(chǎn)，當生產(chǎn)?415×37 mm的毛管時，使用外方所提供的頂頭，其推薦使用的前伸量為120，當X為260～300時，其軋輥工作錐角大致為5．02°，此時頂頭輾軋段工作錐角為5．11°，二者的角度值相當接近，說明此頂頭輾軋段工作錐角設計得較為合理，毛管內(nèi)表面不會產(chǎn)生內(nèi)螺紋缺陷。同時也可以精確計算出此時頂前壓下率為6．67%，此值對穿孔機的調(diào)整也有一定的指導意義，可防止頂前壓下率過大造成內(nèi)折等缺陷。

從以上可以說明：利用UG計算出開度值，更有利于幫助設計出不同規(guī)格頂頭，也可供穿孔機調(diào)整工參考調(diào)車，進而有助于提高產(chǎn)品質(zhì)量，指導工業(yè)化大生產(chǎn)的順利進行。

5 結語

使用計算機輔助設計（UG）圖解斜軋穿孔孔型開度值的方法，解決了在生產(chǎn)中用數(shù)學方法求解斜軋孔型開度值較復雜，難以應用的問題。應用UG求解斜軋孔型開度值，為鋼管生產(chǎn)工程應用提供了一種簡便的、有效的方法。

[1]詹才俊．穿孔頂頭輾軋段錐角的計算及合理設計 [J]．鋼管，1990，19（5）：22-25．

[2]劉權娟，陳太生，鐘錫漢．斜軋管機的輥型方程和開度方程[J]．鋼管，1995，24（2）：8-15．

[3]李國楨．斜軋孔型開度值計算[J]．鋼管，1990，19（5）：40．

[4]成海濤．菌式軋管機輥型設計的數(shù)學模型[J]．鋼管，1993，22（1）：28．

[5]李國楨．現(xiàn)代鋼管軋制與工具設計原理[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2006．

Cross Rolling Piercer Pass Opening Illustration by UG

LU Li-feng,LI Shuang-quan and WANG Qing-wei
(Pipe Rolling Department 3,Tianjin Pipe[Group]Corporation,Tianjin 300301,China)

The paper introduces a method to illustrate the pass opening of cross rolling piercer with computer aided design,Unigraphics(UG)．It solves the problem of complicated and difficult application of mathematic method for resolving pass opening in production．After UG is utilized to simulate the spatial location of piercer roll in computer,a perpendicular plane is made from a certain point in the rolling line．Then under the assumed conditions pass opening is solved by means of UG software functions．With this rather simple illustrative method,pass opening with certain accuracy which can meet actual engineering requirement is obtained．In addition,a brief analysis on opening data is made．

Unigraphics;cross rolling piercer;pass;opening

10．3969/j．issn．1006-110X．2014．02．019

2013-09-08

2013-09-27

盧立鋒（1978—），男，工程師，主要從事軋管技術研究及管理工作。