江浩 漆小虎 安開場(chǎng)

(二重(德陽(yáng))重型裝備有限公司，四川 德陽(yáng) 618000)

大型筒節(jié)是直徑尺寸超大、寬厚比較大的環(huán)形件，是我國(guó)核電、石化、風(fēng)力發(fā)電、航空航天等重要經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域基礎(chǔ)裝備的關(guān)鍵零部件。傳統(tǒng)的環(huán)件主要是通過(guò)輾環(huán)機(jī)生產(chǎn)，由于輾環(huán)機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)和工藝限制，無(wú)法適應(yīng)大型容器生產(chǎn)需要。文獻(xiàn)[1-2]中提出目前對(duì)于大型筒節(jié)制造通常采用水壓機(jī)自由鍛造工藝，需要進(jìn)行墩粗沖孔、拔長(zhǎng)和擴(kuò)孔工序，斷續(xù)操作，生產(chǎn)效率低，能耗大，筒節(jié)圓度尺寸精度差，導(dǎo)致后續(xù)深加工的切削損耗大，材料利用率低，不能滿足市場(chǎng)的大量需求。隨著我國(guó)該領(lǐng)域工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)大型筒型的需求日益增大，且規(guī)格進(jìn)一步大型化，對(duì)企業(yè)制造能力提出了更高的要求，迫切需要一種高效、節(jié)能降耗的專用設(shè)備生產(chǎn)大型筒體鍛件。

1 大型筒節(jié)鍛件要求

1.1 鍛造毛坯規(guī)格

毛坯外徑：?3300～6000 mm

毛坯內(nèi)徑：?3000～5700 mm

毛坯壁厚：150～650 mm

毛坯高度：2000～3900 mm

1.2 軋制/整形后產(chǎn)品規(guī)格

筒節(jié)外徑：?3300～10000 mm

筒節(jié)內(nèi)徑：?3000～9700 mm

壁 厚：150～400 mm

筒節(jié)高度：2000～3900 mm

最大重量：300 t

1.3 典型鋼種

16Mn、0Cr18Ni10Ti、SA508-Ⅲ、12Cr2Mo1V等。

2 國(guó)內(nèi)外技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

水壓機(jī)→輾環(huán)機(jī)聯(lián)合生產(chǎn)齒環(huán)、法蘭等環(huán)形鍛件早已成為國(guó)內(nèi)外通用裝備。二十世紀(jì)六七十年代Johnson等[3]、Hawkyard等[4]通過(guò)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)研究了環(huán)件的金屬流動(dòng)與寬展變形，得出了軋制力和軋制力矩的變化規(guī)律，當(dāng)今以德國(guó)SMS MEER公司為代表的輾環(huán)機(jī)，是世界上廣泛應(yīng)用的機(jī)型，國(guó)外生產(chǎn)的輾環(huán)機(jī)已經(jīng)系列化，配備CNC系統(tǒng)的RW和RAW型環(huán)軋機(jī)使全自動(dòng)軋制得以實(shí)現(xiàn)，具備生產(chǎn)直徑達(dá)10 m大型環(huán)件的能力。國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域技術(shù)研究相對(duì)較晚，1991年許思廣[5]通過(guò)鋁環(huán)件實(shí)驗(yàn)研究，分析了軋制工藝參數(shù)的影響因素。華林等[6]對(duì)大型環(huán)件徑軸向軋制進(jìn)行了有限元模擬試驗(yàn)，揭示了變形機(jī)理和規(guī)律，找出來(lái)工藝控制和參數(shù)選取方法。國(guó)內(nèi)大型輾環(huán)機(jī)最初從外國(guó)引進(jìn)，例如中信重工從德國(guó)引進(jìn)的?5 m輾環(huán)機(jī)。隨著需求量增加，國(guó)內(nèi)開始加快設(shè)備自主研發(fā)，2006年中國(guó)重型院為西南鋁研制成功了國(guó)內(nèi)首臺(tái)軋制大型鋁合金環(huán)件的?5 m數(shù)控鋁輾環(huán)機(jī)，推動(dòng)國(guó)內(nèi)環(huán)軋技術(shù)進(jìn)步。然而國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有輾環(huán)機(jī)機(jī)型普遍采用瓦格納臥式結(jié)構(gòu)，鍛件重量小，一般不超過(guò)10 t，徑軸向軋制力為2～2.5 MN，高度在1 m以下，產(chǎn)品主要用于軸承環(huán)，回轉(zhuǎn)支承筒節(jié)等，如生產(chǎn)高度達(dá)2500 mm的韓國(guó)Taewoong公司輾環(huán)機(jī)，最大軋制力僅為6 MN，工件重60 t。國(guó)內(nèi)外對(duì)于大型筒節(jié)軋機(jī)研究還處于起步階段，關(guān)于制造核能、化工等裝備所需的大型筒節(jié)研究文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)較少。國(guó)外已開始嘗試建設(shè)專用大型重載輾環(huán)機(jī)生產(chǎn)大型容器筒體鍛件，其可行性、實(shí)用性還有待論證。我國(guó)超大型筒節(jié)軋制工藝與設(shè)備研制已獲得突破，一重、二重均已自主研制大軋制力立式結(jié)構(gòu)筒節(jié)軋機(jī)，成功投入高度超過(guò)3 m以上的重型筒節(jié)生產(chǎn)，成形技術(shù)日趨成熟。

3 筒節(jié)軋機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 輾環(huán)機(jī)結(jié)構(gòu)分析

按設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和筒節(jié)的放置形式，輾環(huán)機(jī)分為軸線傾斜布置的臥式和軸線垂直布置的立式兩種，如圖1所示。

立式輾環(huán)機(jī)軋制時(shí)筒節(jié)平放在工作臺(tái)上，由一對(duì)垂直布置的軋輥，對(duì)筒節(jié)進(jìn)行徑向軋制。機(jī)座固定在基礎(chǔ)上，驅(qū)動(dòng)輥裝在機(jī)座相連的機(jī)架上，為主動(dòng)輥，芯輥為惰輥，通過(guò)主滑座由徑向液壓缸帶動(dòng)在機(jī)座做水平進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，筒節(jié)在兩輥?zhàn)饔孟逻M(jìn)行徑向軋制，筒節(jié)的下端面由托料輥支撐旋轉(zhuǎn)。由于芯輥上支撐懸臂，軋制時(shí)，受力桿件的變形較大，不利于提高軋制能力。如果按重型筒節(jié)軋機(jī)軋制能力考慮，提高剛度需增加芯輥支持臂等桿件尺寸，使設(shè)備變得笨重而無(wú)法實(shí)施。軋輥垂直布置，軋輥的下傳機(jī)構(gòu)需采用齒輪轉(zhuǎn)向，大模數(shù)傘齒輪制造也成為提高軋制扭矩的瓶頸，同時(shí)重型筒節(jié)軋制需雙輥單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)系統(tǒng)需隨芯輥移動(dòng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜增加了設(shè)備設(shè)計(jì)難度和造價(jià)。立式輾環(huán)機(jī)結(jié)構(gòu)為單機(jī)架懸臂結(jié)構(gòu)，用芯輥支承筒節(jié)的重量，剛度、軋制能力和產(chǎn)品規(guī)格更小，上下料困難，勞動(dòng)強(qiáng)度大。由于上述輾環(huán)機(jī)缺陷，只能生產(chǎn)精度要求較低、變形抗力小、高度低的筒節(jié)。李政中[7]認(rèn)為：按現(xiàn)有輾環(huán)機(jī)機(jī)型結(jié)構(gòu)開發(fā)，除了軋制工藝問(wèn)題外，環(huán)件規(guī)格及設(shè)備能力無(wú)法滿足厚壁重型筒節(jié)的生產(chǎn)要求。

(a)臥式 (b)立式

3.2 筒節(jié)軋機(jī)結(jié)構(gòu)選擇

在常規(guī)輾環(huán)機(jī)結(jié)構(gòu)的評(píng)判基礎(chǔ)上，結(jié)合采用控軋工藝和適應(yīng)生產(chǎn)大變形抗力筒節(jié)的制造需求，利用已有的板帶軋機(jī)能力強(qiáng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，有必要開發(fā)一種立式代替臥式結(jié)構(gòu)來(lái)完成大型筒節(jié)生產(chǎn)的全新技術(shù)方案。

立式結(jié)構(gòu)筒節(jié)水平放在一對(duì)水平輥之間進(jìn)行徑向軋制，又可分為芯輥上置和芯輥下置兩種方案，如圖2所示。其優(yōu)缺點(diǎn)比較列于表1中。

(a)芯輥上置 (b)芯輥下置

表1 立式筒節(jié)軋機(jī)方案比較Table 1 Comparison of vertical cylinder rolling mill schemes

如果排除生產(chǎn)窄筒節(jié)，則芯輥上置方案優(yōu)點(diǎn)較多，比較可取。

3.3 筒節(jié)軋機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

(1)結(jié)構(gòu)組成

如圖3所示，筒節(jié)軋機(jī)機(jī)列包括軋機(jī)本體、對(duì)中裝置、抽換輥裝置、主傳動(dòng)裝置、專用吊具。其中軋機(jī)本體由機(jī)架、上芯輥、下驅(qū)動(dòng)輥、芯輥平衡、壓上進(jìn)給、下驅(qū)動(dòng)輥換輥軌道、抱輥及換輥機(jī)構(gòu)、鎖緊裝置、抱緊裝置、上壓頭裝置和測(cè)量裝置組成。軋機(jī)本體為可逆全液壓壓上立式軋機(jī)，開式輾擴(kuò)結(jié)構(gòu)。在機(jī)架窗口中安裝有兩根軋輥，均為主動(dòng)輥，各由主傳動(dòng)系統(tǒng)中的一臺(tái)主電機(jī)、組合齒輪減速器、主接軸驅(qū)動(dòng)。機(jī)架窗口下部裝有液壓進(jìn)給油缸(HGC)，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)輥向上的全液壓進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，調(diào)整開口度并對(duì)筒件施以軋制壓力。軋機(jī)入出口側(cè)裝有抱輥裝置(定心裝置)，由各自伺服液壓缸壓力和位置控制，保證穩(wěn)定軋制和最后階段的矯圓。軋制時(shí)芯輥中心線保持不變，建立芯輥、抱輥、下驅(qū)動(dòng)輥的成形模型。同時(shí)軋機(jī)設(shè)置筒節(jié)對(duì)中裝置和下輥傾動(dòng)裝置，防止筒節(jié)在軋制過(guò)程中軸向位移，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)糾偏。在換輥側(cè)設(shè)有獨(dú)立的換輥裝置用于筒節(jié)上下料時(shí)快速抽動(dòng)芯輥。設(shè)備采用自動(dòng)化程序控制，筒節(jié)軋制過(guò)程實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)。

(a)設(shè)備機(jī)列圖

(2)工作原理

將空心鍛造毛坯吊入軋機(jī)托架上，完成筒節(jié)對(duì)中后插入芯輥，兩側(cè)抱輥同步將筒節(jié)抬升與芯輥接觸，抱輥轉(zhuǎn)入力控模式。HGC缸抬升下驅(qū)動(dòng)輥與筒節(jié)接觸，隨即芯輥和驅(qū)動(dòng)輥旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)筒節(jié)進(jìn)行軋制，隨著軋制過(guò)程進(jìn)行，HGC缸按設(shè)定的進(jìn)給速度控制輥縫，筒節(jié)坯料被塑性輾擴(kuò)成形加工，直徑增大壁厚減小，期間軋輥與抱輥通過(guò)位置+壓力控制，保證穩(wěn)定軋制。當(dāng)筒節(jié)外徑增大到要求范圍，停止進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，軋制過(guò)程結(jié)束進(jìn)入最后整形矯圓階段，待檢測(cè)至產(chǎn)品目標(biāo)值后，驅(qū)動(dòng)輥和抱輥復(fù)位，并抽出芯輥，隨即將輾擴(kuò)精整完畢的筒節(jié)從設(shè)備中取出。

3.4 筒節(jié)軋機(jī)技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

研制了一種加工大型筒節(jié)的軋制整形設(shè)備，實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)外最大規(guī)格的重型筒節(jié)軋機(jī)機(jī)電液成套系統(tǒng)集成，設(shè)備軋制力達(dá)75 MN，軋制力矩達(dá)10 MN·m，單側(cè)抱輥力達(dá)15 MN。

(1)研究了一種可逆全液壓壓上立式軋機(jī)本體(軋輥水平布置)，采用非懸臂開式輾擴(kuò)主體結(jié)構(gòu)，以及大扭矩獨(dú)立雙輥驅(qū)動(dòng)和力位同步控制技術(shù)，彌補(bǔ)現(xiàn)有輾環(huán)機(jī)的結(jié)構(gòu)缺陷和能力局限。

(2)設(shè)計(jì)了一種立式整體封閉機(jī)架，解決了現(xiàn)有臥式輾環(huán)機(jī)單機(jī)架懸臂結(jié)構(gòu)剛性差的問(wèn)題。

(3)設(shè)計(jì)了一種適應(yīng)穿輥大直徑熱軋輥裝配，滿足惡劣工況下使用條件。

(4)開發(fā)出液壓伺服非剛性同步抱輥、下輥長(zhǎng)行程液壓進(jìn)給裝置，實(shí)現(xiàn)非剛性力控同步穩(wěn)定性控制。

(5)開發(fā)出軋件橫移補(bǔ)償裝置，解決筒節(jié)軋制時(shí)軸向串動(dòng)，實(shí)現(xiàn)筒節(jié)產(chǎn)品錐度控制。

(6)研發(fā)了水平雙輥單獨(dú)主傳動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)超大軋制力矩，解決了傳統(tǒng)臥式輾環(huán)機(jī)單輥驅(qū)動(dòng)的輾環(huán)機(jī)加工厚壁的重型筒節(jié)內(nèi)外表面產(chǎn)生撕裂的缺陷。

(7)開發(fā)出重型懸臂換輥及抽輥裝置，實(shí)現(xiàn)在筒節(jié)內(nèi)圈自動(dòng)快速水平側(cè)抽芯輥和軋輥成套更換。

(8)研究了一套自動(dòng)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高效機(jī)電一體化軋制整形。

與現(xiàn)有自由鍛造及輾環(huán)機(jī)相比，筒節(jié)軋機(jī)具有高能力、高效率、高精度、低能耗和應(yīng)用范圍廣等突出優(yōu)點(diǎn)，形成一套從粗放型加工向精確加工行業(yè)新模式。

4 筒節(jié)軋機(jī)工藝參數(shù)計(jì)算

4.1 大型筒節(jié)軋制條件

華林等[8]認(rèn)為：環(huán)件軋制過(guò)程一般有三個(gè)階段：咬入階段、擴(kuò)徑軋制階段、軋制結(jié)束階段。筒節(jié)咬入是筒節(jié)穩(wěn)定軋制的必要條件，筒節(jié)鍛透是軋制變形的充分條件，只有兩個(gè)條件同時(shí)滿足才能保證筒節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)并產(chǎn)生穩(wěn)定的軋制變形。

(1)筒節(jié)咬入模型和條件

筒節(jié)軋制與軋鋼中的穿孔軋制相類似，筒節(jié)能連續(xù)咬入孔型可實(shí)現(xiàn)筒節(jié)穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)，雙輥傳動(dòng)和單輥傳動(dòng)的區(qū)別在于，芯輥和傳動(dòng)輥都對(duì)軋件的摩擦起作用，可以忽略抱輥的作用力。圖4所示，Δh1、Δh2分別為芯輥和驅(qū)動(dòng)輥的進(jìn)給量，Δh等于Δh1與Δh2之和。

圖4 筒節(jié)軋制進(jìn)給的幾何關(guān)系Figure 4 Geometric relationship of cylinder rolling feed

咬入條件：

Δh≤Δhmax=8β2R1/(1+R1/R2)2(1+r1/R2+R1/R-R1/r)

(1)

式中，Δh是總進(jìn)給量；β是摩擦角；R是筒節(jié)外半徑；r是筒節(jié)內(nèi)半徑；R1是芯輥半徑；R2是驅(qū)動(dòng)輥半徑。

式(1)表明，雙輥驅(qū)動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)更大壓下量的咬入，增大軋制摩擦，減小毛坯壁厚、減小每轉(zhuǎn)進(jìn)給量、改變軋輥直徑，都有利于筒節(jié)咬入孔型并產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)。在軋制過(guò)程中，筒節(jié)咬入的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量最大值逐漸增大，只要筒節(jié)咬入建立軋制，可始終滿足咬入條件而實(shí)現(xiàn)連續(xù)軋制。

(2)筒節(jié)鍛透條件

筒節(jié)軋制還要能滿足鍛透條件，即軋制時(shí)每圈進(jìn)給量產(chǎn)生塑性變形區(qū)能夠穿透壁厚，筒節(jié)軋制變形過(guò)程中，表現(xiàn)為直徑擴(kuò)大、壁厚減小的變形過(guò)程。

鍛透條件：

Δh≥Δhmin=6.55×10-3(R-r)2(1/R1+1/R2+1/R-1/r)

(2)

式中，Δh是每圈進(jìn)給量；R是筒節(jié)外圈半徑；r是筒節(jié)內(nèi)圈半徑；R1是芯輥半徑；R2是驅(qū)動(dòng)輥半徑。

式(2)表明，有效改善鍛透條件可通過(guò)增大軋輥、增大每圈進(jìn)給量或減小壁厚等手段進(jìn)行。同時(shí)只要在筒節(jié)軋制初始時(shí)滿足鍛透條件，則在參數(shù)條件不變條件下后續(xù)的軋制過(guò)程均可持續(xù)滿足鍛透條件。

4.2 筒節(jié)擴(kuò)徑模型

(1)軋制過(guò)程中的直徑擴(kuò)大規(guī)律

依據(jù)體積不變的原理，可得軋制中筒節(jié)內(nèi)徑和外徑：

d=(D0+d0)H0/2H-H

(3)

D=(D0+d0)H0/2H+H

(4)

式中，D是軋制時(shí)筒節(jié)外徑；d是軋制時(shí)筒節(jié)內(nèi)徑；H是軋制時(shí)筒節(jié)壁厚；D0是筒節(jié)毛坯外徑；d0是筒節(jié)毛坯內(nèi)徑；H0是筒節(jié)毛坯壁厚。

(2)驅(qū)動(dòng)輥進(jìn)給速度

進(jìn)給速度：

(5)

式中，n1為下驅(qū)動(dòng)輥轉(zhuǎn)速；D1為下驅(qū)動(dòng)輥直徑；Δh為下驅(qū)動(dòng)輥每圈進(jìn)給量；H為筒節(jié)出口厚度。

(3)軋制時(shí)間

軋制時(shí)間影響筒節(jié)溫降和軋制效率的主要參數(shù)。為避免筒節(jié)鍛造毛坯對(duì)軋制過(guò)程造成載荷沖擊，如圖5所示，在進(jìn)行穩(wěn)定減壁軋制之前，可考慮在較小的壓下量條件下對(duì)毛坯進(jìn)行規(guī)整1～3圈，以消除筒節(jié)毛坯的原始壁厚不均。經(jīng)穩(wěn)定減壁(分力控和位控兩個(gè)階段)軋制后，由于軋件壁厚較薄，易形成橢圓度缺陷，故軋后可進(jìn)行1～2圈的矯圓工序。

圖5 筒節(jié)軋制過(guò)程Figure 5 Cylinder rolling process

綜上，筒節(jié)軋制的總時(shí)間應(yīng)為以上三者之和，即：

tz=t1+t2+t3

(6)

(7)

(8)

(9)

式中，tz是筒節(jié)軋制的總時(shí)間；t1是規(guī)整時(shí)間；t2是穩(wěn)定軋制時(shí)間；t3是規(guī)圓時(shí)間；v是軋制速度。

(4)軋制總?cè)?shù)

當(dāng)單圈進(jìn)給量Δh為常數(shù)時(shí)，穩(wěn)定減壁軋制圈數(shù)為：

(10)

(5)芯輥匹配速度模型

軋制過(guò)程中，為確保筒節(jié)始終做規(guī)則圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，避免側(cè)向和相對(duì)滑動(dòng)。如圖6所示，筒節(jié)變形區(qū)內(nèi)外徑切向速度與筒節(jié)圓心構(gòu)成一個(gè)三角形。由于驅(qū)動(dòng)輥轉(zhuǎn)速不變，據(jù)此速度三角形推導(dǎo)出軋制過(guò)程中，芯輥的匹配速度。

圖6 芯輥匹配速度計(jì)算模型Figure 6 Calculation model of core roller matching speed

芯輥轉(zhuǎn)動(dòng)角速度：

(11)

式中，ω1為驅(qū)動(dòng)輥轉(zhuǎn)動(dòng)角速度；ω2為芯輥轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。

式(11)表明，軋制過(guò)程中，隨著筒節(jié)壁厚減小，芯輥速度逐漸增大。

4.3 軋制力能參數(shù)計(jì)算

力能參數(shù)計(jì)算分為上限法和主應(yīng)力法，周存龍等[9]采用上限元法計(jì)算環(huán)件軋制力，并與試驗(yàn)值進(jìn)行比較，Parvizi等[10]基于主應(yīng)力法分析了環(huán)件軋制單位壓力分布。其中上限元法屬于極限分析法的一種，用于分析和計(jì)算塑性加工工藝的各項(xiàng)問(wèn)題，該方法求解容易，且計(jì)算出的負(fù)荷最少等于實(shí)際塑性加工負(fù)荷，可以保證實(shí)際加工能力。鑒于以上特點(diǎn)，以上限元法計(jì)算為例，計(jì)算力能參數(shù)，為設(shè)備結(jié)構(gòu)和工藝規(guī)程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。筒節(jié)軋制簡(jiǎn)圖如圖7所示。

圖7 筒節(jié)軋制簡(jiǎn)圖Figure 7 Cylinder rolling

驅(qū)動(dòng)輥軋制力：

(12)

芯輥軋制力：

(13)

驅(qū)動(dòng)輥軋制力矩：

(14)

芯輥軋制力矩：

(15)

綜合軋制力、軋制力矩的解析模型計(jì)算，可以獲得以下結(jié)論：軋制速度對(duì)軋制力、軋制力矩的影響不明顯，但在相同的單圈壓下量工藝條件下，軋制持續(xù)時(shí)間會(huì)隨著軋制速度降低而明顯增加；毛坯壁厚相同時(shí)，在單圈壓下量、軋制速度、軋制溫度等其它工藝參數(shù)相同時(shí)，軋制力、軋制力矩隨著毛坯外徑減小而增大；數(shù)值模擬結(jié)果表明，在相同工況下，芯輥、驅(qū)動(dòng)輥兩者總的軋制力矩基本為一穩(wěn)定值，但軋制力矩的分配關(guān)系與芯輥速度制度有關(guān)。由于芯輥速度設(shè)定模型是在理想條件下推導(dǎo)出來(lái)的，實(shí)際應(yīng)用存在誤差，當(dāng)筒節(jié)幾何中心發(fā)生微量偏移時(shí)，就會(huì)破壞芯輥與驅(qū)動(dòng)輥的同步特性，導(dǎo)致軋制力矩分配關(guān)系發(fā)生變化。從模擬結(jié)果可知，盡管軋制力矩分配關(guān)系較為復(fù)雜，但芯輥和驅(qū)動(dòng)輥力矩之和在相同工況下則基本穩(wěn)定。

5 筒節(jié)軋機(jī)應(yīng)用效果

75 MN筒節(jié)軋機(jī)是一臺(tái)公司自主研制的用于重型容器筒節(jié)生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備[11]，為萬(wàn)噸水壓機(jī)鍛造后的筒節(jié)作精整和精軋，是公司首次在重型容器筒節(jié)制造中應(yīng)用了軋制整形技術(shù)。如圖8所示，2019年在完成熱負(fù)荷試車投入生產(chǎn)后，筒節(jié)軋機(jī)已成功應(yīng)用于數(shù)百件筒節(jié)鍛件產(chǎn)品生產(chǎn)制造，使用狀況良好，工作穩(wěn)定可靠、各項(xiàng)技術(shù)性能均達(dá)到且優(yōu)于合同指標(biāo)[12]。設(shè)備剛度高，能力大，自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)完全印證了設(shè)計(jì)思想，與傳統(tǒng)全自由鍛造成形工藝相比，筒節(jié)軋制成形不僅具有良好的可操作性，而且能夠更加有效地控制工件圓度和形位尺寸，鍛件橢圓度平均±10 mm，錐度小于10 mm。根據(jù)對(duì)已生產(chǎn)鍛件數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，加工時(shí)間可縮短50%以上，節(jié)能40%，綜合成本降低30%，提高了生產(chǎn)效率、產(chǎn)品成材率和鍛件質(zhì)量，降低了制造成本，改變目前筒節(jié)成品直徑受設(shè)備尺寸限制的現(xiàn)狀，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)要求。

圖8 75 MN筒節(jié)軋機(jī)軋制整形生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)Figure 8 Rolling and shaping production site of 75 MN cylinder rolling mill

6 結(jié)束語(yǔ)

重型容器筒節(jié)軋機(jī)生產(chǎn)大型筒型鍛件是一種全新的生產(chǎn)方法和重要的發(fā)展方向。針對(duì)大型筒節(jié)傳統(tǒng)自由鍛造生產(chǎn)中存在的控制精度低，加工量大，生產(chǎn)周期長(zhǎng)等問(wèn)題，通過(guò)結(jié)構(gòu)分析和理論計(jì)算，開發(fā)了軋輥水平布置的可逆全液壓立式軋機(jī)結(jié)構(gòu)，采用高剛性非懸臂閉式雙機(jī)架，大扭矩獨(dú)立雙輥驅(qū)動(dòng)和力位同步控制抱輥等技術(shù)，彌補(bǔ)了現(xiàn)有輾環(huán)機(jī)的結(jié)構(gòu)缺陷和能力局限。研究了大型筒節(jié)的連續(xù)軋制整形成形機(jī)理，建立熱力耦合工藝模型，進(jìn)行軋制成形各工藝參數(shù)計(jì)算，為合理制定工藝規(guī)程提供依據(jù)。生產(chǎn)實(shí)踐證明，研制的設(shè)備軋制力矩達(dá)10 MN·m，單側(cè)抱輥力達(dá)15 MN，筒節(jié)產(chǎn)品外徑可達(dá)10000 mm，壁厚650 mm，明顯提高筒節(jié)產(chǎn)品的平整度、壁厚均勻性和圓度控制精度，增強(qiáng)了生產(chǎn)制造能力。其成功應(yīng)用，使得對(duì)筒節(jié)立式軋制整形機(jī)理和設(shè)備的創(chuàng)新優(yōu)化研究已趨于成熟，對(duì)大型筒節(jié)的生產(chǎn)方式起到引領(lǐng)作用，對(duì)提高我國(guó)該領(lǐng)域基礎(chǔ)制造裝備的自主研發(fā)水平、推進(jìn)行業(yè)進(jìn)步具有積極意義。當(dāng)然作為一種新技術(shù)，由于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境影響，還存在提高筒節(jié)外徑在線動(dòng)態(tài)測(cè)量精度穩(wěn)定性的課題，需適時(shí)跟蹤測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步完善測(cè)控技術(shù)，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。