自動(dòng)軋管機(jī)由瑞士人斯蒂芬爾(R.C.Stiefel)于1903年發(fā)明,1906年建立第一套機(jī)組。實(shí)質(zhì)上這種命名欠科學(xué),“自動(dòng)”一詞是相對(duì)于當(dāng)時(shí)周期式的人工喂料而言的,因我國(guó)第一條熱軋無(wú)縫不銹鋼管生產(chǎn)線-鞍鋼無(wú)縫工程使用了前蘇聯(lián)的這一技術(shù)術(shù)語(yǔ),致使這一名稱沿用至今,而英美技術(shù)文獻(xiàn)稱其為“Plug mill”。
自動(dòng)軋管機(jī)由主機(jī)、前臺(tái)和后臺(tái)等部分組成。主機(jī)是二輥不可逆縱軋機(jī),在工作輥后裝有一對(duì)高速反向旋轉(zhuǎn)的回送輥,為實(shí)現(xiàn)對(duì)荒管進(jìn)行2~3個(gè)道次軋制的目的,上工作輥和下回送輥可以快速升降,以保證荒管能迅速返回前臺(tái)進(jìn)行2~3道次的軋制。如圖4-22所示為自動(dòng)軋管機(jī)工作示意圖。
自動(dòng)軋管機(jī)的軋制過(guò)程是將前臺(tái)的毛管先推入主軋機(jī),通過(guò)由軋輥孔型和頂頭組成的變形區(qū)進(jìn)行減徑、減壁的延伸軋制,不銹鋼管軋后停留在后臺(tái),然后由二輥式回送輥將不銹鋼管返送回前臺(tái),即完成一道軋制。返回的不銹鋼管在前臺(tái)翻轉(zhuǎn)90°,再如上述過(guò)程進(jìn)行下一道軋制,一般要進(jìn)行2~3道軋制。軋件在帶開(kāi)口的圓或橢圓孔型中,往復(fù)縱向軋制?;竟に嚵鞒倘鐖D4-23 所示。
一、自動(dòng)軋管機(jī)特點(diǎn)
自動(dòng)軋管機(jī)組曾是生產(chǎn)無(wú)縫不銹鋼管的重要機(jī)組,直到20世紀(jì)70年代末,仍為全世界熱軋無(wú)縫管生產(chǎn)的主導(dǎo)機(jī)組,目前仍占無(wú)縫不銹鋼管總生產(chǎn)能力的一定比例。其主要特點(diǎn)是,可生產(chǎn)的產(chǎn)品的品種、規(guī)格范圍大,對(duì)市場(chǎng)的適應(yīng)性強(qiáng),技術(shù)成熟易掌握,加工費(fèi)低等。傳統(tǒng)的自動(dòng)軋管機(jī)組也存在以下致命的缺陷:
1. 尺寸精度低
由于自動(dòng)軋管機(jī)組傳統(tǒng)上是采用二輥定(減)徑機(jī),成品管的外徑偏差只能達(dá)到一般標(biāo)準(zhǔn)要求的±1.25%,壁厚偏差只達(dá)到±(10%~12.5%)。
2. 表面質(zhì)量差
自動(dòng)軋管機(jī)的頂頭內(nèi)劃傷、均整機(jī)的內(nèi)、外螺旋道,特別是一輥定(減)徑機(jī)的“青線”、“錯(cuò)位”等都影響成品管的內(nèi)外表面質(zhì)量;
3. 成品管供貨長(zhǎng)度短且齊(定)尺率很低
由于受軋管、均整軋制長(zhǎng)度的限制,加上定徑的延伸系數(shù)很小,成品管長(zhǎng)度在ф100mm機(jī)組上很難達(dá)到8m以上,在ф140mm 機(jī)組上可達(dá)13m以上;
4. 力學(xué)性能、工藝性能差
對(duì)于S≤4.5mm的薄壁管,鋼管均整后如未進(jìn)行再加熱,定徑機(jī)后的鋼管終軋溫度大多在700℃以下,即使較厚的管子,在前面軋制過(guò)程中也經(jīng)常出現(xiàn)低溫鋼,因此成品管的力學(xué)性能很不穩(wěn)定,塑性指標(biāo)常常低于標(biāo)準(zhǔn),特別是擴(kuò)口、壓扁等工藝性能的不合格率是非常高的;
5. 生產(chǎn)率和成材率低
由于荒管的長(zhǎng)度較短,故單重較低,大部分成品只能是單倍尺管,相對(duì)連續(xù)軋管機(jī)組而言,造成鋼管的頭尾所占比重較大,導(dǎo)致生產(chǎn)率和成材率都較低。
目前新建熱軋無(wú)縫鋼管機(jī)組時(shí),由于自動(dòng)軋管機(jī)組的單位(1t鋼管)投資明顯高于三輥和二輥斜軋機(jī)組,因此再選用自動(dòng)軋管機(jī)組是很不明智的。國(guó)外在20世紀(jì)70~80年代曾有較多投入來(lái)改造自動(dòng)軋管機(jī)組,如采用錐形輥穿孔機(jī)、單孔型軋管機(jī)架和串列式雙機(jī)架軋管機(jī)、三輥式均整機(jī)及張力減徑機(jī)等,現(xiàn)看來(lái)大多效果不盡如人意。近幾年,國(guó)內(nèi)一些企業(yè)將原有Φ100自動(dòng)軋管機(jī)組拆除,改造成三輥或二輥延伸斜軋管機(jī)組。
對(duì)于現(xiàn)有的自動(dòng)軋管機(jī)組來(lái)講,強(qiáng)化均整工藝采用微張力減徑機(jī)以及其他提高壁厚精度措施,即可克服上述的大部分不足;同時(shí)又保留了自動(dòng)軋管機(jī)組的加工費(fèi)用低的突出特點(diǎn)。這樣,仍會(huì)具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
二、自動(dòng)軋管機(jī)工具
自動(dòng)軋管機(jī)傳統(tǒng)上采用錐形頂頭或半球形頂頭,其實(shí)質(zhì)均屬錐形頂頭,都是由圓柱段(軋制帶)和“錐形”段組成,只不過(guò)半球形頂頭的“錐形”段由一個(gè)大圓孤替代。球形頂頭就是一個(gè)完整圓球,于20世紀(jì)60年代末青島鋼廠ф76mm無(wú)縫軋管機(jī)組上首先采用,隨后在ф76mm和ф100mm 自動(dòng)軋管機(jī)組得到全面推廣。
采用球形頂頭有許多好處,首先較簡(jiǎn)便地解決了自動(dòng)軋管機(jī)組的“自動(dòng)”更換頂頭的難題;其次由于球形頂頭沒(méi)有固定的“軋制帶”(任意一個(gè)“圓”都是軋制帶),因此頂頭的壽命較錐形頂頭提高五倍以上,相應(yīng)地不銹鋼管的內(nèi)表面質(zhì)量顯著改善(內(nèi)劃道減輕);同時(shí)軋制的電機(jī)負(fù)荷也有明顯降低。
由于球形頂頭在不銹鋼管咬入時(shí)接觸點(diǎn)對(duì)應(yīng)的咬入角不是固定的-隨著減壁量增大、“接觸點(diǎn)”前移,相應(yīng)的咬入角即非線性增大,因此極大地限制了軋管的減壁變形量。采用球形頂頭的減壁量比錐形頂頭約小50%,在ф76mm、ф100mm機(jī)組的最大道次減壁量不大于2.0mm。另外,由于球形頂頭的軋制帶理論上就是一條線(沒(méi)有寬度),因此要求“頂頭位置”的調(diào)整精度高,加上上述的咬入問(wèn)題,給軋機(jī)調(diào)整增加一定困難。
三、均整機(jī)
生產(chǎn)熱軋成品管的自動(dòng)軋管機(jī)需要配備均整機(jī),現(xiàn)大多用的桶形輥均整的變形區(qū)如圖4-24所示,由減徑段、減壁段、均壁段和轉(zhuǎn)圓段四部分組成。鋼管咬入后,首先進(jìn)入減徑段,在錐形軋輥的作用下,邊前進(jìn)邊減少直徑;當(dāng)不銹鋼管前進(jìn)到內(nèi)壁與頂頭接觸時(shí)開(kāi)始進(jìn)入減壁段,在軋輥與頂頭的作用下產(chǎn)生減壁變形;再前進(jìn)至軋機(jī)中心線時(shí),開(kāi)始進(jìn)入均壁段(雖然軋輥和頂頭的母線是平行的,由于軋輥有喂入角,鋼管在軋機(jī)中心線前是減壁,在軋機(jī)中心線后是“均壁”);到鋼管內(nèi)壁脫離頂頭時(shí),進(jìn)入轉(zhuǎn)圓段,直到脫離軋輥。
均整時(shí)(包括所有斜軋變形過(guò)程中)減徑變形也有顯著的“糾偏”能力,減徑量愈大、“糾偏”作用也愈大。這一概念對(duì)改進(jìn)均整工藝有很大的實(shí)用價(jià)值。應(yīng)用了此思想在原有的Φ100mm自動(dòng)軋管機(jī)組的均整機(jī)上,通過(guò)新的輥形設(shè)計(jì),加大均整的減徑量(甚至可進(jìn)行等徑均整),取得顯著的效果:咬入條件大大改善,使均整軋制過(guò)程更加可靠;均壁效果明顯(因主電機(jī)功率小,減壁量未能增加);均整軋制出口速度提高了15%左右,均整的延伸系數(shù)也接近1.00,進(jìn)、出口變形區(qū)的軋制力分布均勻。
國(guó)內(nèi)小型自動(dòng)軋管機(jī)組普遍有忽視均整工序的傾向,這是不合理的,要改善壁厚精度,不僅不能忽視均整,而且應(yīng)強(qiáng)化均整機(jī)和工藝。
均整機(jī)組的變形特點(diǎn)與二輥斜軋延伸機(jī)是相似的,在顯著提高成品管的壁厚精度上具有非常大的作用,只是受現(xiàn)有設(shè)備(特別是主電機(jī)?。┫拗?,變形量要小一些。均整和二輥斜軋延伸不僅可以消除在帶開(kāi)口的圓孔型或橢圓孔型中軋制出現(xiàn)的“對(duì)稱型”壁厚不均,而且有很強(qiáng)的消除由斜軋穿孔毛管帶來(lái)的偏心型壁厚不均的能力(糾偏)。在減壁段能有很強(qiáng)的“糾偏”作用,是其他軋管機(jī)所沒(méi)有的。
在均整、兩輥延伸、三輥軋管及七機(jī)架連軋上都做過(guò)專門試驗(yàn),其結(jié)果是唯有二輥斜軋的減壁變形有顯著的“糾偏”能力,三輥(斜)軋管機(jī)和七機(jī)架連軋機(jī)(縱軋)的減壁變形都沒(méi)有觀察到有“糾偏”能力。
幾乎國(guó)內(nèi)外所有資料基本都介紹錐形輥均整工藝是先進(jìn)的工藝,某廠于1976年在ф100mm自動(dòng)軋管機(jī)組上也進(jìn)行應(yīng)用(時(shí)間長(zhǎng)達(dá)8年以上)。生產(chǎn)實(shí)踐表明采用錐形輥均整工藝有較大的減徑量和減壁量,咬入條件明顯改善、擴(kuò)徑量加大、均壁效果較好。
但是其中最大的問(wèn)題是頂頭的軸向力大大增加,造成后臺(tái)設(shè)備振動(dòng)大、頂桿小車軸承損壞較嚴(yán)重。同時(shí),當(dāng)均整減壁量稍大時(shí),易產(chǎn)生由于頂頭軸向阻力造成金屬“堆集”形成所謂的“內(nèi)螺紋”。