至德鋼業(yè)大口徑不銹鋼管坯外表面局部修磨設(shè)備的研制狀況

   浙江至德鋼業(yè)有限公司為了解決大口徑不銹鋼管坯料由于穿孔機(jī)熱加工后造成管坯局部區(qū)域壁厚不均，需通過(guò)后續(xù)冷軋管機(jī)或冷拔管機(jī)進(jìn)行糾偏加工，生產(chǎn)加工道次增多，且效果不理想的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了單邊（局部）浮動(dòng)磨削加工修磨機(jī)。介紹了該修磨機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)，各設(shè)備單元的結(jié)構(gòu)組成及其主要功能。并采用該修磨機(jī)對(duì)某規(guī)格不銹鋼管坯料進(jìn)行了修磨，修磨后的產(chǎn)品光滑、接刀處圓弧過(guò)渡，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求，滿足了生產(chǎn)需要。

   對(duì)于大口不銹鋼管坯料，由于穿孔機(jī)熱加工后造成管坯局部區(qū)域壁厚不均，需通過(guò)后續(xù)冷軋管機(jī)或冷拔管機(jī)進(jìn)行糾偏加工，不但增加了加工道次，效果也不理想。因此對(duì)這種不銹鋼管坯料采用局部修磨的辦法，使壁厚均勻性得到改善，從而滿足后續(xù)加工的要求。不銹鋼修磨分中間修磨和成品修磨（拋光）兩種。中間品修磨又稱粗磨，在熱穿孔、退火酸洗后或冷軋、冷拔成品管工序之前進(jìn)行，目的是清除熱穿孔和退火酸洗工序造成的表面缺陷，改善外觀質(zhì)量。成品修磨又稱精磨（拋光），在冷軋、冷拔成品退火、酸洗工序后進(jìn)行，以得到某種特定的表面質(zhì)量，滿足核電、石油、化工等管材的特殊要求。不銹鋼原材料（坯料管）的修磨是非常重要的前道工序，其修磨量除與原料質(zhì)量有很大關(guān)系外，還與設(shè)備能力、工人操作水平等有關(guān)。

  隨著產(chǎn)品質(zhì)量的提高和產(chǎn)品的升級(jí)，不銹鋼管各道工序的精整尤其是修磨顯得越來(lái)越重要，不銹鋼管的每道工序后都要進(jìn)行修磨。傳統(tǒng)的修磨方式多為人工修磨，效率低，污染嚴(yán)重。本研究設(shè)計(jì)的不銹鋼管坯外表局部修磨設(shè)備用于解決管坯外表面的局部自動(dòng)修磨，并能根據(jù)產(chǎn)能進(jìn)行分類計(jì)算，做出基本修磨產(chǎn)能的匹配方案，同時(shí)還解決了環(huán)保除塵的問(wèn)題。單邊（局部）浮動(dòng)磨削加工修磨機(jī)單邊（局部）浮動(dòng)磨削加工修磨機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖所示。該修磨機(jī)主要由上料臺(tái)架、上料撥料裝置、修磨小車、修磨機(jī)組、下料臺(tái)架、鐵屑收裝置、修磨間、操作間、液壓系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)等組成，主要用于磨削不銹鋼鋼管外表面的缺陷，達(dá)到所需的表面質(zhì)量要求。該修磨機(jī)通過(guò)PLC控制，可實(shí)現(xiàn)鋼管表面點(diǎn)磨和局部縱向修磨，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。

一、設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

    適用鋼種：碳結(jié)鋼、合結(jié)鋼、模具鋼、軸承鋼、工具鋼、不銹鋼等；鋼管外徑：Φ130～Φ360mm；鋼管長(zhǎng)度：2500～10000mm；單支鋼管最大質(zhì)量：4000kg；鋼管彎曲度：局部≤20mm/m；鋼管狀態(tài)：常溫；表面磨削量（單邊）：每道次≥0.2mm，根據(jù)壓力及磨頭移動(dòng)速度進(jìn)行控制，磨頭移動(dòng)速度為0.8～10m/min（變頻可調(diào)）；修磨后表面粗糙度Ra：12.5～25μm；砂輪種類：砂輪塊或（切割片疊加形式）；砂輪規(guī)格：Φ500mm×52mm×30mm；砂輪使用最小直徑：Φ200mm；砂輪線速度：最高線速度為70m/s；修磨長(zhǎng)度：25～500mm；修磨時(shí)托輪旋轉(zhuǎn)線速度：1～2m/min，工件旋轉(zhuǎn)由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)速可調(diào)，主動(dòng)輪上裝有編碼器可以檢測(cè)旋轉(zhuǎn)的角度；磨頭的潤(rùn)滑方式：利用原油氣潤(rùn)滑站供磨頭潤(rùn)滑；除塵方式：集中除塵。

二、各設(shè)備單元結(jié)構(gòu)組成及其功能

1. 上料臺(tái)架

    上料臺(tái)架實(shí)物照片如圖所示。上料臺(tái)架由固定臺(tái)架、取料擋料機(jī)構(gòu)等組成。上料臺(tái)架整體長(zhǎng)度約9000mm，寬約3000mm，布置在設(shè)備的左邊，可放直徑360mm的鋼管5支。工作時(shí)，行車將坯料吊放在固定臺(tái)架上，鋼管沿臺(tái)架斜面滾動(dòng)至固定臺(tái)架前端的取料位置處。取料臂在油缸的驅(qū)動(dòng)下抬起將鋼管輸送到撥料位置，撥料臂抬起鋼管滾動(dòng)到撥料臂前端，撥料油缸緩慢落下將鋼管輕輕放在旋轉(zhuǎn)拖輪上。臺(tái)架表面為重軌，耐磨性能好。臺(tái)架內(nèi)設(shè)計(jì)有推料裝置，對(duì)于彎曲度較大的鋼管可協(xié)助其滾動(dòng)，保證鋼管在臺(tái)架上順利運(yùn)行。

2. 修磨小車

   修磨小車實(shí)物照片如圖所示。修磨小車由小車、拖輪、小車驅(qū)動(dòng)裝置、導(dǎo)軌、車載液壓站小車、車載液壓站等組成。修磨小車的電源通過(guò)滑輪導(dǎo)線架連接。小車體由優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼、型鋼焊接后加工而成，用于安裝托輪系統(tǒng)和車輪等。修磨小車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由液壓馬達(dá)、卷筒、鋼絲繩、鋼絲繩張緊機(jī)構(gòu)等組成。通過(guò)比例閥實(shí)現(xiàn)液壓馬達(dá)的無(wú)級(jí)調(diào)速控制。修磨小車運(yùn)行速度控制在2～30m/min內(nèi)，可無(wú)級(jí)調(diào)速。液壓馬達(dá)絞車驅(qū)動(dòng)修磨小車在兩條鋼軌上運(yùn)行。液壓馬達(dá)絞車裝置滾筒上纏繞著Φ22mm的鋼芯鋼絲繩，鋼絲繩的兩個(gè)端頭分別固定在小車兩端。張緊裝置為油缸驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)一個(gè)滑輪，將鋼絲繩兩端張緊。張緊壓力可調(diào)，張緊裝置附近設(shè)置手動(dòng)控制閥。拖輪傳動(dòng)采用液壓馬達(dá)集中傳動(dòng)形式。在拖輪中間設(shè)置兩套工件卡緊機(jī)構(gòu)，配合拖輪間歇旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)工件的修磨。

3. 砂輪機(jī)組

   砂輪機(jī)組實(shí)物照片如圖所示。砂輪機(jī)組由磨頭總成、橫移裝置等組成，用于實(shí)現(xiàn)恒功率強(qiáng)力浮動(dòng)磨削。砂輪機(jī)組要具備定點(diǎn)修磨、局部修磨和全修磨的功能，并實(shí)現(xiàn)修磨區(qū)域與非修磨區(qū)平滑過(guò)渡。高速磨頭由箱體、高強(qiáng)度主軸系統(tǒng)、皮帶變速系統(tǒng)、（哈、瓦、洛）高速軸承等組成，傳動(dòng)效率高。高速磨頭由7.5kW交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)皮帶張緊可調(diào)（電機(jī)座可調(diào)）。上下升降的位置點(diǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)。連續(xù)往復(fù)的修磨，橫移裝置往復(fù)速度可用變頻器，通過(guò)電機(jī)齒輪、齒條實(shí)現(xiàn)可控調(diào)節(jié)。橫移速度的調(diào)節(jié)會(huì)影響磨削量的大小。磨頭加載系統(tǒng)由氣缸、氣動(dòng)比例閥控制。氣源來(lái)自于車間主壓縮空氣管線；閥架主要包括氣動(dòng)三聯(lián)件、電磁閥、氣動(dòng)比例閥、消聲器等元件。通過(guò)氣動(dòng)比例閥調(diào)節(jié)用氣量，實(shí)現(xiàn)氣缸壓力大小的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)磨削量的控制。但氣缸壓力不能過(guò)大，這是由于切割片薄、韌性大，過(guò)大的氣缸壓力會(huì)導(dǎo)致其變形，從而影響磨削效果。

 4. 下料臺(tái)架

  下料臺(tái)架由固定臺(tái)架、撥料機(jī)構(gòu)、液壓油缸等組成。下料臺(tái)架整體長(zhǎng)度約10000mm，寬約2100mm，可放直徑360mm的鋼管5支。固定臺(tái)架是反向傾斜的斜臺(tái)架，表面為重軌，耐磨性好。修磨完畢的鋼管由撥料機(jī)構(gòu)輸送到下料區(qū)域，由撥料機(jī)構(gòu)將鋼管輸送到收集臺(tái)架。臺(tái)架內(nèi)設(shè)計(jì)有推料裝置，對(duì)于彎曲度較大的鋼管可協(xié)助其滾動(dòng)，保證鋼管在臺(tái)架上順利運(yùn)行。

5. 操作間

  操作間墻壁由夾芯板組成，內(nèi)芯為泡沫塑料，起隔音作用。玻璃窗戶由雙層玻璃密封組成，內(nèi)層采用防彈玻璃以確保操作者的安全，外層采用鋼化玻璃，更換方便。操作室的門框用橡膠密封條密封，修磨點(diǎn)到操作工觀察距離約1200mm。

6. 除塵裝置

  除塵裝置由除塵器及除塵管道組成。一個(gè)放散管（俗稱煙囪），帶安全爬梯，管道設(shè)計(jì)電動(dòng)蝶閥。電機(jī)功率30kW（帶變頻器）。

7. 液壓潤(rùn)滑系統(tǒng)

   整套液壓、潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)有主機(jī)液壓站1臺(tái)，小車液壓站1臺(tái)，磨頭油氣潤(rùn)滑站1臺(tái)。主機(jī)液壓站由油箱、泵源部分、循環(huán)冷卻過(guò)濾、蓄能器組等組成。采用增大型油箱，有利于散熱，降低油溫，提高工作可靠性。油箱設(shè)有油溫檢測(cè)傳感器和溫度計(jì)。溫度＜25℃，加熱器自動(dòng)加熱；溫度＞35℃，加熱器自動(dòng)停止；溫度＜45℃，關(guān)冷卻水；溫度＞55℃，開(kāi)冷卻水；溫度達(dá)到65℃時(shí)，HMI報(bào)警，操作工通知設(shè)備維護(hù)人員及時(shí)處理；溫度達(dá)到70℃時(shí)，液壓泵強(qiáng)制停車。油箱設(shè)有液位檢測(cè)傳感器和液位計(jì)。共有4個(gè)液位報(bào)警點(diǎn)，液位處于高位時(shí)，HMI報(bào)警；液位處于中位時(shí)，系統(tǒng)正常工作；液位處于低位時(shí)，HMI報(bào)警，操作工通知設(shè)備維護(hù)人員及時(shí)處理；液位處于超低位時(shí)，液壓泵強(qiáng)制停車。液壓泵采用恒壓變量泵，節(jié)約能源、噪音小。液壓泵共兩個(gè)，一用一備。采用彈性聯(lián)軸器，油泵同閥臺(tái)之間采用軟連接，以減少震動(dòng)沖擊。液壓油通過(guò)循環(huán)泵循環(huán)，通過(guò)熱交換器冷卻，降低油溫，保證液壓系統(tǒng)正常工作。該液壓系統(tǒng)設(shè)有循環(huán)過(guò)濾和回油過(guò)濾，過(guò)濾精度10μm。過(guò)濾系統(tǒng)采用雙聯(lián)過(guò)濾器，過(guò)濾器選用國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，可以在線手動(dòng)切換，減少熱停時(shí)間。液壓泵出口設(shè)有壓力繼電器和目測(cè)壓力表，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控和觀察液壓泵的工作情況。小車液壓站用于實(shí)現(xiàn)小車坯料夾緊、拖輪驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)工作壓力10MPa。液壓站由油箱、泵源部分、循環(huán)電動(dòng)冷卻器、過(guò)濾器等組成。油箱設(shè)有油溫檢測(cè)傳感器、溫度計(jì)、壓力繼電器。油箱設(shè)有液位檢測(cè)傳感器和液位計(jì)，有3個(gè)液位報(bào)警點(diǎn)，中位（正常工作）、低位（報(bào)警）、超低位（強(qiáng)制停車位）。

8. 電控系統(tǒng)部分電氣自動(dòng)化

   由PLC、HMI、遠(yuǎn)程I/O、檢測(cè)元件等組成；完成時(shí)序控制、閉環(huán)控制、聯(lián)鎖、故障和警報(bào)檢測(cè)、信號(hào)檢測(cè)及通訊等功能。PLC柜內(nèi)裝設(shè)西門子S7300系列PLC及其輸入輸出模塊等裝置，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)全過(guò)程的自動(dòng)控制及與其他設(shè)備的銜接。操作臺(tái)采用人性化設(shè)計(jì)，舒適方便，配有操作開(kāi)關(guān)。變頻調(diào)速系統(tǒng)控制變頻器起動(dòng)、停止、保護(hù)及調(diào)速。MCC系統(tǒng)控制各電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、停止以及保護(hù)，并提供控制電源。檢測(cè)傳感器等監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供設(shè)備自動(dòng)化需要的各種檢測(cè)信號(hào)。

  （1）整體控制。過(guò)程控制采用西門子S7300系列，并帶EEPROM存儲(chǔ)卡，采用PC編程。采用PROFIBUS－DP工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線將HMI、PLC、遠(yuǎn)程I/O、調(diào)速裝置及檢測(cè)設(shè)備連接起來(lái)，兩者之間通過(guò)PROFIBUS－DP網(wǎng)絡(luò)連接，工控機(jī)DP口與PLC相連，使整個(gè)系統(tǒng)組成一個(gè)有機(jī)的整體。

  （2）PLC基本功能。①修磨機(jī)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)面板上各設(shè)有選擇開(kāi)關(guān)，可根據(jù)需要選擇“手動(dòng)”或“自動(dòng)”；②當(dāng)選擇“手動(dòng)”時(shí)，各設(shè)備之間無(wú)聯(lián)鎖功能，此功能僅作為調(diào)試或檢修用；③正常生產(chǎn)時(shí)自動(dòng)控制，以減少人工操作，當(dāng)選擇“自動(dòng)”時(shí)，各設(shè)備之間聯(lián)鎖，按下“自動(dòng)啟動(dòng)”按鈕時(shí)，各單元設(shè)備按一定間隔時(shí)間分別啟動(dòng)。同樣，按下“自動(dòng)停止”按鈕時(shí)，各單元設(shè)備按一定間隔時(shí)間順序停止運(yùn)行；④按下單體設(shè)備任何一處的“緊?！卑粹o，該設(shè)備立即轉(zhuǎn)入停止?fàn)顟B(tài)，而不再是順序停機(jī)。當(dāng)人身及設(shè)備或人員安全受到嚴(yán)重威脅時(shí)才使用該功能；⑤如設(shè)備出現(xiàn)故障，操作箱面板上的故障指示器就會(huì)發(fā)出聲、光報(bào)警，同時(shí)，代表該設(shè)備相應(yīng)的故障指示燈亮，工控機(jī)上也有相應(yīng)的故障文字提示，便于檢查和維修。

  （3）HMI操作站基本功能。①鋼管修磨機(jī)HMI操作站負(fù)責(zé)工藝過(guò)程及設(shè)備管理的監(jiān)控，包括設(shè)備、工藝參數(shù)的設(shè)定，生產(chǎn)過(guò)程中各設(shè)備狀態(tài)和電氣參數(shù)的動(dòng)態(tài)顯示及工藝參數(shù)的人工調(diào)整，電氣設(shè)備的一般功能性及方式性操作，故障報(bào)警與記錄等；②鋼管修磨線主要工控機(jī)界面有工藝主界面、設(shè)備功能界面、手動(dòng)操作界面、操作說(shuō)明、故障報(bào)警界面等。

    采用該單邊（局部）浮動(dòng)磨削加工修磨機(jī)對(duì)大口徑不銹鋼管坯料進(jìn)行修磨。首先待磨削坯料管通過(guò)上料臺(tái)架撥到修磨小車上，然后小車運(yùn)行至砂輪機(jī)組磨頭下方停住，等待修磨。選擇相關(guān)的技術(shù)參數(shù)：磨頭主電機(jī)功率為7.5kW；表面磨削量每道次≥0.2mm，根據(jù)氣壓及磨頭移動(dòng)速度進(jìn)行控制；磨頭移動(dòng)速度為0.8～10m/min（變頻可調(diào)）；修磨后表面粗糙度Ra為12.5～25μm。修磨后的實(shí)物照片如圖所示。由圖可見(jiàn)，單邊（局部）修磨加工出來(lái)的產(chǎn)品比較光滑，接刀處圓弧過(guò)渡，可以滿足生產(chǎn)要求。

   采用單邊（局部）浮動(dòng)磨削加工修磨機(jī)修磨不銹鋼管坯料，可以解決大規(guī)格不銹鋼管坯由于穿孔機(jī)熱加工后造成管坯局部區(qū)域壁厚不均，需通過(guò)后續(xù)冷軋管機(jī)或冷拔管機(jī)進(jìn)行糾偏加工，生產(chǎn)加工道次增多，且效果也不理想的問(wèn)題。采用該修磨機(jī)對(duì)某規(guī)格的不銹鋼坯料管進(jìn)行了修磨，修磨后的產(chǎn)品比較光滑、接刀處圓弧過(guò)渡，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求，滿足了生產(chǎn)需要。