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国产220mm精密管材矫直机

文章作者: 人气: 发表时间:2021-04-07 08:24:08

220mm精密管材矫直机是目前国内直径最大的精密管材矫直机,该机在矫直辊辊型设计、辊系布置以及主辅机机械设备设计上具有较显著的特点,尤其是具有自主知识产权的精密辊系布置方式半开放式交错辊系布置),在同等辊数的情形下,矫直精度远远大于其它矫直机组。简要阐述了220mm精密管材矫直机的技术特点,探讨了使用过程中显露出来的不足,并给出了处理措施,对今后精密管材矫直机的设计和使用有一定的参考价值。

220mm精密管材矫直机是西安重型机械研究所在自主研制的80mm精密管材矫直机的基础上,对精密管材矫直工艺进行更深入研究之后,研制出的大直径精密管材矫直机。该精密管材矫直机在甘肃某厂投入运行近两年来,情况良好,矫直后钢管直线度最低保证值为Q3%,全长不大于1mm,且不降低矫直前钢管的圆度。作为目前国内最大直径的精密管材矫直机,该机在设计以及制造过程中尚有不少关键技术需要解决,笔者依据这些关键技术问题的解决,阐述该机的一些技术特点。

1精密管材矫直理论的建立

1.1辊系布置

传统的斜辊矫直理论认为,提高矫直精度在于矫直辊辊数的增多,以及辊系的对峙布置,该理论在精密管矫直实践中发挥了很大作用。但随后发现,当辊数增加到一定程度(目前认为是十辊),矫直机的矫直精度就不再会有明显提高若再增加辊数,反而会降低矫直精度。其主要原因有两个方面:①随着辊数的增多,矫直机沿矫直中心线方向上的长度就会加长,从首辊到末辊的最终装配精度就会下降,进而影响到矫直精度的提高,这一点在湖南某厂的50mm十一辊矫直机上已得到验证;②按照辊数影响理论,认为在对峙布置的辊系中,前一对辊对后一对辊会产生一定的影响,这个影响程度可以用一个系数来表示,随着辊数的增多,数个叠加,会使这种影响逐渐加大,从而限制了矫直精度的提高。

目前公认六辊对峙布置的矫直机的矫直精度为1%%,要想得到03%的矫直精度,还应增加辊数,同时也要回避因辊数增加带来的装配精度下降和辊数影响理论的影响。若能解决好这个问题,方可发挥出同等辊数超高矫直精度的优势。基于80mm精密管材矫直机的设计和使用经验,认为合理的辊系布置和矫直速度是解决上述问题的有效方案,因而220mm矫直机采用了半开放式交错辊系布置方案,如图1所示,矫直环节为两个半矫直环节。与对峙布置的矫直方案比较,该方案最大的优点是能够减轻辊数影响理论的影响。

1.2矫直辊主要参数的设计原则

矫直辊的主要参数包括辊子腰径、辊身长度、辊型曲线以及辊距等。辊身长度、辊型曲线和辊距是精密矫直机最主要的参数,特别是辊距的设计,应遵循变形程度由大到小的原则,合理给定管材原始弯曲曲率,并兼顾辊身长度反复演算,得出最终的辊距尺寸。这一过程较为烦琐,可能会与主机总体设计发生冲突,这时应尽量以辊子布置为先。经反复演算,最终确定220mm矫直机辊距的最小值为980mm

2220mm精密管材矫直机工艺流程及设备组成

2.1工艺流程

钢管经过前台定量给料器上料,送入斜辊喂料机,进入主机矫直,出矫直机后进入后台,后台辊道将钢管运输到走钢线内,经拨料机构拨出,进入收集台架。

2.2主要设备组成及其技术特点该精密管材矫直机主要由前台、斜辊喂料机、矫直机主机、后台等部分组成。斜辊喂料机的使用能够有效地减轻弯曲钢管对矫直机主机的冲击,这对低速高精度矫直非常有利。主机的近似线性的矫直机送进角度调整方式是各辊与钢管接触情况一致的保证。末辊浮动装置在矫直过程中不仅能够发挥矫直作用,而且对于抑制管头甩动,保证后部钢管平稳矫直,提高矫直精度都有重要作用。该精密矫直机系统最主要的技术特点是半开放式交错辊系布置方式。

2.21前台

前台在整个机组中起到定量给料、平稳送料以及抑制矫直过程中钢管甩动的作用。同时由于被矫直管材为精密钢管,对钢管外表面的质量要求较高,因而该前台又兼有保护钢管外表面不被划伤的作用。

2.22斜辊喂料机

斜辊喂料机在矫直过程中兼有喂料和减小矫直冲击的双重作用,其基本结构为:以C形焊接机座为主机座,两个喂料辊在C形机座的钳口中呈上下对峙布置。矫直开始时钢管送入前台,钢管前端正好落在两个辊子中间,此时两辊为张开状态,等得到矫直信号后,两辊迅速闭合将管头夹住,旋转送至主机。喂料辊的形状和斜辊喂料机到主机的距离是影响喂料和抑制冲击的主要因素。

斜辊喂料机的特点是:①上辊具备快速开合功能,并且能保证在上辊压下的过程中钢管不会被压扁,其开合机构的液压系统具备无级调压的功能,能适应绝大多数规格钢管的夹持送料;②送进速度和主机的矫直速度相匹配,同时为了满足稳定钢管的作用,喂料辊辊型和矫直辊辊型的曲线设计基本相同,但曲线曲率要稍大于主机矫直辊辊型的曲率,以避免钢管原始弯曲带来的管辊包络面小的缺陷;③喂料辊的斜度设计为可调式;

④喂料辊中心到主机中心的距离初步定为2m,如果将斜辊喂料机设计成可沿矫直中心线移动,这一距离可缩至15m

2.23矫直机主机

主机是矫直机机组的关键设备,其主要参数见表1结构示意如图2所示。

主机的上下横梁是矫直力的最终承受部件,该部件采用铸钢或焊接结构,并通过12根预应力立柱联结,增强了整个机架的刚性,这一点对于精密管矫直过程相当重要。上下矫直辊通过辊座与上下横梁中的转鼓连接,转鼓和横梁的配合以及辊座和转鼓的连接有严格的尺寸要求,以保证最终的矫直辊中心线沿矫直线方向的偏差控制在003mm以内。为了满足这一偏差数值,在相应的配合或连接处的结构都要进行优化,并在配合或连接处设置明显标志,以减少或弥补因加工制造带来的误差和累计偏差。

与传统的斜辊式矫直机相比,该矫直机的辊系布置是一大特点,同时线性调角度机构解决了长期以来角度调整依赖经验的不足,能够准确得到管辊的包络情况。通过对大量矫直数据的统计,准确地获得了理论计算和实际需用角度的差值。

末辊浮动装置是在可调反弯量的基础上增加的缓冲吸振装置,既有效地增强了矫直工艺的灵活性,又解决了因钢管头部甩动带来的冲击,对提高矫直精度非常有利。

矫直辊组件是主机的关键部件之一。在轴承的选用上,考虑到因矫直辊一端有传动接轴装置,矫直辊两端受力不均,因而优先选用了调心滚子轴承。在轴系设计上,除按照轴系一般的设计原则(留有轴向窜动量外),还考虑了在整机调试时调整辊子中心线的余量。这一余量的结构设计和量的大小,主要从辊子直径和辊数来考虑,本机组设计的最大调整量为3mm,经实际使用发现这一数据基本合适。

上下梁的加工在主机设备中较为烦琐,加工周期较长。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较高,其次是孔立柱的位置和转鼓孔的位置)的定位,要严防孔距超差。加工时,应尽量采用同一台机床、同一初始基准面和相同的加工顺序,以保证上下横梁误差的一致性。

精密矫直机辊系布置以及辊子参数确定后,主机的加工制造质量成为影响最终矫直质量的关键环节。

2.24后台

后台由若干扣瓦组成,保证在矫直过程中进入后台的钢管不会有大的甩动,及矫直后的钢管不会被划伤。

3存在问题及处理措施

3.1存在问题

斜辊喂料机以及矫直辊辊面质量是影响该机矫直的最主要因素。斜辊喂料机原设计为C形结构,侧向进料。但当来料弯曲较严重时,就要放大两个喂料辊的初始开口角度,使上辊压下的时间延长。如压下动作过快,常会压扁管材,致使斜辊喂料机发挥不出应有的作用,而且为了使弯曲严重的管材能顺利咬入,第一对矫直辊的压下量要调整到很小,导致第一矫直环节矫直效果不明显,这就需要第二次补矫,才能够达到0.3%的矫直精度。

3.2处理措施

解决此问题的关键在于缩短斜辊喂料机上辊压下的行程。但因上下辊对峙布置,矫直弯曲严重的管材时,这一行程几乎无法缩短。若能将斜辊喂料机倒置,即原来的立式布置改为水平布置,就可以缩短压下行程,有效地解决钢管压扁问题,同时还使喂料机发挥了应有的效用,从而一次性矫直了弯曲严重的管材。

这里矫直辊的质量是指日常使用的辊面质量,加工制造时的表面质量也不可忽视,建议表面粗糙度Ra不大于Q8um,硬度HRC不小于55

目前存在问题主要是生产过程中由于矫直速度过低,管体表面杂质常会黏附在辊面上,进而影响到辊面质量,形成恶性循环,而通过一般的设备维护,达不到保护辊面质量的要求。为解决此问题,设计了一套辊面润滑系统,矫直过程中对辊面喷射冷轧机用轧制油,投入使用后效果明显,能够始终保持辊面清洁,也能减少矫直过程中的管辊滑动现象。

4结论

作为目前国内直径最大的精密管矫直机,两年来的良好运行使得半开放式交错辊系布置方案以及设备设计的合理性得到了验证,此类型的矫直机可以在精密管材加工行业进行推广。同时使用经验也告诉我们,精密管材的矫直,不仅仅受矫直设计方案的影响,而且受设计、制造以及使用三方共同影响,任何一方的不足都会影响最终的矫直效果。