劉海春，孫念光，李東鋒，李會玲，郭 恒，閻善武

（1.揚州誠德鋼管有限公司，江蘇 揚州 225211；2.陜西多倫科技發(fā)展有限公司，陜西 西安 710072）

隨著CNG（天然氣）汽車在我國的推廣和應用，對大尺寸氣瓶的需求量越來越大［1-3］。2011年陜西多倫科技發(fā)展有限公司（簡稱多倫科技）為江蘇一家用戶提供了一臺CP950大型數(shù)控熱旋壓機，該熱旋壓機已經(jīng)成功制造最大直徑914 mm、最大長度12 m、壁厚30 mm的高壓氣瓶。現(xiàn)對CP950大型數(shù)控熱旋壓機的成型過程及技術(shù)特點進行介紹。

1 成形工藝過程

CP950大型數(shù)控熱旋壓機加工氣瓶的工藝路線為：將12 m長管料吊裝到托料支架上（近主軸側(cè)為固定送料裝置，遠主軸側(cè)為移動送料裝置），可移動尾架裝置帶動移動送料裝置在床身上前行，把管料送入設備主軸孔內(nèi)（移動尾架上驅(qū)動電機帶有旋轉(zhuǎn)編碼器，可以精確控制管料的送料尺寸）；送料完畢，主軸上的前夾緊裝置夾緊管料，中頻爐體前伸，開始對管料端部進行加熱（加熱過程中，主電機通過主軸帶動管料進行低速旋轉(zhuǎn)），加熱到可鍛溫度時，主電機帶動管料高速旋轉(zhuǎn)，旋輪開始工作。

CP950大型數(shù)控熱旋壓機為雙旋輪結(jié)構(gòu)，有別于傳統(tǒng)熱旋壓機的單旋輪設計［4-5］。單旋輪和雙旋輪熱旋壓收口工藝如圖1所示。傳統(tǒng)熱旋壓收口工藝單旋輪的運動軌跡為：旋輪以瓶坯軸線的點為圓心進行設定角度的旋轉(zhuǎn)運動，每轉(zhuǎn)動一次旋輪沿軸線向后移動一定的距離，使得旋輪下次旋轉(zhuǎn)時的起始位置不一樣，進而形成了XY向的復合運動。雙旋輪運動軌跡借助數(shù)控技術(shù)直接擬合氣瓶的成形曲線進行多道次復合成形，比傳統(tǒng)工藝更容易控制氣瓶的收口直線段長度L。在旋壓過程中，前旋輪進行旋壓成形的同時，后旋輪回退到初始工位，可以保證收口過程始終有旋輪進行旋壓加工，從而提高了旋壓效率［6-8］。

圖1 單旋輪和雙旋輪熱旋壓收口工藝

2 主要結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)

2.1 主要結(jié)構(gòu)

CP950大型數(shù)控熱旋壓機主要由機械、電氣和液壓3部分組成，其機械結(jié)構(gòu)如圖2所示。機械部分主要由主軸箱、前橫向移動系統(tǒng)、前縱向移動系統(tǒng)、前旋輪、后橫向移動系統(tǒng)、后縱向移動系統(tǒng)、后旋輪、前夾緊裝置、后夾緊裝置、尾架裝置、床身、移動送料裝置和固定送料裝置組成。

圖2 CP950大型數(shù)控熱旋壓機機械結(jié)構(gòu)示意

主軸驅(qū)動采用直流調(diào)速，電氣控制系統(tǒng)采用西門子840D，很好地實現(xiàn)了多軸數(shù)控成形，控制精度較高，性能穩(wěn)定可靠。液壓系統(tǒng)采由恒壓泵-蓄能器組成的恒壓系統(tǒng)，采用比例伺服閥及位移傳感器實現(xiàn)了旋壓輪運動軌跡的速度及位置死循環(huán)控制。

2.2 技術(shù)參數(shù)

CP950大型數(shù)控熱旋壓機的主要技術(shù)參數(shù)如下。

管料直徑 500~950 mm

管料壁厚 40 mm（最大）

管料長度 3 000~12 500 mm

主要加工材料 合金鋼30CrMo、鋁合金6061

設備中心高 1 200 mm

前、后橫向送進系統(tǒng)行程 700 mm

前、后縱向送進系統(tǒng)行程 500 mm

前、后橫向送進力 1 300 MN（最大）

前、后縱向送進力 1 500 MN（最大）

主電機功率 1 050 kW

主軸轉(zhuǎn)速 10~200 r/min

3 主要技術(shù)特點

（1）主軸結(jié)構(gòu)經(jīng)過力學分析和機構(gòu)計算，F(xiàn)EM有限元優(yōu)化，強度和剛度高。采用優(yōu)化的軸承系支撐，可以在高轉(zhuǎn)速下承受大的扭矩和旋壓力［9］。

（2）主軸傳動系統(tǒng)采用直流調(diào)速，使管料旋轉(zhuǎn)速度無級可調(diào)，以保證管料在中頻加熱后期低速轉(zhuǎn)動、在旋壓成形過程高速轉(zhuǎn)動的工藝要求。

（3）管料加熱均勻，所需的旋壓成形力小，成型時間短，效率高。

（4）床身、主軸箱和旋輪座剛度好，減小了設備運行時的彈性變形和振動。

（5）送進系統(tǒng)采用了先進的比例伺服閥及進口MTS伸縮磁質(zhì)伸縮位移傳感器進行旋輪位置的死循環(huán)控制，將氣瓶瓶口的外徑公差控制在±1 mm以內(nèi)。

（6）采用雙旋輪工藝和先進的數(shù)控技術(shù)，在保證氣瓶成形質(zhì)量的同時提高了生產(chǎn)效率。

（7）針對不同長度管料的上下料工況，采用V型面結(jié)構(gòu)移動送料裝置和托料輥結(jié)構(gòu)的固定送料裝置，避免了傳統(tǒng)的主動輥送料易出現(xiàn)的管料打滑現(xiàn)象。同時，具有內(nèi)置檢測裝置的液壓馬達經(jīng)齒輪齒條結(jié)構(gòu)驅(qū)動移動送料裝置，提高了送料定位精度，進而保證氣瓶的整體長度尺寸［10］。

（8）液壓夾緊裝置設計為五等分大包卡爪，減小了管料的夾緊變形量。在卡爪夾持面上增加了鋸齒槽以增大摩擦因數(shù)，解決了成形過程中的管料打滑、夾不緊現(xiàn)象，提高了設備的可靠性。

圖3 Φ914 mm高壓氣瓶產(chǎn)品

4 結(jié) 論

（1）多倫科技設計的CP950大型數(shù)控熱旋壓機，可以加工最大Φ950 mm氣瓶；目前已成功生產(chǎn)出Φ914 mm CNG高壓氣瓶，較之前的Φ560 mm高壓氣瓶，大大提高了氣瓶的容量［11-13］。Φ914 mm高壓氣瓶產(chǎn)品如圖3所示。

（2）采用雙旋輪工藝和先進的數(shù)控技術(shù)，在保證氣瓶成形質(zhì)量的同時提高了生產(chǎn)效率。

（3）該設備高度集成的液壓控制系統(tǒng)減少了設備的配管數(shù)量和泄漏點。

（4）主機機械結(jié)構(gòu)的剛度好，提高了瓶口的外形尺寸精度，新型的夾緊機構(gòu)提高了設備的可靠性。

［1］陳適先，賈文鐸，曹庚順，等.強力旋壓工藝與設備［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1986.

［2］趙云豪，李彥利.旋壓技術(shù)與應用［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2008.