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國產220mm精密管材矯直機

文章作者: 人氣: 發表時間:2021-04-07 08:24:08

220mm精密管材矯直機是目前國內直徑最大的精密管材矯直機,該機在矯直輥輥型設計、輥系布置以及主輔機機械設備設計上具有較顯著的特點,尤其是具有自主知識產權的精密輥系布置方式半開放式交錯輥系布置),在同等輥數的情形下,矯直精度遠遠大于其它矯直機組。簡要闡述了220mm精密管材矯直機的技術特點,探討了使用過程中顯露出來的不足,并給出了處理措施,對今后精密管材矯直機的設計和使用有一定的參考價值。

220mm精密管材矯直機是西安重型機械研究所在自主研制的80mm精密管材矯直機的基礎上,對精密管材矯直工藝進行更深入研究之后,研制出的大直徑精密管材矯直機。該精密管材矯直機在甘肅某廠投入運行近兩年來,情況良好,矯直后鋼管直線度最低保證值為Q3%,全長不大于1mm,且不降低矯直前鋼管的圓度。作為目前國內最大直徑的精密管材矯直機,該機在設計以及制造過程中尚有不少關鍵技術需要解決,筆者依據這些關鍵技術問題的解決,闡述該機的一些技術特點。

1精密管材矯直理論的建立

1.1輥系布置

傳統的斜輥矯直理論認為,提高矯直精度在于矯直輥輥數的增多,以及輥系的對峙布置,該理論在精密管矯直實踐中發揮了很大作用。但隨后發現,當輥數增加到一定程度(目前認為是十輥),矯直機的矯直精度就不再會有明顯提高若再增加輥數,反而會降低矯直精度。其主要原因有兩個方面:①隨著輥數的增多,矯直機沿矯直中心線方向上的長度就會加長,從首輥到末輥的最終裝配精度就會下降,進而影響到矯直精度的提高,這一點在湖南某廠的50mm十一輥矯直機上已得到驗證;②按照輥數影響理論,認為在對峙布置的輥系中,前一對輥對后一對輥會產生一定的影響,這個影響程度可以用一個系數來表示,隨著輥數的增多,數個疊加,會使這種影響逐漸加大,從而限制了矯直精度的提高。

目前公認六輥對峙布置的矯直機的矯直精度為1%%,要想得到03%的矯直精度,還應增加輥數,同時也要回避因輥數增加帶來的裝配精度下降和輥數影響理論的影響。若能解決好這個問題,方可發揮出同等輥數超高矯直精度的優勢?;?/span>80mm精密管材矯直機的設計和使用經驗,認為合理的輥系布置和矯直速度是解決上述問題的有效方案,因而220mm矯直機采用了半開放式交錯輥系布置方案,如圖1所示,矯直環節為兩個半矯直環節。與對峙布置的矯直方案比較,該方案最大的優點是能夠減輕輥數影響理論的影響。

1.2矯直輥主要參數的設計原則

矯直輥的主要參數包括輥子腰徑、輥身長度、輥型曲線以及輥距等。輥身長度、輥型曲線和輥距是精密矯直機最主要的參數,特別是輥距的設計,應遵循變形程度由大到小的原則,合理給定管材原始彎曲曲率,并兼顧輥身長度反復演算,得出最終的輥距尺寸。這一過程較為煩瑣,可能會與主機總體設計發生沖突,這時應盡量以輥子布置為先。經反復演算,最終確定220mm矯直機輥距的最小值為980mm。

2、220mm精密管材矯直機工藝流程及設備組成

2.1工藝流程

鋼管經過前臺定量給料器上料,送入斜輥喂料機,進入主機矯直,出矯直機后進入后臺,后臺輥道將鋼管運輸到走鋼線內,經撥料機構撥出,進入收集臺架。

2.2主要設備組成及其技術特點該精密管材矯直機主要由前臺、斜輥喂料機、矯直機主機、后臺等部分組成。斜輥喂料機的使用能夠有效地減輕彎曲鋼管對矯直機主機的沖擊,這對低速高精度矯直非常有利。主機的近似線性的矯直機送進角度調整方式是各輥與鋼管接觸情況一致的保證。末輥浮動裝置在矯直過程中不僅能夠發揮矯直作用,而且對于抑制管頭甩動,保證后部鋼管平穩矯直,提高矯直精度都有重要作用。該精密矯直機系統最主要的技術特點是半開放式交錯輥系布置方式。

2.21前臺

前臺在整個機組中起到定量給料、平穩送料以及抑制矯直過程中鋼管甩動的作用。同時由于被矯直管材為精密鋼管,對鋼管外表面的質量要求較高,因而該前臺又兼有保護鋼管外表面不被劃傷的作用。

2.22斜輥喂料機

斜輥喂料機在矯直過程中兼有喂料和減小矯直沖擊的雙重作用,其基本結構為:以C形焊接機座為主機座,兩個喂料輥在C形機座的鉗口中呈上下對峙布置。矯直開始時鋼管送入前臺,鋼管前端正好落在兩個輥子中間,此時兩輥為張開狀態,等得到矯直信號后,兩輥迅速閉合將管頭夾住,旋轉送至主機。喂料輥的形狀和斜輥喂料機到主機的距離是影響喂料和抑制沖擊的主要因素。

斜輥喂料機的特點是:①上輥具備快速開合功能,并且能保證在上輥壓下的過程中鋼管不會被壓扁,其開合機構的液壓系統具備無級調壓的功能,能適應絕大多數規格鋼管的夾持送料;②送進速度和主機的矯直速度相匹配,同時為了滿足穩定鋼管的作用,喂料輥輥型和矯直輥輥型的曲線設計基本相同,但曲線曲率要稍大于主機矯直輥輥型的曲率,以避免鋼管原始彎曲帶來的管輥包絡面小的缺陷;③喂料輥的斜度設計為可調式;

④喂料輥中心到主機中心的距離初步定為2m,如果將斜輥喂料機設計成可沿矯直中心線移動,這一距離可縮至15m。

2.23矯直機主機

主機是矯直機機組的關鍵設備,其主要參數見表1結構示意如圖2所示。

主機的上下橫梁是矯直力的最終承受部件,該部件采用鑄鋼或焊接結構,并通過12根預應力立柱聯結,增強了整個機架的剛性,這一點對于精密管矯直過程相當重要。上下矯直輥通過輥座與上下橫梁中的轉鼓連接,轉鼓和橫梁的配合以及輥座和轉鼓的連接有嚴格的尺寸要求,以保證最終的矯直輥中心線沿矯直線方向的偏差控制在003mm以內。為了滿足這一偏差數值,在相應的配合或連接處的結構都要進行優化,并在配合或連接處設置明顯標志,以減少或彌補因加工制造帶來的誤差和累計偏差。

與傳統的斜輥式矯直機相比,該矯直機的輥系布置是一大特點,同時線性調角度機構解決了長期以來角度調整依賴經驗的不足,能夠準確得到管輥的包絡情況。通過對大量矯直數據的統計,準確地獲得了理論計算和實際需用角度的差值。

末輥浮動裝置是在可調反彎量的基礎上增加的緩沖吸振裝置,既有效地增強了矯直工藝的靈活性,又解決了因鋼管頭部甩動帶來的沖擊,對提高矯直精度非常有利。

矯直輥組件是主機的關鍵部件之一。在軸承的選用上,考慮到因矯直輥一端有傳動接軸裝置,矯直輥兩端受力不均,因而優先選用了調心滾子軸承。在軸系設計上,除按照軸系一般的設計原則(留有軸向竄動量外),還考慮了在整機調試時調整輥子中心線的余量。這一余量的結構設計和量的大小,主要從輥子直徑和輥數來考慮,本機組設計的最大調整量為3mm,經實際使用發現這一數據基本合適。

上下梁的加工在主機設備中較為煩瑣,加工周期較長。上下梁以面和孔的加工居多,上梁的底面和下梁的上面加工精度要求較高,其次是孔立柱的位置和轉鼓孔的位置)的定位,要嚴防孔距超差。加工時,應盡量采用同一臺機床、同一初始基準面和相同的加工順序,以保證上下橫梁誤差的一致性。

精密矯直機輥系布置以及輥子參數確定后,主機的加工制造質量成為影響最終矯直質量的關鍵環節。

2.24后臺

后臺由若干扣瓦組成,保證在矯直過程中進入后臺的鋼管不會有大的甩動,及矯直后的鋼管不會被劃傷。

3存在問題及處理措施

3.1存在問題

斜輥喂料機以及矯直輥輥面質量是影響該機矯直的最主要因素。斜輥喂料機原設計為C形結構,側向進料。但當來料彎曲較嚴重時,就要放大兩個喂料輥的初始開口角度,使上輥壓下的時間延長。如壓下動作過快,常會壓扁管材,致使斜輥喂料機發揮不出應有的作用,而且為了使彎曲嚴重的管材能順利咬入,第一對矯直輥的壓下量要調整到很小,導致第一矯直環節矯直效果不明顯,這就需要第二次補矯,才能夠達到0.3%的矯直精度。

3.2處理措施

解決此問題的關鍵在于縮短斜輥喂料機上輥壓下的行程。但因上下輥對峙布置,矯直彎曲嚴重的管材時,這一行程幾乎無法縮短。若能將斜輥喂料機倒置,即原來的立式布置改為水平布置,就可以縮短壓下行程,有效地解決鋼管壓扁問題,同時還使喂料機發揮了應有的效用,從而一次性矯直了彎曲嚴重的管材。

這里矯直輥的質量是指日常使用的輥面質量,加工制造時的表面質量也不可忽視,建議表面粗糙度Ra不大于Q8um,硬度HRC不小于55。

目前存在問題主要是生產過程中由于矯直速度過低,管體表面雜質常會黏附在輥面上,進而影響到輥面質量,形成惡性循環,而通過一般的設備維護,達不到保護輥面質量的要求。為解決此問題,設計了一套輥面潤滑系統,矯直過程中對輥面噴射冷軋機用軋制油,投入使用后效果明顯,能夠始終保持輥面清潔,也能減少矯直過程中的管輥滑動現象。

4結論

作為目前國內直徑最大的精密管矯直機,兩年來的良好運行使得半開放式交錯輥系布置方案以及設備設計的合理性得到了驗證,此類型的矯直機可以在精密管材加工行業進行推廣。同時使用經驗也告訴我們,精密管材的矯直,不僅僅受矯直設計方案的影響,而且受設計、制造以及使用三方共同影響,任何一方的不足都會影響最終的矯直效果。


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