钢管减径技术发展历史及工序质量控制.ppt
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1、中文版幻灯片演示主题,部门名称,钢管减径技术发展历史及工序质量控制方 平,第一部分:有关钢管定(减)径几个名称的解释第二部分:钢管减径技术的发展历史及现状第三部分:钢管减径机的孔型设计及工艺计算第四部分:钢管减径工序的质量控制,第一部分有关钢管定(减)径几个名称的解释,第二部分 钢管减径技术的发展历史及现状,一、钢管减径技术的早期发展,时间:20世纪四、五十年代解决的问题:、减径机的应用范围;、减壁量与减径量之间的关系;、两端增厚问题;、减径机后切断钢管的方法;、减径机的型式和传动的方式。,、减径机的应用范围 将减径机的应用范围从焊管生产机组扩展到了无缝钢管生产机组。、减壁量与减径量之间的关系
2、,、两端增厚问题 总结推导出了许多切头长度计算的经验公式,其中机架间距和机架数目对切头长度具有决定性的影响。、减径机后切断钢管的方法几台锯同时切,几台锯相互之间的距离等于锯断钢管的长度,然后再上冷床冷却;采用圆盘锯成排锯切;采用飞锯。,、减径机的型式和传动的方式 美国 欧洲减径机的型式 二辊式 三辊式传动的方式单独电机传动集中差动传动,钢管减径的优点、电焊钢管机组配减径机可以大大提高小直径钢管的产量;可以减少调整成型机和电焊机的次数;可以减少所需要的坯料规格。由于电焊钢管机组上可以生产很长很长的钢管,减径机后面的飞锯技术也很成熟,因此在减径机同电焊机组联合生产的情况下,切头损失是很小的。、无缝
3、钢管轧机配减径机可以使无缝钢管轧机直接生产小直径(50mm以下)热轧管,以前只能采用冷拔方法生产;大大提高较小规格钢管的产量,特别是一些石油工业用的油管和输送管;可以大大简化穿孔机和轧管机的调整,提高生产效率。,二、钢管减径技术的近代发展,时间:20世纪八、九十年代解决的问题:传动系统方面的发展;工艺控制系统和工艺自动化系统(CARTA)的发展;在线测量系统的发展。,传动系统方面的发展在传动系统方面,在传统的单独传动和集中传动两种极端形式之间,增加了多种组合形式:集中差速传动和单独传动组合,INNSE;两套集中差速传动串联的(89分厂),MEER;三电机组传动(一个主电机,二个迭加电机)的;K
4、OCKS。,工艺控制系统和工艺自动化系统(CARTA),CARTA工艺系统主要有三部分组成:工艺计划系统、工艺过程管理系统、工艺质量保证管理系统通过工艺计划系统,能使轧机和轧制工具达到最佳化的基本调整;通过工艺过程管理系统,能使生产中所有的轧制过程全部保持良好的轧制状态;通过工艺质量保证管理系统,能够记录生产中每根钢管的有关数据并输送给工艺检测系统进行分析评定。通过上位计算机与每个单机上的子程序进行数据连接和工艺联网,进行各种工艺检测。,工艺计划和工艺最佳化,工艺过程控制系统,减径机CARTA系统的主要功能,管端控制系统(CEC),管端增厚的原因,钢管减径过程中咬入和抛钢阶段的张力变化,钢管前
5、后两端的增厚情况,CEC控制时张力变化图,采用CEC的效果,采用CEC的效果,减径机CARTA系统的主要功能,平均壁厚控制系统(WTCA),减径机CARTA系统的主要功能,局部壁厚控制系统(WTCL),减径机CARTA系统的主要功能,钢管长度控制系统(TLC),减径机CARTA系统的主要功能,出口速度控制系统(ESC),工艺质量保证系统,通过工艺质量保证系统,能将每根钢管的工艺过程数据尤其是与质量有关的数据制成文件并且保存起来。这些信息文件存放在工艺系统的数据库里,可随时调用。根据这些记录可以了解任何一根钢管的生产数据,这些记录可以说是生产工艺证书。质量保证系统一般安装在工艺自动化系统中,成为
6、一体。整个生产过程中。工艺计算和数据收集都是自动化进行的。每根钢管常保存的数据有:测量值传感信号电机额定转速值,实际转速值,电流操作输入数据轧制程序数据计算结果故障报警信号和报警提示同其它功能系统联网的文件,工艺质量保证系统,工艺质量保证系统,利用工艺方法可以对各种数据进行处理和计算,并达到以下目的:改正测量误差监控物料跟踪系统分析评估各种轧制缺陷促使生产过程最佳化评估产品质量确定产生尺寸偏差的原因,在线测量系统的发展前面所说的CARTA控制系统是以在线测量系统为基础的,测量结果越准确,控制系统的效果就越明显。89分厂采用的单通道射线测厚、340分厂采用的是激光测厚。很遗憾,由于这两种测后均不
7、能精确、全面地反映钢管的实际壁厚状况,所以,我公司一直未能将WTCA和WTCL发挥效用。,21世纪的新型减径机,新型减径机的优点,它采用外传动机架,充分发挥了外传动机架的整体优势,但又避开了传统外传动机架减径机所采用的既庞大又复杂的主传动系统。钢管减径机机架的传动方式一般分为外传动和内传动两种。外传动的机架中,轧辊的转动是靠从机架外部单个输入动力的,机架内只装三个轧辊和支撑轧辊的轴承,传动伞齿轮安装在庞大的C型主机座内。在内传动机架中,机架中的轧辊传动是在机架内部通过两对伞齿轮集体传动的,整个机架的传动是从一根轴上输入的。,外传动机架图,内传动机架图,对比这两种传动型式后就不难看出,外传动机架
8、具有非常明显的优点:外传动机架有利于缩小机架间距和提高机架强度,缩小机架间距意味着可缩短减径后的增厚端长度,从而减少切头损失,提高金属成材率。因为在内传动机架中,驱动轧辊的伞齿轮是装在机架的三根轴上的,由于位置上的限制,螺旋伞齿轮外径要比轧辊轮缘直径小,为了保证伞齿轮和轴承有足够的强度来传递扭矩,则必须适当加大轧辊直径,轧辊直径的加大,机架间距自然也跟着加大了。外传动机架由于机架内部结构简单,所以机架的换辊、拆装和维护就比较简便,能适应减径机频繁换辊的需要,同时还能保证轧辊装配的精确度,减少备用机架的制造工作量和装配工作量。外传动机架中没有螺旋伞齿轮,因而机架的重量、价格比内传动机架要低很多,
9、这就意味着其运行成本更合算。外传动机架上有足够的空间使各类零件的尺寸可以适当放大,因而相同材质的零件,外传动有更高的强度。,传统的外传动机架的减径机,无论是采用集中差速传动,还是单个机架独立传动,由于绕不开螺旋伞齿轮,所以它的C型主机座就做得很复杂,设备重量比内传动机架的减径机重量要增加10%左右。而新型的外传动减径机,由于采用一个轧辊一个电机的传动方式,因而避开了螺旋伞齿轮带来的一系列问题,C型主机座就大大简化了。,新型减径机的优点,2、它由于是一个轧辊一个电机通过减速箱传动,数量上看电机数量和减速箱数量都有所增加,但型号种类不多,大小级别上也比较小,备件准备及资金占用很少。尤其是和集中传动
10、的减径机相比,它消除了由于大电机和大减速箱故障而造成的长时间停产。3、内传动机架的减径机以及传统的外传动减径机生产时,如果机架中的某个轧辊发生故障,控制系统是无从发现的,往往要形成了批量的质量缺陷后才被人们发现,而这种新型的减径机,可以通过电流的异常,及时发现这类故障,而且能准确无误地判断出哪个机架的哪个轧辊出现了问题,从而避免批量性的质量缺陷产生。,提高轧辊寿命的技术,可调式机架硬质合金轧辊的应用,第三部分 钢管减径机的孔型设计及工艺计算,孔型设计和工艺计算是钢管减径的核心技术。在减径机的设计制造阶段,它是减径机设计、制造的原始依据;在减径机投入生产以后,它是保证减径机生产稳顺、提高产品质量
11、、降低金属消耗、简化生产组织、节约备品备件资金的重要手段和工具。孔型设计主要包括三个方面内容:减径量分配、孔型型式的选择、孔型的加工。工艺计算则包括:变形量的分配、传动速度的确定和调整、力能参数的计算和轧机负荷校核、增厚端长度计算等。,工艺计算是从变形原理出发,,根据已经确定的各机架的减径量和孔型尺寸,求解出各个机架中的壁厚变形量以及延伸系数,进入计算出各个机架的轧辊转速、所需的轧制力和轧制力矩,然后根据减速箱系统的减速比,转化为传动电机的转速和功率。根据钢管头部依次进入和尾部依次离开各个机架时的张力变化情况,计算出钢管头尾增厚的厚度和增厚的长度。最后将计算结果通过控制系统对减径机进行控制和调
12、整。由于工艺计算比较理论化,也相当繁杂,这里就不做详细展开讲了。,减径机的孔型设计减径量分配,减径量分配是减径机孔型设计的第一步。对改善钢管质量、减少轧辊磨损、均衡各机架负荷、充分发挥轧机的减径能力等影响极大。所谓减径量分配就是根据总的减径量来确定单个机架的减径量。从经济观点出发,采用大的单机架减径量可以减少达到一定的总减径量所需要的机架数量。对于一条新上的生产线而言,选择的单机架减径量的大小就意味着选择了减径机是16架、18架还是20架。对于使用中的减径机,单机架减径量的增加又受到设备能力、产品质量等各种因素的限制,尤其是盲目增大单机架减径量,虽然可以扩大产品的规格范围,但势必对设备造成极大
13、的损害。减径量的表述有相对减径量和绝对减径量两个概念。习惯上用相对减径量(如6.5%)来表述减径系列,但往容易忽视绝对减径量,而事实上绝对减径量的大小对钢管能否顺利咬入以及减径机负荷的影响更直接。,减径机的孔型设计减径量分配,减径机的孔型设计减径量分配,将产品大纲分解成减径系列,减径机的孔型设计减径量分配,世界上采用过或正在采用的减径量分配方法大致有四种:以单个机架的绝对减径量为常数进行分配;按单个机架的绝对减径量递减而相对减径量递增的方式进行分配;以单个机架的相对减径量为常数进行分配;以单个机架的相对减径量为递减进行分配。,减径机的孔型设计孔型形状选择,三辊张力减径过程示意图,减径机的孔型设
14、计孔型形状选择,表示孔型尺寸的参数有长半轴(a)短半轴(b)孔型椭圆度()孔型的平均直径(D)尺寸关系是:=a/bD=a+b。,减径机的孔型设计孔型形状选择,经验公式法需要注意的是:必须根据所要生产的钢管壁厚来选择。如果主要用途是生产厚壁管,那么选择的椭圆度就不能太大,选大了,内六方就不可避免了;如果主要用途是生产薄壁管,那么选择的椭圆度就不能太小,选小了,钢管容易挤入辊缝。如果轧辊边沿进行了精心倒圆,则这样挤出来的金属在下一个机架中会轧回到钢管中,仅有一小痕迹残留在钢管表面;如果在辊缝挤出来的金属过度的话,下一机架轧制就可能导致钢管外表面折叠(常见的“拉丝”)这样轧出的钢管就只有报废了。,减
15、径机的孔型设计孔型形状选择,钢管减径过程中的两大缺陷厚壁管的内六方薄壁厚管的外表“青线”,减径机的孔型设计孔型形状选择,钢管在机架中变形的两种状况:,减径机的孔型设计孔型形状选择,“圆孔型”设计理论:钢管之所以产生内六方,是因为在每一个机架中,钢管接触轧辊的时间有前有后,从接触轧辊开始到离开轧辊的接触弧有长有短,造成了钢管受力状况的差异,从而导致钢管壁厚的不均匀变形。只要设计的孔型能保证每一个机架中钢管与轧辊的接触弧长度差异最小,就可以避免钢管壁厚的不均匀变形,从而消除内六方。,减径机的孔型设计孔型形状,“圆孔型”与普通椭圆孔型中,沿孔型宽度方向,钢管与轧辊接触弧长度差异对比:,减径机的孔型设
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