螺板轧机锥辊理论辊缝

D0I:10.13374/j.issn1001053x.1997.s1.019 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 Feh.1997 螺板轧机锥辊理论辊缝 李应强杨文平 北京科技大学机被工程学院，北京100083 摘要通过轧机调整参数的研究，提出实用的共轭理论辊缝解析法，结合考虑其它影响参数的 修正，可对螺旋叶片轧制参数调整起到重要指导意义， 关键词螺旋叶片，特种轧制，孔型 螺旋叶片是螺旋输送机的主要零件及易损易耗件.利用窄带板坯采用轧制的方法制造 螺旋叶片是近年来发展起来的新工艺.通过轧制的方法可以连续高效地得到精度高、光洁 度高、长度任意、直径螺距调整方便的螺旋叶片，与传统下料拉伸的方法相比，材料利用率 可以提高1倍以上，工时可减少90%以上，其经济效益是非常显著的. 窄带板坯的螺旋变形是复杂的不均匀变形，要求轧机在结构及调整参数上能有效地控 制这种不均匀变形.深人研究螺板轧机调整参数不仅对轧机设计至关重要，而且与螺旋叶 片轧制工艺调整密切相关，是影响螺板轧制新工艺发展的基础研究工作， 1轧机调整参数 螺板轧机利用一对直母线锥形轧辊对螺旋板坯 (等宽窄带坯)进行沿板坯宽度方向的不均匀辗轧 而使之产生可控制的螺旋变形. 适当调整轧辊间、轧辊与轧件间的相对位置 (图1)，得到适应螺旋叶片几何形状的孔型，轧件通 过导卫进人轧辊完成轧件沿螺旋径向及轴向的双重 挠曲变形. 板坯的可控不均匀变形通过轧机的调整参数来 1-轧辊2轧作3时]卫 实现.轧辊间及轧辊与轧件间相对位置参数包括： 轧辊偏移量2S、辊间距2C、轧件相对轧辊母线的高 度h.辊间距2C可以通过多种方法获得，如图1所 图1螺板轧制原理简图 示是通过锥形轧辊的轴向位移来实现 19%-03-20收稿第一作者男51发副教授

第 珍 卷 增刊 1臾片 年 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J加翻目 fo U曲叹抑 J Sc 妇耽 田川 1’ce .hI 咖份 R须l啥 V该 19 I汹叹 1卯 7 螺板轧机锥辊理论辊缝 李应强 杨 文平 北 京 科技大 学机械 工 程 学 院 , 北 京 1(D 〕8 摘要 通过轧机调 整 参数的研究 , 提出 实用的共辘理论辊缝解 析法 , 结合 考虑 其 它影 响参数 的 修正 , 可对螺旋 叶片轧制参数调 整 起到重要指 导意义 . 关键词 螺旋叶片 , 特种轧制 , 孔型 螺 旋叶片是螺 旋输 送机 的主要 零件 及易损 易耗件 . 利 用窄带板 坯 采 用 轧制 的 方 法制 造 螺 旋 叶片是 近年来 发展 起来的新工 艺 . 通过 轧 制 的方 法 可 以 连 续 高效 地 得到 精 度高 、 光洁 度 高 、 长度 任意 、 直径 螺距 调整 方便 的螺 旋 叶 片 . 与传 统下 料 拉 伸 的方 法 相 比 , 材 料利 用 率 可 以 提 高 1 倍以 上 , 工 时可 减少 % % 以 上 , 其 经济效 益是 非常 显著 的 . 窄 带板坯 的螺 旋变 形是 复杂 的不均 匀变形 , 要求 轧机 在结 构及 调 整 参 数上 能有 效 地控 制 这种 不均匀 变形 . 深 人研 究螺板 轧机 调整 参数不仅 对轧 机 设 计 至 关 重要 , 而 且 与螺 旋 叶 片 轧制 工艺调 整 密切相 关 , 是影 响螺板 轧制新 工艺 发展 的基 础研 究工 作 . 1 轧机调整参数 螺板 轧机 利用 一对直 母 线锥形 轧辊 对螺旋板 坯 (等 宽 窄带坯 ) 进 行 沿板 坯 宽度 方 向 的不 均 匀辗 轧 而使之产 生可控 制 的螺旋 变形 . 适 当 调 整 轧 辊 间 、 轧 辊 与 轧 件 间 的 相 对 位 置 (图 1 ) , 得到 适应 螺旋 叶片几 何 形 状 的孔 型 , 轧 件 通 过导卫进 人轧辊 完成 轧件 沿螺 旋径 向及轴 向的双 重 挠 曲变形 . 板坯 的可 控不均 匀变 形通 过轧机 的调 整参数 来 实现 . 轧 辊 间及 轧辊 与轧 件 间 相 对位 置 参数 包 括 : 轧辊 偏移量 2 5 、 辊 间距 ZC 、 轧件 相对 轧 辊母 线 的 高 度 h . 辊 间距 ZC 可 以 通 过 多 种 方 法 获 得 , 如 图 l 所 示 是 通过锥 形轧 辊 的轴 向位 移 来实现 ) 1 一 轧 辊 2 一 轧 侣 3 一 导 卫 图 1 螺板轧制原理简图 1望拓 一 03 一 20 收稿 第一 作 者 男 51 岁 副教授 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1997. s1. 019

Vol.19 李应强等：螺板轧机锥辊理论辊缝 ·75· 2轧辊压靠调整及其主要参数 由参数2S及2C决定的辊间孔型（辊 缝)理论分析可以基于2种轧辊相对位置 调整状态来进行即所谓轧辊端压靠和不 压靠.以下重点分析轧辊大端压靠条件下 的理论辊缝.在轧辊大端不压靠的状况下 推拦大装投影 则需要在辊缝数值上增加轧辊大端的间 隙. 如图2，以锥辊大端压靠点O为原点 建立坐标系.由于左右轧辊调整是同步 锥很截级际圆 的，所以图形关于O点对称.在图中， p一轧辊半锥角；E一轧辊原始单边间隙； S一轧辊单边偏移量；C一调整后轧辊单边 辊间距（图中为负向）；D一锥辊大端直 径. 锥辊大端在XOY平面上的投影方程为： 2A0 (X-E-B)/B+(Y-S1A2=1 (1) 24o) 式中，B-椭圆半短轴，(D/2)osp;A-椭 圆长半轴，D2. 在两轧辊同步调整至压靠时，由于对 称的要求，锥辊大端在XOY平面内的投 图2锥形轧辊压靠调整过程及参数 影必须通过O点，据此，可得下列调整参数： X=B+E-(B/AXA2-S);Z=X /sin;Z=zcos; C=X-E;L=d/(2sin)-ctgo. (2) 式中，X,一见图2，锥辊大端压靠时沿X轴位移；乙2-见图2，锥辊大端压靠时沿轧辊轴 线位移；乙。-见图2，锥辊大端压靠时沿Z轴位移；C-锥辊压靠后，辊间单边距离；L-轧辊 母线有效长度. 3理论辊缝 用平行于XOY且Z坐标为Z)的平面截取压靠的轧辊组，可得关于0点对称的一组 椭圆，图2中给出右轧辊由此得到的椭圆截线，其方程为： (X-A()+CPA)+(Y-S)2/B()=1 (3) 式中：A()-截线椭圆半长轴，2A)=2A(0)-Z()tg2p,2A(0)=Ltg(2p)；B()-截线椭圆 半短轴，2B(i)=2A()(1-e)2,e=tgp(椭圆离心率)

V 6 1 . 19 李应强 等 :螺板轧机锥辊理论辊缝 2 轧辊压 靠调 整及其主要参数 由参数 2 5 及 ZC 决 定 的 辊 间孔 型 (辊 缝 )理论分 析 可 以 基 于 2 种 轧 辊 相 对 位置 调 整 状态 来进 行 即所 谓 轧 辊端 压靠和 不 压靠 . 以 下重 点分析 轧辊 大端 压靠条 件下 的理 论辊 缝 . 在轧辊 大端 不压 靠 的状 况下 则需 要 在 辊缝 数值 上 增 加 轧 辊 大 端 的 间 隙 . 如图 2 , 以 锥辊 大 端压 靠 点 O 为 原 点 建 立 坐 标 系 . 由 于 左 右 轧 辊 调 整 是 同步 的 , 所 以 图 形 关 于 O 点 对 称 . 在 图 中 , 沪 一 轧辊 半锥 角 ; E 一 轧 辊 原 始 单边 间 隙; S 一 轧辊 单边 偏移 量 ; C 一 调 整后 轧辊单 边 辊 间距 ( 图 中 为 负 向) ; D 一 锥 辊 大 端 直 径 . 锥辊 大端 在 火D Y 平面上 的投影 方程 为 : X( 一 E 一 B ) 2 /牙 + ( Y 一 S ) , /A , = l ( l ) 式 中 , B 一 椭 圆半短 轴 , (D 2/ 冲 s叭 A 一 椭 圆长 半轴 , D .2/ 别 ( o ) 筹 巨巴二企泪闪 娜脚胡瓶 鹭找 ,, 、 下 - } 熟 端 投影 …{ \ … ` { 万 旧} 下 . 月 } …图汉岁 i ! } 锥辊 截线 椭圆日 片 伙 1 / \坦{ 从 1— 门帅 宁户 一 I : ; 尹} {夕… / } ) 在两 轧辊 同步 调 整 至 压 靠 时 , 由于 对 称的 要 求 , 锥 辊 大 端 在 尤口Y 平 面 内 的投 图 2 锥形轧辊压靠调整过程及参数 影 必 须 通 过 O 点 . 据 此 , 可得 下 列 调 整参 数 : x l = B + E 一 (B A/ X矛一 约; 乙二 戈s/ in 叭 cZ = 2` 。 s 叭 C = 戈 一 凡 L = d (/ sZ in 树一 cgt 职 . (2 ) 式 中 , X l 一 见 图 2 , 锥辊 大端 压靠时沿 X 轴 位 移 ; 乙一 见 图 2 , 锥 辊 大 端 压 靠 时 沿 轧 辊 轴 线 位 移 ; cZ 一 见 图 2 , 锥辊 大端 压靠时沿 Z 轴位移 ; C 一 锥辊压靠后 , 辊 间单边 距离 ; L 一 轧辊 母 线有 效 长度 . 3 理论辊缝 用平 行于 火口 Y 且 z 坐标 为 双i) 的平 面截取 压靠 的轧 辊 组 , 可得 关于 O 点 对称 的一组 椭 圆 , 图 2 中给 出右 轧辊 由此 得到 的椭 圆截线 , 其 方程 为 : ( x 一 注( i ) + 0 ,尸注( i ) + ( y 一 S ) , /刀2 ( i ) = l ( 3 ) 式 中: A ( i ) 一 截线椭圆半长 轴 , ZA ( i ) = ZA (O) 一 Z ( i ) t g Z中 , 2通 ( o ) = L t g ( 2 职) ; 丑( i ) 一 截 线椭圆 半 短 轴 , 2丑( i ) = 2通 ( i ) ( l 一 。 , ) ’ `, , e = t g 切( 椭 圆离心 率 )

.76· 北京科技大学学报 1997年 计算该截面处的理论辊缝，实际上就是求解圆心位于O点且写两截线椭圆相切于代X, )的共轭圆直径2R(①)，则理论辊缝t()=2R(). 对应不同的Z()值，用计算机求解)是非常方便的.在求解同时，可计算共轭接触点的 切线方向，用与螺旋叶片升角定义对应的切线方向B()表示， B(i)=arctg(Y/X) (4) 式中，X,Y-切点PX,Y坐标. 4应用及计算实例 表1计算实例(S=8mm,D=200mm,p-345) Z(i)/mm f(i)/mm )() LP20轧机中，当S=8mm时计算结 Z17)=170 t(17)=8.611 17)=56.11 果如表1所示.从表中可见：理论辊缝的 Z16)=160 t(16=4.494 16)=33.73 变化规律与螺旋叶片要求的板厚变化是 Z15)=150 t(15)=2.828 15)=23.28 一致的，共轭点切线方向与螺旋叶片升 Z14)=140 14=1.968 14)=17.55 角变化规律也相同. Z13)=130 (13)=1.451 f(13)=14.01 轧机参数设计的重要目标就是要使 Z12)=120 t12)=1.109 12)=11.63 理论辊缝满足叶片变形的定量要求，而 Z11)=110 t(11)=0.867 11)=9.93 其中最重要的参数是轧辊半锥角p,此 Z10)=100 t(10)=0.687 f10)=8.66 题另文论述， Z9)=90 (9)=0.548 9)=7.68 实际的轧制过程中，影响叶片变形 Z8)=80 t(8)=0.437 B8)=6.89 的因素是相当复杂的，轧机的弹跳、轧辊 Z(7)=70 t07)=0.347 B7)-6.25 速度的匹配以及摩擦的影响都必须加以 Z(6)=60 t(6)=0.272 6)=5.72 充分的考虑，而理论辊缝是上述因素修 Z5)=50 t(5)=0.209 5)=5.27 正的基础.实践证明，理论辊缝值对螺旋 Z(4)=40 t(4)=0.155 4)=4.88 叶片轧制参数调整有重要的指导意义， Z(3)=30 t(3)=0.108 3)=4.55 Z(2)=20 t(2)=0.068 f2)=4.26 Z1)=10 t(1)=0.032 1)=4.01 On the Bite of Spiral Flight Rolling Mill Li Yingqiang Yang Wenping College of Mechanical Engineering.USTB,Beijing 100083,PRC ABSTRACT Based on study of the parameters for adjusting the rolling mill and the practical analyzing method the conjugate theory is put forward.Combining the correction of the other effective parameters,it will be important to adjust the paramaters for rolling screw blades. KEY WORDS screw blade,rolling mill,special rolling mill,bite

北 京 科 技 大 学 学 报 1卯 7年 一一耳刊瓢亥爵面死两理论辊缝 )实 际 E就是 求 解圆 心位于 。 点 且与两截线椭圆相切子 只X, 均 的共扼 圆直 径 ZR ( i ) , 则理 论辊 缝 r ( i ) = ZR ( i ) . 对应不 同的 (Z i) 值 , 用计算机 求解 i(t ) 是非 常方便 的 . 在求 解 同时 , 可计算共 扼接触 点 的 切 线方 向 , 用 与螺旋 叶 片升 角定义 对应 的切线 方 向 刀i() 表示 . 吞( i ) = a r c t g ( Y /X) ( 4 ) 式 中 , X, Y 一 切 点 八方几均 坐标 . 4 应 用 及 计 算 实 例 LP ZO轧机 中 , 当 S = 8 ~ 时计 算结 果 如表 1 所示 . 从 表 中可见 : 理论 辊缝 的 变 化规律 与螺旋 叶 片要求 的板 厚变化 是 一 致 的 , 共 扼 点切线 方 向与螺 旋 叶片升 角变 化规律 也 相 同 . 轧机 参数 设计 的重 要 目标 就 是要使 理 论辊缝满足 叶 片变形 的定 量要求 . 而 其 中最重要 的参数 是轧 辊 半锥角 沪 , 此 题另 文论述 . 实际的轧 制 过程 中 , 影 响 叶片变 形 的 因素是相 当复 杂 的 , 轧机 的弹跳 、 轧辊 速 度 的匹配 以 及 摩擦 的影 响都必须加 以 充 分 的考虑 . 而 理论 辊缝 是上 述 因素修 正 的基 础 . 实践 证 明 , 理 论辊 缝值 对螺旋 叶 片轧制参数 调整有 重要 的指 导意 义 . 表 1 计 算实例 ( S 一 8 11 111、 D = 万刃 n ” n , 毋 = M S 。 ) Z (i )/ un t ( 泛) / m 刀( i ) / ( “ ) Z ( 1 7 ) = 170 t ( 17) = 8石 1 1 刀( 1 7) = 56 . 1 1 (Z 1 6) = 160 t ( l句= 4 4 94 刀( 16 ) = 33 . 73 Z ( 1 5) = l刃 t ( l习= 2名2 8 刀( 15) = 23 2 8 Z ( 14 ) = 14() t ( 14) = 1 . 96 8 刀( 14 ) = 1 7石 5 (Z 1 3) = 13 0 r ( 1 3) = 1 . 4 5 1 刀( 1 3) = 14 . 0 1 Z ( 12 ) = 120 t ( 1 2) = 1 . 1 09 刀( 1 2 ) = 1 1 . 63 Z ( 1 1) = 1 10 t ( 1 1) = O名 6 7 刀( 1 1) = 9月 3 Z ( 1 0 ) = lX() t ( 1 0) = 0 . 6 8 7 刀( 10 ) = 8 石6 Z (9 ) = 90 r ( 9 ) = 0 . 54 8 刀(9 ) = 7石8 Z ( 8 ) = 80 r ( 8) = 0 4 37 口(8) “ 6 . 89 Z (7 ) = 7O r (7) = 0 3 4 7 刀( 7 ) = 6 2 5 Z ( 6 ) = 6 0 r (6 ) = 0 2 7 2 刀(6) = 5 7 2 Z ( 5 ) = 5 0 t ( 5) = 0 . 20 9 刀(5) = 5 . 27 Z (4 ) = 40 t ( 4 ) = 0 . 1 5 5 刀(4 ) = 4 . 88 Z (3) 二 3O t (3 ) = 0 . 1 0 8 刀( 3) = 4 . 55 Z ( 2 ) = 2 0 t ( 2 ) = 0 乃6 8 刀(2) = 4 . 26 Z ( l ) = 10 r ( l ) = 0乃 32 刀( 1 ) = 4乃 l O n t h e B it e o f S P i r a l F li g h t R o lli n g M ill L 1 Yi n g q i a n g Y a n g W e n P i n g C o l l e g e o f M e c h a n i ca l E n g l n e e r i n g , U S T B , B e ij i n g 1 0 00 8 3 , P R C A B S T R A C T B a s e d o n s t u d y o f t h e P a r a m e t e rs of r a dj u s t i n g t h e r o l li n g im ll a n d t h e P r a e t ica l a n a l y z i n g me t h o d ht e e o nj u g a t e t h e o r y 1 5 P u t of r w a r d . C o m b i n i n g t h e co r r e e t i o n o f t h e o t h e r e fe e t i v e P a r a me t e rs , it w i且 be im P o r t a n t ot a dj us t ht e P a r a anr t e sr fo r r o lli n g s e r e w b l a d e s . K E Y WO R D S s e r e w b l a d e , r o lli n g m ill , s P e e i a l r o lli n g 而 11 , b it e