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摘要 ：棒线材无张力轧制过程中，需合理运用活套控制技 术，借助活套连接相邻机架结构，控制两者之间的套量，以此实 现棒线材无张力轧制。基于此， 本文围绕无张力轧制在棒线材中 的运用展开分析， 简单阐述了棒线材及无张力轧制， 重点进行棒 线材无张力轧制运用分析，在明确棒线材无张力轧制应用要点后，讨论棒线材无张力轧制生产问题及其解决办法。
关键词 ：无张力轧制,棒线材,活套
受轧制张力的影响，棒线材易出现变形情况，影响产品精 度，不仅降低棒线材美观度，还会阻碍棒线材的正常使用，为避 免上述问题的出现，引入无张力轧制技术，消除棒线材变形问 题。在现代化背景下，无张力轧制技术日渐完善，现已在棒线材 生产端得到充分应用， 在实际生产作业时， 需借助活套控制结构 调节套量， 以此确保棒线材无张力轧制生产质量。
1 棒线材及无张力轧制
线材与棒材在业界被统称为棒线材，其中棒材属于条状材 料，其断面多呈方形、六角形、圆形，相较于棒线，线材截面断 面相对较小， 且线材多表现为盘卷状态， 除方形、六角形、圆形 截面形式外，线材还具备异形截面，其断面形态具有多样化特 征。结合国际通用标准分析，棒材直径区间与线材的直径区间 范 围分别为 9mm ~ 300mm、5mm ~ 40mm， 通常情况下， 国 际棒线材标准区间跨度大于国内标准，且相较而言，国内棒线 材直径也相对较小，在国内产业发展中，生产的棒材直径与线 材直径的区间范围分别为 10mm ~ 50mm、5mm ~ 10mm。在 实际生活中，棒线材用途广泛，不仅可在实际生产生活中直接 使用，还用于产业深加工，因此，在当代产业发展过程中，棒 线材的需求量较大。
无张力轧制被棒线材生产端大规模应用的主要原因在于该 技术工艺能够大幅降低张力受到温度的影响，继而使棒线材生 产物质及形态更为稳定， 以此极大提高棒线材生产稳定性， 减少 棒线材变形问题， 并可有效规避棒线材尺寸差异现象， 保障棒线 材生产精度。在无张力轧制棒线材过程中， 所应用的圆钢规格多 处于 φ14mm ~ 50mm 范围内，处于该规格尺寸下的钢坯更易衔 接于截面活套结构， 继而更好地控制套量， 使棒线材生产真正实 现无张力轧制。
2 棒线材无张力轧制运用分析
2.1 活套结构系统
在棒线材无张力轧制过程中，活套控制结构属于最为关键 的结构系统， 能够直接决定无张力状态的实现程度， 继而影响棒 线材实际轧制质量， 因此， 在分析研究无张力轧制技术在棒线材 中的运用时， 应将分析重点放在活套结构系统上。
2.1.1 结构整体分析
对于棒线材无张力轧制而言，活套属于关键工具，活套结构 在应用时需将其安设至相邻机器之间， 主要起到调节套量、检查 套量的作用， 通过对套量的控制而实现棒线材无张力轧制。结合 以往经验分析，活套控制结构多设置在截面参数相对较小的机 器设备之间，确保处于活套控制结构两侧的机器设备棒线材可 处于无张力轧制状态下， 以此存储活套量， 保障棒线材无张力轧 制效果。活套结构除具备收集活套量的作用外， 其在机器设备运 转过程中能够起到运动协调作用，以此削弱速度动态变化情况， 保障轧件参数精度。基于棒线材无张力轧制技术应用活套控制 结构时应注意，活套设备具有多种结构，且各种结构各有优缺， 此时为保障棒线材无张力轧制质量，应以实际生产工艺为依据， 科学选择活套套装结构形式。从本质上分析， 活套结构的调节原 理在于保持活套量状态，增强相邻机器设备间的协调性及配合 度，此外，活套结构设备中，通常会设置活套扫描仪，用于定位 热钢坯， 为棒线材无张力轧制提供便利。
2.1.2 常用活套结构
结合上述分析可知，保障棒线材无张力轧制效果，需从多种 活套结构中选择最适宜的活套结构，为进一步了解无张力轧制 在棒线材中的应用情况， 需对常用的活套结构进行分析讨论。
现阶段常用的活套结构共有三种，简称活套结构 1、活套结 构2、活套结构 3.且在各活套结构中存在 a ~ c 三种套形，即套 高过大、套高适宜、套高过小三种状态下的套形。通常情况下， 活套多由活套本体、起套辊、拉杆、气缸、压辊等构成，完整的 活套结构均具有上述零部件。基于棒线材无张力轧制活套结构 来看，三种活套结构中各类主要零部件均可根据实际情况进行 互换， 从结构角度展开活套分析 ：活套结构 1 内轧件入口方向与 起套辊起套方向相同，从结构上分析，起套辊属于悬臂结构，而 活套结构2 内轧件入口方向与起套辊的起套方向相反， 而起套辊属于两端支撑结构，该结构具有较强的稳定性，此外，气缸与活 套结构内起套处热源存有一定距离。结合活套结构使用寿命分 析，活套结构2 内并未增设支撑辊零部件，且轧件在活套结构发 挥作用时可受到滑动摩擦，将会产生较强的摩擦，此外，活套结 构 1 受到现场调整、制造设计等因素的影响而易出现变形现象， 继而引发活套结构卡阻问题。由上述分析可见，活套结构 1 与活 套结构 2 两种活套结构均存在一定不足，因此，进一步从稳定 性、故障率、磨损状况、气缸维护四个方面对比分析三种活套结 构的综合性能， 分析结果如下 ：①稳定性。三种活套结构稳定性 程度依次为较好、优良、优良。②故障率。活套结构 1 与活套结 构 3 的故障率均为良好，而活套结构2 的故障率较高。③磨损状 况。活套结构 1 与活套结构 3 的磨损状况均表现良好，而活套结 构2 的磨损状况较为严重。④活套结构 1 的气缸维护较为困难， 而活套结构2 与活套结构 3 的气缸维护均较为方便。经上述分析 可知，活套结构 3 的综合性能最为优异，因此，将无压力轧制应 用到棒线材中时， 可优先选用第三种活套结构， 通过保障活套结 构性能， 提升棒线材无压力轧制效果。
2.1.3 关键技术问题
活套结构对于棒线材无压力轧制的控制过程具有复杂性、 动态性、快速性特征，随着时间的流动，活套结构内的套形按照 起套、调节、收套三个阶段进行运行，其运行情况近似为正弦曲 线。从机械因素方面分析， 影响棒线材无压力轧制活套的关键技 术因素主要有参数设定、稳定性、故障率、故障排查情况，结合 上述对比分析结果可见， 活套结构 1 受到上述关键技术问题影响 最大，此外，活套结构中存在 a ~ c 三种活套套形，以下根据该 三种套形分析活套结构的关键性问题 ：第一，套形 a ：在该套形 状态下，套高设定过大，在棒线材无压力轧制时，轧件容易出现 堆钢问题。第二，套形b ：在该活套起套高度状态下，活套辊能 够稳定运行， 并处于正常工作状态， 可良好完成无压力轧制并控 制棒线材生产过程。第三，套形 c ：在该套形状态下，套高设定 过小，在棒线材无压力轧制时，轧件容易出现拉钢问题。总而言 之，棒线材无压力轧制期间活套结构应用的关键在于起套轨迹 及起套阻力， 在起套阻力较小且起套轨迹保持良好状态时， 方可 保障棒线材无压力轧制质量。
2.1.4 有限元建模分析
为确保棒线材无压力轧制生产顺利作业，生产现场通常准 备多种常见的活套，如四线活套、三线活套、双线活套、单线活 套，为更好地选择并设计活套结构，可引入Inventor 三维建模软 件，通过建模分析，减少活套结构设计时间，以此提升棒线材无 压力轧制生产效率。此外， 还可采用有限元法对活套结构展开分 析，更好地了解活套结构应用要点。
结合上述三种常见的活套结构分析可见，第三种活套结构优势更佳， 因此， 首先选取第三种活套结构为研究对象展开有限 元分析。该活套结构中气缸零部件的杆径、缸径、工作压力、行 程分别为 50.8mm、152.4mm、0.6Mpa、130mm， 基于最大工作拉 力(9729N)、最大工作压力(0.6MPa) 搭建活套受力结构， 以受 力结构为依据， 运用上述参数进行受力计算， 将所有的受力参数 数值上传至有限元分析软件，以此获取第三种活套结构的受力 情况。为进一步了解活套结构在棒线材无压力轧制过程中的应 用情况，基于活套结构 1 与活套结构2 展开强度与刚度的校验， 采用静力学理论展开分析，对 185MPa 屈服强度下活套结构进行 仿真分析，可得出活套结构 1 与2 活套本体在液压缸最大拉力状 态下的安全系数、变形系数、等效应力均符合运用标准。
结合上述棒线材无压力轧制活套结构系统分析可知，活套 结构分析是实现无压力轧制的关键环节，但活套结构在实际生 产作业期间容易遭受冲击载荷， 为规避事故， 需严格控制活套结 构标准， 尽可能提高无压力轧制活套结构稳定性， 以此保证产品 生产质量。在现代化背景下，有限元分析法日渐完善，在应用无 压力轧制时，可引入有限元分析软件(如 Inventor软件)，分析与 计算活套结构参数数值，用于夯实无压力轧制活套结构应用的 理论基础， 以此提升活套结构选择效果。无压力轧制在棒线材上 的运用应兼顾理论与实践，基于棒线材工程实践而逐渐完善活 套结构， 最大限度地延长活套结构使用寿命， 降低活套结构维修 次数，从而使活套控制结构能够更好地助力于棒线材无压力轧 制工艺。
2.2 套高控制分析
2.2.1 控制原理
通过上述活套结构分析可知，套高设定是否合理直接影响 活套结构作用的发挥程度， 间接决定棒线材无压力轧制质量， 而 在调节控制活套套高过程中， 需依靠活套调节器工具， 在无压力 轧制期间，主要依托于活套调节器平衡轧件相邻机器之间的流 量情况， 以此确保棒线材无压力轧制生产作业能够稳定推进。而 在套高控制过程中， 通过调节活套提高机器设备活套量产生， 在 此状态下， 若设备于轧件过程中形成弧形， 则意味着处于该设备 内的棒线材正处于无张力轧制状态下。结合以往棒线材无压力 轧制活套套高控制经验，活套调节量与机器设备速度调节器之 间存在正比关系，即活套调节量越低则机器设备调节速度越慢， 因此， 在套高控制过程中， 应基于套高控制原理进行合理调节。
2.2.2 套高设定
对于棒线材无压力轧制生产作业而言，严谨设定套高是重 要环节，在现阶段棒线材生产端中，多以钢坯为活套形状，在此 状态下， 套高设定高低能够直接影响套量情况， 若在棒线材无压 力轧制期间出现活套套高设定过高情况， 则易出现套量浪费、堆 积现象，且易引发棒线材产品变形问题，甚至可造成甩尾、堆钢等生产问题。若套高设定过低，则会引发较大压力，导致活套结 构形状产生扭曲现象，造成非自然生产状态，在此轧制状态下， 则会给机身造成极大磨损， 不仅对设备结构产生负面影响， 还会 增加设备故障率。由此可见，无论套高过低或过高，均会导致机 器设备无法进入无张力扎制状态，对棒线材正常轧制过程产生 影响， 继而造成不必要的材料浪费， 且在一定程度上增加棒线材 生产成本。
2.3 起套辊控制
在活套结构中，起套辊属于重要零部件之一，其在棒线材无 压力轧制过程中可发挥出不可替代的控制作用。通常情况下， 活 套结构起套多分为五大步骤，第一，形成初始套量。依托于活套 结构营造无压力轧制状态， 在此条件下， 将棒线材逐渐融入下一 机器设备内， 受到咬钢冲击降速作用， 机器设备此时产生初始套 量。第二，确定活套形状。形成初始套量后起套逐渐伸展，延伸 至特定位置时，则纠正活套结构形状产生状态，以此提高固定 化活套形状的产生效果。第三，活套调节器的运作。当活套高度 超出预设限定值时，活套调节器将会进入正常工作状态，以此 起到套高调节的作用， 使无压力轧制状态良好构建。若在生产作 业期间发现活套调节器始终未进入工作状态，则需及时检验机 器设备是否存在卡顿问题。第四，变化率的变动。按照上述起套 步骤依次顺利推进后， 棒线材能够顺利进入到机器设备内， 此时 活套调节器呈现出变化率提升的指示性信号，若发现变化率降 低或并未发生变动， 则说明起套量尚未达到适宜参数标准， 需及 时调整。第五，修订预设值。当活套调节器出现变化率提升现象 后，其可进一步依据系统数值规律对预设值参数大小进行自动 调节，同时在此过程内，需完成机器设备的工作速率调节工作， 待起套作业完成后， 起套辊将会自动停止工作并缓慢收缩。
3 棒线材无张力轧制生产问题及其解决办法
3.1 实际生产问题
在棒线材生产工艺中，无张力轧制属于现代先进技术，虽可 通过营造无压力状态而提高生产精度， 避免变形问题， 但却在实 践生产期间仍存在一定问题。对棒线材无张力轧制生产问题进 行总结， 发现其主要存在于三个方面， 其一为工艺难以实现 ;其 二为设备移位降低精度 ;其三为截面形状受温度影响。
第一，从工艺难以实现这一角度展开分析，无张力轧制工艺 技术对材料规格、设备性能、技术人员均提出了较高要求，需严 谨化控制套量参数。而结合棒线材实际生产过程来看， 活套量难 以运用精准化数字呈现， 以此提升了套量控制难度， 导致棒线材 轧制过程中难以完全营造无张力状态， 在生产环境下， 难免会存 在部分微张力。第二，从设备移位降低精度这一角度展开分析，套高若未实现精准设定， 则会引发套量堆积、废料产生等一系列 问题，而套高控制存在较高控制难度，在实践生产过程中，物品 堆积现象无法良好规避，继而引发设备移位现象。此外，活套调 节器在生产过程中可能对设备造成影响，导致设备出现较小的 位移，当设备移位后，影响棒线材生产精度。第三，从截面形状 受温度影响这一角度展开分析， 从本质上看， 活套控制效果在一 定程度上受棒线材截面形状影响，而截面形状又取决于钢坯温 度，若温度不适宜，则会引发截面变形问题，继而难以实现无压 力轧制状态。
3.2 问题解决办法
为最大限度地发挥无张力轧制的优势，应针对上述实际生 产问题进行解决，在本次研究中，主要提出了改进技艺、相对固 定设备、降低剪切头温度三个主要策略， 用于优化棒线材无张力 轧制工艺。
第一，改进技艺。无张力轧制从本质上可视为头部电流记忆 办法， 通过对机器设备各种状态进行记忆并测定， 以此得出机器 进入稳定状态的条件， 借助该条件的控制， 更好地完成棒线材生 产作业。人工管理不可避免地会产生偏差， 继而难以营造完成无 张力轧制状态，针对这一问题，可引进现代先进技术，构建全自 动化机械管理系统，依靠精准化算法程序对套量实现严格控制 调节， 以此降低无张力轧制状态形成难度。在头部电流记忆方式 应用下，可通过多次演练采集机器设备记忆状态，以此为依据 为全自动化机械管理系统设定参数，以此促进无张力轧制状态 的形成。第二，相对固定设备。针对设备移位带来的精度下降问 题，可采用焊接连接、连体生产的方式将机器设备控制在相对固 定状态，避免机器设备移动。第三，降低剪切头温度。结合上述 分析可见， 若钢坯温度过高将会引发截面变形问题， 针对这一现 象，可采用剪裁剪切的方式降低钢坯与截面接触时的温度， 避免 出现截面变形问题。
4 结语
综上所述，在棒线材生产端发展期间，无张力轧制得到广泛 地应用，且重视程度逐渐提高，因此，现阶段规模化棒线材生产 端已广泛应用了无张力轧制技术， 而在实践应用过程中， 应针对 当前常用的活套结构进行分析，了解不同活套结构的应用优势， 并做好套高控制与设定工作， 同时加强起套辊的重视程度， 以此 方可确保无压力轧制棒线材生产质量。但在生产作业过程中， 仍 存在一些重难点问题，需要在实际作业过程中展开针对性解决 应对。
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