二辊周期式冷轧管机在铜合金管材生产中应用和发展

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1、二辊周期式冷轧管机在铜合金管材生产中应用和发展　　摘要：对于铜合金管材生产而言，二辊周期轧机是关键工艺装备，随着大长度管坯连续化生产工艺的发展，长行程、高速度、高效率、自动化已成为二辊周期冷轧管机轧机发展的必然趋势。文章详细介绍了二辊周期冷轧管轧机的应用特点、发展现状及技术关键，高速度、高效率是未来我国周期式冷轧管机的发展方向。关键词：二辊周期冷轧管机；动力平衡；铜合金管；回转送进中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-2374（2013）27-0041-031二辊周期式冷轧管机的应用特点10周期式冷轧管机是有色金属管材生产中

2、广泛应用的一种基本生产方法，管材按一定频率送进由芯棒和周期往复运动的孔型所组成的轧槽内，内壁在芯棒的支撑下，靠逐渐收缩的变断面孔型碾压管坯，实现减径减壁功能，如图1所示。轧制中金属受三向压应力作用，具有良好的塑性变形条件，而往复运动的孔型将周期送进的金属的塑变分散到整个有效轧程中去，最大限度地利用金属的塑性，达到用较小的轧制力实现较大加工率的目的，具有显著的“微观变形，宏观积累”的效果，因而是充分发挥材料塑性的最有效的冷加工工艺方法。具有以下六个方面的显著特点：（1）道次加工率可以达到70%～90%，延伸系数3～10，一次冷轧相当于4～5次拉

3、伸，具有较高的劳动效率。特别是对于塑性低、难变形合金，是目前最为有效的铜合金管拉伸前的开坯手段。（2）可显著缩短管材加工工艺流程，减少拉伸所造成的几何废料及辅助生产时间，生产效率和成品率提高15%～20%，特别是近年来以长行程、高频率、双回转双送进为代表的新型轧制设备的发展，为超长铜合金管材连续化生产奠定了技术基础。（3）在变形区内金属周向、径向压缩应力作用明显，而轴向作用力相对较小，因而可以起到显著的纠偏作用，一般轧制后管材的偏心率会比挤压偏心率下降50%以上，这是靠拉伸不可能实现的，因而可以显著提高产品的壁厚公差精度，是目前高精度薄壁铜合

4、金管材生产的关键工艺环节。（4）轧制回程对处于轧槽中的管材具有均整碾压作用，一段金属从送进孔型到脱离孔型，处于不断变形、不断均整的过程，因而轧制管材既具有塑性变性对组织的强化作用，又具有显著提高管材表面质量及尺寸精度的作用，为高精管材抛光拉伸奠定了基础。10（5）冷轧管机结构复杂、设备投资高、维护调整困难、工具制造成本高，生产效率受设备结构及调整、维护、更换工具、装料等辅助因素影响较大。（6）二辊周期式冷轧管机受轧辊孔型及运动特点的限制，轧制产品椭圆度及表面光洁度不如拉伸制品，因而二辊周期轧制一般应用于拉伸前的开坯工序。近十年来，PSW行星轧

5、制技术业已成熟，由于PSW轧制省去了传统的热挤压工序，可以方便地实现大重量管坯连续化盘式生产，且具有节能、高效的显著优势，目前已成为塑性好、再结晶温度低的紫铜类管材开坯的主流生产工艺。但对于加工硬化快、塑性较差、再结晶温度高的铜合金管材，今后仍将以冷轧开坯生产工艺为主，但随着现代工艺技术的发展，高速度、高效率的二辊周期式冷轧管机将成为必然的发展趋势。图1二辊周期轧机工作原理图2高速轧机发展中的三个必须解决的技术问题衡量轧管机先进程度的关键指标是其生产效率，计算轧管机生产效率的公式如下，除去轧制根数K以外，其中：送进量m与总延伸系数和孔型的设计

6、及行程有关；每分钟行程次数n与轧机的总体结构刚度、传动效率及机体高速运行的稳定性有关；设备利用系数与辅助用时有关。因此实现高速轧制必须解决以下重要的技术瓶颈：10（其中n是每分钟双行程次数；m是送进量，mm；λ是总延伸系数；K是轧制根数；η是设备利用系数。）2.1轧机及传动机构工作时的稳定性问题图2传动装置运动速度对惯性扭矩的影响图3行星曲柄机构配重及垂直配重示意图图4垂直配重前后主传动承受的扭矩对比图5垂直配重与行星曲柄配重轧机安装基础对比2.1.1轧机机体的结构问题。轧机机头及曲柄、连杆机构工作时承受各种轧制力及各种附加拉弯交变应力的作用

7、，高速轧制时其工况更为恶劣，保持轧机机头及曲柄连杆机构具有良好的结构刚度，是保证轧制平稳运行、提高轧件质量的根本要求。在设计上不应片面靠减轻轧头及附属曲柄连杆机构的重量来减少冲击动量，为提高轧制频率创造条件。与国外高速轧机相比，我国轧机机头及附属曲柄、连杆机构不是过重而是不足，这也是影响我国轧管机运行寿命及轧制质量的关键因素之一。因此作为高速轧机应在保证机头及曲柄连杆机构具有足够刚度的条件下，通过优化机头结构合理减轻重量，提高轧制频率。2.1.210传动系统的动平衡问题。曲柄连杆机构运转时最大的问题是曲柄转动水平方向的分速度成周期性加减速，导

8、致轧辊做直线运动时对传动系统产生巨大的冲击负荷和惯性扭矩，这种惯性冲击载荷随着轧制频率、速度的提高而迅速上升，如不加以平衡将导致产生巨大的惯性力和惯性力矩，高速轧制