基于CREO的冷轧管材轧辊孔型建模

张俊凤 严 锋

基于CREO的冷轧管材轧辊孔型建模

张俊凤 严 锋

（沙洲职业工学院，江苏 张家港 215600）

介绍了轧辊孔型的一种截面形式，并优化了空轧段截面的过渡参数。建立了供CREO软件读取点的ibl数据文件，以此作为参考建立GRAPH，以可变截面扫描的方式得到孔型的精确模型。

轧辊孔型；CREO；GRAPH；可变截面扫描

引言

现代金属管材生产，尤其是合金钢、有色合金及各种高变形抗力合金管材的生产广泛采用周期式冷轧管机[1]。冷轧管材不仅组织晶粒细密，物理性能和机械性能较好，几何尺寸和表面光洁度较高，而且在轧制时道次变形量较大，可生产薄壁管材并减少大量中间工序。周期性轧机孔型设计是轧管生产中的关键问题之一，其轧辊孔型作为一变截面孔型，设计过程复杂，设计参数多。在传统设计中由于受经验、理论和计算量限制，难以设计出合理可靠的孔型[2] [3]。

笔者以LG60-52×36轧辊孔型为例，利用CREO软件对其进行三维设计建模，将理论与实践经验有机结合，使得孔型设计科学、规范、可靠。同时也使得钢管在生产过程中提高了质量和成材率，让工艺设计人员摆脱传统设计所需的繁重计算量。

1 轧辊孔型的原始参数

1.1 LG60轧辊孔型外形尺寸

我国冷轧管机主要有LG两辊式和LD多辊式两种系列，根据中国重型机械研究所制定的冷轧管机国家标准，LG60轧辊孔型生产的成品管外径规格介于Φ25 mm至Φ60 mm之间，外形尺寸如图1所示。其特点是沿360°分布的每个截面形状和尺寸都会随着角度的不同而变化，并且截面的变化量及变化趋势对成品的质量以及生产效率都有明显的影响。

1.2 轧辊孔型截面

轧辊孔型截面有多种设计方法，图2为其中一种孔型截面形式，截面参数深度HX、开口角度α、开口宽度参数BX以及成型尺寸参数DXK均沿轧辊360°外圆以表1的控制要求变化，即沿逆时针方向，配合孔型轧制钢管的芯棒直径逐渐变大，而孔型截面的尺寸逐渐变小。

图1 LG60轧辊孔型外形尺寸

图2 轧辊孔型截面

表1 孔型截面控制参数

2 轧辊孔型截面控制参数优化

周期轧管机轧辊孔型沿轧辊圆周方向可分为工作段和空轧段两部分。工作段是轧件的变形及成形区段，一般分为锻轧带、精轧带和终轧带三部分。工作段由表1给出参数控制，对于空轧段，将0°位置成型尺寸参数DXK延伸至-25°，并将该位置的成型尺寸DXK增加0.5 mm。如图3，为了使切线在-25°低于该位置底圆，将250°成型尺寸DXK延伸至315°（即45°位置）。在终轧带的0°至20°区间，DXK设置0.15 mm的渐变，以改善钢管在轧制过程中产生的表面波纹缺陷。同理，截面深度参数HX和开口宽度参数BX在0°处及-25°处需要相应地修改数值，以配合成型尺寸参数DXK的变化。

图3 轧辊孔型空轧段参数

3 CREO建模

3.1 建立点数据文件

依据表1及空轧段的优化参数，在文本文档内分别建立4个文件，内容如表2，并且另存为ibl格式。

表2 点数据文件

3.2 建立图形文件

在CREO软件中建立4个GRAPH文件，分别命名为DXK、BX、Alpha及HX。分别读取相应的ibl格式点数据文件，在软件中生成空间点，并参考点数据进行如图4的二维图形绘制。

空轧段是喂料区，设置为直线，终轧带是产品整形区，同样设置为直线。用于过渡变形的工作区依附于点文件以样条曲线的形式连接，并设置样条曲线的端点分别与上述两条直线相切。绘制完成的文件在原点处设置局部坐标系，分别将之定义为之前设置的4个GRAPH特征。

图4 命名为HX的GRAPH文件

3.3 孔型建模

3.3.1 建立基础体及扫描轨迹线

建立Φ350×160 mm的圆柱，并在圆柱一半高度处绘制用于扫描轨迹的圆弧，圆弧直径为Φ350 mm，圆心角为340°（即-25°至315°的圆心角）。

3.3.2 可变截面扫描

进入可变截面扫描工具，以上述建立的圆弧作为扫描轨迹，截面绘制如图5。并在关系中进行如下设定：

sd33=evalgraph("DXK",trajpar*340)+0.1

sd35=evalgraph("BX",trajpar*340)

sd37=evalgraph("Alpha",trajpar*340)

sd32=evalgraph("HX",trajpar*340)

确认后以去除材料的方式完成可变截面扫描。sd33尺寸由名为DXK的图形文件控制，其在终轧段的尺寸即为生产钢管时被扎钢管的外径，为确保轧制的钢管外径有正公差，将DXK整体增加0.1 mm。

3.3.3 拉伸与倒圆角

图6为LG60轧辊经由拉伸与倒圆角后最终完成的三维图形。

图5 可变截面扫描截面

图6 孔型三维图

4 结论

轧管工具孔型设计是管材轧制工艺中的核心问题，孔型设计的好坏直接影响到产品质量、轧机生产率、工具寿命以及金属消耗。利用三维建模软件建立孔型的精确模型，是孔型在4轴数控加工中心上进行加工的必要前提。

[1] 李耀群. 周期式冷轧管机的发展[J]. 钢管, 2002 (4): 1-8.

[2] 张定潮. 计算机辅助周期轧机孔型优化设计[D]. 重庆: 重庆大学, 2002.

[3] 余竹焕. 计算机辅助孔型设计的发展现状[J]. 锻压技术, 2006 (5): 6-9.

Pass Modeling of Cold-rolling Pilger Mill Based on CREO

Zhang Junfeng, Yan Feng

( Shazhou Professional Institute of Technology, Zhangjiagang 215600, Jiangsu, China )

This paper introduces a kind of cross-section of cold-rolling pass, and the transition parameters of the section of the blank section are optimized. The ibl data file for CREO software is established, which is used as the reference to establish the GRAPH, and the accurate model of the pass is obtained by variable section scanning.

Pass of pilger mill; CREO; GRAPH; Variable section scanning

TG333.17

A

1009－8429(2019)04－0003－04

2019-11-02

张俊凤（1977-），女，沙洲职业工学院机电工程系讲师；

严 锋（1979-），男，沙洲职业工学院机电工程系讲师。