一种精确测试冷轧管机轧制过程中轧制力与轴向力的方法技术

一种精确测试冷轧管机轧制过程中轧制力与轴向力的方法，其使用专用测试装置配套轧管机，对被轧制加工的芯棒(1)进行轧制力与轴向力测试；专用测试装置构成如下：芯棒轴向力测试传感器(5)、轧制管坯轴向力测试传感器(6)、轧制力测试传感器(7)、信号采集装置；测试方法是：在轧制过程中分别采集芯棒(1)与管坯(2)沿管坯轴向所受到的力，据此测得芯棒轴向力测试传感器(5)和轧制管坯轴向力测试传感器(6)的信号；同时采集轧管机的轧辊(3)沿管坯径向所受到的力，据此测得芯棒轴向力测试传感器(7)的信号。之后分析计算得到待测的冷轧管机轧制过程中的轧制力与轴向力。本发明专利技术可操作性强，技术效果优良，工程应用前景巨大。

Method for accurately measuring rolling force and axial force in rolling process of cold rolling pipe mill

The method of rolling force and axial force of a precise cold rolling mill in the rolling process, the use of special test equipments of rolling mill, rolling mandrel on processing (1) of the rolling force and axial force test; special test device is composed of the following: mandrel axial force measuring sensor (5), rolling billet axial force testing sensor (6), rolling force test sensor (7), a signal acquisition device; test methods: were collected in the process of rolling mandrel (1) and tube (2) along the tube axial stress, the measured mandrel axial force test sensor (5) and rolling tube blank axial force testing sensor (6) signal acquisition; at the same time roll tube rolling machine (3) along the tube radial stress, the measured mandrel axial force testing sensor (7) signal. Then the rolling force and axial force in the rolling process of the cold rolling mill are measured and calculated. The invention has the advantages of high operability, excellent technical effect and great engineering application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种精确测试冷轧管机轧制过程中轧制力与轴向力的方法
本专利技术涉及皮尔格冷轧管机以及其它类型和型号冷轧管机在工作过程中轧辊所受的轧制力以及管坯和芯棒所受的轴向力的精确实时测试的应用
，特别提供了一种精确测试冷轧管机轧制过程中轧制力与轴向力的方法。
技术介绍
现有技术中，管材冷轧(ColdRolling)是一种常见的管材成型工艺，相比于拉拔工艺，通过轧制工艺获得的管材成品具有更高的尺寸精度、力学性能以及组织均匀性。皮尔格冷轧(ColdPilgerRolling)是一种成品率高，道次变形量大，尺寸控制精度高的金属冷变形成型工艺，被世界各国广泛应用于难变形金属(如钛合金、锆合金等)的管材轧制，以及被用于生产精密管材。皮尔格轧制的主要变形过程由轧辊(包括双轧辊或三轧辊)、轧辊之间的管坯以及穿过管坯的芯棒完成，双辊型皮尔格冷轧管机的单个轧制周期示意图如图1-图5所示。在单个轧制周期的正行程中，上下轧辊相对管坯与芯棒由后死点向前死点运动，使管坯发生减壁与减径；当轧辊到达前死点时，管坯与芯棒同时旋转一定角度，随后上下轧辊相对管坯与芯棒由前死点向后死点运动，完成一个周期内管坯的均匀减壁与减径；当轧辊回到后死点时，管坯与芯棒同时沿先前的旋转方向再次旋转，同时管坯向前送进，进行下一个周期的皮尔格轧制。轧制力由所有作用于几何变形区的正应力和摩擦剪应力的积分得到，其方向可由作用于轧件上的所有力的平衡确定。在实际生产中，常把合力的垂直分量称为“轧制力”，合力的水平分量称为“轴向力”。双辊型皮尔格冷轧管机为对称轧制，即上下两个轧辊转速相等且直径相等，上下轧制力相对于轧制线呈径向对称。在轧制过程中，轧制力与轴向力是随时间变化的，正反行程的轧制力与轴向力也是有区别；同时，不同轧辊孔型、轧制送进量和车速下，轧制力与轴向力的分布和变化趋势也有很大区别。轧制力与轴向力的分布和变化趋势直接影响管材轧制的成品率，同时也影响成品管材的显微组织与力学性能，因此，分析轧制过程轧制力与轴向力对于该工艺意义重大。目前，国内外对于皮尔格冷轧管材过程中轧制力与轴向力的测试主要有模拟仿真和实测两种方法，模拟仿真轧制力与轴向力的方法已经趋于成熟，但缺乏实测结果进行验证。国际上目前尚无公开发表的轧制力与轴向力实测方法，因此，本专利提出的测试方法在国内外具有技术前沿性，同时能够精确测试双辊型皮尔格冷轧管机以及其它类型和型号轧机在轧制过程中轧制力与轴向力的变化趋势，进而为轧制工艺提供重要的理论指导，具有工程意义。人们迫切希望获得一种技术效果优良的精确测试冷轧管机轧制过程中轧制力与轴向力的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种技术效果优良的精确测试冷轧管机轧制过程中轧制力与轴向力的方法。本专利技术提供了一种精确测试冷轧管机轧制过程中轧制力与轴向力的方法，其特征在于：其使用专用测试装置配套轧管机，对通过送料小车4带动进行初始驱动，且布置在管坯2中并使用轧管机的轧辊3进行轧制加工的芯棒1进行轧制力与轴向力测试；所述专用测试装置构成如下：芯棒轴向力测试传感器5一件、轧制管坯轴向力测试传感器6一件、轧制力测试传感器7两件、信号采集装置1套(含信号采集芯片、信号采集软件和传感器标定程序的台式电脑)；其中：信号采集装置分别连接着芯棒轴向力测试传感器5、轧制管坯轴向力测试传感器6、轧制力测试传感器7；芯棒轴向力测试传感器5布置在芯棒1上的送料小车4的远离轧制加工端的一侧某处；轧制管坯轴向力测试传感器6布置在送料小车4的靠近轧制加工端的一侧，且轧制管坯轴向力测试传感器6同时布置在管坯2的远离轧制加工端的一侧近端部；轧制力测试传感器7布置在轧管机的轧辊3外部垂直于芯棒1轴线的轧制加工区所在竖直平面内；图15为轧管机沿管坯轴向方向观察的示意图，图中展示了两件轧制力测试传感器的安装位置。轧制力测试传感器采集管坯径向(图15中的竖直方向)所受压力，当轧机在空载情况下，将轧制力传感器安装在轧管机机架的图示位置(将传感器放置于按照传感器尺寸加工好的槽体内，并露出承力面)，并进行清零；当轧机工作时，轧辊3所受到的沿管坯径向(图15中的竖直方向)的力值会传递至两件轧制力传感器，两件轧制力测试传感器所测得力值之和即轧制力。根据轧管机的具体型号，轧制力传感器的安装位置以及数目可实现灵活调整，调整的前提是所有轧制力测试传感器测得力值之和须等于轧辊3实际所受轧制力。所述精确测试冷轧管机轧制过程中轧制力与轴向力的方法的具体要求是：在轧制过程中分别采集芯棒1与管坯2沿轴向(图2中的水平方向)所受到的力，据此测得芯棒轴向力测试传感器5和轧制管坯轴向力测试传感器6的信号；轧制力测试传感器7两件采集轧制过程中轧辊3所受轧制力(即图6中的轧制力测试传感器7测得的竖直方向的力)；信号采集装置中包含有与传感器相匹配的信号采集软件功能模块和传感器力值标定模块；在芯棒轴向力测试传感器5、轧制管坯轴向力测试传感器6、轧制力测试传感器7采集到足够多的信号并对应保存之后，使用人工或者程序分析的方式计算得到待测的冷轧管机轧制过程中轧制力与轴向力。所述精确测试冷轧管机轧制过程中轧制力与轴向力的方法，优选还要求保护下述内容：轧制力测试传感器7以及管坯轴向力测试传感器6以嵌套方式进行安装；轧制力测试传感器放置于按照传感器尺寸加工好的槽体内，具体安装示意图如图6、图15；管坯轴向力测试传感器一端通过套筒与管坯末端进行嵌套，另一端与送料小车进行嵌套，具体安装示意图如图13。芯棒轴向力测试传感器5与芯棒1之间以螺纹连接的方式进行安装，亦即芯棒轴向力测试传感器5布置在螺母状基体上且该螺母状基体通过螺纹连接结构固定布置在芯棒1上预设段的外螺纹区段上；轧制力由所有作用于几何变形区的正应力和摩擦剪应力的积分得到，其方向由作用于轧件上的所有力的平衡确定。在实际生产中，有时也把合力的垂直分量称为“轧制力”，水平分量成为“轴向力”。所述精确测试冷轧管机轧制过程中轧制力与轴向力的方法中，被测轧管机必须符合GB50386-2006轧机机械设备工程安装验收规范；所述精确测试冷轧管机轧制过程中轧制力与轴向力的方法实施之前，要求按照力学传感器设计图纸(图7～14)加工轧制力与轴向力测试传感器，传感器的外形尺寸根据不同轧机类型和型号进行灵活调整；所使用的传感器为电阻式传感器，成品须符合GB/T15478-1995压力传感器性能试验方法所规定验收标准，另外传感器的测试精度至少应达到所测轧制力峰值的0.001％；所述精确测试冷轧管机轧制过程中轧制力与轴向力的方法实施过程依次如下：一、首先要求对轧制力与轴向力测试传感器进行静态标定，具体操作步骤如下：(1)将力学传感器放置于标准力学试验机上，并将传感器连接至信号采集装置；(2)打开台式电脑中的传感器标定程序，采集力学传感器的实时读数；(3)启动标准力学试验机，对力学传感器的受力面施加标准载荷；(4)通过传感器标定程序设定力学传感器的读数，使传感器力学读数与标准力学试验机施加的标准载荷相同；(5)以相同步骤，分别对力学传感器的量程内多个点进行标定，最终获得能够精确测得载荷大小的力学传感器；二、之后，在皮尔格冷轧管机上进行设备安装与力学测试，具体操作步骤和相关内容如下：(1)根据装配图纸将轧制力测试传感器安装在含有轧制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种精确测试冷轧管机轧制过程中轧制力与轴向力的方法，其特征在于：其使用专用测试装置配套轧管机，对通过送料小车(4)带动进行初始驱动，且布置在管坯(2)中并使用轧管机的轧辊(3)进行轧制加工的芯棒(1)进行轧制力与轴向力测试；所述专用测试装置构成如下：芯棒轴向力测试传感器(5)、轧制管坯轴向力测试传感器(6)、轧制力测试传感器(7)、信号采集装置；其中：信号采集装置分别连接着芯棒轴向力测试传感器(5)、轧制管坯轴向力测试传感器(6)、轧制力测试传感器(7)；芯棒轴向力测试传感器(5)布置在芯棒(1)上的送料小车(4)的远离轧制加工端的一侧某处；轧制管坯轴向力测试传感器(6)布置在送料小车(4)的靠近轧制加工端的一侧，且轧制管坯轴向力测试传感器(6)同时布置在管坯(2)的远离轧制加工端的一侧近端部；轧制力测试传感器(7)布置在轧管机的轧辊(3)外部垂直于芯棒(1)轴线的轧制加工区所在竖直平面内；所述精确测试冷轧管机轧制过程中轧制力与轴向力的方法的具体要求是：在轧制过程中分别采集芯棒(1)与管坯(2)沿轴向所受到的力，据此测得芯棒轴向力测试传感器(5)和轧制管坯轴向力测试传感器(6)的信号；轧制力测试传感器(7)采集轧制过程中轧辊(3)所受轧制力；信号采集装置中包含有与传感器相匹配的信号采集软件功能模块和传感器力值标定模块；在芯棒轴向力测试传感器(5)、轧制管坯轴向力测试传感器(6)、轧制力测试传感器(7)采集到足够多的信号并对应保存之后，使用人工或者程序分析的方式计算得到待测的冷轧管机轧制过程中轧制力与轴向力。...

【技术特征摘要】
1.一种精确测试冷轧管机轧制过程中轧制力与轴向力的方法，其特征在于：其使用专用测试装置配套轧管机，对通过送料小车(4)带动进行初始驱动，且布置在管坯(2)中并使用轧管机的轧辊(3)进行轧制加工的芯棒(1)进行轧制力与轴向力测试；所述专用测试装置构成如下：芯棒轴向力测试传感器(5)、轧制管坯轴向力测试传感器(6)、轧制力测试传感器(7)、信号采集装置；其中：信号采集装置分别连接着芯棒轴向力测试传感器(5)、轧制管坯轴向力测试传感器(6)、轧制力测试传感器(7)；芯棒轴向力测试传感器(5)布置在芯棒(1)上的送料小车(4)的远离轧制加工端的一侧某处；轧制管坯轴向力测试传感器(6)布置在送料小车(4)的靠近轧制加工端的一侧，且轧制管坯轴向力测试传感器(6)同时布置在管坯(2)的远离轧制加工端的一侧近端部；轧制力测试传感器(7)布置在轧管机的轧辊(3)外部垂直于芯棒(1)轴线的轧制加工区所在竖直平面内；所述精确测试冷轧管机轧制过程中轧制力与轴向力的方法的具体要求是：在轧制过程中分别采集芯棒(1)与管坯(2)沿轴向所受到的力，据此测得芯棒轴向力测试传感器(5)和轧制管坯轴向力测试传感器(6)的信号；轧制力测试传感器(7)采集轧制过程中轧辊(3)所受轧制力；信号采集装置中包含有与传感器相匹配的信号采集软件功能模块和传感器力值标定模块；在芯棒轴向力测试传感器(5)、轧制管坯轴向力测试传感器(6)、轧制力测试传感器(7)采集到足够多的信号并对应保存之后，使用人工或者程序分析的方式计算得到待测的冷轧管机轧制过程中轧制力与轴向力。2.按照权利要求1所述精确测试冷轧管机轧制过程中轧制力与轴向力的方法，其特征在于：轧制力测试传感器(7)以及管坯轴向力测试传感器(6)以嵌套方式进行安装；芯棒轴向力测试传感器(5)与芯棒(1)之间以螺纹连接的方式进行安装，亦即芯棒轴向力测试传感器(5)布置在螺母状基体上且该螺母状基体通过螺纹连接结构固定布置在芯棒(1)上预设段的外螺纹区段上；轧制力由所有作用于几何变形区的正应力和摩擦剪应力的积分得到，其方向由作用于轧件上的所有力的平衡确定。3.按照权利要求1或2所述精确测试冷轧管机轧制过程中轧制力与轴向力的方法，其特征在于：所述精确测试冷轧管机轧制过程中轧制力与轴向力的方法中，被测轧管机必须符合GB50386-2006轧机机械设备工程安装验收规范；所述精确测试冷轧管机轧制过程中轧制力与轴向力的方法实施之前，要求按照力学传感器设计图纸加工轧制力与轴向力测试传感器，传感器的外形尺寸根据不同轧机类型和型号进行灵活调整；所使用的传感器为电阻式传感器，成品须符合GB/T15478-1995压力传感器性能试验方法所规定验收标准，另外传感器的测试精度至少应达到所测轧制力峰值的0.001％；所述精确测试冷轧管机轧制过程中轧制力与轴向力的方法实施过程依次如下：一、首先要求对轧制力与轴向力测试传感器进行静态标定，具体操作步骤如下：(1)将力学传感器放置于标准力学试验机上，并将传感器连接至信号采集装置；(2)打开台式电脑中的传感器标定程序，采集力学传感器的实时读数；(3)启动标准力学试验机，对力学传感器的受力面施加标准载荷；(4)通过传感器标定程序设定力学传感器的读数，使传感器力学读数与标准力学试验机施加的标准载荷相同；(5)以相同步骤，分别对力学传感器的量程内多个点进行标定，最终获得能够精确测得载荷大小的力学传感器；二、之后，在皮尔格冷轧管机上进行设备安装与力学测试，具体操作步骤和相关内容如下：(1)根据装配图纸将轧制力测试传感器安装在含有轧制力传感器放置槽的T型台中，并在力学...

【专利技术属性】
技术研发人员：李阁平，刘承泽，袁改焕，储林华，罗倩倩，王练，高博，顾恒飞，韩福洲，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21