楊陽 徐敏 趙婧 鄭偉

摘 要：針對目前不銹鋼金屬鋼管拋光質(zhì)量不穩(wěn)定、拋光效率低、加蠟不均勻等問題，提出了針對方管和圓管的噴蠟拋光及控制方案，設計了自動加蠟機構(gòu)及控制系統(tǒng)，并增加了對液態(tài)蠟余量的監(jiān)測裝置，同時運用了自動加蠟技術保證整個系統(tǒng)的流暢運行。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)設計不僅提高了拋光質(zhì)量和生產(chǎn)效率，并且在改善了工作環(huán)境的同時還減輕了工作人員的工作強度，滿足了系統(tǒng)設計要求。

關鍵詞：不銹鋼金屬管；液態(tài)噴蠟；拋光；加熱

中圖分類號：TG662 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）01-0094-03

Abstract： In order to solve the problems of unstable polishing quality， low polishing efficiency and uneven waxing of stainless steel tubes， the control scheme of wax spraying for square and round pipes was put forward， and the automatic waxing mechanism and control system were designed. At the same time， the automatic wax feeding technology is used to ensure the smooth operation of the whole system. The experimental results show that the system design not only improves the polishing quality and production efficiency， but also improves the working environment and reduces the work intensity of the staff， and meets the system design requirements.

Keywords： stainless steel metal pipe； liquid spray wax； polishing； heating

1 概述

不銹鋼金屬表面拋光處理主要涉及不銹鋼拋光技術。拋光又稱鏡面加工，是用微細磨粒與軟質(zhì)工具對零件內(nèi)、外表面表面進行最終光飾的加工工藝[1]。拋光屬于不銹鋼管材的預處理中表面機械整平步驟，通過消除不銹鋼表面的粗糙狀態(tài)，通過拋光達到一定的表面光潔度[2-3]。不銹鋼在生產(chǎn)過程中經(jīng)過鑄造、模鍛壓、熱處理等工藝加工，表面上生成一層黑色氧化皮，或在機械加工切削過程中留下微觀不平度[4-5]。為了取得不銹鋼表面的光潔度、光亮度和使用壽命，必須對其進行拋光。拋光的質(zhì)量對產(chǎn)品的性能影響較大，選擇合適的拋光工藝和拋光方法對提高產(chǎn)品的質(zhì)量有重要意義[6-8]。目前市場上的不銹鋼生產(chǎn)基地分別使用方管拋光機和圓管拋光機對不銹鋼方管和圓管進行拋光，主要采用人工操作涂抹固態(tài)蠟這種手工方式給鋼管加蠟，所以工作臺及機器均暴露在空氣中。

目前拋光加工過程的現(xiàn)狀與存在問題如下：（1）拋光過程自動化水平低下，拋光過程中產(chǎn)生的廢料多、污染嚴重、安全性差、工作環(huán)境惡劣；（2）加蠟過程主要依賴于操作人員憑借經(jīng)驗控制，拋光的質(zhì)量和效率完全取決于工人的技術水平，拋光質(zhì)量不穩(wěn)定、拋光效率低等。但對于液態(tài)噴蠟技術而言，拋光蠟[9]是以接近于霧狀的液態(tài)形式噴出，優(yōu)點為：（1）噴涂更加均勻、稀薄，不會造成涂抹不均；（2）整個系統(tǒng)均為自動化設備，噴涂均由機器完成，節(jié)省勞動力；（3）由于不需要人工手動干預，整個傳輸及噴蠟系統(tǒng)均可封裝在一個密閉的箱體內(nèi)，與環(huán)境隔絕，減少了噪音污染；（4）該自動化系統(tǒng)包括液態(tài)蠟余量監(jiān)控、噴蠟范圍自動調(diào)整、噴蠟量自動調(diào)整等，從而大大節(jié)省了材料，不再浪費大量的固態(tài)蠟。

2 噴蠟系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在整個噴蠟系統(tǒng)中，分為三個模塊：（1）噴蠟模塊；（2）加熱模塊；（3）拋光模塊，其中主要研究的是噴蠟模塊與加熱模塊，圖1為整個噴蠟系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

2.1 噴蠟模塊

該模塊中包含有：壓力控制器、液態(tài)蠟噴射器、噴蠟控制開關及霧狀調(diào)節(jié)器等。在整個系統(tǒng)運行時，需要有適量的霧狀液態(tài)蠟噴出到拋光盤上，使得噴到拋光盤上的液態(tài)蠟既不成股流下也不迅速的干涸，這時就需要對壓力控制器進行控制。壓力太大，空氣壓迫液態(tài)蠟使其流速就變快，噴蠟量就增大；反之壓力太小，空氣來不及壓迫液態(tài)蠟進入到噴射器中，噴頭很容易就只噴出空氣或噴出很少的蠟而導致拋光盤上附著不到蠟從而使鋼管起不到被拋光的效果。液態(tài)蠟噴射器起到噴蠟的作用，如圖2所示，該裝置由以下幾個器件組成：噴射器主體、輸入端abc、空氣閥門噴頭以及噴嘴等。三個輸入端口的功能如圖2。

a：霧狀調(diào)節(jié)器的輸出端連接到該端口，使得噴頭噴出的液態(tài)蠟呈所需的霧狀；b：空氣開關控制噴射器的開通或關閉，使得液態(tài)蠟噴射或停止（或定時噴射）；c：液態(tài)蠟由液

態(tài)蠟容器經(jīng)由加熱器加熱，通過導管流向液態(tài)蠟噴射器。

2.2 加熱模塊

該模塊中包含有：液態(tài)蠟容器、加熱器以及溫度控制器等。在進行拋光之前先將液態(tài)蠟加入到液態(tài)蠟容器內(nèi)，該容器類似于醫(yī)用針筒，但又粗很多，可以根據(jù)噴蠟量選用不同規(guī)格的針筒。加熱裝置內(nèi)部插有加熱棒及熱電偶。加熱棒將整個加熱筒加熱到設定的溫度，使得液態(tài)蠟無論在何種條件下均保持液態(tài)，防止液態(tài)蠟到達噴頭時凝結(jié)為固態(tài)，而熱電偶用來測量加熱筒是否達到所設定的溫度，溫度未達到設定溫度則會持續(xù)加熱，達到設定溫度則會停止加熱。溫度控制器的作用是設定加熱的溫度，當加熱到所設定的溫度，加熱停止，若加熱到設定溫度還未停止加熱，超溫報警燈則會閃爍同時會發(fā)出響亮的警報聲。

3 噴蠟拋光方案設計

對鋼管進行拋光屬于不銹鋼加工改造生產(chǎn)線的重要組成部分，為了實現(xiàn)能夠在減少成本、提高效率的基礎上對鋼管進行拋光，總體設計方案分以下兩種，一種是對方管進行拋光，另一種是對圓管進行拋光。方管、圓管兩種類型的拋光流水線在物理結(jié)構(gòu)上設計有所不同。

3.1 方管拋光結(jié)構(gòu)

如圖3為方管拋光設備結(jié)構(gòu)示意圖，該拋光設備從結(jié)構(gòu)上來看，一套包括一個公共底座，一組水平排列、結(jié)構(gòu)相同的拋光盤組和一組垂直排列、結(jié)構(gòu)相同的拋光盤組（兩個為一組）。每組拋光盤組中水平拋光部分包含一對左右相對的磨輪和兩個電機，垂直拋光部分包含一對上下相對的磨輪和兩個電機，磨輪旋轉(zhuǎn)分別實現(xiàn)對方管四個平面的拋光。整個拋光設備中還含有傳動機構(gòu)，該機構(gòu)包含傳送帶、電機和若干組傳送輪，每組傳送輪包含一對水平相對的傳送輪和一對上下相對的傳送輪。

方管由拋光機進料口自動送入，送入后的方管在傳動機構(gòu)傳送帶的帶動下向前傳送，期間需要經(jīng)過多組拋光盤組，完成拋光流程。在經(jīng)過每個拋光盤組的時候，方管均需經(jīng)過水平、垂直兩個方向的拋光盤打磨。拋光過程中，拋光盤由自動噴蠟設備自動噴蠟補給，可設置選擇持續(xù)噴蠟或者定時噴蠟兩種模式，這樣一來就省去了操作人員定期檢查余蠟量的問題從而節(jié)省了人工。方管經(jīng)過拋光流水線后將自動傳送至卸料口存儲供下一道工序包裝。

3.2 圓管拋光結(jié)構(gòu)

如圖4為圓管拋光設備結(jié)構(gòu)示意圖。圓管型拋光設備包含多組拋光盤，每組拋光盤由兩個垂直方向相對放置的圓柱形拋光盤和兩個與水平方向呈60°傾斜放置的圓柱形拋光盤所組成。兩個垂直方向放置的拋光盤起到旋轉(zhuǎn)拋光的作用，而另外兩個與水平方向呈60°傾斜放置的拋光盤則主要為圓管提供前進的動力，同時提供一定的拋光作用。傾斜旋轉(zhuǎn)拋光盤的厚度要比垂直旋轉(zhuǎn)拋光盤的厚度略厚一些，這樣方便傳送圓管向前。

同方管拋光工藝過程類似，圓管由拋光機進料口送入，當圓管進入拋光機后，在拋光機傳送機構(gòu)的帶動下以一定速度傳送，傳送過程中圓管需要經(jīng)歷多組拋光盤組，在拋光盤的打磨下實現(xiàn)拋光操作。

4 噴蠟拋光控制系統(tǒng)設計

4.1 噴蠟供給控制技術

采用PID控制算法，結(jié)合控制策略，通過DPS控制芯片對伺服控制器進行控制，以伺服電機作為動作執(zhí)行機構(gòu)，達到對液態(tài)拋光蠟的進給量的精密控制。液態(tài)拋光蠟的余蠟量需要進行自動檢測和監(jiān)控，智能加蠟控制系統(tǒng)通過引入低成本檢測裝置，可以實現(xiàn)余蠟量狀態(tài)的在線監(jiān)測，并通過主控系統(tǒng)實現(xiàn)狀態(tài)顯示與報警。其原理是通過檢測液態(tài)蠟容器內(nèi)的氣壓壓力來判斷容器內(nèi)的余蠟量，當壓力降低，說明容器內(nèi)氣體所占空間變大，余蠟量減少，當達到閾值時，自動從裝有液態(tài)蠟的容器中進行抽取，在抽取的過程當中實時的檢測容器內(nèi)壓力，當達到一定值的時候，壓力滿足噴蠟條件，則停止抽取。以此往復，使得整個系統(tǒng)處于反饋狀態(tài)。

4.2 拋光控制系統(tǒng)設計

該控制系統(tǒng)主要采用DSP芯片控制伺服控制器，以此來控制電機轉(zhuǎn)動達到對鋼管的拋光[10]。同時，控制電機保持對鋼管的傳送，使得整個系統(tǒng)能夠自動的對鋼管進行運輸。如圖5所示為液態(tài)蠟拋光控制系統(tǒng)框圖，分為三個部分：拋光、加熱及噴蠟模塊，與上文的噴蠟系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖相對應。主控制器分別單獨控制三個模塊，三個模塊各控制著它們負責的每一個機構(gòu)，形成了整個控制系統(tǒng)。

5 結(jié)束語

針對現(xiàn)有拋光流水線的現(xiàn)狀和存在的問題，利用自動化技術、系統(tǒng)工程技術、信息與通訊技術等，對不銹鋼拋光機進行自動化改造與設計。綜上所述，拋光過程中存在的主要問題得以改善：拋光加蠟過程實現(xiàn)了自動化，加蠟過程穩(wěn)定性得以提高，加蠟頻率等嚴格根據(jù)檢測器所提供的反饋進行加蠟，提高了液態(tài)蠟供給的精度同時能自動檢測余蠟狀態(tài)；提高了對不銹鋼管拋光質(zhì)量的監(jiān)控，信息化水平提高，拋光品質(zhì)得以提升，精確性較高，節(jié)省人工評判的所需的時間精力；鋼管拋光設備不再需要人工進管，工作條件得以改善，安全性提高，安全隱患降低；工作效率較高，在減少了人工的督促、脫離了人工的頻繁檢測的同時還降低了工作人員的勞動強度，處理效果得以提高，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量的提供。

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