8.3 軋管廠精整矯直機8.3.1 精整矯直機組設備概述

軋管廠精整作業區生產線上安裝有兩臺矯直機，主要作用是對來料厚壁鋼管進行矯直，消除厚壁鋼管在軋制、運輸、熱處理和冷卻過程中產生的彎曲，使厚壁鋼管直度符合相關要求，同時起到對厚壁鋼管歸圓的作用，保證管端及厚壁鋼管外表面質量。

矯直機是由意大利1NCE公司制造的，斜輥立式2-2-2型矯直機，由計算機實現自動控制。

矯直機的結構分主機和輔助設備組成

8.3.1.1 主機設備

主機設備包括：機架、主傳動裝置、輥間距調整裝置、角度調整裝置、快開裝置、矯直輥、液壓站和控制系統等。

1 機架：由上下兩部分組成，由六根立柱支撐。均由鋼結構構成。上部裝有三套間距調整裝置、三套角度調整裝置，出口輥裝有一套快開裝置；下部安裝有三套角度調整裝置，入口、中間輥分別各安裝有一套快開裝置，中間上輥的間距調整裝置與下部的離合器由一根傳動軸連接完成矯直機的撓度調整。矯直輥安裝在六根立柱中間。

2 主傳動裝置：每臺矯直機都有兩套傳動裝置。分別用于傳動三個上輥和三個下輥，傳動裝置與軋制軸線呈30度角布置。每一套傳動裝置包括一臺電機、一臺三路減速機（減速比約1：8）、三個萬向接軸組成。

3 間距調整裝置：由調整電機帶動蝸輪蝸桿，使調整絲杠旋轉，從而帶動矯直機上轉鼓上下移動，達到調整輥間距的目的。調整中間輥撓度時，離合器閉合，傳動軸帶動上下輥同時上下移動，使撓度增加或減少。間距調整完畢后，由消除間隙液壓缸鎖緊，減少在矯直過程中上輥對絲杠的沖擊。

4 角度調整裝置：矯直機的六個輥都可進行角度調整。分別由液壓馬達帶動絲杠，使絲杠帶動轉鼓平臺在一個角度范圍內轉動。角度調整完畢后，由每個平臺上的兩個液壓鎖緊缸將平臺角度位置固定。

5 快開裝置：在入口、中間下輥和出口上輥都裝有快開液壓缸，液壓缸與轉鼓平臺相連，可使裝在平臺上的矯直輥快速閉合、打開。快開裝置有利于厚壁鋼管在矯直時順利咬入，同時可避免厚壁鋼管在矯直過程中，矯直輥對厚壁鋼管端部的碰傷。

6 矯直輥：是厚壁鋼管矯直的重要工具，由高鉻鋼為材料加工制成，根據產品大綱，用雙曲線的方法設計輥面曲線。

7 液壓站：每臺矯直機由一臺液壓站提供動力，主要用于矯直輥快開裝置、角度調整裝置和消除間隙液壓缸。

8.3.1.2 輔助設備

輔助設備包括入口升降輥道、出口升降輥道、接料勾等。

1 入口升降輥道：由七個運輸輥和U型半封閉護板組成，前四個、后三個運輸輥分別由一個液壓缸帶動連桿使其升降。輥道設置為升降形式，主要是杜絕厚壁鋼管在矯直過程中輥道對厚壁鋼管表面的劃傷。

2 出口升降輥道：由一個封閉的巷道和八個運輸輥組成，由一個液壓缸通過連桿帶動運輸輥道一起升降。封閉巷道的側面是一個由液壓缸開啟的門，用于矯直后厚壁鋼管從側門放出。

3 接料鉤：由一組L型的勾子和一個液壓缸構成，目的是接住從出口側門放出的厚壁鋼管并把厚壁鋼管放到探傷吹灰臺架上。

8.3.2 矯直機相關參數8.3.2.1 矯直輥支點距離： 2100 mm

矯直輥調整角度： 30°± 5°

矯直速度： 9 ～ 90 m/min

矯直輥輥身長度: 550 mm

矯直輥直徑: 400 mm

8.3.2.2 矯直范圍

長度： 6 至 15 m

直徑: Φ114～300mm

壁厚: 4.58 ～ 40 mm

8.3.2.3 主傳動電機: 　　　　 2 臺 200 KW 直流最大1200 rpm8.3.3 矯直原理

矯直作用主要是通過一對向上調節的中間輥來得到的，由此產生管子的縱向反復彎曲，與此同時，每對矯直輥還對厚壁鋼管施加一定的壓力，使厚壁鋼管橫截面發生橢圓變形；這種橢圓變形、彎曲變形疊加，促使厚壁鋼管在變形過程中有一個拉得比較開的塑性變形范圍。矯直過程中，管子的每個橫截面在這一塑性范圍內連續多次地橫向來回彎曲，同時彎曲變形逐漸減小，達到厚壁鋼管被矯直的效果。

8.3.3.1 冷變形是軟化過程小，硬化過程很強的變形過程。

冷變形的溫度范圍是其熔點絕對溫度0.25倍以下，基本是在室溫下完成的。由于溫度低于0.25T熔時發生恢復很小，硬化在整個塑性變形過程中主導作用，因而冷變形時金屬抗力指標隨著所承受的變形程度的增加而持續上升。塑性指標則隨著變形程度增加而逐漸下降，表現出明顯的硬化現象，當積累的冷變形量過大時，在金屬達到所要求的形狀和尺寸以前，將因塑性變形能力的“耗盡”而產生破斷。因此，材料的冷變形工作一般要進行多次，每次只能根據材料本身的性質及具體的工藝條件完成一定數值的總變形量，而且各次冷變形中間，需要將硬化了的、不能繼續變形的坯料進行退火以恢復塑性。

冷變形的優點是所得到的制品表面光潔、尺寸精確、形狀規整。恰當選擇冷變形—退火循環時，可以得出具有任意硬度的產品。這是熱變形很難實現的。

8.3.3.2 關于包辛格效應：

多晶體金屬在受到反復交變的載荷作用時，出現塑性變形抗力降低的現象，稱包辛格效應。

圖8-8 包辛格效應

如圖8-8，顯示包辛格效應時，所得到的應力變形曲線的例子，拉伸時材料的原始屈服應力在A點，若對此材料進行壓縮時，其屈服應力也與它相近（在點線的B點），以同樣的試樣使其受載荷超過A點而至C點，卸載后將沿CD線返回至D，若在此時對它施以壓縮負荷，則開始塑性變形將在E點，E點的應力明顯地比原來受壓縮材料在B點屈服應力低，這個效應是可逆的，若原試樣經塑性壓縮再拉伸時，同樣發生屈服應力降低的現象。

實際上，當連續變形是以異號應力來交替進行時，可降低金屬的變形抗力，用同一符號的應力而有間隙地連續變形時，則變形抗力連續地增加。

(包辛格效應僅在塑性變形不太大時才出現。如黃銅是在給予4%以下的塑性變形時才出現明顯的包辛格效應，對于硬鋁則小于0.7%。)

8.3.3.3 在厚壁鋼管矯直的過程中，它的變形有軸向變形和徑向變形，但是它的變形是復雜的。

1 縱向彎曲分析：

縱向彎曲矯直是使厚壁鋼管產生與彎曲相反方向的塑性變形來達到矯直彎曲的目的，而不彎曲的管子斷面只產生彈性變形，塑性變形區占支撐距的40%長度。

2 橫向壓扁效應：

橫向壓扁及通過疊加橢圓壓扁變形來達到矯直的目的。在矯直截面中產生如圖8-9中BCDE的塑性區。這對矯直效果是非常重要的，因為彎曲矯直不能使截面全部為塑性區，利用壓扁變形來補償。另外，對局部彎曲、管端彎曲、縱向彎曲矯直效果很差，必須是縱向彎曲和壓扁的共同作用才能達到滿意的矯直效果。（注：提高厚壁鋼管壁厚精度可提高厚壁鋼管的抗壓

圖8-9 變形原理圖

潰性能，矯直時，厚壁鋼管壓扁會在厚壁鋼管中產生交變的切向應力，由于包辛格效應和殘余應力的作用而使厚壁鋼管強度降低。因此厚壁鋼管的矯直要嚴格控制厚壁鋼管的壓扁量。）

3 螺旋接觸帶：

矯直時厚壁鋼管螺旋前進，厚壁鋼管與矯直輥的螺旋接觸帶必須沿厚壁鋼管全長覆蓋。如圖8-10，必須建立螺旋接觸帶與矯直輥傾角、矯直輥數量和矯直輥間距等的關系，使厚壁鋼管每一斷面均受到壓扁產生橢圓效應，得到矯直效果。

圖8-10 矯直原理圖

對于對向布置的六輥矯直機它除利用彎曲矯直（通過提高中間下輥高度）外，在上下兩個矯直輥之間還給予一個徑向壓力。如果設兩端矯直輥的距離為L，則在L的范圍內，包括彈性變形區和塑性變形區兩部分。一般情況下，塑性變形區為L的40%，即厚壁鋼管沿COD曲線彎曲。如圖所示。但是CA和BD部分的厚壁鋼管處于彈性變形區，所以厚壁鋼管沒有得到任何矯直，只有在AOB范圍內，厚壁鋼管由于發生塑性變形而得到矯直，而在O點的變形量最大，應該在此點（即中間輥）給厚壁鋼管一個與它的原始曲率相同或稍大一點的彎曲曲率，使厚壁鋼管得以矯直。

根據下式計算壓下量和撓度值

壓下量計算公式：

D-S

C= --------------- ×100%

D

式中：C　—　壓扁度,一般取C=0.5～1%；

D　—　厚壁鋼管直徑；

S　—　矯直時輥縫。

撓度計算公式：

σs·L2

f = ---------------

E·D·K

式中：F　—　撓度（中間輥偏移量）；

σs　—　厚壁鋼管屈服強度；

L　—　矯直輥輥距；

E　—　厚壁鋼管彈性模量；

D　—　厚壁鋼管直徑；

K　—　系數，一般取20～50（隨壓扁度C變動）。

8.3.4 矯直機的矯直過程及工藝控制要點8.3.4.1 厚壁鋼管的矯直過程

1 厚壁鋼管由上游輥道進入矯直機入口輥道。

2 當厚壁鋼管頭部被入口輥道中間位置傳感元件感應到時，輥道減速。

3 當厚壁鋼管頭部被入口輥道末端位置傳感元件感應到時，入口輥道第一段下落，入口快開缸閉合延時開始計時。

4 管頭進入入口矯直輥中間位置時，入口快開缸閉合，厚壁鋼管被咬入，同時入口第二段輥道下落。

5 通過快開缸延時的設定，管頭進入中間輥和出口輥中間位置時，中間輥、出口輥快開缸相繼閉合，厚壁鋼管進入矯直過程。

6 當管尾離開入口輥道中間位置傳感元件時，入口輥道第一段上升。

7 當管尾離開入口輥道末端位置傳感元件時，入口輥道第二段上升，同時通過快開缸延時的設定，管尾到達入口輥、中間輥和出口輥中間位置時，入口輥、中間輥、出口輥快開缸相繼打開。

8 出口輥道上升，厚壁鋼管被運送到出口輥道末端擋板處。

9 出口輥道下降，通道側門打開，厚壁鋼管靠重力滾到L型接料勾上。

10 接料勾下落，厚壁鋼管滾到吹灰臺架上，對厚壁鋼管內表面氧化鐵皮進行吹掃。

8.3.4.2 工藝控制要點

1 輥間距調整：

輥間距= 厚壁鋼管外徑 - 壓下量

壓下量= 厚壁鋼管外徑ⅹ 壓下率

壓下率根據表8-3選擇

表8-3

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