高速线材产品尾部夹痕的控制

摘要：分析了高速线材尾部夹痕的形成原因，根据吐丝机夹送辊的内部结构和动作原理，说明了影响产品尾部夹痕的主要因素是气缸气压、限位机构的稳固性、夹送辊压下动作的行程。给出了降低夹送辊动作时内部机构冲击力的方法。并对辊缝值调整、进口导卫安装提出了工艺改进方案，有效减轻了线材产品尾部夹痕，提高了产品尺寸精度。

0 、引言

线材产品应用覆盖整个国民经济的生产过程。随着钢材市场形势的变化和下游用户产品的升级，下游用户对于作为加工母材的盘条产品的质量要求越来越高。对于硬线、焊材等拉拔材和冷镦钢等深加工用线材，要求其产品尺寸精度达到全长 100%国标C级精度，以降低深加工过程中的模具损耗和金属消耗。目前国内大多数高线装备水平为国产仿摩根五代机型，其中吐丝机夹送辊造成的线材尾部夹痕引起的尾部尺寸精度超差问题普遍存在，尤其是低碳钢由于变形抗力低表现更为严重。目前降低线材尾部夹痕的主要方法是采用孔型夹送辊，其缺点是不同的规格需要更换不同的辊环，增加了劳动量和备件数量［1］。另外，实践中发现，即便使用了孔型夹送辊，依然会发生夹痕过重的现象。进口摩根六代轧机则配备了智能夹送辊采用不同的夹持力来解决这个问题［2］。某高速线材厂针对产品尾部夹痕进行了分析和攻关，在采用平辊夹送，不更换设备的条件下取得了显著成效，线材尾部夹痕公差由原来的 0． 3 ～ 0． 4 mm 降低到 0． 1 ～ 0． 15 mm。

1 、尾部夹痕的特征分析

1.1、尾部夹痕尺寸恒定

线材尾部在夹送辊整个动作周期内存在夹痕，但是夹痕处的尺寸为恒定值，沿轧制方向上没有明显变化。出现这种现象的原因在于夹送辊压下到位时初始设定的夹送辊辊缝设置过小，只需重新调整夹送辊辊缝到合适位置即可明显减轻或者消除此类压痕。

1．2、尾部夹痕尺寸不固定

在生产实践中最常见是尾部夹痕尺寸不固定的情况。线材尾部夹痕沿轧制方向有 0.2～0.4mm波动范围。如以夹痕处线材直径最小值为基准放大辊缝，则会出现尾部不能可靠夹持导致尾圈散乱，影响后续收集和打包。若以夹痕处线材直径最大值为基准减小辊缝，则必然存在线材局部夹痕过重，导致尺寸超差。

2、夹送辊尾部夹持动作原理分析

如图 1 所示，从夹送辊的机械结构分析，影响尾部夹痕的主要因素有： 辊缝打开限位机构、辊缝压下限位机构、气缸压力、摇臂间距等 4 处。

2.1、辊缝打开限位机构

如图 1 所示，辊缝打开限位机构 A 决定了摇臂张开值，即夹送辊张开位置的最大辊缝值。其动作原理为通过旋转限位机构 A 的螺栓改变螺栓在机箱内的长度，调节辊缝张开值。该辊缝值应能保证线材头部顺利通过，不产生非正常的冲击和阻力，避免产生头部撞击引发卡钢事故。

2.2、辊缝压下限位机构

辊缝压下限位机构B决定夹送辊闭合位置的最小辊缝值。其动作原理为通过旋转限位机构 B的螺栓调节辊缝闭合值。该辊缝值应该保证夹送辊夹送时可靠夹持住线材尾部，不发生打滑、夹持力不足、夹持力过大等异常。避免线材尾部出现甩尾、大圈或者小圈，因夹持力过大导致尾部夹扁或者上游卡钢等事故。

2.3、气缸压力

气缸通过一套曲柄连杆机构为夹送辊提供打开和关闭的动力。对气缸动作的要求有 2 点： 一是启停动作迅速； 二是动作时序稳定。前者决定了尾部能够可靠夹持，后者决定每支钢坯在轧制时尾部开始夹送的起点、尾部停止夹送的终点和尾部夹持的长度是恒定值。气缸压力过大则系统动作冲击力大，气缸压力偏小则动作时序不可靠。

2.4、摇臂间距

当夹送辊闭合的辊缝值固定时，摇臂间距决定了夹送辊从张开到闭合的行程和动作时间。根据经典力学原理，在气缸压力恒定的条件下，此行程越大，夹送辊闭合动作时间越长，则夹送辊闭合到位瞬间在动作方向上速度越高，因此，传动机构承受的惯性冲击力也就越大。

由上述分析可以看出，尾部夹痕变化的直接原因在于夹送辊在夹送时辊缝存在变化导致压痕深度发生变化，辊缝变化值越大，则夹痕变化越大，从而导致调整困难。辊缝回弹的力则完全依靠限位 A 处的螺栓抵消，若 A 处的的限位螺栓在夹持动作周期内存在位移，则必然存在辊缝波动引发夹持力变化。螺栓在承受冲击时的位移，则由 2 个因素决定： 一是冲击力大小； 二是螺栓与螺纹连接抗冲击的能力。

3、 改进措施

3.1、气缸压力

气缸压力的设定基准，是在保证夹送辊整个系统正常的动作时序和可靠的前提下，尽可能减小气缸压力值。气缸的压力值直接决定了整个系统所承受的惯性冲击力大小。通过在气缸管路上安装调压阀门，可以将气缸动作压力稳定在最佳值，既保证系统动作时序正常可靠，同时将夹送辊动作时内部机构的惯性冲击力降到最低。3.2、限位机构维护

从图1可以看出，限位螺栓顶端与摇臂的球面台肩为点接触。限位螺栓受到球面台肩的冲击时，会发生2个方向的位移，垂直方向的窜动与横向的倾斜。由于杠杆的放大作用，限位螺栓B的微小位移在夹送辊位置引起的辊缝变化将会被放大。因此必须对限位机构B的螺栓和底扣加强维护，螺栓采用高强度螺栓，与底扣的配合不能有明显间隙，同时锁紧螺母必须可靠锁紧，保证限位螺栓在承受摇臂冲击时在垂直和水平2个方向微小位移在可接受范围以内。

3.3、辊缝张开值的优化

如前所述，夹送辊闭合时内部的冲击力的高低与夹送辊动作行程大小直接相关。夹送辊动作行程越大，在气缸压力一定的情况下则系统冲击力必然越大。国外最新的智能夹送辊采用了伺服马达控制，其夹送动作分为 2 个阶段： 第一阶段为低压夹送，夹送辊下移到与轧件保持稍微接触采用较小的夹持力夹送； 第二阶段为夹送，线材尾部离开终轧机组时夹送辊再次下移一个微小距离与轧件增加夹持力［3］。这种控制方法有效减小了辊缝闭合到位时的冲击。因此，对于国产仿摩根 5 代机组所标配的吐丝机夹送辊，在保证轧件顺利通过的前提下，夹送辊张开值应该尽可能小，以减小夹送辊闭合时的动作行程，降低冲击力。

为了优化夹送辊张开值，针对不同规格的产品制定出了不同的辊缝张开值，并配以对应规格的进口导卫。以 Φ5． 5 mm 产品为例，原有工艺为了降低进口导卫的成本和备件数量，Φ5． 5 ～ 12 mm 产品都使用 Φ20 mm 内径的进口导管，夹送辊张开辊缝为 20 mm，因此 Φ5． 5 mm 规格夹送辊下压行程为7． 6 mm。进口导卫改为通道内径 Φ8 mm，辊缝开口度 10 mm，夹送辊下压行程缩小为 2． 6 mm，显著降低了夹送辊动作时的冲击。

4、改进效果

通过对影响夹送辊辊缝变化因素的分析，针对吐丝机夹送辊进行了局部改造。经过试验，线材尾部夹痕显著减轻，尺寸公差由接近废品提高到国标B－C级精度级别，取得显著效果。具体数据如表 1所示

5、结语

在本文所涉及的线材尾部夹痕解决方案中，解决思路是首先弄清楚设备的动作原理及可能对产品质量产生影响的部位，然后在动作原理和设备精度维护方面进行设备本体精度的提升和改进。同时对设备的操控与调整方法相应的进行优化和细化，精确操作，精准控制，很好的解决了问题。当产品质量或者生产过程发生问题时，如果仅单独考虑设备状态或者操作过程，问题往往不能得到彻底解决。对于线材产品表面质量和尺寸精度类似的质量问题，制定解决方案时必须要从设备精度、电控精度和设备操控调整等几个方面同时考虑，才可以彻底解决问题，这一点在高速线材生产中具有广泛现实意义。

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