CN111940528A - 一种用于无缝钢管高温穿扩孔加工的坯料长度参数修正方法 - Google Patents

Abstract

一种用于无缝钢管高温穿扩孔加工的坯料长度参数修正方法，主要包括：扩孔机自动要料，坯料输送送达，抓取高温坯料，送达扩孔筒并进入工位，在线检测长度并适时修正参数，穿孔\扩孔加工。本发明利用剪切环座在扩孔筒内待料的工位参数(位置与高度坐标)相对明确的特点，通过坯料扩孔前，在其顶部端面与扩孔筒端面的相应位置关系进行自检，从而保证每一支高温坯料长度参数都能实现在扩孔加工前的实时检测，并适时进行参数修正。本发明从源头上消除了因高温坯料长度偏差及其漏检、误检引发的连锁问题，实用高效，且无需费用投入，易于现场实施，操作维护便捷，降低生产成本与能源消耗，减轻了现场异常工况处置的劳动强度。

Description

一种用于无缝钢管高温穿扩孔加工的坯料长度参数修正方法

技术领域

本发明涉及无缝钢管生产设备，尤其是指一种用于无缝钢管高温穿\扩孔加工的坯料长度参数修正方法。

背景技术

无缝钢管是常见的冶金金属制品。无缝钢管在生产加工过程中，需要经过多个工序才能完成。无缝钢管热挤压生产技术，是近年来应用的无缝钢管生产的工艺方法，是在三向压应力状态下，利用材料在高温下的良好塑性，通过由挤压模内孔和芯棒外圆形成的模孔而挤压成无缝钢管的一种热加工方法，因产能高变形量大、易于一次成型、生产精度高、便于组织连续生产等特点，故已逐步取代传统的热轧穿孔工艺，成为高端无缝钢管生产的主要热态制管方式，尤其适用于高合金材质的高温制管技术。

60MN挤压机和25MN穿/扩孔机，无缝钢管热挤压生产设备，用于高温合金、镍基合金等高端无缝钢管的挤压制管生产。目前常用的无缝钢管热挤压制管采用流水线模式，工序主要包括管坯制备加工(车床、锯床等)、管坯加热(环形炉、感应炉等)、管坯穿/扩孔、坯料除磷、管坯二次加热、挤压制管、成品冷却(冷床)收集等，其中挤压制管和是管坯穿/扩孔整个热挤压制管工艺的核心关键工序。

穿/扩孔工序就是经过高温加热符合技术要求的管坯(圆钢)进行垂直穿孔/扩孔加工，为后续挤压制管提供符合技术要求的高温坯料(扩孔料)。由于产品规格等要素导致需穿/扩孔的高温坯料(圆钢)长度有所不同，即便同一规格的高温坯料(圆钢)因管坯加工等原因也会造成长度略有偏差。而立式穿/扩孔机属于精密冶金加工机械，采用全自动程序控制，需要针对每一支高温坯料(圆钢)的长度进行检测，并及时的修正相关的技术参数，保障穿孔\扩孔作业的质量与产能。一旦对高温坯料(圆钢)长度发生漏检，就会导致后续穿孔\扩孔生产中的异常工况出现：

1)若加工的参数值比实际坯料长，扩孔头就会在扩孔之前远离高温坯料(圆钢)的扩孔端面(两者之间的距离就是参数与实际长度的差值)，此时进行垂直扩孔时就不能准确定位，造成扩孔头圆锥端倾斜，引起扩孔杆弯曲断裂，不仅增加工模具损耗，造成高温坯料报废，甚至引发扩孔筒等设备故障。

2)若加工的参数值比实际坯料短，扩孔头与高温坯料(圆钢)端面处于负间隙(负间隙量就是两者之间的实际差值)工况，此时进行穿孔\扩孔加工就造成墩粗杆在扩孔前猛烈撞击高温坯料，瞬间形成“闷车”，导致整个扩孔杆以及粗墩杆、扩孔头闷死在扩孔筒中，形成滞涨嵌顿，无法正常退出，直接引发设备故障和工模具损伤，且高温坯料(圆钢)报废。

由于对高温坯料(圆钢)实际长度与穿孔\扩孔参数设定的重要性，一定程度上直接影响到整条无缝钢管热挤压主产线的有序运行和产能、质量指标。因此，在穿孔\扩孔加工时设置有长度检测的程序和工步，用以减少高温坯料长度误差引发的连锁问题。

目前，穿/扩孔机的生产工艺流程是：如图1、图2所示，高温坯料从加热炉中输出→辊道输送→中继机械手抓取移送到上料平台→长度参数在线测量→上料平台上表面涂抹固体润滑剂(玻璃外粉)→依靠重力作用滚入上料机械手→上料机械手把高温坯料90度旋转垂直送入扩孔筒→扩孔筒水平位移到加工工位→启动扩孔杆→由上至下垂直进行扩孔加工→扩孔杆回退提升复位→扩孔筒水平位移回到原位→顶杆由下至上顶出高温坯料(扩孔料顶出扩孔筒)→出料机械手抓取高温扩孔料并做90度旋转放置在输送辊道上→辊道输送到感应炉二次加热，供后续热挤压制管加工。在生产实践中对高温坯料长度偏差引发的后果及其处置措施主要有两方面，即：

1)操作人员发现坯料长度偏差而未及时修正参数：扩孔机操作程序发出要料信号→高温坯料(圆钢)进入平台；此时操作人员通过坯料头部过暗或感应炉操作人员等提醒后，发现坯料长度偏差后未及时修正更改相应加工技术参数，为减少异常工况的发生，只能将该高温坯料进行回退处置，由辊道切换退回原感应炉区域保温再加热。等待修正参数后才能进行穿孔\扩孔作业。由于及时发现但未快速更改参数，坯料回退进行二次加热，当再进行扩孔时需要添加内、外玻璃粉进行润滑，但是剔除并回退高温坯料表面已经包裹了一层用于外润滑的外粉，坯料头部锥面也堆积了用于内润滑的内粉，此种状态下进行第二次加热，会影响感应炉的加热温度，导致挤压后荒管的横向裂纹缺陷多发。

2)操作工未及时发现坯料长度发生偏差而直接按照原定参数进行穿孔\扩孔加工：扩孔机操作程序发出要料信号→高温坯料(圆钢)进入平台；这时操作人员未及时高温坯料的长度偏差，未进行参数修正按照原定参数进行穿孔\扩孔加工→如设置长度大于坯料长度，就会发生扩孔头偏离中心扩孔工况导致断杆；如设置长度小于坯料长度，则会发生墩粗杆猛烈撞击坯料，扩孔头会卡在坯料里面滞涨嵌顿。

综上所述，由于扩孔机坯料长度经常发生变化，需要适时的修正相应技术参数，才能符合穿孔\扩孔的技术要求。但因环境、设备、人员、坯料等不确定因素的影响，在生产实践中会造成一定的漏检与误检现象，无论采取哪种操作方法，对于长度出现偏差的高温坯料生产都存在不同的后果，一定程度上影响到整条流水线的有序运行，现场处置劳动强度高，导致生产成本与能源消耗的上升。故需对现有的穿孔\扩孔生产工艺实施相应的技术改进，在满足穿孔\扩孔有序生产的基础上，消除因高温坯料长度偏差引发的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供是一种用于无缝钢管高温穿扩孔加工的坯料长度参数修正方法，利用剪切环座作为参照物，实现对进入扩孔筒中待穿孔\扩孔加工的每一支高温坯料(圆钢)的在线长度检测与参数修正，从源头上消除了因高温坯料(圆钢)长度偏差及其漏检、误检引发的连锁问题，安全可靠、实用高效，且无需费用投入，操作维护便捷，降低生产成本与能源消耗，减轻现场异常工况处置的劳动强度。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种用于无缝钢管高温穿扩孔加工的坯料长度参数修正方法，其包括如下步骤：

1)扩孔机自动要料

扩孔机操作人员将扩孔机操作系统进入自动模式，并向前道感应炉发出要料信号，请求穿\扩孔加工；

2)坯料输送送达

坯料从感应炉中输出，坯料温度1180～1190℃，通过辊道输送送到扩孔机，辊道输送速度1.4～1.6m/s；

3)抓取坯料：

中继机械手抓取坯料移送到上料平台，上料平台表面涂抹固体润滑剂即玻璃外粉；

4)送达扩孔筒并进入工位

依靠重力作用滚入上料机械手，上料机械手把坯料90度旋转垂直送入扩孔筒；

5)在线检测坯料长度并适时修正参数

通过坯料在扩孔筒内的实际位置来判断坯料长度参数是否正确，运用剪切环的定位功能，坯料的顶部端面应与扩孔筒的端面凸出10±1mm；误差值L＝坯料顶部平面与扩孔筒端面的实际高度差值-标准值；

若坯料凸出扩孔筒端面＞10mm，则说明坯料长度参数设置的长度过短；

若坯料低于扩孔筒端面＜10mm，则说明坯料长度长度参数设置过长；

此时，需根据来料的实际长度修正扩孔加工时的长度参数，即以标准值10±1mm为基数，根据来料的实际长度值予以修正，过长采用减法、过短采用加法予以调整参数，直至满足10±1mm的标注值当量，减少因坯料长度偏差导致的扩孔加工时的正、负间隙即间距，满足正常扩孔加工的技术要求；L＝H--标准值，其中L是需要修正的长度值，H是来料的实际长度值；

6)穿孔\扩孔加工

按照扩孔力2500±50吨，扩孔速度5～7m/min；

通过调整扩孔杆与坯料之间的距离值即间隙值进行扩孔工位修正：先让扩孔机自动进行一个机械手抓料的动作，随后进行手动操控扩孔，启动扩孔杆，由扩孔杆上至下垂直进行扩孔加工，扩孔杆回退提升复位，扩孔筒水平位移回到原位，顶杆由下至上顶出坯料，扩孔加工后的成品料顶出扩孔筒，出料机械手抓取扩孔料并做90度旋转放置在输送辊道上，通过辊道输送到感应炉二次加热，供后续热挤压制管加工。

本发明的有益效果：

1.本发明工艺设计合理，工序流程紧凑顺畅，安全可靠、实用高效，且无需费用投入，易于现场实施；

2.本发明利用剪切环座在扩孔筒的工位参数(位置与高度坐标)相对明确的特点，通过坯料扩孔前，在其顶部端面与扩孔筒端面的相应位置关系进行自检；

3.本发明保证每一支高温坯料(圆钢)长度参数都能实现在扩孔加工前的时时检测，并适时进行参数修正；

4.本发明操作维护便捷，从源头上消除了因高温坯料(圆钢)长度偏差及其漏检、误检引发的连锁问题，节能减排成效显著；

5.本发明降低生产成本与能源消耗，具有良好的消故降本促生产作用，减轻了现场异常工况处置的劳动强度，促进了设备功能精度建设；

6.本发明通用性强，对于业内无缝钢管热挤压主产线相应的穿孔\扩孔技术改进，具有一定的借鉴、应用价值。

附图说明

图1为无缝钢管扩孔加工结构示意图；

图2为现有无缝钢管坯料长度漏检后扩孔流程示意图；

图3为本发明无缝钢管坯料长度漏检后扩孔流程示意图。

图中，1穿/扩孔筒外套，2穿/扩孔筒内套，3剪切环座，4剪切环，5坯料，6穿/扩孔筒垫，7穿孔头，8镦粗头，9镦粗连接套，10镦粗杆，11穿/扩孔杆导筒，12穿/扩孔杆，13穿/扩孔连接杆。

具体实施方式

参见图3，本发明的一种用于无缝钢管高温穿扩孔加工的坯料长度参数修正方法，其包括如下步骤：

1)扩孔机自动要料

扩孔机操作人员将扩孔机操作系统进入自动模式，并向前道感应炉发出要料信号，请求穿\扩孔加工；

2)坯料输送送达

坯料从感应炉中输出，坯料温度1180～1190℃，通过辊道输送送到扩孔机，辊道输送速度1.4～1.6m/s；

3)抓取坯料：

中继机械手抓取坯料移送到上料平台，上料平台表面涂抹固体润滑剂即玻璃外粉；

4)送达扩孔筒并进入工位

依靠重力作用滚入上料机械手，上料机械手把坯料90度旋转垂直送入扩孔筒；

5)在线检测坯料长度并适时修正参数

通过坯料在扩孔筒内的实际位置来判断坯料长度参数是否正确，运用剪切环的定位功能，坯料的顶部端面应与扩孔筒的端面凸出10±1mm；误差值L＝坯料顶部平面与扩孔筒端面的实际高度差值-标准值；

若坯料凸出扩孔筒端面＞10mm，则说明坯料长度参数设置的长度过短；

若坯料低于扩孔筒端面＜10mm，则说明坯料长度长度参数设置过长；

此时，需根据来料的实际长度修正扩孔加工时的长度参数，即以标准值10±1mm为基数，根据来料的实际长度值予以修正，过长采用减法、过短采用加法予以调整参数，直至满足10±1mm的标注值当量，减少因坯料长度偏差导致的扩孔加工时的正、负间隙即间距，满足正常扩孔加工的技术要求；计算模型(公式)是L＝H--标准值，其中L是需要修正的长度值，H是来料的实际长度值；

6)穿孔\扩孔加工

按照扩孔力2500±50吨，扩孔速度5～7m/min；

通过调整扩孔杆与坯料之间的距离值即间隙值进行扩孔工位修正：先让扩孔机自动进行一个机械手抓料的动作，随后进行手动操控扩孔，启动扩孔杆，由扩孔杆上至下垂直进行扩孔加工，扩孔杆回退提升复位，扩孔筒水平位移回到原位，顶杆由下至上顶出坯料，扩孔加工后的成品料顶出扩孔筒，出料机械手抓取扩孔料并做90度旋转放置在输送辊道上，通过辊道输送到感应炉二次加热，供后续热挤压制管加工。

实施例一

以钢种BG2532、坯料规格φ236×27×750mm、扩孔规格φ242×φ120×940mm、挤压荒管(成品)规格φ135×16mm为例，现场实施本发明提供的无缝钢管扩孔制备加工技术，包括如下步骤：

1)扩孔机自动要料：扩孔机操作人员将扩孔机操作系统进入自动模式→并向前道感应炉工位发出要料信号，请求穿\扩孔加工。

2)坯料输送送达：高温坯料从感应炉中输出，坯料温度1180～1190℃，通过辊道输送送到扩孔机，辊道输送速度1.4～1.6m/s。

3)抓取高温坯料：中继机械手抓取移送到上料平台→上料平台上表面涂抹固体润滑剂(玻璃外粉)。

4)送达扩孔筒并进入工位：依靠重力作用滚入上料机械手→上料机械手把高温坯料90度旋转垂直送入扩孔筒→上料机械手把高温坯料90度旋转垂直送入扩孔筒。

5)在线检测长度并适时修正参数：坯料凸出扩孔筒端面H＝19mm，表面参数设置的长度过短，误差值L＝19-10＝9mm，据此及时根据来料的长度750mm适时更改扩孔长度参数的设置，修正9mm坯料长度误差值，修正因高温坯料长度偏差导致的扩孔加工是的正、负间隙(间距)，满足正常扩孔制备加工的技术要求。

6)穿孔\扩孔加工：按照扩孔力2530吨，扩孔速度5.5～6.5m/min，完成一支坯料扩孔作业时间为90～100s。就是通过调整扩孔杆与高温坯料之间的距离值(间隙值)进行扩孔工位修正，其修正工序工步涉及：让扩孔机自动进行一个机械手抓料的动作，随后可以进行手动操控扩孔，修正高温坯料工位(修正9mm坯料长度误差值)→启动扩孔杆→由上至下垂直进行扩孔加工→扩孔杆回退提升复位→扩孔筒水平位移回到原位→顶杆由下至上顶出高温坯料(扩孔料顶出扩孔筒)→出料机械手抓取高温扩孔料并做90度旋转放置在输送辊道上→辊道输送到感应炉二次加热，供后续热挤压制管加工。

实施例二

以钢种NC30Fe、坯料规格φ236×27×420mm、扩孔规格φ242×φ77×570mm、挤压荒管(成品)规格φ95×15mm为例，现场实施本发明提供的无缝钢管扩孔制备加工技术，包括如下步骤：

1)扩孔机自动要料：扩孔机操作人员将扩孔机操作系统进入自动模式→并向前道感应炉工位发出要料信号，请求穿\扩孔加工。

2)坯料输送送达：高温坯料从感应炉中输出，坯料温度1180～1190℃，通过辊道输送送到扩孔机，辊道输送速度1.4～1.6m/s。

3)抓取高温坯料：中继机械手抓取移送到上料平台→上料平台上表面涂抹固体润滑剂(玻璃外粉)。

4)送达扩孔筒并进入工位：依靠重力作用滚入上料机械手→上料机械手把高温坯料90度旋转垂直送入扩孔筒→上料机械手把高温坯料90度旋转垂直送入扩孔筒。

5)在线检测长度并适时修正参数：长度参数在线检测→此时高温坯料的顶部端面低于扩孔筒的端面H＝6mm，表明说明长度参数设置过长，误差值L＝6-10＝-4mm；此时需要及时根据来料的长度450mm适时更改扩孔长度参数的设置，修正-4mm坯料长度误差值，修正因高温坯料长度偏差导致的扩孔加工是的正、负间隙(间距)，满足正常扩孔制备加工的技术要求。

6)穿孔\扩孔加工：按照扩孔力2500吨，扩孔速度6.5～7m/min，完成一支坯料扩孔作业时间为60～70s。就是通过调整扩孔杆与高温坯料之间的距离值(间隙值)进行扩孔工位修正，其修正工序工步涉及：让扩孔机自动进行一个机械手抓料的动作，随后可以进行手动操控扩孔，修正高温坯料工位(修正—4mm坯料长度误差值)→启动扩孔杆→由上至下垂直进行扩孔加工→扩孔杆回退提升复位→扩孔筒水平位移回到原位→顶杆由下至上顶出高温坯料(扩孔料顶出扩孔筒)→出料机械手抓取高温扩孔料并做90度旋转放置在输送辊道上→辊道输送到感应炉二次加热(供后续热挤压制管加工)。

实施例三

以钢种6625、坯料规格φ346×77×620mm、扩孔规格φ352×φ206×860mm、挤压荒管(成品)规格φ254×38mm为例，现场实施本发明提供的无缝钢管扩孔制备加工技术，包括如下步骤：

1)扩孔机自动要料：扩孔机操作人员将扩孔机操作系统进入自动模式→并向前道感应炉工位发出要料信号，请求穿\扩孔加工。

2)坯料输送送达：高温坯料从感应炉中输出，坯料温度1180～1190℃，通过辊道输送送到扩孔机，辊道输送速度1.4～1.6m/s。

3)抓取高温坯料：中继机械手抓取移送到上料平台→上料平台上表面涂抹固体润滑剂(玻璃外粉)。

4)送达扩孔筒并进入工位：依靠重力作用滚入上料机械手→上料机械手把高温坯料90度旋转垂直送入扩孔筒→上料机械手把高温坯料90度旋转垂直送入扩孔筒。

5)在线检测长度并适时修正参数：长度参数在线检测→此时高温坯料的顶部端面较扩孔筒的端面高处H＝9.5mm，符合10±1mm的要求，说明长度参数设置合理，无需进一步修正误差值，可直接进行扩孔作业加工。

6)穿孔\扩孔加工：按照扩孔力2490吨，扩孔速度5.0～6.0m/min，完成一支坯料扩孔作业时间为110～120s。此时扩孔工位符合技术要求，无需修正即：启动扩孔杆→由上至下垂直进行扩孔加工→扩孔杆回退提升复位→扩孔筒水平位移回到原位→顶杆由下至上顶出高温坯料(扩孔料顶出扩孔筒)→出料机械手抓取高温扩孔料并做90度旋转放置在输送辊道上→辊道输送到感应炉二次加热，供后续热挤压制管加工。

Claims (1)

1.一种用于无缝钢管高温穿扩孔加工的坯料长度参数修正方法，其特征是，包括如下步骤：

1)扩孔机自动要料

扩孔机操作人员将扩孔机操作系统进入自动模式，并向前道感应炉发出要料信号，请求穿\扩孔加工；

2)坯料输送送达

坯料从感应炉中输出，坯料温度1180～1190℃，通过辊道输送送到扩孔机，辊道输送速度1.4～1.6m/s；

3)抓取坯料：

中继机械手抓取坯料移送到上料平台，上料平台表面涂抹固体润滑剂即玻璃外粉；

4)送达扩孔筒并进入工位

依靠重力作用滚入上料机械手，上料机械手把坯料90度旋转垂直送入扩孔筒；

5)在线检测坯料长度并适时修正参数

通过坯料在扩孔筒内的实际位置来判断坯料长度参数是否正确，运用剪切环的定位功能，坯料的顶部端面应与扩孔筒的端面凸出10±1mm即标准值；误差值L＝坯料顶部平面与扩孔筒端面的实际高度差值-标准值；

若坯料凸出扩孔筒端面＞10mm，则说明坯料长度参数设置的长度过短；

若坯料低于扩孔筒端面＜10mm，则说明坯料长度长度参数设置过长；

此时，需根据来料的实际长度修正扩孔加工时的长度参数，即以标准值10±1mm为基数，根据来料的实际长度值予以修正，过长采用减法、过短采用加法予以调整参数，直至满足10±1mm的标注值当量，减少因坯料长度偏差导致的扩孔加工时的正、负间隙即间距，满足正常扩孔加工的技术要求；其中，L＝H-标准值，L是需要修正的长度值，H是来料的实际长度值，单位：mm；

6)穿孔\扩孔加工

按照扩孔力2500±50吨，扩孔速度5～7m/min；

通过调整扩孔杆与坯料之间的距离值即间隙值进行扩孔工位修正：先让扩孔机自动进行一个机械手抓料的动作，随后进行手动操控扩孔，启动扩孔杆，由扩孔杆上至下垂直进行扩孔加工，扩孔杆回退提升复位，扩孔筒水平位移回到原位，顶杆由下至上顶出坯料，扩孔加工后的成品料出扩孔筒，出料机械手抓取扩孔料并做90度旋转放置在输送辊道上，通过辊道输送到感应炉二次加热，供后续热挤压制管加工。

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