大口徑無縫鋼瓶雙輪旋壓機(jī)

郭 恒 張劍楠

(揚(yáng)州誠(chéng)德鋼管有限公司，揚(yáng)州 225215)

大口徑無縫鋼瓶雙輪旋壓機(jī)

郭 恒 張劍楠

(揚(yáng)州誠(chéng)德鋼管有限公司，揚(yáng)州 225215)

本文介紹了一種生產(chǎn)大口徑無縫鋼瓶的雙輪旋壓機(jī)，該設(shè)備最大加工外徑可達(dá)Φ950mm，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外在此項(xiàng)技術(shù)和工藝領(lǐng)域的空白。該旋壓機(jī)生產(chǎn)的Φ914無縫高壓氣瓶已成功運(yùn)用到CNG站用儲(chǔ)氣領(lǐng)域和車載運(yùn)輸領(lǐng)域，與傳統(tǒng)氣瓶相比，大大提高了儲(chǔ)氣容積和氣瓶的容重比，減少了連接管路和泄漏點(diǎn)，具有良好的市場(chǎng)前景。

雙輪旋壓機(jī) Φ914無縫氣瓶 CNG氣瓶

本設(shè)備采用高度集成的液壓控制系統(tǒng)，在旋壓工藝上做了改進(jìn)，大大提高了氣瓶外徑和壁厚的加工范圍，對(duì)引領(lǐng)未來無縫氣瓶的生產(chǎn)趨勢(shì)和旋壓設(shè)備的改進(jìn)發(fā)展均有重大意義。

1 主要結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)

1.1 主要結(jié)構(gòu)

本旋壓機(jī)主要以機(jī)械設(shè)備為主體，采用PLC程序和液壓系統(tǒng)來控制、驅(qū)動(dòng)主設(shè)備和旋壓過程。機(jī)械部分主要包括：中頻加熱裝置，前橫、縱向進(jìn)給裝置，后橫、縱向進(jìn)給裝置，前、后旋輪，主軸箱，前、后夾緊裝置，固定托料裝置，移動(dòng)脫料裝置，尾座小車和床身，具體結(jié)構(gòu)見圖1。

驅(qū)動(dòng)裝置包括主電機(jī)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)兩部分。主軸驅(qū)動(dòng)采用直流調(diào)速，液壓系統(tǒng)采用恒壓泵-蓄能器組成的恒壓系統(tǒng)，通過PLC程序執(zhí)行旋輪的運(yùn)行軌跡，采用比例伺服閥及位移傳感器對(duì)旋輪多軸運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行有效控制，使旋輪軌跡的運(yùn)行精度理論可達(dá)0.1mm。

1.2 技術(shù)參數(shù)

本旋壓機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)為：主電機(jī)功率：1050KW；主軸轉(zhuǎn)速：10～200r/min；前、后橫向進(jìn)給系統(tǒng)行程：750mm；前、后縱向進(jìn)給系統(tǒng)形成：620mm；前、后橫向進(jìn)給力：max150T；前、后縱向進(jìn)給力：max180T；管坯外徑：Φ450～Φ950mm；管坯壁厚：20～45mm；管坯長(zhǎng)度：2000～13000mm；主要加工材料：4130X（30CrMo或SA372）。

2 旋壓機(jī)工作原理

本旋壓機(jī)的主要工藝流程包括：將管坯吊裝至固定托料裝置和移動(dòng)脫料裝置上，張開前、后夾緊裝置的卡爪，用后卡爪夾緊鋼管一端后，安裝在尾座小車上的液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)齒輪沿著安裝在床身上的齒條運(yùn)行，將管坯送入主軸箱至加工長(zhǎng)度（移動(dòng)尾架上驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶有旋轉(zhuǎn)編碼器，可以較好的控制管坯的送料尺寸）后，夾緊前卡爪并鎖定尾座小車（防止鋼管軸向躥動(dòng)）；檢查完畢后，將中頻加熱爐前伸，對(duì)管坯進(jìn)行加熱（加熱過程中主電機(jī)帶動(dòng)管坯進(jìn)行低速轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證加熱的均勻性），待加熱到指定溫度后，退出中頻爐，提高主軸轉(zhuǎn)速，并執(zhí)行旋壓程序。

圖1 雙輪旋壓機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

本旋壓機(jī)最主要的特點(diǎn)是采用雙旋輪壓（單雙旋輪壓比較見圖2）。傳統(tǒng)旋壓工藝為：旋輪以管坯中心線和總送進(jìn)量的交點(diǎn)為固定圓心，進(jìn)行設(shè)定角度的旋壓運(yùn)動(dòng)，每執(zhí)行一次旋壓過程，旋輪沿軸向移動(dòng)一定的距離（單道次送進(jìn)量），進(jìn)而形成X/Y向的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。雙輪旋壓采用X/Y向同時(shí)進(jìn)給的方式，直接擬合氣瓶的成形曲線，以旋輪起旋位置所在徑向線和管坯軸線的交點(diǎn)為圓心，進(jìn)行雙旋輪交替式多道次旋壓，每次旋壓后旋輪均沿軸向移動(dòng)一定的距離（旋壓軌跡的圓心隨之移動(dòng)），以給定送進(jìn)量。旋壓過程中，前（后）旋輪進(jìn)行旋壓成形的同時(shí)，后（前）旋輪回到下一道次的起始位，從而保證旋壓效率。

3 主要技術(shù)特點(diǎn)

第一，加工直徑可達(dá)Φ950mm，大大提高了單只氣瓶的有效容量，在相同儲(chǔ)氣量的前提下，較少的氣瓶數(shù)量，可有效減少氣瓶間聯(lián)接管道和閥門的使用量，減少附件使用成本，同時(shí)也減少了泄漏點(diǎn)。尤其對(duì)容重比要求較高的車載氣瓶而言，大容積更是一種未來的趨勢(shì)。第二，采用雙旋輪工藝和先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)，在保證氣瓶成形質(zhì)量的同時(shí)，提高生產(chǎn)效率。第三，主軸傳動(dòng)采用直流調(diào)速，使管坯旋轉(zhuǎn)速度無級(jí)可調(diào)。第四，進(jìn)給系統(tǒng)采用比例伺服閥及進(jìn)口MTS伸縮磁質(zhì)位移傳感器進(jìn)行旋輪軌跡控制，使X/Y向同步公差和氣瓶瓶口外徑公差控制在±1mm。第五，可通過提高主軸轉(zhuǎn)速和降低旋輪進(jìn)給速度兩種方式來控制氣瓶旋壓表面的粗糙度。第六，可通過改變送進(jìn)量和旋輪運(yùn)行軌跡的方式，控制氣瓶瓶口的加工長(zhǎng)度。第七，前、后夾緊裝置設(shè)計(jì)為五等分，減小了對(duì)管坯的夾緊變形量；前卡爪采用五爪分別驅(qū)動(dòng)，克服了因鋼管失圓造成的單個(gè)卡爪夾不緊的問題。

4 研究成果

圖2 單、雙旋輪壓工藝比較

圖3 ?914產(chǎn)品圖

作為首臺(tái)生產(chǎn)Ф914氣瓶的雙輪旋壓機(jī)，揚(yáng)州誠(chéng)德鋼管有限公司填補(bǔ)了此項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域的空白。自2008年提出研發(fā)Ф914無縫氣瓶至今，已取得相關(guān)專利4項(xiàng)，制定了經(jīng)國(guó)家容標(biāo)委備案的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一冊(cè)，取得了A1壓力容器制造許可證；并于2014年12月獲得法國(guó)國(guó)際檢疫局（BV）資質(zhì)（第三方權(quán)威資質(zhì)）認(rèn)可，中試產(chǎn)品出口到印度尼西亞，經(jīng)印度尼西亞石油公司試用評(píng)價(jià)滿意，并提出批量采購(gòu)要求；2015年10月，Ф914氣瓶產(chǎn)品通過ASME的U和U2鋼印標(biāo)記認(rèn)證，并與美國(guó)鐵路推進(jìn)系統(tǒng)公司達(dá)成了合作開發(fā)意向。Ф914產(chǎn)品如圖3所示。

5 結(jié)論

（1）該設(shè)備是目前國(guó)內(nèi)第一臺(tái)可以加工最大外徑Ф950mm氣瓶的雙輪旋壓機(jī)，已成功生產(chǎn)出的Ф914mm無縫氣瓶，填補(bǔ)了此項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域的空白，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

（2）采用的雙旋輪旋壓工藝和先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)，顛覆了傳統(tǒng)單旋輪旋壓的觀念，并提高了生產(chǎn)效率，促進(jìn)了旋壓機(jī)技術(shù)的創(chuàng)新，對(duì)更大口徑氣瓶的研發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義。

[1]趙云豪，李彥利.旋壓技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[2]張濤，賈英輝，時(shí)海芳，等.無縫氣瓶收口熱旋壓成形過程的數(shù)值模擬及分析[J].鍛壓技術(shù)，2011，（6）：58-61.

Large Diameter Seamless Cylinder Double Wheels Spinning Machine

GUO Heng，ZHANG Jian nan
（Yangzhou Chengde Steel Tube Co., Ltd., Yangzhou 225215）

The paper introduces a double wheels spinning machine for producing large diameter se amless c ylinder. The spinning machine can product cylinder maximum diameter up to Φ950mm, and fill the blanks at home and abroad in the field about technology and process. The Φ914 hi gh pressure se amless cylinder product by this machine has been successfully applied to the field of CNG stations and vehicle trans portation. Com pared with the traditional gas cylinders, this Φ914 cylinder has a great market prospect for greatly improving the storage volume and volumeweight ratio, reducing the connection pipe and leaking point.

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