發布時間：2021-05-20所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：錐輥連續輾軋成形是目前世界上最先進的螺旋葉片成形工藝，生產螺旋葉片的錐輥軋機屬于特種軋制設備，國內目前尚無廠家專業生產。為此，在介紹生產螺旋葉片常用工藝的基礎上，對螺旋葉片錐輥輾軋成形理論、錐輥軋機及其軋制參數的調整等問題的研究現狀
摘要：錐輥連續輾軋成形是目前世界上最先進的螺旋葉片成形工藝，生產螺旋葉片的錐輥軋機屬于特種軋制設備，國內目前尚無廠家專業生產。為此，在介紹生產螺旋葉片常用工藝的基礎上，對螺旋葉片錐輥輾軋成形理論、錐輥軋機及其軋制參數的調整等問題的研究現狀進行了總結，并對螺旋葉片錐輥連續輾軋技術的發展方向進行了展望。
關鍵詞：金屬學與金屬工藝;螺旋葉片;綜述;錐輥;連軋;展望
0引言
螺旋葉片是指用鋼板或鋼帶制成的連續多圈的螺旋狀零件[1]，其廣泛應用于農機、電力、輕工、食品、化工等許多行業[2]。錐輥連續輾軋成形是目前世界上最先進的螺旋葉片成形工藝方法，與傳統方法相比其材料的利用率可提高1倍以上，效率可提高90%[3,4]。生產螺旋葉片的錐輥軋機屬于特種軋制設備，目前國內尚無廠家專業生產。雖然此使用領域及用來軋制螺旋葉片的材料種類已經有了擴大，但軋制參數的調整仍停留在經驗調節上[4]。本文在介紹螺旋葉片常用生產方法的基礎上，對錐輥輾軋成形理論、錐輥軋機及其軋制參數的調整研究現狀進行了總結，并對螺旋葉片錐輥連續輾軋技術的發展方向進行了展望。
1國內外研究現狀
螺旋葉片成形工藝，如圖1所示。
20世紀30年代以來，國內外學者對螺旋葉片錐輥連續輾軋成形技術進行了大量的研究，取得了不少成果，歸納起來主要涉及到螺旋葉片錐輥連軋成形理論的研究、錐輥軋機的研制、輾軋參數調整方法的探索等幾個方面。
1.1錐輥輾軋成形理論的研究
螺旋葉片錐輥輾軋成形最早于1938年由蘇聯學者ПавловН.М.提出[5]，1949年經過蘇聯學者ЖуравдевА.Э.的完善[6]，標志著螺旋葉片錐輥輾軋成形新工藝的誕生。這個時期的輾軋原理主要以蘇聯學者提出的圓柱輥共面楔形輾軋與分導復合成形理論為主。聯合收割機的問世及廣泛使用，使輾軋成形工藝取得了巨大進展。20世紀60年代，在英國科學家提出了錐輥異面輾軋成形理論以后，關于輾軋成形的理論研究和實驗成果大量地被應用到生產實際中去，使螺旋葉片的生產面貌產生了根本性的變化。1986年ГевкоВ.М.進一步發展和完善了螺旋葉片輾軋成形理論，在其專著中詳細地論述了輾軋成形技術發展的概貌、理論及應用領域。在螺旋葉片錐輥輾軋成形理論的發展過程中，日本的學者也進行了大量的研究，并取得了一定的成果，如1978年中田孝提出的“反復軋制與不均勻壓下輾軋相結合”的辦法、1984年野上新平提出的“邊軋彎曲法”、1984年高崎光弘等提出的“邊軋彎曲法成形型材”等[2]。進入20世紀90年代以后，螺旋葉片錐輥輾軋成形理論的主要發展方向趨向于對“厚”葉片、大變形及其數值模擬等課題的研究。
國內從20世紀80年代初開始螺旋葉片錐輥輾軋成形理論的研究。1986年佳木斯聯合收割機廠的胡偉麗等人在對英國引進的FM-600型螺旋葉片軋機消化吸收的基礎上，對螺旋葉片錐輥輾軋成形工藝進行了初步介紹[7]。1989年哈爾濱工業大學的楊合在其導師霍文燦等的指導下完成了一些具有開拓性的工作，他在博士論文中詳細論述了螺旋葉片錐輥輾軋成形的基本理論，并對成形過程的調整與控制進行了研究，利用編程的方法實現了成形過程調整與控制的計算機仿真[1]。文獻[8]對錐輥共面楔形異步輾軋成形機理進行了研究，標志著我國在螺旋葉片錐輥輾軋成形理論創新方面走到了世界的前列。20世紀90年代是我國螺旋葉片錐輥輾軋成形理論及實踐的一個大發展時期，先后有山西機電設計研究院的時達富、張如懷與張澤民等人對不銹鋼螺旋葉片軋機等進行了研究(1994)[9]，北京科技大學的李應強等人提出了關于螺旋葉片錐輥輾軋成形的共軛理論輥縫解析法(1994)[10]，楊合等人建立了錐輥異面冷輾軋成形的幾何模型(1995)[11]。文獻[2]對國內錐輥輾軋成形理論的研究進行了一個系統的總結(2000)。20世紀90年代后期開始，西北工業大學的楊合指導研究生鮮飛軍、肖紅生、雷軍等人開展錐輥輾軋成形的數值模擬研究[12～16]，目前已經取得了可喜的進展。
1.2錐輥軋機的研究
當英國LENHAN公司研究人員在20世紀80年代初提出錐輥異面輾軋成形理論后，他們研制出了實用的螺旋葉片錐輥軋機并申請了國際專利;日本日立公司生產技術研究室也在1984年研制成功了1臺技術驗證機[1]。LENHAN公司的改進型FM-600型軋機由于生產螺旋葉片時具有高效性、高利用率的特點，因而迅速占領了世界上大部分的市場，該軋機的優點是在設計過程中簡化了錐輥傳動的結構設計,提高了傳動效率，降低了制造成本,同時也達到了提高軋制力的目的。
FM-600軋機主要由料臺系統、輾軋主機、電控系統、液壓系統等部分組成。其中，主機由兩個錐形軋輥、預緊裝置、軋輥調整裝置、螺旋分導裝置調整機構及傳動系統組成。該軋機的主要技術參數如下：
電機功率/kW：22.5
最大加工尺寸/mm×mm：152×8
軋輥輥徑/mm：190
軋輥調整范圍/mm：10～20
軋輥轉速/r·min-1：20/56
電機轉速/r·min-1：1450
軋輥錐角/°：69
工作壓力/MPa：2.4
國內第一臺螺旋葉片軋機是佳木斯聯合收割機廠20世紀80年代初從英國引進的FM-600型軋機，它的引進使我國螺旋葉片的生產工藝直接跨入世界先進水平。20世紀90年代初山西機電設計研究院設計成功1臺不銹鋼螺旋葉片軋機并申請了專利，該軋機主要有料盤、主機和液壓剪組成，結構基本合理，能夠滿足生產要求，其缺點是不易操作。1993年北京科技大學的李應強聯合國內貿易部鄭州科研院研制成功的LP20軋機是國內第一代螺旋葉片軋機的杰出代表，該軋機結構獨特，調控能力強，對各種螺旋葉片具有良好的適應性，目前仍然是鄭州某糧機廠的主要生產設備。為了滿足客戶的要求，李應強等人在20世紀90年代中期在LP20軋機的基礎上，又研制成功了LP30型軋機，該型軋機能軋制的葉片外徑最大可達400mm，大大拓寬了螺旋葉片的使用領域，滿足了不同行業的規格需求，打破了我國大規格螺旋葉片仍依賴進口的僵局。
至2005年底，國內螺旋葉片軋機的保有量大約在20臺左右，年生產能力超過6000t，年產量在250萬m左右。2006年，江蘇大學的蔣小平等聯合北京科技大學的李應強成功研制出新一代的LP10型螺旋葉片軋機，這種型號的軋機與第一代相比顯著不同，其設計具有以下幾個特點：一是軋輥錐角由傳統的69°改變為84°，軋輥小端修改為標準的尖形;二是兩軋輥夾角在以前的傾斜、錯位和升降調節形成的楔形輥縫仍然不能滿足軋制要求時，還可以通過機架系統新增加的微調機構實現最大6°的角度調節量;三是軋輥與主軸采用直聯傳動，傳動方式采用更有力、更平穩、更可靠的牙嵌配合，在直徑Φ100的牙盤上牙嵌齒數達到48個，只要有30%的齒配合良好機組便能可靠運行;四是動力采用德國SEW公司生產的斜齒輪減速器，雖然單輥電機功率只有0.75kW，但軋制力達到驚人的17.5t，單輥軋制力矩為400N·m,整機質量卻只有1.2t;五是在同一軋機上備有不同規格的軋輥，提高了軋機的利用率，實現一機多用;六是軋機零部件用Pro/E三維造型后建立了虛擬樣機，運用虛擬的計算機仿真結果與實際試軋結果表明，該軋機設計是成功的。
1.3輾軋參數調整的研究
螺旋葉片軋機的參數調整主要涉及到鋼帶喂入高度、兩錐形軋輥的相對位置、軋輥的傾斜度、壓力、輾軋速度、支撐輥位置以及指輥位置等影響螺旋葉片直徑、螺距以及旋向的7個主要因素。通過調整某一軋輥的傾斜、錯位和升降，兩錐輥間便形成扭曲的楔形輥縫。調整出不同的楔形輥縫，同時調整喂料高度，便可以輾軋不同規格的螺旋葉片。但由于軋機結構上的限制以及軋制時軋機的彈跳、軋輥速度的匹配以及摩擦等因素的影響，使軋制工藝參數的調整相當困難，故從螺旋葉片軋機出現一直到20世紀90年代甚至現在，包括英、美、德等發達國家都采用“經驗試軋法”進行軋制工藝參數的調整，甚至德國的專家把軋機的參數調整視為“藝術”[10]。英國LENHAN公司曾經想通過改造加裝自動檢測及自動調整裝置，但試驗效果不是很理想。
國內在FM-600型軋機引進后的調試過程中就發現了軋制參數調整的難度，有關科研人員非常重視這個問題，先后有多家院校、科研機構的專家學者對這個難題進行了深入的研究，并取得了豐碩的成果。
1989年，哈爾濱工業大學的楊合通過建立錐輥輾軋的數學模型，利用編程的方法完成輾軋過程調整與控制的計算機仿真，從而實現了對軋制過程調整參數的預報[17]。1994年，北京科技大學的李應強在研制LP-20軋機的過程中提出了關于錐輥異面輾軋共軛理論輥縫解析法，通過軋機設計時圓整一些重要的調整參數，從而實現生產過程參數調整的簡化。最近幾年，太原工業大學的秦建平、沈陽工業大學的魏曉波等也對這個問題進行了一些有益的研究[18～20]，取得了一定的效果。
2發展展望
錐輥連續輾軋成形作為目前世界上最先進的螺旋葉片成形工藝方法,有著其它工藝無法比擬的優勢。在錐輥輾軋成形理論不斷發展的同時，更多更先進的螺旋葉片軋機將會不斷涌現，軋制參數調整的方法將會更加簡單、實用和精確。另外，在以下幾個方面，需要實現長足進步甚至技術突破：
1)厚螺旋葉片的生產工藝及裝置。目前我國國內生產的厚螺旋葉片的厚度以及關鍵技術仍達不到國內生產企業的要求。因此，應盡快研制出有擁有自主知識產權、國產化程度較高的螺旋葉片輾軋機就顯得尤為重要。
2)軋制參數的自動化調整。從技術發展的趨勢來看，螺旋葉片軋制參數的自動化調整以及整個軋制過程的全自動控制是十分必要的，在不久的將來也是可能實現的。這樣不但能夠大大降低生產的成本以及勞動強度，同時生產的效率、效益也將會顯著提高。
3)螺旋葉片的品種變化及使用領域擴展。例如，變螺距螺旋葉片就具有一定的市場需求，但使用目前的螺旋葉片軋機無法軋制出這種葉片。隨著螺旋葉片輾軋成形工藝進一步為大家所熟悉，螺旋葉片錐輥軋機的應用領域越來越廣，許多潛在的行業需求將會逐步體現出來，螺旋葉片輾軋成形方法將成為最主要和最有效的螺旋葉片生產方法。——論文作者：蔣小平，施衛東，沈玉堂，李偉
相關期刊推薦：《農機化研究》為農業工程類學術期刊，創辦于1979年，其投稿要以緊緊圍繞大農業概念下(包括農、林、《農機化研究》牧、副、漁)的機械化、電氣化、自動化及數字化相關的新理論、新技術、新成果和綜合述評為核心內容，語言精煉、結構完整、表達準確。設有：農業發展新視點、理論研究與探討、設計制造、試驗研究、新技術應用、環境與能源動力工程、綜述、短文等欄目。
SCISSCIAHCI
