中文图书分类号：TS338        文献标志码：B    

引言

热轧无缝钢管生产中，实心管坯穿轧成空心毛管，是金属热变形的首道工序^[1]。连轧机通过减径、减壁等工艺将毛管轧制成荒管^[2-4]。穿孔机前后台，连轧机各机架孔型中心点和孔型中心线保证合理的偏差是重要的工艺要求^[5-7]。本文以φ273机组无缝钢管生产过程为研究背景，采用API激光跟踪仪分别对穿孔机、连轧机中心线进行高精度测量，通过分析各孔型中心的坐标位置与轧制中心线的偏差，把各中心调整到同一条线上以确保各机组孔型中心线与轧制中心线重合。

1、工艺特点

穿孔机、连轧机、定（减）径机作为热轧无缝钢管生产中三大金属变形机组，各机组本体轧制中心线的一致性是保证钢管尺寸精度的前提，尤其对穿孔机和连轧机的要求更高。穿孔作为无缝钢管生产的第一道变形工序，其主要由前后台和定心装置组成^[8-10]。一旦穿孔机轧制中心线出现偏差，毛管就会产生明显的壁厚不均 ^[11-12]。连轧机组为单向侧开式五机架三辊式限动芯棒连轧管机，只有各机架的孔型中心线与轧制中心线重合，才会使得毛管通过减径、减壁等变形过程得到尺寸均匀的荒管。

2、轧制过程的运动学原理

钢管的轧制过程是工模具与工件之间相互作用的过程，轧辊旋转带动管坯转动，管坯与轧辊表面之间不可避免地产生滑移，所以，一般金属运动速度小于轧辊转动速度，速度W可分解为与轧制线平行的轴向速度分量W_o和与轧制线垂直的切向速度分量W_t^[13-14]。

轧辊表面上任意一点的圆周速度为：

式中 D—点所在界面的轧辊直径，mm；n—轧辊转速，r/min。

式中：α—喂入角，°。

切向速度分量不变，而轴向速度分量还将旋转一角度β，故公式变为:

式中 β—辗轧角，°。

轧辊转速计算：

式中：C—金属秒流量：A—钢管横断面积，mm²。

钢管速度计算：

式中：V_n-1—第n-1架轧辊转速，m/s，λ—延伸率。

3、标定过程及分析

3.1穿孔机标定

利用穿孔机前台两定位孔的直线中点作为前基准点，对顶杆小车安装顶杆处的内表面测量一圈后拟合圆柱，圆柱中心即为后基准点，将前后基准点连线并作为X轴，拾取前台两定位孔点与顶杆小车中心三点做一平面，作为基准平面，垂直于平面的轴为Z轴，此时三维坐标系即可确定。

选取内外同心的φ273 mm样管，将定心装置抱样管到抱顶杆位，对样管内圈进行点测量后拟合出圆柱，圆柱的中心即为该定心装置的中心。通过查询该中心到中心线的距离即可得出定心装置相对于中心线的偏移量。

在测量喂入角和辗轧角时，将靶球放置于专用靶座上，靶座固定在轧辊上，此时切换至空间扫描模式，控制轧辊以一定的速度带动靶球沿轧辊的轴线转动，扫描出轧辊的转动轨迹是一些连续的点，将这些点拟合出穿孔辊的形状，两端圆周的中心连线即为穿孔辊的工作轴线。将轴线分别投影到X-Y轴平面，X-Z轴平面上做直线，查询该直线与X-Z轴平面的角度即为喂入角，与X-Y轴平面的角度即为辗轧角。

3.2连轧机标定

连轧机为五机架三辊式限动芯棒连轧管机，为单向侧开式结构，滑板磨损后各孔型中心点不对中，相对于隧道式结构连轧机而言，各孔型中心到中心线的偏差测量难度极高，测量结果误差较大。基于该结构的特殊性，单向侧开式连轧机配备有专用标定机架，标定机架尺寸与轧制小车架完全一致，标定机架中心加工有标准的圆孔，通过将标定机架推至各连轧机牌坊内锁紧后测量机架圆孔拟合出孔型，得到孔型的中心。设计有专用标定样板安装在1#、5#牌坊两端，通过测量确定好两样板的中心点后连接为一直线即为中心线，选取一端作为坐标原点，利用内置水平仪即可建立坐标系。查询各孔型中心到轧制中心线的偏差，将孔型中心调整到轧制中心线上，即可保证孔型中心线与轧制中心线的一致性。

3.3 结果分析

由于该穿孔机组前后台的设置为南北放置，只需查询东西方向和高低方向的偏移即可，对定心装置进行微调，调试前后的测量结果如表1所示：

表1:测量结果

中心坐标为（0、0），测量前东西方向的偏差为-0.58～3.16 mm，上下为-2.44～4.39 mm；调整后东西方向偏差为-0.24～1.43 mm，上下为-0.74～1.1 mm，各中点明显向中心线接近，离中心线的偏移量较小，符合工艺要求。

表2：轧辊角度和导板距离

喂入角和辗轧角的角度基本一致，导板中心线偏差不大，均在合理范围之内。

连轧机组南北布置，只需查询各孔型中心东西方向和高低方向的偏移即可，对各机架进行微调，测量结果如表3所示：

表3:测量结果

对东西和高低偏差较大的点经过调整后重新测量，测量前东西方向的偏差为-1.3～0.39 mm，上下为-2.8～0.08mm；调整后东西方向偏差为-0.12～0.10mm，上下为-0.16～0.06mm，调整后各孔型中心到轧制中心线的偏差在0.3mm以内，精度较高。

4、结论

1）、建立了热轧无缝钢管的运动学模型，利用OmniCal软件对激光跟踪仪进行精度检查之后，在SpatialAnalyzer软件上对各机组建立坐标系，分别对各个孔型进行3D坐标测量，拟合出各孔型3D模型。

2）、穿孔机调整前测量东西方向的偏差为-0.58～3.16 mm，上下为-2.44～4.39 mm；调整后东西方向偏差为-0.24～1.43 mm，上下为-1.34～1.3 mm；上轧辊的喂入角为10.1064 °，辗轧角15.2733 °；下轧辊喂入角10.1082 °，辗轧角15.2772 °；西导板到中心线距离300.56 mm，东导板到中心线距离300.51 mm，均满足工艺要求。

3）、连轧机分别以1#和5#牌坊为基准建立坐标系，各孔型中心东西方向的偏差为-1.3～0.39 mm，上下为-2.8～0.08mm；调整后东西方向偏差为-0.12～0.10mm，上下为-0.16～0.06mm，孔型中心的偏差距中心线在合理范围内，精度较高。

5、参考文献

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