當(dāng)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(zhì)量較輕,表面質(zhì)量要求嚴(yán)格等特點,因此這類管材在尾部出矯直機(jī)主機(jī)后采用夾送輥將被矯管材送入走鋼線以內(nèi),由于當(dāng)前的夾送輥角度不可調(diào)且和矯直中心線垂直,常常會將旋轉(zhuǎn)前進(jìn)的管材劃傷,且在夾送之前上輥和管材脫開,達(dá)不到抑制管材甩動的目的,嚴(yán)重影響了管材矯直質(zhì)量的提高?？烧{(diào)角度夾送輥由于具備夾送輥角度可調(diào),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(jī)組上發(fā)揮了效用,可以作為新上不銹鋼精密管材矯直機(jī)的參考。

一、前言

  不銹鋼精密管材的材質(zhì)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(yīng)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(yán)格的幾何尺寸、表面質(zhì)量以及金屬內(nèi)部質(zhì)量的可追溯性要求。矯直工序作為成品管生產(chǎn)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(xiàn)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(xiàn)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(zhì)量,但只能保證對管材進(jìn)行直線拉伸,不具備對管材的扭轉(zhuǎn)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(chǎn)工藝和設(shè)備要有相當(dāng)?shù)难b備水平,冷拔、冷軋以及熱處理工序要求嚴(yán)格的均勻變形,在國內(nèi)還不完全具備這些條件。因此對精密管材輥式矯直設(shè)備的不斷改進(jìn)創(chuàng)新是當(dāng)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(yīng)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(jī)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(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)動,且輥面標(biāo)高為一固定值,一般和主機(jī)下輥面平齊。這種結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(zhuǎn)擺動進(jìn)行抑制,會使被矯鋼管和后臺其它部位產(chǎn)生擦傷;

   c. 下輥為電機(jī)驅(qū)動,被矯鋼管前進(jìn)時帶動電機(jī)轉(zhuǎn)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(zhì)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(dāng)前夾送輥普遍存在的問題,筆者在為咸陽某廠設(shè)計的Ф80mm不銹鋼精密管材矯直上,首次設(shè)計了夾送輥上輥角度可調(diào)機(jī)構(gòu),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(zhuǎn)驅(qū)動裝置為液壓馬達(dá),并選用Y極型閥控制,下輥在不夾送的情況下,旋轉(zhuǎn)只是克服輥子自身旋轉(zhuǎn)的阻力。輥子材料選用尼龍材料并對硬度和抗拉強(qiáng)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(shè)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(zhì)量有相當(dāng)作用,夾送輥上輥角度和主機(jī)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(jī)的參考。

二、不銹鋼精密管材矯直工藝及設(shè)備

 當(dāng)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(shè)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(jī)喂料———主機(jī)矯直———夾送輥拋料—檢測平臺人工檢測—柔性料筐收集。其對應(yīng)的設(shè)備為擋料撥料器、斜輥喂料機(jī)、矯直機(jī)主機(jī)、夾送輥、V形開合導(dǎo)槽、柔性收集料筐。

 夾送輥一般布置在主機(jī)和后臺之間,待鋼管尾部出矯直機(jī)后,夾送輥迅速啟動,夾持鋼管將鋼管拋入走鋼線以內(nèi)。單從夾送的目的考慮,夾送輥裝置布置的盡可能的遠(yuǎn)離主機(jī)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(jī)一個輥距,效果會相當(dāng)明顯。但實際在布置上一般最小為一個輥距,主要是受主機(jī)鋼管出口速度和被矯鋼管質(zhì)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(diào)夾送輥的基本結(jié)構(gòu)

 可調(diào)夾送輥裝置的基本設(shè)計思路為,矯直過程中夾送輥角度和主機(jī)角度一致,不會使鋼管產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)擦傷。上輥壓下,下輥避讓,抑制下彎式矯直機(jī)翹頭甩動現(xiàn)象。

 可調(diào)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(diào)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(yù)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(jī)立柱直徑的2/3,預(yù)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(dǎo)向,做上、下滑動,實現(xiàn)開口度的調(diào)節(jié)和下輥快速開啟的功能。

 1. 滑動機(jī)構(gòu)

 可調(diào)夾送輥的基本機(jī)構(gòu)如圖所示,上、下夾送輥分別安裝于機(jī)架的上、下滑動梁之上,上、下滑動梁可以在預(yù)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(diào)節(jié)兩輥體之間的輥縫,也即開口度。下橫梁在液壓缸的驅(qū)動下快速滑動的目的是為了實現(xiàn)快速夾持鋼管的目的。上滑動梁的上、下滑動驅(qū)動裝置為蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu),經(jīng)由電機(jī)驅(qū)動蝸桿,最終實現(xiàn)帶動滑動梁運(yùn)動的絲桿邊旋轉(zhuǎn)邊上升或下降運(yùn)動,通過采集絲杠旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)可以準(zhǔn)確的對輥縫尺寸進(jìn)行控制,同時也可以精確地給出夾送輥上輥和主機(jī)末輥上輥中心高度上的偏差,即相當(dāng)于精確地控制了夾送輥的反彎量,實現(xiàn)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(qū)動,為了降低設(shè)備重心,將驅(qū)動液壓缸設(shè)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(jù)以往使用經(jīng)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(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

 角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),要能適應(yīng)鋼管矯直速度,即當(dāng)在矯直過程中夾送輥的角度要和主機(jī)矯直輥的角度一致,當(dāng)矯直過程結(jié)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(yīng)拋料的要求。這一過程由一短行程液壓缸實現(xiàn),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(jìn)行轉(zhuǎn)動,實現(xiàn)夾送輥輥體的角度調(diào)節(jié),調(diào)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(shè)計以及材質(zhì)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(shè)計要盡可能的和主機(jī)矯直輥相似,但輥腰直徑和輥身長度均要減小,以降低設(shè)備重量,一般夾送輥上輥的輥腰直徑為主機(jī)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(jī)以120°為宜。夾送輥的材質(zhì)選用尼龍材質(zhì)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(xiàn)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(zhuǎn)變,因此夾持信號的給定一定是鋼管尾部出矯直機(jī)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(dāng)延時。以免產(chǎn)生在角度調(diào)節(jié)過程中對鋼管表面產(chǎn)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(jī)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(jī)的夾送輥設(shè)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(jī)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(shè)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(jī)中心的偏差控制在±0.25mm以內(nèi);解決問題二,一是要嚴(yán)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(jī)組中心對正,其不對正偏差來源于加工設(shè)備的精度偏差,完全可以滿足現(xiàn)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(yīng)用情況及結(jié)論

 該夾送輥裝置在咸陽某廠80mm不銹鋼精密管矯直機(jī)上使用一年來情況良好,配合該機(jī)組的封閉后臺,有效地解決了被矯鋼管出矯直機(jī)末輥后的甩動擦傷現(xiàn)象,提高了精密不銹鋼管的矯直精度。夾送輥的角度和主機(jī)矯直輥相適應(yīng),高度方向上能調(diào)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(zhì)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(xiàn)對精密不銹鋼管壓緊的效用。可調(diào)夾送輥的應(yīng)用使得輥式矯直機(jī)在對精密管材的矯直過程中摩擦劃傷機(jī)率大大減少,充分發(fā)揮出了輥式矯直機(jī)矯直不銹鋼精密管材的優(yōu)勢。