當前市場需求量較大的不銹鋼精密管材口徑大都集中在18mm～76mm之間,具有口徑偏小、質量較輕,表面質量要求嚴格等特點,因此這類管材在尾部出矯直機主機后采用夾送輥將被矯管材送入走鋼線以內,由于當前的夾送輥角度不可調且和矯直中心線垂直,常常會將旋轉前進的管材劃傷,且在夾送之前上輥和管材脫開,達不到抑制管材甩動的目的,嚴重影響了管材矯直質量的提高。可調角度夾送輥由于具備夾送輥角度可調,下輥快速避讓的功能,很好地解決了劃傷管材表面、抑制管材甩動的問題,在某廠Ф80機組上發(fā)揮了效用,可以作為新上不銹鋼精密管材矯直機的參考。

一、前言

  不銹鋼精密管材的材質主要以不銹鋼和高鎳合金為主,口徑大都集中在18mm～76mm之間,長度以倍尺居多。該類精密不銹鋼管廣泛應用于核電、化工、汽車行業(yè),特別是核電用管,對交貨狀態(tài)的鋼管有著嚴格的幾何尺寸、表面質量以及金屬內部質量的可追溯性要求。矯直工序作為成品管生產的最后工序,工藝要求“多環(huán)節(jié),軟接觸,輕著陸”絕對禁止在矯直工序中鋼管表面出現任何形式的擦傷。但受矯直工藝以及裝備水平的影響,目前在矯直過程中的擦傷主要表現在兩個方面:一是被矯直管材在前后臺扣瓦中的擦傷,二是被矯管材在出口和夾送輥的擦傷。

 1. 國外在不銹鋼精密管材矯直工藝上為了避免擦傷鋼管表面,嘗試采用了拉伸矯直工藝,這種拉伸工藝雖然保證了管材表面質量,但只能保證對管材進行直線拉伸,不具備對管材的扭轉矯形,因此它的前提是被拉伸管材在拉伸之前管體要盡可能的平直,即管材的上游生產工藝和設備要有相當的裝備水平,冷拔、冷軋以及熱處理工序要求嚴格的均勻變形,在國內還不完全具備這些條件。因此對精密管材輥式矯直設備的不斷改進創(chuàng)新是當前提高精密管材金屬收得率亟待解決的問題。

 2. 對于輥式不銹鋼精密管材矯直工藝來講,隨著柔性前臺和全封閉后臺的開發(fā)應用,被矯管材在前臺和后臺的甩動擦傷問題基本得到解決。處于主機和后臺之間的夾送輥成為目前造成管材擦傷問題的核心,目前普遍采用的夾送輥為輥體上、下布置,且輥身中心線和矯直中心線垂直;上輥為快開輥,即不夾送時上輥升起,夾送時上輥落下;下輥為主動輥,由電機驅動轉動,且輥面標高為一固定值,一般和主機下輥面平齊。這種結構存在以下幾點缺陷:

   a. 輥身中心線和矯直中心線垂直,被矯鋼管和夾送輥下輥面旋轉方向不同;(成一定夾角),造成損傷性摩擦;

   b. 夾送輥上輥抬起,在矯直過程中不能對被矯鋼管的旋轉擺動進行抑制,會使被矯鋼管和后臺其它部位產生擦傷;

   c. 下輥為電機驅動,被矯鋼管前進時帶動電機轉動,勢必會增大被矯鋼管和下輥的摩擦造成擦傷;

   d. 夾送輥材質選取一般選用橡膠或聚氨酯,對硬度沒有作出太高要求,只是考慮夾送輥和鋼管軟接觸,而忽略了夾送輥對于穩(wěn)定矯直的意義。

 3. 針對當前夾送輥普遍存在的問題,筆者在為咸陽某廠設計的Ф80mm不銹鋼精密管材矯直上,首次設計了夾送輥上輥角度可調機構,保證在矯直過程中夾送輥上輥和矯直輥角度一致,夾送時夾送輥中心線和矯直中心線垂直,上夾送輥輥形和矯直輥接近,使其具有壓輥的作用。下輥為主動的快速避讓輥,旋轉驅動裝置為液壓馬達,并選用Y極型閥控制,下輥在不夾送的情況下,旋轉只是克服輥子自身旋轉的阻力。輥子材料選用尼龍材料并對硬度和抗拉強度提出了一定要求,一是輥面硬度可以保證,二是摩擦阻力相對其它軟材料有所減少。采用上述設計思路制造的夾送輥有效解決了夾送輥易于擦傷管體的問題,后臺被矯鋼管的甩動問題。使用情況表明:夾送輥上輥凸顯出的壓輥作用對于抑制被矯鋼管甩動,穩(wěn)定矯直過程提高矯直質量有相當作用,夾送輥上輥角度和主機矯直輥角度在矯直過程中保持一致,避免了擦傷管體表面的可能性。使用一年來,情況良好,可以作為新上或者改造不銹鋼精密管材矯直機的參考。

二、不銹鋼精密管材矯直工藝及設備

 當前不銹鋼精密管材矯直工藝大致分為精整區(qū)域管材的矯直和熱處理區(qū)域管材的矯直,熱處理區(qū)域的矯直一般為離線矯直,設備工藝布置相對靈活,精整區(qū)域矯直為在線矯直,受上、下游工序影響較大,但其基本的工藝流程為:前臺布料———單根上料———斜輥喂料機喂料———主機矯直———夾送輥拋料—檢測平臺人工檢測—柔性料筐收集。其對應的設備為擋料撥料器、斜輥喂料機、矯直機主機、夾送輥、V形開合導槽、柔性收集料筐。

 夾送輥一般布置在主機和后臺之間,待鋼管尾部出矯直機后,夾送輥迅速啟動,夾持鋼管將鋼管拋入走鋼線以內。單從夾送的目的考慮,夾送輥裝置布置的盡可能的遠離主機為好,但從穩(wěn)定矯直提高矯直精度的角度考慮,這一距離越近越好,若能小于主機一個輥距,效果會相當明顯。但實際在布置上一般最小為一個輥距,主要是受主機鋼管出口速度和被矯鋼管質量的影響。傳統(tǒng)的夾送輥在整個矯直過程中下輥和鋼管接觸,上輥于鋼管脫離,矯直完畢之后,上輥壓下和下輥一起將鋼管拋出。

三、可調夾送輥的基本結構

 可調夾送輥裝置的基本設計思路為,矯直過程中夾送輥角度和主機角度一致,不會使鋼管產生旋轉擦傷。上輥壓下,下輥避讓,抑制下彎式矯直機翹頭甩動現象。

 可調夾送輥裝置由上固定梁、下固定梁、上滑動梁、下滑動梁、輥縫調節(jié)裝置以及下輥快速開啟裝置組成。上、下固定梁通過3根立柱預緊,考慮到夾送輥對出口鋼管有一定的壓緊作用,立柱直徑的選取按照1/3最大矯直力校核,也可直接取主機立柱直徑的2/3,預緊力即立柱拉桿的伸長量按虎克定律求解。上、下滑動梁在以3根立柱為導向,做上、下滑動,實現開口度的調節(jié)和下輥快速開啟的功能。

 1. 滑動機構

 可調夾送輥的基本機構如圖所示,上、下夾送輥分別安裝于機架的上、下滑動梁之上,上、下滑動梁可以在預緊上、下固定梁的立柱上滑動。上滑動梁在立柱上上、下滑動的目的是調節(jié)兩輥體之間的輥縫,也即開口度。下橫梁在液壓缸的驅動下快速滑動的目的是為了實現快速夾持鋼管的目的。上滑動梁的上、下滑動驅動裝置為蝸輪蝸桿機構,經由電機驅動蝸桿,最終實現帶動滑動梁運動的絲桿邊旋轉邊上升或下降運動,通過采集絲杠旋轉的圈數可以準確的對輥縫尺寸進行控制,同時也可以精確地給出夾送輥上輥和主機末輥上輥中心高度上的偏差,即相當于精確地控制了夾送輥的反彎量,實現了穩(wěn)定矯直的目的,提高了矯直精度。

 下滑動梁的上、下滑動由兩個液壓缸驅動,為了降低設備重心,將驅動液壓缸設計為缸頭法蘭連接的液壓缸,這樣有利于提高下滑動梁的剛性。根據以往使用經驗下滑動梁的快開行程確定為20mm,基本可以滿足精密鋼管矯直的要求。

 2. 角度調節(jié)機構

 角度調節(jié)機構,要能適應鋼管矯直速度,即當在矯直過程中夾送輥的角度要和主機矯直輥的角度一致,當矯直過程結束時,夾送輥的角度要求立即變?yōu)楹统C直中心線垂直,以適應拋料的要求。這一過程由一短行程液壓缸實現,如圖2所示。夾送輥在安裝在一長條型輥座之上,長條型輥座通過掖壓缸的推動可以繞其中心進行轉動,實現夾送輥輥體的角度調節(jié),調節(jié)的范圍為32°～90°,可以滿足穩(wěn)定矯直和夾送的目的。

 3. 夾送輥輥體曲線的設計以及材質的選用

 通過以上討論得知,在矯直過程中起到穩(wěn)定作用的是夾送輥的上輥,因此夾送輥的輥形設計要盡可能的和主機矯直輥相似,但輥腰直徑和輥身長度均要減小,以降低設備重量,一般夾送輥上輥的輥腰直徑為主機矯直輥的2/3。下輥和上輥配合起到夾持和拋料的作用。因此下輥要有一定包角,對于名義直徑為80mm的精密矯直機以120°為宜。夾送輥的材質選用尼龍材質與以往采用橡膠等軟材料相比,摩擦阻力較小,磨損程度降低,且硬度較高易于實現上輥對鋼管的壓緊,穩(wěn)定矯直的作用明顯。

 4. 夾送訊號的給定

 夾送輥夾持前要完成角度快速轉變,因此夾持信號的給定一定是鋼管尾部出矯直機末輥并靜止之后,因此一般采集到的信號為鋼管出矯直輥末輥輥腰的信號要做適當延時。以免產生在角度調節(jié)過程中對鋼管表面產生劃傷。

 5. 夾送輥裝置制造精度要求

 綜上所述,夾送輥除過拋料功能外,還具備有壓輥的作用,穩(wěn)定矯直過程,提高矯直精度,在矯直過程中,夾送輥對被矯鋼管實施一定的壓緊,因此夾送輥和主機矯直輥的中心對正問題非常值得重視,如若對正情況較差,造成被矯鋼管跑偏、甩動對于矯直效果有很大的影響。在Ф80mm矯直機的夾送輥設計和安裝中都提出了具體要求,一是夾送輥裝置中心線和主機中心線的對正,二是上輥中心和夾送輥中心的對正。解決問題一,可以在設計時,在下固定梁的上加工面上在加工3個立柱孔時加工出其中兩個孔的對稱中心,這個中心即為夾送輥裝置安裝找正的中心,和主機中心的偏差控制在±0.25mm以內;解決問題二,一是要嚴格的控制上、下固定梁3個立柱孔的位置偏差,加工工藝考慮上、下固定量把合加工,即可很好的控制上、下固定梁的3個立柱孔的位置精度問題,二是上滑動梁和夾送輥輥座的把合支口與滑動梁上的3個滑動孔一次加工成型,這樣基本能夠保證夾送輥輥體中心和夾送輥機組中心對正,其不對正偏差來源于加工設備的精度偏差,完全可以滿足現場使用要求。使用情況表明對夾送輥裝置提出加工和安裝精度要求是正確的。

四、應用情況及結論

 該夾送輥裝置在咸陽某廠80mm不銹鋼精密管矯直機上使用一年來情況良好,配合該機組的封閉后臺,有效地解決了被矯鋼管出矯直機末輥后的甩動擦傷現象,提高了精密不銹鋼管的矯直精度。夾送輥的角度和主機矯直輥相適應,高度方向上能調節(jié)出一定的反彎量,對于穩(wěn)定矯直過程、提高矯直精度的作用明顯;夾送輥的材質選用尼龍,比橡膠和聚氨酯等軟材料更有摩擦阻力小,耐磨時間長,易于實現對精密不銹鋼管壓緊的效用。可調夾送輥的應用使得輥式矯直機在對精密管材的矯直過程中摩擦劃傷機率大大減少,充分發(fā)揮出了輥式矯直機矯直不銹鋼精密管材的優(yōu)勢。