问题提出

我公司的LG60轧机，是一种往复式轧管机。采用环形孔型，轧辊直径为270mm，其机架行程为600mm，工作段长度为480mm，工作方式为后死点送进，前死点回转，轧机回转和送进的动作各采用一个交流伺服电机来完成，回转和送进的信号相隔180°，送进段和回转段的长度均为46mm。用该轧机轧制TA2钛管材时，管材表面出现鱼鳞状的痕迹(见图1、图2)，导致管材的表面粗糙度急剧升高，必须增加一道修磨工序才能将痕迹消除，导致生产效率下降，同时也降低了成品率。给后续的管材轧制带来了问题，必须在轧制时消除该缺陷。

图1轧制时出现鱼鳞状缺陷的管材(酸洗后)

图2轧制时出现鱼鳞状缺陷的管材
问题分析
导致这种问题的出现，可能有设备、工模具等方面的原因，需逐一予以分析。

设备方面
从该轧机的行程及回转送进段长度来看，对比公司内的同型号轧机，该机的行程偏短，国产同型号轧机的行程为925mm，比该轧机长325mm。该轧机的行程与国产的LG30．H轧机比较类似，可以说该轧机设计行程偏短。轧机的行程短造成在轧制同样工艺的管材时，管材的变形比较剧烈，导致轧机的轧辊、机架发生弹性变形比较大，而轧机行程短会造成精整段也短，这样弹性变形太大在精整段结束时不会完全释放。弹性变形的出现为管材表面问题的一个主要原因。在轧制过程中可以发现，轧辊的间隙在过了精整段后有一个较大的回弹。察看孔型的安装，要求位置正确，安装的垂直度、水平度、位置度都较好，轧辊齿轮选得合适，轧辊齿轮和齿条之间的间隙在设计要求范围内。在轧机的运转过程中，没有发现异常现象，润滑及轧机的动作符合设计要求，说明设备调整没有出现问题。
工艺方面
该规格管材轧制工艺为Φ45mm×6mm-Φ35mm×2．5 mm，在其它轧机上均可以顺利轧制，使用的管材坯料规格、批号均相同，说明该轧制工艺没有问题。
模具方面
察看管材的变形锥体，发现变形锥体部分在定径段末段出现了鱼鳞状缺陷，而在锥体的其余部分，管材表面较为光滑，说明问题出现在定径段末段。接着察看轧辊，发现在定径段末段出口处与回转段交界处，孔型曲线的脊部出现较严重的摩擦痕，而孔型的开口处却没有。在孔型的其余部位均未发现摩擦痕迹，进一步说明问题出现在轧辊上，而且是这个部位。
      进一步检查孔型定径段末段出口处，发现在定径段的出口处，孔型曲线有一个突然的变化，在2mm的长度内，孔型直径就从35mm变为45mm，而45mm就是回转段的曲线直径。由此认为问题的原因：在管材轧制的过程中，管材始终与孔型脊部呈一个马鞍形的面接触。这时因为孔型在设计时从管材的入口处到定径段结束时，一直是光滑连接的。而在定径段末段出口处与回转段交界处，由于出现一个曲线的突然变化，孔型在转到这一点时，突然从面接触变成线接触；从刚才的设备方面分析来看，由于轧机在此处有较大的弹性回复存在，管材承受的压强骤然变大，这时管材被弹性压扁，同时轧辊仍然在转动，与管材相接触的线接触区在轧辊的摩擦下向后运动，而轧机的送料小车却将料挡住，造成轧辊在管材表面摩擦，从而形成鱼鳞状摩擦痕。在孔型的侧壁由于开口的存在，孔型没有与管材相接触，所以没有形成摩擦。仔细观察缺陷确实为纵向摩擦条纹。这就进一步验证了分析过程的正确性。

解决方案
从以上分析来看，问题主要出现在设备和模具上，可是设备的行程现在是不可调的，现在只能在模具上考虑做一改进，设备局部调整给以配合。经过分析设备考虑了以下两个方案：
1)设备不作任何改动。既然在定径段末段出口处与回转段交界处，由于出现一个曲线的突然变化而导致摩擦痕的出现，就从定径段末段出口处开始，首先将孔型定径段末段出口处直径抛大为45mm，然后向孔型的定径段延伸，抛出一个孔型脊部逐渐变大的区段，这一区段必须与定径段相切，而且必须尺寸精确、对称，否则还会出现摩擦痕。而且这样做会导致本来很短的定径段(90mm)更加变短。
2)管材出现摩擦痕的原因是由于与管材相接触的区域由马鞍形的面接触变成线接触而出现的，就让孔型在前死点的时候始终保持与管材面接触，但是轧机的运动方式为前死点回转，保持面接触必然会影响轧机的回转。所以必须将轧机回转电机的回转信号与轧机送进电机的送进信号同时引到后死点，让回转和送进的动作在后死点同时进行，轧机在前死点不作任何动作。由于回转和送进的信号是由与轧机曲柄齿轮相连接的磁性接近开关所给的，两者相隔180° 。所以只要将两个磁性开关的夹角变为0° ，并在轧机PLC中给以重新设定就可以实现回转和送进的动作在后死点同时进行。分析以上两种方案，第一种方案对人工要求比较高，在没有相关加工设备的情况下，达到规定的要求是不可能的，如果按照第1种方案实施，虽然抛大孔型，但是达不到精度要求，仍然会出现缺陷的情况，工作很有可能失败。而第2种方案，只需要对轧辊的安装位置加以调整，另外将两个开关的位置和PLC作调整，对轧辊的现有状况不作改动，以现有能力来讲是可以达到的，成功的可能性很大，综合以上分析，决定采取第2种方案。

具体实施
1)以前轧辊的安装方式为后死点对正，现在变更为前死点对正。将轧机开到前死点，转动轧辊，将轧辊的定径段结束处向后5mm处划上标记，并将上下轧辊在此处对正，以与轧辊相匹配的轧辊齿轮相对正为准。
2)将回转信号磁性开关转到与送进磁性开关平行的位置，并加以固定；在PLC中设定在送进时同时予以回转电机回转信号。
3)将以上机构调整好后，开动轧机空载试车，未发现异常现象；然后装上管子进行试轧，轧制过程比较平稳，检查变形锥体，变形锥体圆滑；检查所
轧的成品管材(如图3所示)，外径公差为0．10mm，壁厚公差为0．05mm，表面粗糙度Ra为0．8μm，完全达到管材轧制工艺要求。
结论
1)用本实验方案来解决管材表面出现的摩擦缺陷是合适的，有效的。
2)管材表面出现轧制缺陷，解决问题必须同时考虑设备、模具、材料等各个因素。