盧立鋒，李雙全，王慶偉

（天津鋼管集團(tuán)股份有限公司軋管三部，天津300301）

應(yīng)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(tuán)股份有限公司軋管三部，天津300301）

介紹了一種使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（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(xué)方法求解斜軋孔型開度值較復(fù)雜，難以應(yīng)用的問題。應(yīng)用UG對穿孔機(jī)軋輥空間位置進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真后，作軋制線上某點(diǎn)的垂直截面，根據(jù)開度值假設(shè)條件，應(yīng)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(yīng)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(yán)峻，市場經(jīng)濟(jì)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(jī)—在工作過程中對毛管壁厚的加工均勻性進(jìn)行嚴(yán)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(guān)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(yàn)進(jìn)行調(diào)整，或是進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)計(jì)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(jī)軋輥開口度的如何計(jì)算深入摸索研究，隨著計(jì)算機(jī)在計(jì)算數(shù)值上功能的應(yīng)用加強(qiáng)，更為計(jì)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(jìn)行了討論。

UG是一個(gè)交互式CAD/CAM（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助制造）系統(tǒng)，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)及加工過程提供數(shù)字化造型和驗(yàn)證手段，可以將復(fù)雜的問題簡單的做，廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、通用機(jī)械和造船等工業(yè)領(lǐng)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(guān)鍵的參數(shù)。如何精確計(jì)算軋輥開度值，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)是利用空間解析幾何的辦法，先建立基本的數(shù)學(xué)模型，然后再求解。但是因?yàn)楦鱾€(gè)數(shù)據(jù)和軋件的關(guān)系比較復(fù)雜，整個(gè)計(jì)算過程數(shù)據(jù)計(jì)算量也非常大，如文獻(xiàn)[2]中所提的軋輥開度方程，其運(yùn)算量較大，求解復(fù)雜，說明用數(shù)學(xué)法求解開度值在實(shí)踐中的應(yīng)用受到限制。應(yīng)用UG，根據(jù)簡便的畫圖方式計(jì)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(yīng)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(yīng)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(dǎo)板等軋制工具的設(shè)計(jì)，幫助更為合理地進(jìn)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(shí)體、空間位置和截面圖

根據(jù)查得的相關(guān)資料顯示，某廠使用軋輥上下布置的錐形輥穿孔機(jī)，咬入角的調(diào)整范圍在8°～15°，輾軋角由安裝位置確定，實(shí)際數(shù)值為15°，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際得知在沿軋制線方向上的某點(diǎn)到上下兩個(gè)軋輥的開度值是相同的，在此只論述如何計(jì)算上輥開度值。在UG界面中，根據(jù)軟件所提供的坐標(biāo)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(yīng)用UG功能，以坐標(biāo)原點(diǎn)為中心將軋輥實(shí)體（見圖2）繞Y軸旋轉(zhuǎn)15°（輾軋角）后，再以坐標(biāo)的原點(diǎn)為中心，繞Z軸進(jìn)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(gè)基準(zhǔn)平面，此平面垂直于X軸過坐標(biāo)原點(diǎn)，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(shí)體示意圖

圖4 軋輥實(shí)體空間位置示意圖

圖5 軋輥截面示意圖

3．2 作各個(gè)截面圖求解出開度值

以某廠實(shí)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(fù)值代表為入口錐方向，孔喉中心為此X軸的原點(diǎn)。依此X軸，可以作各個(gè)截面圖。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)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(jié)，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(jì)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(yuǎn)，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(dāng)咬入角為0°時(shí)，工作錐角的修正值和輥面角設(shè)計(jì)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(shí)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(shè)計(jì)頂頭輾軋?zhí)幑ぷ麇F角時(shí)盡可能使其接近于軋輥出口錐工作錐角的數(shù)值。

結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，當(dāng)生產(chǎn)?415×37 mm的毛管時(shí)，使用外方所提供的頂頭，其推薦使用的前伸量為120，當(dāng)X為260～300時(shí)，其軋輥工作錐角大致為5．02°，此時(shí)頂頭輾軋段工作錐角為5．11°，二者的角度值相當(dāng)接近，說明此頂頭輾軋段工作錐角設(shè)計(jì)得較為合理，毛管內(nèi)表面不會產(chǎn)生內(nèi)螺紋缺陷。同時(shí)也可以精確計(jì)算出此時(shí)頂前壓下率為6．67%，此值對穿孔機(jī)的調(diào)整也有一定的指導(dǎo)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(jì)算出開度值，更有利于幫助設(shè)計(jì)出不同規(guī)格頂頭，也可供穿孔機(jī)調(diào)整工參考調(diào)車，進(jìn)而有助于提高產(chǎn)品質(zhì)量，指導(dǎo)工業(yè)化大生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

5 結(jié)語

使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（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(xué)方法求解斜軋孔型開度值較復(fù)雜，難以應(yīng)用的問題。應(yīng)用UG求解斜軋孔型開度值，為鋼管生產(chǎn)工程應(yīng)用提供了一種簡便的、有效的方法。

[1]詹才?。┛醉旑^輾軋段錐角的計(jì)算及合理設(shè)計(jì) [J]．鋼管，1990，19（5）：22-25．

[2]劉權(quán)娟，陳太生，鐘錫漢．斜軋管機(jī)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(jì)算[J]．鋼管，1990，19（5）：40．

[4]成海濤．菌式軋管機(jī)輥型設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型[J]．鋼管，1993，22（1）：28．

[5]李國楨．現(xiàn)代鋼管軋制與工具設(shè)計(jì)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(shù)研究及管理工作。