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    小口徑精密不鏽鋼管矯直機的開發

    作者:浙江鑫大不鏽鋼製造有限公司 來源:原創 日期:2016/7/17 23:48:53 人氣:73

     摘要:小口徑精密不鏽鋼管一般以冷軋和冷拔的方式生產,隨著小口徑高速冷軋機和高速多線冷拔機的應用,實施小口徑精密不鏽鋼管在線矯直成為可能。其難點在於如何解決經高速冷軋、冷拔並經退火之後的彎曲鋼管的無人工幹預下的準確上料和主機高速矯直過程中的穩定性問題。中國重型機械研究院有限公司為江蘇某廠的30mm無縫鋼管生產線提供的精密高速鋼管矯直機很好的解決了上述問題.可以作為類似生產線設備的參考。

    1引言

        國內現有的小口徑精密不鏽鋼管生產線以冷軋和冷拔方式為主,再配以酸洗和熱處理以及離線矯直工序。其中冷軋和冷拔工序是整個生產線的瓶頸.為了追求產最不得不配置很多車間和冷軋、冷拔機,占據了大量的廠房和操作維護人員,使噸鋼成本消耗至高不降。為了解決這個問題,德國Meer公司和意大利麥爾公司相繼開發出了小口徑精密不鏽鋼管高速冷軋機和3線高速冷拔機,軋製以及拔製效率分別比傳統設備提高了3~5倍。這就形成了小口徑精密不鏽鋼管生產新工藝,即離線高速軋製-預矯直-在線拔製-在線化學處理—在線熱處理—在線高速矯直—後續的在線探傷、切頭、切尾以及側長稱重等,使生產效率得到大幅提高,場地展用、人員配置大幅減少。

        對經熱處理之後的小口徑精密不鏽鋼管進行在線矯直難度在於:如何解決經熱處理之後彎曲鋼管的快速準確上料問題;如何解決精密不鏽鋼管頭部穩定進入矯直機主機以及高速穩定矯直問題(純矯速度為普通小口徑矯直機速度的2一3倍);還有因為高速矯直帶來的設備結構安全性問題。

        目前由於引進高速冷軋機和3線高速冷拔機費用問題,國內采用高速冷軋以及冷拔在線生產精密不鏽鋼管的廠家甚少,但是此生產線的生產效率是不言而喻的。2011年江蘇某廠上馬了一條30mm精密不鏽鋼管生產線,為了節省投資采用了點菜式的設備引進方式,除去3線高速冷拔機和高頻打頭機引進之外,其餘設備均為國內配套。高速軋機為國內的亞高速軋機(擺動次數為國外的2/3弱),矯直機由中國重型機械研究院有限公司提供,最高矯直速度為65m/min(指精密不鏽鋼管軸向前進速度)。一年多的生產結果表明:該矯直機組為解決熱處理之後彎曲精密不鏽鋼管的上料問題設計的結構是可靠的;為解決精密不鏽鋼管頭部穩定進入矯直機主機而采用的低速咬入、高速矯直工藝是可行的;後台拋料機構以及為防止因高速帶來的不安全因素設計的相應機構是正確的。在性能指標上和進口設備相平齊,在造價上僅為國外設備的1/3,可以作為國內今後類似生產線的設備選型參考。

    2矯直機組的設備組成及工藝過程描述

    2.1設備組成

        如圖1所示,矯直機組由前台散料裝置(序號1)、分料裝置(序號2)、前台扣瓦裝置(序號3)、入料夾送輥(序號4)、主機(序號5)、出料夾送輥(序號6)、後台裝置(序號7)以及液壓和電氣裝置等組成。分別實現被矯精密不鏽鋼管的分散和單根上料.並在主機的參與下對精密不鏽鋼管實施矯直。

    2.2矯直工藝過程

        熱處理完畢之後的精密不鏽鋼管呈排狀出爐,經過橫移機構將成排的精密不鏽鋼管移到散料裝置上,散料裝置為鏈式結構,在運轉的過程中帶動成排的精密不鏽鋼管前進,當精密不鏽鋼管在鏈條的帶動下經過分料裝置時,精密不鏽鋼管頭部被分料裝置的夾鉗(根據不同的精密不鏽鋼管直徑規格,調節夾鉗的開口度保證每次隻能夾住一個精密不鏽鋼管的頭部)夾緊,夾緊之後隨著分料裝置的運轉,將被夾緊精密不鏽鋼管和其餘鋼管分開,位於被夾鋼管和其餘鋼管之間的分料鏈床迅速啟動,將被夾持鋼管和其餘鋼管由頭部到尾部迅速徹底分開。

        分開之後的精密不鏽鋼管落入前台扣瓦裝置中,在入料夾送輥的帶動下喂入主機進行矯直。矯直結束後,後台夾送輥啟動,將精密不鏽鋼管送出主機,延時後,後台扣瓦打開,精密不鏽鋼管落入後台橫移鏈床,進入下步工序。

        為了實現在線自動矯直,全線安裝了大量的光刪和光電開關,以檢測精密不鏽鋼管頭、尾為各動作執行機構發出訊號。

    3各組成部分的主要特點

        熱處理之後的小口徑精密不鏽鋼管的特點是又細又長(例如本生產線中的鋼管直徑範圍為10~30mm,長度為28m),剛性很差,且有不規則的彎曲,很難用常規的撥料機構進行單根上料,目前國內小口徑精密不鏽鋼管矯直前的上料幾乎均為人工上料,效率低下,操作勞動強度較大。

        如果提高矯直節奏後,不僅采用人工上料不合實際,而且即便是被矯精密不鏽鋼管落入前台扣瓦,高速的喂入主機的過程也比較危險,容易發生管頭從主機竄出的惡性事故。因此對熱處理完畢之後的精密不鏽鋼管實施在線矯直的難點在於如何使彎曲的鋼管單根落入前台扣瓦以及順利喂入主機。為此在為江蘇某廠提供的30mm在線高速精密矯直機設計了分料裝置、入料夾送輥、主機1JHJ下輥快開機構以及低速咬入高速矯直的工藝,這些為該機組的主要特點。

    3.1分料裝置的機構設計及特點

        設計分料裝置的目的是將被矯精密不鏽鋼管和其餘待矯鋼管的頭部分開,達到每次上料隻上一根精密不鏽鋼管的目的。實施這一鋼管分離的動作,還必須有幾個輔助動作:將被矯鋼管和待矯鋼管頭部壓齊;調節分料裝置的夾鉗開口度以適應當前被矯鋼管,保證夾鉗在運動軌跡範圍內每次隻夾一根鋼管;待被矯鋼管和待矯鋼管尾部頭部分離後,分料鏈床啟動,用附帶在鏈床上的分離棒將被矯鋼管和待矯鋼管由頭到尾全部分開。分開之後的鋼管落入矯直機前台扣瓦。如圖2所示,彎曲的被矯鋼管從右側進料,在分料裝置的作用下將鋼管頭部壓平,經夾鉗和分離棒的作用,最終將被矯鋼管和其餘鋼管分離開來。

        如圖2所示分料裝置為一四連杆機構,在A處有一變頻減速電機,A和B通過鏈條傳動,A和B分別通過兩個連杆和F形的夾鉗鉸接,隨著A處的馭動,F型的夾鉗完成從a)圖中夾持鋼管頭部到b)圖中的動作。當夾持的鋼管到如圖b中所示的位置之後,分離棒C啟動,夾鉗繼續運動並和鋼管頭部脫開。分離棒一直運動到鋼管的尾部,使頭部已經分離出來的鋼管徹底和其餘鋼管脫離開來。實現了單根上料的目的。D為實現鋼管頭部壓齊的壓板,壓板沿鋼管前進方向的開口度由大變小,逐漸使頭部彎曲的鋼管頭部得到壓平,以利於F形的夾鉗夾持鋼管。E為橫向輸送鏈床。F形的夾鉗的鉗口大小能夠適應不同鋼管直徑的要求,並且針對不同壁厚的鋼管通過調節係統壓力使得夾持力的大小得到調節,防止將薄壁鋼管夾扁。

    3.2前台扣瓦裝置

        前台扣瓦在設計中著重考慮3個因素:一是高速矯直的安全因素;二是鋼管自轉速度過高和前台扣瓦摩擦劇烈帶來的前台損壞和噪聲過大;三是拉拔頭在矯直前不切除,拉拔頭在前台自轉的過程中劃傷前台內襯。

        低速精密矯直機以前考慮到精密不鏽鋼管彎曲甩動因素,常常采用全封閉模式,前台扣瓦呈一可開合的封閉圓形,內部襯有尼龍襯。考慮到上述3個具休因素。前台扣瓦設計為分段總體封閉前台,扣瓦仍為可開合扣瓦,開合動作由汽缸驅動。按照被矯鋼竹長度的不同,前台分為幾大段,各個大段之間相互靠齊,不留過大的間隙。每個小段內部不是一個整齊的封閉扣瓦,而是被分成若幹小段,各段之間有較大的間隙。這樣既達到了安全矯直的目的,又間避了因素二和因素三的問題。

        如圖3所示,為前台中的一小段結構。序號1為開合扣瓦的上瓦,在這一段前台中共有7個上瓦,每個上瓦的寬度為50mm,和精密不鏽鋼管接觸的一麵襯有尼龍襯板,尼龍襯板的寬度也為50mm,7段上瓦之間的空擋間距為400mm,並且均等分布。7個上瓦通過一個矩形精密不鏽鋼管連接,保證7個上瓦打開和關閉時同步。下瓦為V型結構,並襯有尼龍襯板,V型下瓦沿全長分布,起到支撐和導向精密不鏽鋼管的作用。這一V型結構配合前台的夾送輥能夠很好的解決小口徑精密不鏽鋼管的夾持喂料問題。

    3.3入料夾送輥

        如圖1所示,在前台扣瓦和主機之間有一入料夾送輥,夾送輥起到喂料作用,將落入前台的被矯精密不鏽鋼管喂入矯直機主機。夾送輥的棍形為平輥,沒有采用傳統的V型輥或者斜輥,采用平輥有如下優勢:①可以可靠夾送直徑較小的精密不鏽鋼管;②沿橫向的夾持範圍較寬,可以容忍頭部較彎曲或者精密不鏽鋼管中心和夾持中心線不對正的鋼管(前台扣瓦的下瓦設計為V形,盡可能的使鋼管中心和夾送中心對正);③精密不鏽鋼管在夾送的過程中隻是軸向前進,不旋轉,減小了夾送輥的驅動功率。

        夾送輥的布置形式為上、下立式布置,並且上、下同時驅動,上輥可以做開合方向上高度的調節,以適應不同直徑的精密不鏽鋼管的夾送需求。上、下輥均可在液壓缸的驅動下打開,為喂料和事故狀態的處理提供了便利。

    3.4主機

        1)主機是矯直機組中的關鍵設備,將喂入主機中的精密不鏽鋼管進行反彎或者對壓矯直,為了避免在精密不鏽鋼管高速矯直過程中從矯直機竄出,本矯直機采用了對置式10輥轉毅式矯直機,並且將矯直輥的輥型曲線的中心規格下移(矯直輥的外形曲線就會變的稍凹),以求得在矯直過程中,矯直輥對精密不鏽鋼管有大的向心約束,達到穩定高速矯直的目的。

        圖4示意矯直機的輥係布置方式,10個矯直輥為全傳動輥,上而5個矯直輥具有壓上和壓下功能,且壓上、壓下動作自動控製,以實現輥逢開度的調節,下麵5個輥的中間3個具有壓上功能(這種反彎方式為上彎式),以實現反彎量的調節,也為自動控製。設計成上彎式矯直工藝,被矯精密不鏽鋼管的頭、尾向下,有助於高速下的穩定矯直。下1JHJ輥設計成快開輥,所謂快開輥是指,矯直開始時,1JHJ輥落下,輥而高度比正常矯直時的高度低20mmo待精密不鏽鋼管頭部進入1JHJ輥的輥腰時,矯直輥迅速抬起,進入正常矯直。這種避讓有助於頭部彎曲的精密不鏽鋼管順利進入矯直機。

        2)直徑在30mm左右的多斜輥矯直機矯直輥壓下以及矯直輥轉角係統調節行程較小,特別是壓扁量的絕對數值大部分在0.2~0.5mm之間。工藝調整多采用人工調節,不僅能節省一次性投資,而且調整起來也較為靈活,唯一的缺陷就是調整的時間過長,不適宜於在線設備的工藝調整。因此小口徑精密不鏽鋼管矯直機的壓下自動調整的難點在於如何保證壓下或者角度調節在小行程範圍內的數值情度,特別是壓下係統的精度。為此本機在設計時給出了以下四項措施,旨在解決壓下精度問題和轉角調整精度問題。

        (1)壓下量的采集由壓下係統的傳遞始端移至傳遞的末端,即直接檢測壓下絲杠的旋轉圈數,按照絲杠的螺距,直接求得壓下量,避免了多次傳遞的誤差。

        (2)壓下係統壓下絲杠分兩級平衡一級平衡是消除壓下螺母和絲杠之間的間隙,二級平衡是消除絲杠傳遞係統的間隙。比傳統的轉毅式矯直機矯直輥平衡係統多了一級消除絲杠傳遞係統問隙的平衡,在不降低傳遞扭矩的4礎上提高了絲杠的傳遞精度。

        (3)角度傳遞係統為線性係統,提高了角度檢測和控製的可靠度。

        (4)通過製做專門工裝,在理論數值和實際檢測數據的比對下,調節壓下螺母和絲杠之問的平衡碟簧,使矯直輥的輥縫彈跳數值控製在合理的範圍之內(<0.1mm)

        3)實施低咬高矯工藝,即在較低的速度下.將被矯鋼管的頭部由主機的1JHJ輥矯直到末輥,然後升速矯直,既達到了低速下喂鋼的安全性,又在高速下矯直,提高了矯直節奏。

        4)實施在線矯直輥潤滑工藝,節省輔助準備時間,矯直冷軋、冷拔之後的精密不鏽鋼管,矯直輥表麵容易枯附異物,粘附異物會使精密不鏽鋼管和矯直輥之間打滑,高速矯直時容易矯斷鋼管或在矯直過程中發出刺耳的聲音,因此本機組設計有矯直輥潤滑係統,在矯直的間隙時間內對輥麵噴淋煤油以達到清沽輥麵安全矯直的目的,煤油通過回收係統進行回收,循環使用,達到降低成本的目的。

    3.5出料夾送棍

        出料夾送輥和入料夾送輥的結構相同。

    3.6後台

        後台呈V型結構,且為可開合的封閉結構,為了提高開合節奏,開合動作山汽缸驅動。V型結構的內部襯有尼龍襯板,防止精密不鏽鋼管的磕碰。

    4運行情況

        矯直機所在生產線於2011年5月調試完畢,並進入試生產階段,在隨後的2個月內共矯克18x2(單位mm) ,22 x3,32 x4,10 x 1.5的不鏽鋼管1000t,矯直直線度以及鋼管內、外表麵質量良好。工藝自動調整功能良好(指輥縫和矯a輥角度),嘶各機構完全滿足在線高速矯直的需要,可以作為新上類似項目設備選型的參考。

    5存在問題及整改方案

        1)初期設計時將前台的入料夾送輥和主機1JHJ矯直輥的距離設計較遠,在喂料的過程中發現精密不鏽鋼管頭部快到1JHJ輥時,擺動現象嚴重,造成IOU快開信號不穩定以至於鋼管喂入時發生卡阻。整改方案為:在入料夾送輥和主機1JHJ矯直輥之間設置一組被動夾送輥,對鋼管頭部擺動進行限製,效果良好。

        2)在間隙噴油的過程中,矯直輥仍保持低速轉動,因此造成噴淋的煤油有飛濺現象,在主機正麵和側麵加活動玻璃門,將飛濺的煤油阻擋在在主機內部,清潔了環境。

        3)由於設計了低速咬入和高速矯直工藝,兩者速差較大,且升速時間較短,主機矯直輥傳動齒輪箱精度等級設計為7級精度,噪音偏大,且由於被矯精密不鏽鋼管長度過長,高速工作狀態時間長,齒輪箱內的油溫升和飛濺現象嚴重,出現了齒輪油從空氣濾清器溢出的現象。解決辦法是采用高相空氣濾清器,在以後設計中若采用油池潤滑要考慮將箱體的空間做大。

    6結束語

        隨著現代工業生產水平的不斷提高,技術含量高的各種新型裝備的發展,需用小口徑無縫精密不鏽鋼管的用量不斷提升,對於高速冷軋、冷拔並在退火後彎曲的小口徑且又很長的精密不鏽鋼管,在自動無人工條件下準確上料及變速矯直過程的穩定性問題的研究分析,對該技術的應用起到參考作用。

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