李國(guó)新 喬梁 師軍東
(太原重工股份有限公司冶金設(shè)備分公司,山西 太原 030024)
近年來(lái),鋼管逐漸向高強(qiáng)度、高韌性方向發(fā)展,市場(chǎng)對(duì)鋼管質(zhì)量的要求不斷提高,制管技術(shù)及設(shè)備也在不斷創(chuàng)新改進(jìn)。以某鋼廠直縫雙面埋弧焊管(JCOE)項(xiàng)目生產(chǎn)制造為研究對(duì)象,其中擴(kuò)徑機(jī)是JCOE制管工藝的最后一道主要工序,也是直縫埋弧焊管生產(chǎn)過(guò)程中保障鋼管尺寸和精度的關(guān)鍵工藝,擴(kuò)徑機(jī)作為其中極為關(guān)鍵的技術(shù)設(shè)備,越來(lái)越多地得到應(yīng)用,對(duì)焊接后的鋼管可以減小變形,改善鋼管尺寸精度,提高鋼管的平直度,消除鋼管殘余應(yīng)力,提高鋼管屈服強(qiáng)度。經(jīng)過(guò)研究,鋼管擴(kuò)徑工藝和擴(kuò)徑機(jī)已經(jīng)在發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛應(yīng)用,但在使用過(guò)程中存在擴(kuò)徑頭易磨損、滑動(dòng)面易拉傷、T型鍵易變形等問(wèn)題,嚴(yán)重影響了擴(kuò)徑頭的使用壽命[1]。本文以某廠JCOE生產(chǎn)線上擴(kuò)徑機(jī)的擴(kuò)徑頭為研究對(duì)象,通過(guò)創(chuàng)新裝配方法,提高擴(kuò)徑頭的使用壽命,降低生產(chǎn)成本。
擴(kuò)徑頭是擴(kuò)徑機(jī)的核心部件,主要由小拉桿、錐體、斜楔、扇形板、模具組成。小拉桿和錐體裝配為一體,多面棱錐體與對(duì)應(yīng)的9~12塊斜楔配合(按不同規(guī)格分類)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。
小拉桿連接在液壓缸的活塞桿上,當(dāng)油缸帶動(dòng)錐體向右移動(dòng)時(shí),斜楔在錐體上相對(duì)滑動(dòng),軸向定位而徑向變化,這樣擴(kuò)徑頭直徑可隨著錐體移動(dòng)而適當(dāng)變大。準(zhǔn)確控制油缸的伸縮量,可以得到精準(zhǔn)的擴(kuò)徑頭外徑。擴(kuò)徑時(shí)由夾鉗小車將鋼管推入到擴(kuò)徑位置,錐體右移擴(kuò)徑頭外徑變大,使鋼管內(nèi)徑被撐大。當(dāng)超過(guò)彈性極限后材質(zhì)發(fā)生塑性變形,錐體停止移動(dòng)并保持一段時(shí)間后,錐體向左移動(dòng),擴(kuò)徑頭直徑變小,此時(shí)夾鉗小車將鋼管分步送入,擴(kuò)徑頭通過(guò)漲縮進(jìn)行分段擴(kuò)徑[2],擴(kuò)徑長(zhǎng)度一般為900~100 mm。
1—小拉桿 2—錐體 3—斜楔 4—扇形板 5—磨具圖1 擴(kuò)徑頭結(jié)構(gòu)Figure 1 Configuration of expanding head
擴(kuò)徑機(jī)在裝配和使用過(guò)程中,主要存在錐體與斜楔滑動(dòng)面拉傷、噪音大、沖擊大、T型鍵變形、擴(kuò)徑頭滑動(dòng)面磨損快、拉桿與錐體內(nèi)孔黏死等問(wèn)題,具體如下:
由于機(jī)床的加工精度難以保證足夠的平面接觸率和粗糙度,尤其是接觸面粗糙度較差時(shí)(見(jiàn)圖2),在裝配過(guò)程中很容易拉傷滑動(dòng)面,且在完成鋼管擴(kuò)徑后,擴(kuò)徑頭縮徑時(shí)錐體與斜楔表面的摩擦力增大,形成自鎖,油缸壓力增大并突然釋放,造成沖擊和噪音,甚至?xí)霈F(xiàn)滑動(dòng)面拉傷的情況。
圖2 未研磨前錐體表面的粗糙度Figure 2 Roughness on the surface of cone before grinding
現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試后發(fā)現(xiàn),擴(kuò)徑頭上潤(rùn)滑孔只有2個(gè)(見(jiàn)圖3),使擴(kuò)徑頭的滑動(dòng)面磨損較大。經(jīng)受力分析,擴(kuò)徑過(guò)程中力的變化和摩擦條件的改變是摩擦損耗的主要因素,自鎖和爬行現(xiàn)象也和摩擦力有關(guān)[3]。在擴(kuò)徑頭摩擦條件惡劣時(shí),縮徑時(shí)需增大油缸的軸向推力以克服摩擦阻力,加劇了錐體和斜楔的磨損。
圖3 擴(kuò)徑頭潤(rùn)滑孔Figure 3 Lubrication hole of expanding head
T型鍵由兩個(gè)螺栓安裝在斜楔的端面,擴(kuò)徑頭縮徑時(shí),用于限制斜楔軸向運(yùn)動(dòng),使斜楔在錐體滑動(dòng)時(shí)只做徑向運(yùn)動(dòng)。在擴(kuò)徑頭縮徑發(fā)生自鎖、縮徑力增大的情況下,T型銅鍵兩側(cè)臺(tái)階面受到過(guò)大的軸向拉力而發(fā)生彎曲變形,造成T型銅鍵損壞。
拉桿與錐體內(nèi)孔的配合間隙為0.05~0.10 mm,在擴(kuò)徑過(guò)程中,錐體受壓力發(fā)生變形,且錐體內(nèi)孔和拉桿軸表面不可避免被油塵沾污,在使用過(guò)程中錐體滑動(dòng)面磨損,更換錐體時(shí),經(jīng)常出現(xiàn)拉桿與錐體內(nèi)孔黏死,難以取出,使用機(jī)械方法強(qiáng)行取出后劃傷錐體內(nèi)孔,如圖4所示。
圖4 錐體內(nèi)孔與拉桿黏死后強(qiáng)行拉出的劃傷印記Figure 4 Scratch marks by forced pulling pull rod out from cone inner hole in the condition of grinding jamming
針對(duì)擴(kuò)徑頭在使用過(guò)程中遇到的問(wèn)題,結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn),進(jìn)行裝配工藝創(chuàng)新,具體措施如下:
錐體滑動(dòng)面圖紙要求加工粗糙度Ra3.2 μm,為保證使用過(guò)程中斜楔滑動(dòng)順暢,需進(jìn)一步提高錐體和斜楔表面的光潔度,通過(guò)鉗工反復(fù)使用研磨板和研磨膏進(jìn)行研磨,粗糙度達(dá)到Ra0.8 μm。同時(shí)設(shè)計(jì)斜楔專用自動(dòng)研磨工裝,降低斜鍥粗糙度,自動(dòng)研磨裝置原理如圖5所示,實(shí)物如圖6所示,有效提高了零件表面光潔度,大大降低了錐體和斜楔之間的摩擦系數(shù),減少了錐體和斜鍥相對(duì)滑動(dòng)表面拉傷、沖擊振動(dòng)等故障[4]。
l1—曲柄長(zhǎng)度 l2—連桿長(zhǎng)度A—扇形板斜面在水平方向的尺寸C—電機(jī)軸中心線與斜面最低點(diǎn)水平間距離h—電機(jī)軸中心線與地面間的距離a—斜面最低點(diǎn)到地面的距離b—斜面最高點(diǎn)到地面的距離α—扇形板斜面與水平方向夾角圖5 自動(dòng)研磨裝置原理圖Figure 5 Principle of automatic grinding device
圖6 斜鍥的研磨工裝Figure 6 Bevel grinding tool
(1)在錐體每個(gè)棱錐面2個(gè)給油孔的基礎(chǔ)上再增加2個(gè)潤(rùn)滑孔,使擴(kuò)徑過(guò)程中潤(rùn)滑油能夠均勻噴灑在錐體和斜楔之間的摩擦面,有效減小滑動(dòng)摩擦阻力。
(2)合理選用擴(kuò)徑油,擴(kuò)徑油的粘度越高,抗疲勞磨損能力越強(qiáng)。擴(kuò)徑油粘度直接受溫度變化的影響,當(dāng)溫度升高時(shí),粘度降低,潤(rùn)滑和抗壓能力下降,擴(kuò)徑過(guò)程中選擇合適的進(jìn)給速度,并且及時(shí)冷卻擴(kuò)徑油[5]。
在T型銅鍵的背面加一塊相應(yīng)大小的鐵塊,用螺栓緊固,增加預(yù)緊力,減少T型鍵變形,增加T型鍵的強(qiáng)度,如圖7所示。
圖7 增強(qiáng)后的斜楔T型鍵Figure 7 Reinforced bevel T-shaped key
通過(guò)反復(fù)試裝,將原有拉桿和錐體間隙從0.05~0.1 mm增大至0.3~0.4 mm,將斜楔之間的防塵條長(zhǎng)度裁剪合適,避免擴(kuò)徑時(shí)脫落的氧化皮及灰塵粘黏在滑動(dòng)面上,有效解決了拉桿和錐體黏死的問(wèn)題,便于擴(kuò)徑頭后期的更換和拆裝。
擴(kuò)徑機(jī)是鋼管生產(chǎn)線上的重要設(shè)備。擴(kuò)徑頭是擴(kuò)徑機(jī)的關(guān)鍵零部件,其工作工況惡劣,通過(guò)對(duì)擴(kuò)徑頭裝配工藝的創(chuàng)新,設(shè)計(jì)專用工裝,改善擴(kuò)徑機(jī)的潤(rùn)滑系統(tǒng),減小擴(kuò)徑頭相對(duì)滑動(dòng)面的摩擦系數(shù),降低滑動(dòng)面的磨損,有效提高了擴(kuò)徑頭的使用壽命,為同類產(chǎn)品裝配積累了寶貴經(jīng)驗(yàn),結(jié)論如下:
(1)通過(guò)手工反復(fù)研磨擴(kuò)徑頭斜楔與錐體的滑動(dòng)面,降低加工面的粗糙度,有效避免工件滑動(dòng)面間的自鎖,減少了滑動(dòng)面的拉傷、零部件間的沖擊振動(dòng)等故障。
(2)根據(jù)試裝效果,在錐體每個(gè)棱錐面上再增加潤(rùn)滑孔,有效減小了滑動(dòng)摩擦阻力,提高了斜楔壽命。
(3)在滿足功能和正常使用的情況下,使用機(jī)械方法將T型鍵加固,并用螺栓緊固,增加預(yù)緊力,提高了T型鍵強(qiáng)度。
(4)試裝過(guò)程中,適當(dāng)增加拉桿與錐體內(nèi)孔的配合間隙,加長(zhǎng)防塵條,避免了內(nèi)孔黏死故障。