钢管去毛刺技术研究及专用装备设计

钢管去毛刺技术研究及专用装备设计

第一章 绪 论

1.1 课题背景

近年来，通过引进国外先进技术及对引进技术的消化吸收，我国 高频直缝焊管的生产技术装备水平不断提高， 高频直缝焊管的产品质 量和档次也有了很大的提升，产品的用途越来越广泛。对高频直缝焊 管的内外毛刺进行清除， 是生产高档次高频直缝焊管的一个重要工艺 过程和手段，对于内毛刺清除精度要求较高的产品，如果内毛刺清除 质量满足不了标准或用户要求，将无法实施批量生产。相比外毛刺的 清除工作，内毛刺的清除是一项复杂工作。在实际生产过程中的许多 因素均会影响到内毛刺清除质量， 即内毛刺清除的精度和清除过程的 稳定性。采用在线去毛刺装置，除了改善去毛刺质量，还可以提高生 产质量， 在实现钢管成型及去毛刺同步时， 也稳定了输出质量。 因此， 有必要对各种影响因素进行分析，采取相应的措施，以改善高频直缝 焊管内毛刺的清除效果和提高产品档次， 在线去毛刺装置的设计对于 提高生产质量和节约生产成本有着重要意义。

1.2 国内外发展进程

在焊管刚刚开始兴起的19 世纪40～50 年代,人们对电焊管内毛 刺的清除是没什么要求的。后来由于工业的发展, 如汽车、锅炉、石 油等行业需要比较精密的焊管, 强调要求清除焊管内毛刺, 这才开 始电焊管内毛刺清除装置的研制与开发。

20 世纪60 年代, 我国绝大部分焊管生产企业的焊管机组都是

Φ101.6 mm以下的, 到了70 年代中期才开始研制电焊管内毛刺清除 装置。 原首钢焊管厂首先开始使用固定式刀架, 先由人工调整, 将刀 架上的刀片对准需要切削的毛刺。 虽然试生产石油管已达到一个较高 的水平, 内毛刺残留高度仅为0～0.2 mm, 但由于原料、成型、焊接、 合格率等因素的影响, 还需要做进一步的研究。 后来又采用了浮动式 ( 弹簧或气动) 刀架, 如我国在20 世纪80年代初从日本引进的Φ90 mm 焊管机组就是采用了弹簧浮动式刀架。我国采用的是螺旋弹簧, 而国外采用的是板式弹簧。 这种刀架存在需要熟练工人操作, 起动动 作要慢, 弹簧必须调至合适压力等不利因素, 从而影响其进一步发 展。

当时国外的刀架由3 个部件组成, 如美国Nelson 工具公司的清 除内毛刺刀架采用了板式弹簧, 通过其支承力使刀头伸入毛刺中,

利用刀削原理刮削毛刺, 如图1.1 所示。 其优点是结构简单, 制造方 便; 其缺点是弹簧经常处于高温、 潮湿的空气以及氧化铁皮飞扬的环 境下很容易失效, 弹力消失, 刮出的毛刺常常达不到要求, 而且此 种结构仅适用于Φ171.45 mm 以下的焊管。

1—环形刀 2—环形刀支架 3—环形刀定位螺钉 4—环形刀调整螺钉5—环形 刀调整固定螺栓 6—上辊轴 7—前边上辊 8—后边上辊 9—轴定位螺钉 10—刀架支座 11—调整螺钉 12—螺钉定位销 13—随定位销转动的轴 14—随定位销转动的杆 15—底下的辊轴 16—底下的轴辊 17—轴定位螺钉 18—下降安全板 19—下降安全板调整螺栓 20—联结器轴 21—联结器标 准杆 22—轴定位螺栓23—弹簧导座枢轴 24—调整螺栓闭锁装置的嵌入物 25—调整螺栓垫片装置的嵌入物

图1.1 美国Nelson 工具公司的刀架结构分解示意 在20 世纪80 年代中期到90 年代这个推陈出新的年代, 内毛刺 清除装置的发展突飞猛进, 我国因引进了大量的国外焊管机组, 使 清除焊管内毛刺的工艺与设备也有了很大改进。刀架中的进刀、退刀 机构完全采用了液压系统, 并将刀架上的油管改成油槽开在本体上, 用盖板焊死, 减少或消除了油管被磨破而发生的事故, 比弹簧式有 了很大改进。国内与国外的刀架不同之处, 就在于进/退刀机构上, 国内的液压进/退刀采用直立式油缸, 而国外采用的是水平式油缸。 如美国Nelson 工具公司在这个时期开发的清除内毛刺刀架, 采用的 就是水平放置的油缸, 它通过凸轮斜面使刀架上升或下降,应用于Φ 171.45 mm以下焊管机组上。其构造如图1.2 所示。

1—环形刀支架 2—环形刀定位螺钉 3—环形刀 4—环形刀调整螺钉 5— 环形刀调整螺栓 6—上辊轴 7—前边上辊 8—后边上辊 9—轴定位螺钉 10－刀架支座 11－刀座支架延长部分 12－轴定位销 13－随定位销传动 的轴 14－随定位销传动的杆 15－底下的辊轴 16－底下的轴辊 17－轴 定位螺钉 18－轮子凸轮轴 19－轮子凸轮 20－（斜）凸轮 21－刀座支架 延长部分的销钉 22－刀座支架延长部分的卡环 23－活塞 24－活塞O形圈 25－连接器O形圈 26－标准联轴器 27－联轴器装配螺栓 28－卸荷螺栓 29－活塞杆密封圈 30－卸荷密封垫

图1.2 美国Nelson 工具公司新开发的刀架结构分解示意

21 世纪初，江苏徐州某钢管公司引进了Φ139.7mm、Φ73 mm 两 种规格的液压式内毛刺清除装置，用于Φ219 mm 焊管机组ERW油套管 的开发生产。 该装置的刀头为环形刀, 刀座和刀座架可在垂直方向上 相对调整, 下支承辊轮的胀缩通过液压管路在操作台上进行调整, 固定架具有沿垂直方向调整的功能, 沿中心杆轴线调整和旋转的功

能。其刀头使用寿命长, 调整方便、精确, 液压压力稳定, 大大提高 了ERW直缝焊油套管内毛刺的清除质量和焊管机组的作业率, 保证了 焊缝状态的稳定性。

生产小口径焊管时, 刀头一般固定在刀架上,刀架体积不大且重 量较轻, 升降也还方便。 随着焊管口径越来越大, 刀架也要随之增大, 这就使刀架的升降变得不太方便。 为了解决此问题而开发出双刀架结 构, 即大刀架装小刀架, 大刀架固定而小刀架升降, 如图4 所示。 这 种刀架用于我国广东、上海等地的焊管生产厂家, 适用于Φ254～ 355.6 mm ( 10～14 in) 焊管机组。其结构特点: 小刀架装在大刀架 内, 小刀架上只有2 个上支承辊轮, 1 个刀杆, 留有排屑槽; 大刀 架只用1 个下支承辊轮固定, 不升降; 用油缸驱动使固定刀杆的小 刀架进刀或退刀; 大刀架装有2个油缸; 油缸的活塞支承小刀架, 使 小刀架单独升降, 因为小刀架结构紧凑重量轻, 运动方便; 大刀架 也留有排屑槽, 与小刀架的排屑槽相对应; 大刀架前部装有1 套水 平支承辊轮来防止刀架旋转, 如图1.3 中的A 向所示; 大刀架中的 水平支承辊轮和下支承辊轮, 根据管子的尺寸、规格、品种而更换。