管材精密矫直技术研究动态

     斜辊矫直机是管材生产线上必不可少的设备，其作用是消除生产过程中产生的管材弯曲并减小管材椭圆度。随着国民经济的快速发展，市场对高精度管材的需求也日益增多，特别是煤矿井下液压支架及石油抽油泵用管等。而常用的五辊、六辊斜辊矫直机很难满足管材精度要求，因此寻求新的矫直方法或矫直设备以获得高精度管材已成为研究的焦点。

    本文重点介绍我国管材用多斜辊精密矫直机的技术研究现状及存在的问题，并对其未来发展方向提出建议。

    1、研究现状

    一般认为管材用多斜辊精密矫直机是指管材矫直后的直线精度达0.3mm/m且圆度不降低的矫直设备。目前我国关于管材用精密矫直机的研究文献主要体现在以下几方面：改进矫直工艺实现精密矫直；增加矫直环节并进行全新的辊系布置实现精密矫直；优化主、辅机设计结构保证精密矫直。

    1 .1、改进矫直工艺

    一般情况下，管材在线矫直时大多数只矫直1次就可达到所要求的矫直精度。文献却提出采用2次矫直提高矫直精度的观点（即采用普通矫直机进行2次矫直，可达到高的矫直精度），作者通过在立式七辊矫直机、六辊全主动传动矫直机上对碳钢管材进行1次矫直和2次矫直试验，证明了在选择优良的机型、好的辊型曲线、合理的矫直方案并提高1次矫直精度的基础上，通过2次矫直的工艺方案可使管材矫直后的直线精度达到不大于0.1mm/m。这是一种简单易行的矫直工艺，对于使用频率不高的矫直机来说可以降低成本，提高效益，比较实用。但此方法对于高频使用的精密矫直机或在线精密矫直工艺则不适用。

    1.2、增加矫直环节并进行全新的辊系布置

    文献结合原西安重型机械研究所设计的十一辊矫直机给出了多环节组合辊列不等辊距布置方案，提高矫直精度的实例。它是在传统矫直观点的基础上进行多项改进后形成的新型矫直机，其辊系布置方式如图1所示。该辊系布置方式是将传统的五辊、六辊矫直机组合为一体，形成三个半矫直环节，在辊距设置上采用T1＞T2＞T3的方式，管材在矫直机中进行预精矫、精矫及均整3个阶段。该矫直机利用对置辊既能矫直又能矫圆及交错辊负作用小、不破坏圆度的优点来提高管材矫直精度，矫直后的管材直线度可达0.008%~0.025%，椭圆度提高30%~50%。

    传统观点认为，提高矫直精度在于增加矫直单元的数量并将矫直辊对置布置，但当矫直辊增加到一定数量时，矫直精度的提高就不再那么明显，甚至可能降低。文献的解释是：当矫直辊数量增加到一定程度时，从首辊到末辊的最终装配精度及前后辊之间的影响系数相互叠加会限制矫直精度的提高。结合原西安重型机械研究所设计制造的Ф220mm精密矫直机，文献提出一种半开放式交错辊系布置，在辊距设定上同样采用从大到小的方案（图2）。该矫直机包括两个半矫直环节，通过辊系交错布置，减轻矫直辊数量对矫直精度的影响。

    在文献的辊系布置中，辊距的设定均为先大后小，这种布置使得管材的变形程度遵循逐渐递减的原则，不至于将管材压扁，这与文献中所述的大变形理论是一致的。

    1.3、改进主、辅机结构设计

    除了上述矫直工艺、辊系布置等影响因素外，影响管材矫直精度的因素还有很多。文献通过合理设计矫直机前、后台设备，抑制矫直过程中的甩动和冲击，对倍尺管材进行精密矫直，成功矫直了35m长的管材，且直线精度达到0.3mm/m，有效提高了成品管材的收得率；文献将可调角度的夹送辊应用到精密矫直机中，抑制管材甩尾，保证矫直质量和精度；文献改变传统的设计思路，在调角机构的设计中由检测调角传动机构的运动量推算矫直辊的转动量，转变为由矫直辊的实际转动带动检测机构转动，通过求解该检测机构的转动量，推算出矫直辊的实际转动量，以此思路设计的管材矫直机矫直辊角度检测机构，通过对矫直辊角度原点值进行标识，能够准确检测、控制矫直辊角度，保证矫直精度。

    2、存在的问题

    矫直辊辊型曲线是影响矫直精度和矫直质量的重要因素，但在精密矫直的辊型设计方面，不同研究者之间存在一定程度的分歧。文献认为传统双曲线辊型作为精密矫直机辊型是不可取的，这是因为双曲线辊型与管材接触线太短，在矫直过程中出现辊底不接触而两侧曲线接触的状况，另外在压扁矫直过程中，管材在双曲线辊型上产生3点弯曲，使管材被矫弯，达不到高精度矫直的要求，即合理的辊型应尽可能增加矫直辊表面与管材的接触长度。而文献则认为使管材与矫直辊具有较长的接触线实际上是办不到的，他提出采用“辗轧效应”原理，以小倾角设计辊型，加大倾角使用以减小接触线长度，降低辗轧作用力，改善矫直辊表面，同时降低矫直辊的负作用，这与传统观点完全不同，与文献所述内容也正好相反。

    3、结语

    目前，关于管材精密矫直技术尚缺乏系统的理论研究，而且因研究方法及侧重点的不同，各研究者之间也存在一定程度的分歧，突出体现在辊型曲线的设计上。对于精密矫直来说，随着矫直单元的增多，影响因素也随之增加，传统矫直理论在精密矫直过程中是否完全合理还不能定论，需要进一步的研究和统一。目前国内虽已存在大直径钢管精密矫直机，但这方面的研究还很缺乏。随着精密管材需求的日益增加，开发大规格精密矫直机也应作为研究重点。另外，随着计算机水平的快速发展，可结合CAD/CAM进行管材精密矫直技术的研究。