0前言武钢集团汉口轧钢厂Ф114m m C PE机组是从德国本特勒尔公司引进的二手设备,于2001年11月建成投产。该机组是目前世界 上最先进的新型顶管机组,其工艺是由德国曼内斯曼-德马克公司研制开发的。该机组产品规格为Ф21.3～114mm×2.2～12.5m m,年生产能力10万t;可生产各种薄壁结构管、石油管和锅炉管,产品能达到国际技术标准的要求。C PE工艺特点是采用圆管坯先斜轧穿孔成毛管,在将毛管一端缩口后再进行顶管延伸,最后经定径( 张减)出成品。其中缩口工艺是关键,本文将重点介绍缩口钳的孔型设计。1缩口工艺介绍为了在 顶管机中延伸空心毛管,就必须给空心毛管制以“杯底”,这就是缩口工艺。穿孔毛管的缩口工艺共有3种<1>。常钢Ф102mm C PE机组采用的缩口工艺是西班牙Tubos R eunidos厂的轴向缩口模工艺,但效果不佳,已经国内技术改造为“三点式”
缩口工艺<2>。武钢集团汉口轧钢厂Ф114m mC PE机组的缩口工艺是德国本特勒尔公司1985年进行技术改造后,自行设计的径向滑块式缩口工 艺<1>,并申请了专利。其特点是油缸径向布置,液压传动,用经加工后具有适当形状的芯棒头 部将毛管端部径向压制成杯底形状。其所用缩口钳外形和毛管缩口以及顶管后荒管头部的形状如图1、图2和图3所示。2缩口钳孔型设计2.1缩口工艺特点分析缩口机是CPE机组工艺能否实现的关键设备,而缩口钳的孔型设计关系到空心毛管缩口的质量,直接影响到机 组的成材率和作业率。为了获得准确的缩口孔型设计方法,必须对径向滑块式缩口机工艺特点进行 具体分析。径向滑块式缩口机在缩口前需根据毛管外形尺寸和芯棒头部外形尺寸以及顶管机第1个 机架的孔型尺寸,选择与孔型相适的缩口钳,并固定在缩口机上。当毛管与芯棒在穿棒线上穿棒齐 头后,呈径向布置的缩口机液压缸动作,上下两个缩口钳钳口同时径向压在毛管的端部,使毛管端 部在芯棒头部压缩成一定形状的“杯底”(图2)。缩口后进入顶管机,缩口在顶管机第1个机架 被加强,在其后的机架内缩口逐渐向里压缩,成型形状如图3所示。毛管与芯棒的表面也开始形成包紧力<3>,直到在芯棒表面上形成足够大的接触面积,由此防止了芯棒顶穿。该缩口机的缩口力Nmax=356kN,液压缸工作压力Pmax=14M Pa(一般控制在9～12M Pa)。由上述分析表明,影响缩口工艺质量的主要因素有以下几个方面:(1)已穿孔的毛管外形 尺寸D0、S0(分别为毛管的外径和壁厚);图1缩口钳外形1—缩口钳2—毛管3—芯棒图2 毛管缩口示意1—毛管2—芯棒图3顶管后荒管头部的形状(2)芯棒头部形状(图4,d1为芯 棒头部直径,L1缩口钳宽度,D芯棒使用直径)。(3)顶管机第1机架孔型的平均直径K1( 顶管机采用三辊式辊模机架,K1=a1+b1,a1、b1分别为孔型的长、短半轴)。在进行缩口钳孔型设计时,必须考虑上述工艺因素。2.2设计缘由武钢集团汉口轧钢厂Ф114mm C PE机组在热负荷试车时,全部采用德国公司提供的缩口工艺和顶管工艺以及随机提供的工具备件。 但在试轧过程中,顶断、顶穿事故频繁发生,严重影响了热负荷试车的正常进行。为此该厂在成都 无缝设计研究院专家的指导下,对德国公司的顶管工艺进行了校核分析,并根据该套顶管机组的特 点,重新设计了顶管变形孔型,解决了顶管顶断问题。为了解决顶穿问题,又对芯棒头部形状尺寸 进行了改进,如图5所示。这样,德国公司随机提供的缩口钳就不能满足现有缩口工艺的要求,必 须重新设计,但是德国公司没有现成的孔型设计图和孔型设计相关的技术资料。为此,对该缩口钳 备件进行了实测分析,并根据该机组缩口工艺的特点提出了径向滑块式缩口钳孔型的设计方法。3 缩口钳孔型的设计3.1确定孔型结构通过对德国公司备件实测分析,缩口钳孔型采用弧菱形孔型 结构较适宜<4>。其孔型构造如图6所示。3.2孔型结构尺寸的确定(1)相对弧两个中点间 的距离d相对弧两个中点间距离d为图6中的内圆直径,d值由如下公式确定K(πd2/4)= F0+Fx式中K——孔型填充系数,取值0.94～0.97(一般芯棒头部直径d1值大者取 下限,值小图4芯棒头部形状示意者取上限);F0——毛管截面积,F0=π(D0-S0)S 0;Fx——芯棒头部截面积,Fx=πd12/4。(2)孔型宽度B孔型宽度B由毛管外径确定,即B=D0+Δ式中D0——毛管外径;Δ——毛管外径偏差,一般为0～3mm。(3)弧菱边圆弧半径R圆弧半径R由顶管机第1机架孔型平均直径K1确定,即R=K1。圆 弧半径R的圆心在相对弧两个1—上钳口2—下钳口图6缩口钳孔型结构示意中点连线的延长线上。(4)其他尺寸L=R-d/2,r1=10mm,r2一般取18～20m m,e=5m m。4结语根据径向滑块式缩口机的工艺特点,改进了缩口钳孔型,提出了缩口钳孔型设计的新方法。根据优化后的顶管工艺,运用此方法对缩口钳孔型重新进行了设计,并在Ф114m m C PE机组的后几轮试生产中投入使用,效果较好。顶穿事故得到有效控制,机组的成材率和作业率大 幅度提高,为该机组达产打下了基础。CPE机组缩口钳孔型设计@张纪明$武钢集团汉口轧钢厂 !湖北武汉430035CPE机组;;缩口工艺;;径向滑块式缩口机;;缩口钳孔型设计通过 分析武钢集团汉口轧钢厂Ф114mmCPE机组径向滑块式缩口机的工艺特点,提出了缩口钳孔 型的设计方法。经生产验证,该缩口机缩口效果较好,其顶管成材率和作业率均有较大提高。1金如崧译注.CPE轧管工艺-改良的顶管工艺
.钢管,2002,31(3):52￣56.
2殷伟勤,郁代民,王景文.我国第一套CPE机组缩口工艺改造.钢管,2002,31(6):16￣18.
3李连诗,韩昌观.小型无缝钢管生产.北京:冶金工业出版社,1995.
4杨守山主编.有色金属塑性加工学.北京:冶金工业出版社,1985.该缩口机缩口效果 较好,其顶管成材率和作业率均有较大提高。1金如崧译注.CPE轧管工艺-改良的顶管工艺.钢管,2002,31(3):52￣56.
2殷伟勤,郁代民,王景文.我国第一套CPE机组缩口工艺改造.钢管,2002,31(6):16￣18.
3李连诗,韩昌观.小型无缝钢管生产.北京:冶金工业出版社,1995.
4杨守山主编.有色金属塑性加工学.北京:冶金工业出版社,1985.
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