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熱加工后造成管坯局部區(qū)域壁厚不均，需通過后續(xù)冷軋管機或冷拔管機進行糾偏加工，生產(chǎn)加工道次增多，且效果不理想的問題，設(shè)計了單邊（局部）浮動磨削加工修磨機。介紹了該修磨機的主要技術(shù)參數(shù)，各設(shè)備單元的結(jié)構(gòu)組成及其主要功能。并采用該修磨機對某規(guī)格不銹鋼管坯料進行了修磨，修磨后的產(chǎn)品光滑、接刀處圓弧過渡，實現(xiàn)了設(shè)計要求，滿足了生產(chǎn)需要。

   對于大口不銹鋼管坯料，由于穿孔機熱加工后造成管坯局部區(qū)域壁厚不均，需通過后續(xù)冷軋管機或冷拔管機進行糾偏加工，不但增加了加工道次，效果也不理想。因此對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，不銹鋼管各道工序的精整尤其是修磨顯得越來越重要，不銹鋼管的每道工序后都要進行修磨。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修磨，并能根據(jù)產(chǎn)能進行分類計算，做出基本修磨產(chǎn)能的匹配方案，同時還解決了環(huán)保除塵的問題。單邊（局部）浮動磨削加工修磨機單邊（局部）浮動磨削加工修磨機的結(jié)構(gòu)如圖所示。該修磨機主要由上料臺架、上料撥料裝置、修磨小車、修磨機組、下料臺架、鐵屑收裝置、修磨間、操作間、液壓系統(tǒng)、潤滑系統(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，達到所需的表面質(zhì)量要求。該修磨機通過PLC控制，可實現(xiàn)鋼管表面點磨和局部縱向修磨，操作簡單，維護方便。

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)壓力及磨頭移動速度進行控制，磨頭移動速度為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；修磨長度：25～500mm；修磨時托輪旋轉(zhuǎn)線速度：1～2m/min，工件旋轉(zhuǎn)由液壓馬達驅(qū)動，轉(zhuǎn)速可調(diào)，主動輪上裝有編碼器可以檢測旋轉(zhuǎn)的角度；磨頭的潤滑方式：利用原油氣潤滑站供磨頭潤滑；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. 上料臺架

    上料臺架實物照片如圖所示。上料臺架由固定臺架、取料擋料機構(gòu)等組成。上料臺架整體長度約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，行車將坯料吊放在固定臺架上，鋼管沿臺架斜面滾動至固定臺架前端的取料位置處。取料臂在油缸的驅(qū)動下抬起將鋼管輸送到撥料位置，撥料臂抬起鋼管滾動到撥料臂前端，撥料油缸緩慢落下將鋼管輕輕放在旋轉(zhuǎn)拖輪上。臺架表面為重軌，耐磨性能好。臺架內(nèi)設(shè)計有推料裝置，對于彎曲度較大的鋼管可協(xié)助其滾動，保證鋼管在臺架上順利運行。

2. 修磨小車

   修磨小車實物照片如圖所示。修磨小車由小車、拖輪、小車驅(qū)動裝置、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)動系統(tǒng)由液壓馬達、卷筒、鋼絲繩、鋼絲繩張緊機構(gòu)等組成。通過比例閥實現(xiàn)液壓馬達的無級調(diào)速控制。修磨小車運行速度控制在2～30m/min內(nèi)，可無級調(diào)速。液壓馬達絞車驅(qū)動修磨小車在兩條鋼軌上運行。液壓馬達絞車裝置滾筒上纏繞著Φ22mm的鋼芯鋼絲繩，鋼絲繩的兩個端頭分別固定在小車兩端。張緊裝置為油缸驅(qū)動，驅(qū)動一個滑輪，將鋼絲繩兩端張緊。張緊壓力可調(diào)，張緊裝置附近設(shè)置手動控制閥。拖輪傳動采用液壓馬達集中傳動形式。在拖輪中間設(shè)置兩套工件卡緊機構(gòu)，配合拖輪間歇旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)工件的修磨。

3. 砂輪機組

   砂輪機組實物照片如圖所示。砂輪機組由磨頭總成、橫移裝置等組成，用于實現(xiàn)恒功率強力浮動磨削。砂輪機組要具備定點修磨、局部修磨和全修磨的功能，并實現(xiàn)修磨區(qū)域與非修磨區(qū)平滑過渡。高速磨頭由箱體、高強度主軸系統(tǒng)、皮帶變速系統(tǒng)、（哈、瓦、洛）高速軸承等組成，傳動效率高。高速磨頭由7.5kW交流電機驅(qū)動，電機皮帶張緊可調(diào)（電機座可調(diào)）。上下升降的位置點動調(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，通過電機齒輪、齒條實現(xiàn)可控調(diào)節(jié)。橫移速度的調(diào)節(jié)會影響磨削量的大小。磨頭加載系統(tǒng)由氣缸、氣動比例閥控制。氣源來自于車間主壓縮空氣管線；閥架主要包括氣動三聯(lián)件、電磁閥、氣動比例閥、消聲器等元件。通過氣動比例閥調(diào)節(jié)用氣量，實現(xiàn)氣缸壓力大小的調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)磨削量的控制。但氣缸壓力不能過大，這是由于切割片薄、韌性大，過大的氣缸壓力會導(dǎo)致其變形，從而影響磨削效果。

 4. 下料臺架

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

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。一個放散管（俗稱煙囪），帶安全爬梯，管道設(shè)計電動蝶閥。電機功率30kW（帶變頻器）。

7. 液壓潤滑系統(tǒng)

   整套液壓、潤滑系統(tǒng)設(shè)有主機液壓站1臺，小車液壓站1臺，磨頭油氣潤滑站1臺。主機液壓站由油箱、泵源部分、循環(huán)冷卻過濾、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)有油溫檢測傳感器和溫度計。溫度＜25℃，加熱器自動加熱；溫度＞35℃，加熱器自動停止；溫度＜45℃，關(guān)冷卻水；溫度＞55℃，開冷卻水；溫度達到65℃時，HMI報警，操作工通知設(shè)備維護人員及時處理；溫度達到70℃時，液壓泵強制停車。油箱設(shè)有液位檢測傳感器和液位計。共有4個液位報警點，液位處于高位時，HMI報警；液位處于中位時，系統(tǒng)正常工作；液位處于低位時，HMI報警，操作工通知設(shè)備維護人員及時處理；液位處于超低位時，液壓泵強制停車。液壓泵采用恒壓變量泵，節(jié)約能源、噪音小。液壓泵共兩個，一用一備。采用彈性聯(lián)軸器，油泵同閥臺之間采用軟連接，以減少震動沖擊。液壓油通過循環(huán)泵循環(huán)，通過熱交換器冷卻，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)過濾和回油過濾，過濾精度10μm。過濾系統(tǒng)采用雙聯(lián)過濾器，過濾器選用國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，可以在線手動切換，減少熱停時間。液壓泵出口設(shè)有壓力繼電器和目測壓力表，可以實時監(jiān)控和觀察液壓泵的工作情況。小車液壓站用于實現(xiàn)小車坯料夾緊、拖輪驅(qū)動，系統(tǒng)工作壓力10MPa。液壓站由油箱、泵源部分、循環(huán)電動冷卻器、過濾器等組成。油箱設(shè)有油溫檢測傳感器、溫度計、壓力繼電器。油箱設(shè)有液位檢測傳感器和液位計，有3個液位報警點，中位（正常工作）、低位（報警）、超低位（強制停車位）。

8. 電控系統(tǒng)部分電氣自動化

   由PLC、HMI、遠(yuǎn)程I/O、檢測元件等組成；完成時序控制、閉環(huán)控制、聯(lián)鎖、故障和警報檢測、信號檢測及通訊等功能。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，可以實現(xiàn)對全過程的自動控制及與其他設(shè)備的銜接。操作臺采用人性化設(shè)計，舒適方便，配有操作開關(guān)。變頻調(diào)速系統(tǒng)控制變頻器起動、停止、保護及調(diào)速。MCC系統(tǒng)控制各電動機的起動、停止以及保護，并提供控制電源。檢測傳感器等監(jiān)測系統(tǒng)提供設(shè)備自動化需要的各種檢測信號。

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

  （2）PLC基本功能。①修磨機設(shè)備現(xiàn)場操作臺面板上各設(shè)有選擇開關(guān)，可根據(jù)需要選擇“手動”或“自動”；②當(dāng)選擇“手動”時，各設(shè)備之間無聯(lián)鎖功能，此功能僅作為調(diào)試或檢修用；③正常生產(chǎn)時自動控制，以減少人工操作，當(dāng)選擇“自動”時，各設(shè)備之間聯(lián)鎖，按下“自動啟動”按鈕時，各單元設(shè)備按一定間隔時間分別啟動。同樣，按下“自動停止”按鈕時，各單元設(shè)備按一定間隔時間順序停止運行；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。當(dāng)人身及設(shè)備或人員安全受到嚴(yán)重威脅時才使用該功能；⑤如設(shè)備出現(xiàn)故障，操作箱面板上的故障指示器就會發(fā)出聲、光報警，同時，代表該設(shè)備相應(yīng)的故障指示燈亮，工控機上也有相應(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HMI操作站負(fù)責(zé)工藝過程及設(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)過程中各設(shè)備狀態(tài)和電氣參數(shù)的動態(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，故障報警與記錄等；②鋼管修磨線主要工控機界面有工藝主界面、設(shè)備功能界面、手動操作界面、操作說明、故障報警界面等。

    采用該單邊（局部）浮動磨削加工修磨機對大口徑不銹鋼管坯料進行修磨。首先待磨削坯料管通過上料臺架撥到修磨小車上，然后小車運行至砂輪機組磨頭下方停住，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)氣壓及磨頭移動速度進行控制；磨頭移動速度為0.8～10m/min（變頻可調(diào)）；修磨后表面粗糙度Ra為12.5～25μm。修磨后的實物照片如圖所示。由圖可見，單邊（局部）修磨加工出來的產(chǎn)品比較光滑，接刀處圓弧過渡，可以滿足生產(chǎn)要求。

   采用單邊（局部）浮動磨削加工修磨機修磨不銹鋼管坯料，可以解決大規(guī)格不銹鋼管坯由于穿孔機熱加工后造成管坯局部區(qū)域壁厚不均，需通過后續(xù)冷軋管機或冷拔管機進行糾偏加工，生產(chǎn)加工道次增多，且效果也不理想的問題。采用該修磨機對某規(guī)格的不銹鋼坯料管進行了修磨，修磨后的產(chǎn)品比較光滑、接刀處圓弧過渡，實現(xiàn)了設(shè)計要求，滿足了生產(chǎn)需要。