锆管材冷轧过程中的尺寸精度控制

引言

锆及其合金具有优良的耐腐蚀性、高温强度和良好的生物相容性等特性，在化工、核能、航空航天、医疗等领域有着广泛的应用。锆管材作为锆材料的重要产品形式之一，其尺寸精度直接影响到后续的加工和使用性能。冷轧是一种重要的锆管材成型工艺，具有生产效率高、产品表面质量好等优点。然而，在锆管材冷轧过程中，由于多种因素的影响，容易出现尺寸偏差，如壁厚不均、外径波动等，从而影响产品的质量和使用。因此，研究锆管材冷轧过程中的尺寸精度控制具有重要的现实意义。

一、影响锆管材冷轧尺寸精度的因素

（一）轧辊精度

轧辊是锆管材冷轧的核心部件，其精度直接影响管材的尺寸精度。轧辊的制造精度包括辊径尺寸精度、辊型精度和表面粗糙度等。如果轧辊辊径尺寸存在偏差，会导致管材在轧制过程中受力不均匀，从而引起壁厚不均和外径波动。辊型精度不佳会使管材在轧制过程中产生椭圆度等形状偏差。此外，轧辊表面粗糙度过大，会在轧制过程中对管材表面造成划伤，同时也会影响管材的尺寸精度。

轧辊的安装精度同样重要。轧辊的轴向平行度、径向圆跳动等安装误差会使管材在轧制过程中受到不均匀的轧制力，导致尺寸偏差。例如，轧辊轴向不平行会使管材产生锥度，影响管材的直线度和尺寸精度。

（二）轧制工艺参数

轧制工艺参数对锆管材冷轧尺寸精度有着显著影响。主要包括轧制速度、减径率、减壁率等。轧制速度过快会导致管材在轧制过程中变形不充分，同时也会增加管材表面的温度，使管材表面氧化加剧，影响尺寸精度和表面质量。减径率和减壁率过大或过小都会对管材尺寸精度产生不利影响。减径率和减壁率过大，管材变形剧烈，容易产生裂纹等缺陷，同时也会使管材尺寸难以控制；减径率和减壁率过小，则生产效率低下，且管材的尺寸精度也难以保证。

此外，轧制张力也是影响尺寸精度的重要因素。轧制张力不稳定会导致管材在轧制过程中产生拉伸或压缩变形，从而引起壁厚和外径的变化。

（三）设备状态

冷轧设备的状态对锆管材冷轧尺寸精度起着关键作用。设备的刚度不足会导致在轧制过程中产生弹性变形，使轧辊之间的间隙发生变化，从而影响管材的尺寸精度。例如，机架的弹性变形会使轧辊的压下量发生变化，导致管材壁厚不均。

设备的传动系统精度也会影响尺寸精度。如果传动系统的齿轮间隙过大、电机转速不稳定等，会导致轧制速度波动，进而影响管材的尺寸精度。另外，设备的润滑系统是否正常工作也会对尺寸精度产生影响。良好的润滑可以减少轧辊与管材之间的摩擦，降低管材表面的温度，保证轧制过程的稳定性，从而提高尺寸精度。

二、锆管材冷轧尺寸精度的控制策略

（一）提高轧辊精度

在轧辊制造环节，为保证轧辊质量，需运用高精度加工设备与先进工艺，对辊径尺寸、辊型以及表面粗糙度等关键制造精度指标予以严格把控。

像采用数控磨床加工轧辊，能显著提升其尺寸精度与表面质量。并且，要强化轧辊制造过程的质量检测，通过多道检测工序，保证轧辊各项参数精准符合设计要求。

轧辊安装时，要选用高精度安装工具与检测仪器，依照安装工艺规范严谨操作。安装完毕后，利用专业仪器对轧辊的轴向平行度、径向圆跳动等安装精度指标细致检测与精准调整，确保安装精度达标。此外，还需建立定期检修维护制度，及时察觉轧辊磨损情况，迅速更换磨损轧辊，维持轧辊的精度与性能。

（二）优化轧制工艺参数

通过实验和数值模拟等方法，确定最佳的轧制工艺参数。在轧制速度方面，根据锆管材的材质、规格和轧制设备的能力，选择合适的轧制速度，保证管材在轧制过程中变形充分且表面质量良好。对于减径率和减壁率，应根据管材的设计要求和生产实际情况，进行合理的分配和调整。可以采用多道次轧制的方法，逐步减小管材的直径和壁厚，提高尺寸精度。

在轧制张力控制方面，采用先进的张力控制系统，实时监测和调整轧制张力，保证张力的稳定性。例如，采用闭环张力控制系统，根据管材的实际尺寸和轧制速度，自动调整张力的大小，提高尺寸精度。

（三）加强设备维护与管理

为保障冷轧设备稳定运行，需构建一套完备的设备维护管理制度，按计划定期对冷轧设备开展检修与保养工作。尤其要强化对设备刚度的检查维护，密切留意机架等部件的弹性变形状况，一旦发现问题及时处理，比如可采用对机架进行加固的方式，提升设备整体刚度。

传动系统方面，要定期进行检修与精准调整，确保齿轮间隙处于合理范围，电机转速稳定可靠。同时，定期检查并更换传动系统的润滑油，保证其性能良好。此外，还需高度重视润滑系统的管理与维护，安排专人负责，保证润滑油供应充足且清洁无杂质，以此提高润滑效果，减少设备磨损，延长设备使用寿命，确保冷轧生产的高效与稳定。

结束语

综上所述，锆管材冷轧过程中的尺寸精度控制是一个复杂的系统工程，受到轧辊精度、轧制工艺参数和设备状态等多种因素的影响。通过提高轧辊制造与安装精度、优化轧制工艺参数、加强设备维护与管理等控制策略，可以有效提高锆管材冷轧的尺寸精度，保证产品的质量和性能。在实际生产中，应根据锆管材的具体要求和生产条件，综合考虑各种因素，制定合理的尺寸精度控制方案，并不断进行改进和完善，以满足不同领域对锆管材高质量的需求。

参考文献

[1]马波,文惠民.锆合金管材轧制用KPW 冷轧管机组安装调整精度的探讨[J].中国科技期刊数据库工业 B.2017(13):00284-00285

[2]马晨.锆合金管材轧制用KPW冷轧管机组安装调整精度探讨[J].中文科技期刊数据库（引文版）工程技术.2023(06):20-22

[3]张海芹,王旭峰.锆合金管材两辊冷轧的轧制力模型建立和应用[J].钛工业进展.2017(04):39-44