螺纹钢筋切分扁方孔型系统优化设计
潘建洲
（福建三钢（集团）闽光股份有限公司棒材厂，三明 365000）
摘要: 结合三钢棒材线实际，Φ16/Φ18螺纹切分精轧孔型选择采用扁方孔型系统，通过对切分孔型优化设计，合理选择轧辊材质，能有效地减少工艺事故、提高产量和改善指标，具有显著优越性。
关键词: 螺纹切分孔型设计
1前言
随着小规格螺纹钢筋（主要指Ф18mm以下，下同）切分轧制技术的发展，改变了小规格材产量不高、生产效率低下的状况，同时也带来了工艺故障复杂、指标下降等一些问题。
工艺设计对于切分轧制成功与否关系重大，孔型设计又是工艺设计中最重要的一环，是工艺设计的核心内容。
孔型设计合理，能有效地减少工艺故障、提高指标、降低轧辊导卫消耗。
对于孔型系统的选择，目前国内大多采用了梅花方和扁方孔型系统，由于两种孔型系统各有利弊，只有根据生产线工艺装备、产品要求等实际情况，确定孔型系统的选用。
基于梅花方孔型系统的论述较多，扁方孔型系统设计论述较少，本文就扁方孔型系统设计作一讨论，以期对此类切分生产线有所帮助。
2三钢闽光公司棒材厂螺纹钢切分情况
三钢棒材厂始建于1992年，1995年底开始投入生产，设计年产Φ12—40mm螺纹钢筋和光面圆钢30万吨，经过3次重大技术改造，目前年产达到80万吨以上，生产原料为150*150*12000mm连铸小方坯，采用热装热送工艺，装备有：2座蓄热式加热炉、17架连轧机、7.8*102 m步进式冷床、4900KN冷剪机，并从国外引进倍尺飞剪、自动打捆机等设备，是一条具有九十年代国际先进水平的连续棒材轧钢生产线。
该线精轧6架（12#-17#）呈H/V交替布置，其中15#轧机可通过液压装置实现快捷方便地平立互换，从立式机架出成品（K1前后无平立交叉导管），精轧全部采用“霍太克”导卫。
采用扁方孔型系统生产Φ16、Φ18两种规格，并多次对切分孔型进行改进，逐步消除了K3进出口故障较多、产品表面质量缺陷等设计上的不足，生产更趋稳定，指标明显提高。
精轧孔型如下：
图1 Φ16、Φ18 mm螺纹钢筋孔型图
因K6为平辊不存在孔型优化问题，故下面仅对K1-K5孔型作一论述。
3孔型优化与轧制过程主要故障原因分析
3.1 K5扁孔
扁方孔型K5在切分系统中主要起定形作用，为后续预切分准备标准料形。
设计宜首先考虑延伸系数，不宜过大，经验表明延伸系数μ=1.10-1.15为宜，延伸系数选择过大，可能导致矩形轧件过充满造成耳子或轧件控制失稳，不利于切分轧制；其次，是侧壁斜度夹角ψ，一般控制在15-20º为好，主要基于高宽比和防止边部于尖锐而使轧件角部温降过大考虑；此外，还应注意孔型圆角R，内圆角R取4-5mm，外圆角r控制在3-4mm较好。
在轧辊选择上应以贝氏体轧辊为好。
K5孔型设计不当造成的故障主要体现在：一是料形控制不稳定、轧件易扭转，无法顺利进入预切分导卫；二是切分不均匀，局部温降太大，轧件变形不协调，成品产生折叠（花边）或欠充满，负偏差水平不高。
图2 螺纹钢筋切分K5孔型图
3.2 K4哑铃孔（预切分孔）
K4哑铃孔是切分的关键孔型，其作用是为切分孔准备料形，设计主要考虑圆弧半径及中间连接带厚度，既保证K3来料需要，同时考虑切分楔对轧件的加工能力，尽可能减轻切分楔的负担。
设计要求延伸系数μ=1.15-1.20，连接带高度为(0.35-0.45)Hk，侧壁斜度=20-30%，中间连接圆弧R=3-5mm，在轧辊选择上应以合金(WC)辊环为好。
K4孔型设计不当造成的故障主要体现在：一是连接处厚度太大，增加切分楔的压下率，造成楔尖极易破损，切分不稳定产生飞钢；二是宽展取值过小，造成K3过充满，造成堆钢或成品折叠。
图3 螺纹钢筋切分K4孔型图
3.3 K3切分孔
切分孔是由切分带将两个连接圆并联而成，切分孔型的作用是利用切分楔对预切分轧件的连接带再施压下，以进一步减薄连接处厚度，轧成两个连接圆，为切分轮撕开轧件作准备。
其变形主要特点是：轧件严重不均匀变形，切分楔尖受正压力，容易磨损；轧件处于强迫宽展状态且与压下呈线性关系；切分带与圆孔槽底的压下系数η相差大。
切分孔的设计要求，楔尖顶角角度应保证切分撕开水平分力，连接带厚度取1-1.5mm 为宜，侧壁斜度夹角Ψ≥30º，为保证轧后成品无花边或折叠，孔型高宽比要求，根据K3至K2轧件中心线距离，进入K2轧件应扭转一定角度(通常25º-35º，视K2孔型而定)，以使切分带在K2椭圆孔中得到足够的加工，提高成品表面质量；切分楔尖夹角Φ=54-60º，在此范围内，既满足切分水平分力要求，同时使用楔尖具有一定的强度和耐磨性，轧制中不容易破损。
在轧辊材质选择上应以高速钢(HSS)或半高速钢(SHSS)为好。
图4 螺纹钢筋切分K3孔型
3.4 K2椭圆孔、K1成品孔
K2 、K1孔与单线设计并无二致，只是要求K2孔型延伸系数满足对切分撕开轧件后产生的“花边”彻底加工，消除其对成品质量的影响，故考虑延伸系数μ>1.2，压下量>40%，宽展量>20%。
在轧辊材质上选择合金辊环效果显著。
4 优化效果
2004年10月棒材线开始切分，2005年1月起对孔型系统进行优化改造，产量指标均明显改善，以Φ18mm螺纹改为例，改进前后生产指标统计对比数据见表1（实际Φ16螺纹成品线速度为11m/sec、Φ18螺纹为9.2m/sec，尚低于设计目标，仍有潜力）：
表1 棒材厂Φ18mm螺纹钢筋指标统计（改进前后对比）
规格时间平均日产 t 最高班产 t
成材率
% 作业率
%
Φ18
改进前2250 880 101．1 75
改进后2650 960 101．3 78
从表1可看出：通过孔型系统的优化设计，产量得到提高，指标改善，企业经济效益将明显增加。
5 结论
(1) 优化切分孔型设计的关键是合理分配延伸系数和压下率，K5、K4、K3适宜采用小延伸系数。
(2) 切分楔尖夹角设计要综合考虑楔尖强度及切分水平分力。
(3) K3孔型设计时要注意能使用轧件扭转一定角度进入K2孔，以使用切分带得到二次（K1、K2）加工。
参考文献
1 XIE Xianhong.Sectional Iron Production and Pass
Design.Chongqing:Chongqing University Press.1989.(谢显宏.型钢生产与孔型设计.重庆：重庆大学出版社.1989
2 WANG Tinfu.Metalforming .Beijing:The Metallurgical Industry Press.1988.(王
廷溥.金属塑性加工学.北京：冶金工业出版社.1988)
3 ZHAO Songlin,TANG Wenlin. Sectional Iron Pass Design. Beijing:The
Metallurgical Industry Press. 1993.(赵松林，唐文林.型钢孔型设计.北京：冶金工业出版社.1993)
4 LIN Chunfang,XU Linping.splitting Rolling. Beijing:The Metallurgical Industry
Press. 1995.(李芳春，徐林平.切分轧制.北京：冶金工业出版社.1995
作者简介：潘建洲，工程师，生产技术科长。