8.3 軋管廠精整矯直機8.3.1 精整矯直機組設(shè)備概述

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

矯直機是由意大利1NCE公司制造的，斜輥立式2-2-2型矯直機，由計算機實現(xiàn)自動控制。

矯直機的結(jié)構(gòu)分主機和輔助設(shè)備組成

8.3.1.1 主機設(shè)備

主機設(shè)備包括：機架、主傳動裝置、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軸連接完成矯直機的撓度調(diào)整。矯直輥安裝在六根立柱中間。

2 主傳動裝置：每臺矯直機都有兩套傳動裝置。分別用于傳動三個上輥和三個下輥，傳動裝置與軋制軸線呈30度角布置。每一套傳動裝置包括一臺電機、一臺三路減速機（減速比約1：8）、三個萬向接軸組成。

3 間距調(diào)整裝置：由調(diào)整電機帶動蝸輪蝸桿，使調(diào)整絲杠旋轉(zhuǎn)，從而帶動矯直機上轉(zhuǎn)鼓上下移動，達到調(diào)整輥間距的目的。調(diào)整中間輥撓度時，離合器閉合，傳動軸帶動上下輥同時上下移動，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，減少在矯直過程中上輥對絲杠的沖擊。

4 角度調(diào)整裝置：矯直機的六個輥都可進行角度調(diào)整。分別由液壓馬達帶動絲杠，使絲杠帶動轉(zhuǎn)鼓平臺在一個角度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。角度調(diào)整完畢后，由每個平臺上的兩個液壓鎖緊缸將平臺角度位置固定。

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)鼓平臺相連，可使裝在平臺上的矯直輥快速閉合、打開。快開裝置有利于厚壁鋼管在矯直時順利咬入，同時可避免厚壁鋼管在矯直過程中，矯直輥對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)計輥面曲線。

7 液壓站：每臺矯直機由一臺液壓站提供動力，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：由七個運輸輥和U型半封閉護板組成，前四個、后三個運輸輥分別由一個液壓缸帶動連桿使其升降。輥道設(shè)置為升降形式，主要是杜絕厚壁鋼管在矯直過程中輥道對厚壁鋼管表面的劃傷。

2 出口升降輥道：由一個封閉的巷道和八個運輸輥組成，由一個液壓缸通過連桿帶動運輸輥道一起升降。封閉巷道的側(cè)面是一個由液壓缸開啟的門，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架上。

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

矯直輥調(diào)整角度： 30°± 5°

矯直速度： 9 ～ 90 m/min

矯直輥輥身長度: 550 mm

矯直輥直徑: 400 mm

8.3.2.2 矯直范圍

長度： 6 至 15 m

直徑: Φ114～300mm

壁厚: 4.58 ～ 40 mm

8.3.2.3 主傳動電機: 　　　　 2 臺 200 KW 直流最大1200 rpm8.3.3 矯直原理

矯直作用主要是通過一對向上調(diào)節(jié)的中間輥來得到的，由此產(chǎn)生管子的縱向反復彎曲，與此同時，每對矯直輥還對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程中有一個拉得比較開的塑性變形范圍。矯直過程中，管子的每個橫截面在這一塑性范圍內(nèi)連續(xù)多次地橫向來回彎曲，同時彎曲變形逐漸減小，達到厚壁鋼管被矯直的效果。

8.3.3.1 冷變形是軟化過程小，硬化過程很強的變形過程。

冷變形的溫度范圍是其熔點絕對溫度0.25倍以下，基本是在室溫下完成的。由于溫度低于0.25T熔時發(fā)生恢復很小，硬化在整個塑性變形過程中主導作用，因而冷變形時金屬抗力指標隨著所承受的變形程度的增加而持續(xù)上升。塑性指標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，當積累的冷變形量過大時，在金屬達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)變形的坯料進行退火以恢復塑性。

冷變形的優(yōu)點是所得到的制品表面光潔、尺寸精確、形狀規(guī)整。恰當選擇冷變形—退火循環(huán)時，可以得出具有任意硬度的產(chǎn)品。這是熱變形很難實現(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交變的載荷作用時，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，所得到的應(yīng)力變形曲線的例子，拉伸時材料的原始屈服應(yīng)力在A點，若對此材料進行壓縮時，其屈服應(yīng)力也與它相近（在點線的B點），以同樣的試樣使其受載荷超過A點而至C點，卸載后將沿CD線返回至D，若在此時對它施以壓縮負荷，則開始塑性變形將在E點，E點的應(yīng)力明顯地比原來受壓縮材料在B點屈服應(yīng)力低，這個效應(yīng)是可逆的，若原試樣經(jīng)塑性壓縮再拉伸時，同樣發(fā)生屈服應(yīng)力降低的現(xiàn)象。

實際上，當連續(xù)變形是以異號應(yīng)力來交替進行時，可降低金屬的變形抗力，用同一符號的應(yīng)力而有間隙地連續(xù)變形時，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才出現(xiàn)。如黃銅是在給予4%以下的塑性變形時才出現(xiàn)明顯的包辛格效應(yīng)，對于硬鋁則小于0.7%。)

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

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達到矯直彎曲的目的，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%長度。

2 橫向壓扁效應(yīng)：

橫向壓扁及通過疊加橢圓壓扁變形來達到矯直的目的。在矯直截面中產(chǎn)生如圖8-9中BCDE的塑性區(qū)。這對矯直效果是非常重要的，因為彎曲矯直不能使截面全部為塑性區(qū)，利用壓扁變形來補償。另外，對局部彎曲、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，厚壁鋼管壓扁會在厚壁鋼管中產(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度降低。因此厚壁鋼管的矯直要嚴格控制厚壁鋼管的壓扁量。）

3 螺旋接觸帶：

矯直時厚壁鋼管螺旋前進，厚壁鋼管與矯直輥的螺旋接觸帶必須沿厚壁鋼管全長覆蓋。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

對于對向布置的六輥矯直機它除利用彎曲矯直（通過提高中間下輥高度）外，在上下兩個矯直輥之間還給予一個徑向壓力。如果設(shè)兩端矯直輥的距離為L，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點的變形量最大，應(yīng)該在此點（即中間輥）給厚壁鋼管一個與它的原始曲率相同或稍大一點的彎曲曲率，使厚壁鋼管得以矯直。

根據(jù)下式計算壓下量和撓度值

壓下量計算公式：

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　—　矯直時輥縫。

撓度計算公式：

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）。

8.3.4 矯直機的矯直過程及工藝控制要點8.3.4.1 厚壁鋼管的矯直過程

1 厚壁鋼管由上游輥道進入矯直機入口輥道。

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

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

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

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

6 當管尾離開入口輥道中間位置傳感元件時，入口輥道第一段上升。

7 當管尾離開入口輥道末端位置傳感元件時，入口輥道第二段上升，同時通過快開缸延時的設(shè)定，管尾到達入口輥、中間輥和出口輥中間位置時，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架上，對厚壁鋼管內(nèi)表面氧化鐵皮進行吹掃。

8.3.4.2 工藝控制要點

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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