8.3 軋管廠精整矯直機(jī)8.3.1 精整矯直機(jī)組設(shè)備概述

軋管廠精整作業(yè)區(qū)生產(chǎn)線上安裝有兩臺(tái)矯直機(jī)，主要作用是對(duì)來(lái)料厚壁鋼管進(jìn)行矯直，消除厚壁鋼管在軋制、運(yùn)輸、熱處理和冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的彎曲，使厚壁鋼管直度符合相關(guān)要求，同時(shí)起到對(duì)厚壁鋼管歸圓的作用，保證管端及厚壁鋼管外表面質(zhì)量。

矯直機(jī)是由意大利1NCE公司制造的，斜輥立式2-2-2型矯直機(jī)，由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)分主機(jī)和輔助設(shè)備組成

8.3.1.1 主機(jī)設(shè)備

主機(jī)設(shè)備包括：機(jī)架、主傳動(dòng)裝置、輥間距調(diào)整裝置、角度調(diào)整裝置、快開裝置、矯直輥、液壓站和控制系統(tǒng)等。

1 機(jī)架：由上下兩部分組成，由六根立柱支撐。均由鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)成。上部裝有三套間距調(diào)整裝置、三套角度調(diào)整裝置，出口輥裝有一套快開裝置；下部安裝有三套角度調(diào)整裝置，入口、中間輥分別各安裝有一套快開裝置，中間上輥的間距調(diào)整裝置與下部的離合器由一根傳動(dòng)軸連接完成矯直機(jī)的撓度調(diào)整。矯直輥安裝在六根立柱中間。

2 主傳動(dòng)裝置：每臺(tái)矯直機(jī)都有兩套傳動(dòng)裝置。分別用于傳動(dòng)三個(gè)上輥和三個(gè)下輥，傳動(dòng)裝置與軋制軸線呈30度角布置。每一套傳動(dòng)裝置包括一臺(tái)電機(jī)、一臺(tái)三路減速機(jī)（減速比約1：8）、三個(gè)萬(wàn)向接軸組成。

3 間距調(diào)整裝置：由調(diào)整電機(jī)帶動(dòng)蝸輪蝸桿，使調(diào)整絲杠旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)矯直機(jī)上轉(zhuǎn)鼓上下移動(dòng)，達(dá)到調(diào)整輥間距的目的。調(diào)整中間輥撓度時(shí)，離合器閉合，傳動(dòng)軸帶動(dòng)上下輥同時(shí)上下移動(dòng)，使撓度增加或減少。間距調(diào)整完畢后，由消除間隙液壓缸鎖緊，減少在矯直過(guò)程中上輥對(duì)絲杠的沖擊。

4 角度調(diào)整裝置：矯直機(jī)的六個(gè)輥都可進(jìn)行角度調(diào)整。分別由液壓馬達(dá)帶動(dòng)絲杠，使絲杠帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓平臺(tái)在一個(gè)角度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。角度調(diào)整完畢后，由每個(gè)平臺(tái)上的兩個(gè)液壓鎖緊缸將平臺(tái)角度位置固定。

5 快開裝置：在入口、中間下輥和出口上輥都裝有快開液壓缸，液壓缸與轉(zhuǎn)鼓平臺(tái)相連，可使裝在平臺(tái)上的矯直輥快速閉合、打開?？扉_裝置有利于厚壁鋼管在矯直時(shí)順利咬入，同時(shí)可避免厚壁鋼管在矯直過(guò)程中，矯直輥對(duì)厚壁鋼管端部的碰傷。

6 矯直輥：是厚壁鋼管矯直的重要工具，由高鉻鋼為材料加工制成，根據(jù)產(chǎn)品大綱，用雙曲線的方法設(shè)計(jì)輥面曲線。

7 液壓站：每臺(tái)矯直機(jī)由一臺(tái)液壓站提供動(dòng)力，主要用于矯直輥快開裝置、角度調(diào)整裝置和消除間隙液壓缸。

8.3.1.2 輔助設(shè)備

輔助設(shè)備包括入口升降輥道、出口升降輥道、接料勾等。

1 入口升降輥道：由七個(gè)運(yùn)輸輥和U型半封閉護(hù)板組成，前四個(gè)、后三個(gè)運(yùn)輸輥分別由一個(gè)液壓缸帶動(dòng)連桿使其升降。輥道設(shè)置為升降形式，主要是杜絕厚壁鋼管在矯直過(guò)程中輥道對(duì)厚壁鋼管表面的劃傷。

2 出口升降輥道：由一個(gè)封閉的巷道和八個(gè)運(yùn)輸輥組成，由一個(gè)液壓缸通過(guò)連桿帶動(dòng)運(yùn)輸輥道一起升降。封閉巷道的側(cè)面是一個(gè)由液壓缸開啟的門，用于矯直后厚壁鋼管從側(cè)門放出。

3 接料鉤：由一組L型的勾子和一個(gè)液壓缸構(gòu)成，目的是接住從出口側(cè)門放出的厚壁鋼管并把厚壁鋼管放到探傷吹灰臺(tái)架上。

8.3.2 矯直機(jī)相關(guān)參數(shù)8.3.2.1 矯直輥支點(diǎn)距離： 2100 mm

矯直輥調(diào)整角度： 30°± 5°

矯直速度： 9 ～ 90 m/min

矯直輥輥身長(zhǎng)度: 550 mm

矯直輥直徑: 400 mm

8.3.2.2 矯直范圍

長(zhǎng)度： 6 至 15 m

直徑: Φ114～300mm

壁厚: 4.58 ～ 40 mm

8.3.2.3 主傳動(dòng)電機(jī): 　　　　 2 臺(tái) 200 KW 直流最大1200 rpm8.3.3 矯直原理

矯直作用主要是通過(guò)一對(duì)向上調(diào)節(jié)的中間輥來(lái)得到的，由此產(chǎn)生管子的縱向反復(fù)彎曲，與此同時(shí)，每對(duì)矯直輥還對(duì)厚壁鋼管施加一定的壓力，使厚壁鋼管橫截面發(fā)生橢圓變形；這種橢圓變形、彎曲變形疊加，促使厚壁鋼管在變形過(guò)程中有一個(gè)拉得比較開的塑性變形范圍。矯直過(guò)程中，管子的每個(gè)橫截面在這一塑性范圍內(nèi)連續(xù)多次地橫向來(lái)回彎曲，同時(shí)彎曲變形逐漸減小，達(dá)到厚壁鋼管被矯直的效果。

8.3.3.1 冷變形是軟化過(guò)程小，硬化過(guò)程很強(qiáng)的變形過(guò)程。

冷變形的溫度范圍是其熔點(diǎn)絕對(duì)溫度0.25倍以下，基本是在室溫下完成的。由于溫度低于0.25T熔時(shí)發(fā)生恢復(fù)很小，硬化在整個(gè)塑性變形過(guò)程中主導(dǎo)作用，因而冷變形時(shí)金屬抗力指標(biāo)隨著所承受的變形程度的增加而持續(xù)上升。塑性指標(biāo)則隨著變形程度增加而逐漸下降，表現(xiàn)出明顯的硬化現(xiàn)象，當(dāng)積累的冷變形量過(guò)大時(shí)，在金屬達(dá)到所要求的形狀和尺寸以前，將因塑性變形能力的“耗盡”而產(chǎn)生破斷。因此，材料的冷變形工作一般要進(jìn)行多次，每次只能根據(jù)材料本身的性質(zhì)及具體的工藝條件完成一定數(shù)值的總變形量，而且各次冷變形中間，需要將硬化了的、不能繼續(xù)變形的坯料進(jìn)行退火以恢復(fù)塑性。

冷變形的優(yōu)點(diǎn)是所得到的制品表面光潔、尺寸精確、形狀規(guī)整。恰當(dāng)選擇冷變形—退火循環(huán)時(shí)，可以得出具有任意硬度的產(chǎn)品。這是熱變形很難實(shí)現(xiàn)的。

8.3.3.2 關(guān)于包辛格效應(yīng)：

多晶體金屬在受到反復(fù)交變的載荷作用時(shí)，出現(xiàn)塑性變形抗力降低的現(xiàn)象，稱包辛格效應(yīng)。

圖8-8 包辛格效應(yīng)

如圖8-8，顯示包辛格效應(yīng)時(shí)，所得到的應(yīng)力變形曲線的例子，拉伸時(shí)材料的原始屈服應(yīng)力在A點(diǎn)，若對(duì)此材料進(jìn)行壓縮時(shí)，其屈服應(yīng)力也與它相近（在點(diǎn)線的B點(diǎn)），以同樣的試樣使其受載荷超過(guò)A點(diǎn)而至C點(diǎn)，卸載后將沿CD線返回至D，若在此時(shí)對(duì)它施以壓縮負(fù)荷，則開始塑性變形將在E點(diǎn)，E點(diǎn)的應(yīng)力明顯地比原來(lái)受壓縮材料在B點(diǎn)屈服應(yīng)力低，這個(gè)效應(yīng)是可逆的，若原試樣經(jīng)塑性壓縮再拉伸時(shí)，同樣發(fā)生屈服應(yīng)力降低的現(xiàn)象。

實(shí)際上，當(dāng)連續(xù)變形是以異號(hào)應(yīng)力來(lái)交替進(jìn)行時(shí)，可降低金屬的變形抗力，用同一符號(hào)的應(yīng)力而有間隙地連續(xù)變形時(shí)，則變形抗力連續(xù)地增加。

(包辛格效應(yīng)僅在塑性變形不太大時(shí)才出現(xiàn)。如黃銅是在給予4%以下的塑性變形時(shí)才出現(xiàn)明顯的包辛格效應(yīng)，對(duì)于硬鋁則小于0.7%。)

8.3.3.3 在厚壁鋼管矯直的過(guò)程中，它的變形有軸向變形和徑向變形，但是它的變形是復(fù)雜的。

1 縱向彎曲分析：

縱向彎曲矯直是使厚壁鋼管產(chǎn)生與彎曲相反方向的塑性變形來(lái)達(dá)到矯直彎曲的目的，而不彎曲的管子斷面只產(chǎn)生彈性變形，塑性變形區(qū)占支撐距的40%長(zhǎng)度。

2 橫向壓扁效應(yīng)：

橫向壓扁及通過(guò)疊加橢圓壓扁變形來(lái)達(dá)到矯直的目的。在矯直截面中產(chǎn)生如圖8-9中BCDE的塑性區(qū)。這對(duì)矯直效果是非常重要的，因?yàn)閺澢C直不能使截面全部為塑性區(qū)，利用壓扁變形來(lái)補(bǔ)償。另外，對(duì)局部彎曲、管端彎曲、縱向彎曲矯直效果很差，必須是縱向彎曲和壓扁的共同作用才能達(dá)到滿意的矯直效果。（注：提高厚壁鋼管壁厚精度可提高厚壁鋼管的抗壓

圖8-9 變形原理圖

潰性能，矯直時(shí)，厚壁鋼管壓扁會(huì)在厚壁鋼管中產(chǎn)生交變的切向應(yīng)力，由于包辛格效應(yīng)和殘余應(yīng)力的作用而使厚壁鋼管強(qiáng)度降低。因此厚壁鋼管的矯直要嚴(yán)格控制厚壁鋼管的壓扁量。）

3 螺旋接觸帶：

矯直時(shí)厚壁鋼管螺旋前進(jìn)，厚壁鋼管與矯直輥的螺旋接觸帶必須沿厚壁鋼管全長(zhǎng)覆蓋。如圖8-10，必須建立螺旋接觸帶與矯直輥傾角、矯直輥數(shù)量和矯直輥間距等的關(guān)系，使厚壁鋼管每一斷面均受到壓扁產(chǎn)生橢圓效應(yīng)，得到矯直效果。

圖8-10 矯直原理圖

對(duì)于對(duì)向布置的六輥矯直機(jī)它除利用彎曲矯直（通過(guò)提高中間下輥高度）外，在上下兩個(gè)矯直輥之間還給予一個(gè)徑向壓力。如果設(shè)兩端矯直輥的距離為L(zhǎng)，則在L的范圍內(nèi)，包括彈性變形區(qū)和塑性變形區(qū)兩部分。一般情況下，塑性變形區(qū)為L(zhǎng)的40%，即厚壁鋼管沿COD曲線彎曲。如圖所示。但是CA和BD部分的厚壁鋼管處于彈性變形區(qū)，所以厚壁鋼管沒(méi)有得到任何矯直，只有在AOB范圍內(nèi)，厚壁鋼管由于發(fā)生塑性變形而得到矯直，而在O點(diǎn)的變形量最大，應(yīng)該在此點(diǎn)（即中間輥）給厚壁鋼管一個(gè)與它的原始曲率相同或稍大一點(diǎn)的彎曲曲率，使厚壁鋼管得以矯直。

根據(jù)下式計(jì)算壓下量和撓度值

壓下量計(jì)算公式：

D-S

C= --------------- ×100%

D

式中：C　—　壓扁度,一般取C=0.5～1%；

D　—　厚壁鋼管直徑；

S　—　矯直時(shí)輥縫。

撓度計(jì)算公式：

σs·L2

f = ---------------

E·D·K

式中：F　—　撓度（中間輥偏移量）；

σs　—　厚壁鋼管屈服強(qiáng)度；

L　—　矯直輥輥距；

E　—　厚壁鋼管彈性模量；

D　—　厚壁鋼管直徑；

K　—　系數(shù)，一般取20～50（隨壓扁度C變動(dòng)）。

8.3.4 矯直機(jī)的矯直過(guò)程及工藝控制要點(diǎn)8.3.4.1 厚壁鋼管的矯直過(guò)程

1 厚壁鋼管由上游輥道進(jìn)入矯直機(jī)入口輥道。

2 當(dāng)厚壁鋼管頭部被入口輥道中間位置傳感元件感應(yīng)到時(shí)，輥道減速。

3 當(dāng)厚壁鋼管頭部被入口輥道末端位置傳感元件感應(yīng)到時(shí)，入口輥道第一段下落，入口快開缸閉合延時(shí)開始計(jì)時(shí)。

4 管頭進(jìn)入入口矯直輥中間位置時(shí)，入口快開缸閉合，厚壁鋼管被咬入，同時(shí)入口第二段輥道下落。

5 通過(guò)快開缸延時(shí)的設(shè)定，管頭進(jìn)入中間輥和出口輥中間位置時(shí)，中間輥、出口輥快開缸相繼閉合，厚壁鋼管進(jìn)入矯直過(guò)程。

6 當(dāng)管尾離開入口輥道中間位置傳感元件時(shí)，入口輥道第一段上升。

7 當(dāng)管尾離開入口輥道末端位置傳感元件時(shí)，入口輥道第二段上升，同時(shí)通過(guò)快開缸延時(shí)的設(shè)定，管尾到達(dá)入口輥、中間輥和出口輥中間位置時(shí)，入口輥、中間輥、出口輥快開缸相繼打開。

8 出口輥道上升，厚壁鋼管被運(yùn)送到出口輥道末端擋板處。

9 出口輥道下降，通道側(cè)門打開，厚壁鋼管靠重力滾到L型接料勾上。

10 接料勾下落，厚壁鋼管滾到吹灰臺(tái)架上，對(duì)厚壁鋼管內(nèi)表面氧化鐵皮進(jìn)行吹掃。

8.3.4.2 工藝控制要點(diǎn)

1 輥間距調(diào)整：

輥間距= 厚壁鋼管外徑 - 壓下量

壓下量= 厚壁鋼管外徑ⅹ 壓下率

壓下率根據(jù)表8-3選擇

表8-3

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