1937年,三辊斜轧轧管机由美国蒂姆肯公司工程师W.J.阿塞尔研制成功。
三辊斜轧轧管机
三个轧辊绕轧机中心线相隔120°配置,轧辊轴线与轧制线倾斜成一定角度的轧管机。又称阿塞尔轧管机。
- 英文名称
- three-high cross-rolling mill
- 又称
- 阿塞尔轧管机
- 所属学科
- 冶金工程
三辊斜轧轧管机(图1)的工作辊安装在两个机架上,其中一个机架是固定不动的,另一个则可以绕轧机中心线转动,这样可实现送进角的调整。毛管在变形区(图2)经咬入、减壁、平整和归圆而成为荒管。
斜轧螺旋轧制时,金属在变形区内受到轧辊与芯棒的周期连续作用,形状和尺寸均发生变化。阿塞尔轧管机的优点是长芯棒轧制,轧机调整方便,更换轧件规格方便,钢管表面质量高,尺寸精度高。其缺点是生产效率低,生产薄壁管时,易出现尾三角缺陷。这种轧管机主要用于生产轴承管和枪炮等高精度厚壁管。壁厚公差可控制在±3%~±5%,外径差为±0.5%。
三辊斜轧轧管机变形,实际上是从圆到三角再到圆的过程(图3)。轧制薄壁管时,金属具有强烈的扩径倾向,3个轧辊的配置方式又不能限制这种倾向,反而将抗弯能力小的薄壁压扁,挤向辊缝。内部芯棒的阻力使横向流动的金属将瞬时不变形的管壁部分也挤向辊缝,促使三角扩展。荒管前端和管身因受“后刚端”影响,并不出现三角形。轧到尾部时,“后刚端”已消失,结果就膨胀成了尾三角。其严重程度随延伸率和壁厚压下区长度的增加而增加。
阿塞尔轧管机轧制薄壁管时,钢管尾端会出现三角形喇叭口(俗称尾三角)而造成轧卡,故老式阿塞尔轧管机不能生产外径与壁厚比大于12的薄壁管。为了解决这一问题,出现以下几种改进型式。
1967年,法国瓦卢勒克公司和英国投资钢管公司共同研制出可以在轧制过程中改变轧辊喂入角的新型三辊轧管机。它是在阿塞尔轧管机的基础上发展起来的,本质上还是阿塞尔轧管机,只是将轧管机机架的两个牌坊中的一个设计成可旋转的活动牌坊,即机架由固定牌坊A和回转牌坊B组成,回转牌坊在钢管的入口侧,牌坊回转角为0°~30°,所得的送进角为3°~10°,可连续变化。其与阿塞尔轧管机不同的是,正常轧制时,可以采用允许的最大送进角;可在轧制过程将结束时,快速准确地旋转活动牌坊的转角,使喂入角迅速减小、扩大孔喉,在轧制荒管尾端时,只略微减壁,而不至于使钢管形成尾三角,同时采用小变形量和低转速,可消除或减轻尾三角现象。轧管机可以在不影响生产能力的前提下,顺利地轧制薄壁管,特朗斯瓦尔型轧管机能轧制外径与壁厚比大于20,甚至更大的荒管。
快开法是在特朗斯瓦尔型轧管机之后发展起来的。在轧制过程将结束时,迅速抬辊使钢管尾端留下一小段不减壁的毛管,形成“后刚端”,以消除尾三角。快开法有平抬法和斜抬法两种。
平抬法要利用特朗斯瓦尔型轧管机上每个轧辊原有的两个快速开启的液压缸和四个平衡液压缸,在轧管过程将结束时,开启缸迅速泄压,平衡缸立即抬起轧辊,孔型打开,使钢管尾端顺利通过轧管机。
斜抬法又可分为三辊快开和上辊单辊快开两种方式。
三辊快开需要在机架牌坊出口侧轧辊轴承座上的压下螺丝之下,安装一个快速开启液压缸,在钢管轧到尾端时,开启缸迅速泄压,轧辊出口侧轴承座在原有的两个平衡缸的作用下迅速抬起,轧辊即绕入口侧支撑中心旋转一角度并倾斜上抬,孔型打开,使钢管尾端形成“后刚端”,毛管便顺利地通过轧管机。
上辊单辊快开在上轧辊调整装置和轧辊轴承座之间,安装了一个液压快开装置,它的作用是在轧制将结束时投入工作,瞬时快速打开轧辊的孔喉,使钢管尾端不经过轧制,消除尾三角现象来轧制薄壁管。它用一个连接环限制行程并满足运行要求,当活塞向内运动时,上轧辊提起,以实现对毛管尾部的无压下轧制,以此防止毛管尾端形成三角形喇叭口。新建的阿塞尔轧管机机组大多使用上辊单辊快开技术。
1986年,无尾损失装置由瑞典斯凯孚的霍福什厂设计开发。在阿塞尔轧管机的入口端安装无尾损失装置,既达到了消除尾三角的目的,又没有增大切尾损失。实际上,这套装置是一种预轧机,作为阿塞尔轧管机上的一个附加装置,在轧制薄壁管时,毛管尾端进入阿塞尔轧管机轧辊前进行预减壁,以减小轧管时的减壁量,从而避免出现尾三角,而且没有需要切除的末轧制段。
瑞典人发明使用4个预轧小轧辊,当更换轧制钢管规格时,要调整轧制中心线的高度,但是这种4个预轧小轧辊要实现无级调整很困难。1988年,德国米尔厂购买了此项技术,当改进为3个预轧小轧辊后,将预轧装置取名为无尾损失装置(图4)。改进后的装置由3个气囊浮动支撑,以便与轧制中心线始终保持一致。轧管机内有3个小轧辊,小轧辊没有驱动装置,按需要的方向,小轧辊各倾斜3°~4°,其开闭状态由液压缸杠杆系统控制。在轧制到尾端以前,3个小轧辊处于打开位,喉径大于毛管外径,处于待工作状态;当轧制到尾端250毫米左右时,液压缸工作,3个小轧辊合拢,对毛管尾部予以减壁,会在钢管外表面轧出多头相互连接的螺旋线,这有助于钢管尾部外表面光滑、壁厚均匀;使随后进入阿塞尔轧管机主轧辊轧制的钢管尾部避免出现尾三角。轧制过程结束,液压缸反向动作,3个小轧辊再次放开处于待工作位置。
条目图册
扩展阅读
- 王廷溥,齐克敏.金属塑性加工学——轧制理论与工艺.3版.北京:冶金工业出版社,2012.