0 前言

冷轧带肋钢筋有y型连轧机和滑轮式拉轧机两种生产线，其中拉轧生产线减径工序有采用拉丝模拉拔减径，其设备工艺流程如图 1所示，工艺简单，投资少是其最大优点，拉丝厂改造生产冷轧带肋钢筋一般采用这种工艺流程，其工艺是在常温下以普通碳素结构光圆盘条钢筋Q215、Q235和24 MnTi低合金钢筋为母材，先将光圆盘条钢筋除鳞即除去表面的氧化铁皮，穿上拉丝模，由拉丝机拉拔，使钢筋减径，再由y型花辊刻痕，在钢筋表面上刻出带凸肋的变形截面即成冷轧带肋钢筋。这种工艺生产冷轧带肋钢筋所消耗的功率中，拉拔减径所消耗的功率占总功率的65%以上，拉拔过程中，钢筋受到的力有3种，拉伸力、正压力和摩擦力，正压力和摩擦力是随着拉伸力而相应发生的，正压力使钢筋变形减径，摩擦力不但消耗动力，还会造成模具的磨损和钢筋的不均匀变形，如果将拉丝模中的滑动摩擦改变为滚动摩擦，则动力消耗就会大大降低，为此可将拉丝模改成具有孔型非传动的可旋转的轧辊，这种有孔型非传动的旋转轧辊称之为轧辊模，下面分析拉丝模和轧辊模的拉拔力及功率。

1 拉丝模的拉拔力及功率

光圆盘条钢筋穿上拉丝模，用拉丝机拉伸使钢筋变形减径，拉丝机的拉伸力由下式计算^[1]:

(1)

式中：F——拉丝机的拉伸力，kg;

A——钢筋出拉丝模的截面积, mm²;

σ——拉伸应力，kg/mm²。

拉伸应力计算方法有很多种，一般认为达尔纳夫斯基计算公式比较方便，达尔纳夫斯基认为拉伸应力由四部分组成，用下式表示:

(2)

式中：σ₁——实现主变形和克服变形区的摩擦所需的应力分量；

σ₂——变形区进出口处各层弯曲所需的应力分量；

σ₃——变形区附加剪应力所需的应力分量；

σ₄——拉丝模定径带的摩擦所需的应力分量。

(3)

式中：P——钢筋冷作硬化变形的强度平均值，kg/mm²;

e——反拉系数(无反拉时e=0);

a=μ_s·ctgα(α=引拔角，μ_s=摩擦系数)；

c=1-e；

ε——延伸系数。

(4)

(5)

(6)

式中:l——定径高度；d——定径直径。

(7)

式中：v——钢筋线速度，m/min。

实例计算:今有Q235, ϕ6.5mm光圆盘条钢筋，抗拉强度45kg/mm², 拉拔后直径为ϕ5mm, 拉拔条件:引拔角7°, 定径带的高度l=0.3×5(mm), 摩擦系数0.05, 延伸系数1.69, 无反拉装置e=0, 钢筋线速度180m/min, 求σ、F、P。

解:将上述参数代(1)~(7)式得：

式中:

2 轧辊模的拉拔力及功率

轧辊模是由一对或数对不具有传动装置的刻有孔型可旋转的轧辊组成，其结构与y型滑轮式轧辊结构相比，具有结构简单，尺寸小，成本低的优点，钢筋穿过轧辊模由拉丝机拉伸变形减径，其工艺如图 2所示。

由图 2(b)可知使钢筋通过轧辊模的作用力(拉拔力)F由下式计算：

(8)

式中:f——轧制力，kg;

β——轧制力作用点到轧辊轴心O₁连线与两轧辊轴心O₁、O₂连线的夹角(°)。

式中:Δh=h₀-h₁;

h₀，h₁——轧制前后轧件的高度，mm；

R——轧辊半径，mm。

(10)

式中:d——轴颈直径，mm;

D——轧辊直径，mm;

μ_s——轴承与轴颈之间的摩擦系数。

忽略摩擦则得：

(11)

(12)

式中:P_m——轧制时平均单位压力, kg/mm²;

A——轧制时的接触面积，mm²。

(13)

式中：b₀，b₁——轧制前后轧件的宽度，mm；

R——轧辊半径，mm;

Δh——压下量，mm。

(14)

式中：m——考虑外摩擦时单位压力的影响系数。

(15)

式中:μ_s——摩擦系数，冷轧低碳钢时，无润滑剂μ_s=0.09, 乳化液μ_s=0.05;

h₀, h₁——轧制前后轧件的高度, mm;

R——轧辊半径，mm;

σ——轧制材料在静压缩时变形阻力，kg/mm²。

(16)

式中:t——轧制温度，℃;

q_c——含碳量，%;

q_Mn含锰量，%;

q_Cr——含铬量，%。

η——轧件粘性系数，kg·s/mm²。

(17)

式中:c——为考虑轧制速度对η的影响系数，当轧制速度v(m/s) < 6、6~10、10~15、15~20时其系数c分别为1.0、0.8、0.65、0.60。

v_s——变形速度

(18)

式中:v——轧制速度，mm/s;

h₀, h₁——轧制前后轧件的高度, mm;

R——轧辊半径，mm。

实例计算：今有Q235(含C 0.14%~0.22%, 含Mn 0.3%~0.65%)、ϕ6.5mm光圆盘条钢筋，轧后为ϕ5mm光圆钢筋，轧制条件：轧辊直径ϕ80mm, 轧制温度20℃, 轧制速度v为3m/s, 求轧辊模的拉伸力F和功率P

解:将上述参数代入(9)~(18)式得:

比较拉丝模和轧辊模的拉拔力及消耗功率的实例计算结果，可知轧辊模的拉拔力和消耗的功率是拉丝模的拉拔力及消耗功率的56.5%~65%, 所以将拉丝模减径改成轧辊模减径，可以节约35%~43.5%的功率，或在相同的功率条件下，轧辊模拉拔的速度比拉丝模的拉拔速度可以提高，产量增加35%~43.5%。

3 轧辊模的结构与孔型参数

轧辑模一般由一对非传动可旋转的立式辊和一对非传动的可旋转的水平辊组合而成或多对非传动可旋转轧辊组合成积层式轧辑模，进料立式辊采用椭圆型孔型，出料水平辊采用圆型孔型，线材通过轧辊模可实现50%的变形，轧辊模的组合结构有多种多样，图 3所示结构仅是其中之一，附表中的孔型参数只列出ϕ6mm~ϕ4mm轧辊模立辊和水平辊的孔型参数，可供使用者参考。

4 结束语

拉丝模减径冷轧带肋钢筋生产线上采用轧辊模替代拉丝模可节能20%~26%, 此外，轧辊模还可用于钢丝，有色金属丝和不锈钢丝的拉拔上，平均节能可达30%以上，所以轧辊模的应用具有一定的经济价值。