浙江至德钢业有限公司采用立式穿孔机为卧式挤压机提供空心坯料是不锈钢管挤压不同于有色金属挤压的一个特点。立式穿孔机有利于穿孔工具与坯料金属在穿孔中心线上的对中,提高了穿孔后空心坯的同心度,有利于挤压钢管壁厚均匀度的提高。而采用液压传动的穿孔机工作平稳,没有冲击,穿孔速度容易控制,并且结构也比较简单。因此,近代的钢管挤压机组都是采用立式液压穿孔机提供空心坯料。


 与钢挤压机配套的立式穿孔机的能力一般为所配套挤压机能力的35%~45%,并且随着挤压坯料合金化程度的提高,立式穿孔机的能力与卧式挤压机的能力的比例有着提高的趋势。


 如果立式穿孔机仅用于扩孔工艺,则其能力与挤压机能力的比例可以减小到20%~35%,因为扩孔工艺时坯料无镦粗工序,而穿孔工艺中所需穿孔机的最大压力是镦粗工序。


1. 多穿孔筒的回转框架结构


  近代立式穿孔机采用带有2~3个穿孔筒的回转框架结构,各个穿孔筒轮流工作,使所有的辅助工序都在穿孔中心线之外进行,并且经常对穿孔筒内衬进行机械清理和冷却的工作也在线外完成。


  英国Loewy 公司的1200t穿孔机在回转框架中装有2个穿孔筒,每个穿孔筒布置4个工位,分别为:a. 卸去空心坯和剪切环;b. 预镦粗和穿孔;c. 从穿孔筒中推出空心坯;d.穿孔筒内衬和剪切环清理、冷却。


  这种结构允许方便地布置所有的辅助机械,缩短了穿孔机的工作周期。


  日本神户制钢的23MN(2300t)穿孔机带有3个穿孔筒的回转框架结构,每个穿孔筒布置了4个工位,即装料一镦粗一穿孔一取出空心坯及穿孔筒内衬的清理和冷却。


  穿孔筒的工位从4个减少到3个,穿孔机的工作周期由30s增加到40秒。


2. 宽底座预应力张立柱固定螺帽的刚性框架结构


  双移动横梁在导向装置上移动;采用穿孔针和穿孔杆的套筒式连接系统;采用流动水冷却,以防止横梁在热膨胀时产生的翘曲;采用预应力张立柱固定螺帽,提高封闭式框架结构的刚性,提高穿孔过程中穿孔中心线的同心度。


  当坯料镦粗时,两个移动横梁同步移动;穿孔开始前两个动梁分开并反向移动;移动横梁的连接用机械方法来实现。


3. 多压力缸结构


  立式穿孔机的主缸,采用多缸结构,以实现镦粗、穿孔或扩孔时,以各个压力缸的组合选择来满足不同等级压力的需求,并且将主缸布置在下面,以缩小穿孔机的总高度。


4. 液压锁紧穿孔筒及镦粗穿孔杆的固定


  采用专门的锁紧机构,以实现自动而快速地安装新穿孔筒和穿孔镦粗杆,并在空心坯的卸料位置,借助于推坯料机进行穿孔筒的更换。使更换穿孔筒的时间缩短到10~20min。


5. 安装穿孔头或扩孔头的专门装置


 安装穿孔头或扩孔头的装置与穿孔筒回转框架连锁,并且由储存器经冷却和检查后提供穿孔头或扩孔头。


  在穿孔过程中,下支承杆封闭剪切环的孔,在穿孔余料达到规定的厚度时,下支承杆在上穿孔横梁的作用下,下降并切断穿孔余料。穿孔针回程,穿孔针头和穿孔余料留在下面。对于双穿孔筒的穿孔机,穿孔筒不在穿孔中心线上时,可用专门的机械取出穿孔头和穿孔余料,而对于三穿孔筒的穿孔机,则采用回转的卷筒将穿孔头、穿孔余料和剪切环一起取出。


6. 安装新剪切环的装置


  通过不同工位的卷筒,取走穿孔头,穿孔余料和剪切环。


  对于双穿孔筒的穿孔机,采用专门的机械装置将剪切环和坯料一起装进穿孔筒。


  穿孔后,用机械手从穿孔筒中取出的剪切环在第3个工位进行剪切环的清理。


7. 将坯料由水平位置改变成垂直位置并装进穿孔筒中的机械装置


  为了从穿孔筒中取出穿孔空心坯,安装有专门的液压推出装置,其能力约为穿孔机主缸能力的1/3.


8. 穿孔筒的清理和冷却装置


 采用旋转的金属丝刷子,并在其中安装有固定的水喷雾器装置。


9. 穿孔筒内衬的预热器


  穿孔前,穿孔筒的预热采用附加内热式的感应加热器,对于挤压筒的过盈装配和保持装配后的预应力是必要的。


10. 穿孔针和敏粗杆的套筒式连接机构


  为了提高穿孔空心坯的壁厚精度,在现代穿孔机上采用镦粗杆和穿孔针运动的套管系统。坯料镦粗后,镦粗杆并不返回,而是继续保持和其接触。这样可以让穿孔针精确地对准坯料中心,并减小其自由长度。以用穿孔镦粗杆头和专门的穿孔筒内衬套形成补充的穿孔定心。


11. 穿孔机主辅设备的自动化


 A. 穿孔机的程序控制


   穿孔机的电子控制是自由可编程序的控制,其还附带一种操作控制的程序。这种电子控制是新技术,可有以下几种操作方法:a. 带有连锁的更换工具的操作开关以及调节穿孔机空运转的操作开关均不用按钮结构;b. 穿孔机的主生产开关及所有各种必要的连锁装置和所有各种辅助装置的手动开关;c. 部分自动化电路,其中有单个的自动汇集站,余下部分可用手动控制进行;d. 整个设备用自动化的程序块实现整个生产过程的自动化;e. 从控制室的主控制台上接通并监控设备的所有各个部分。


 B. 使用工业机器人


  要阻止工业机器人用于热穿(扩)孔生产是困难的,特别是用于高温(其温度往往高达1200℃)和沉重的工件(其曲轴的重量高达250kg)以及在多尘埃的环境中的繁重作业。


  要求在这种不利的生产条件下,机器人动作的准确性也不能遭到破坏。特别是当穿(扩)孔机装料时,对尺寸和位置的准确性和稳定性均有很高的要求,因为在很多情况下尺寸和位置的准确性往往只能偏差几毫米。


  机器人影响经济效益的重大因素是它的灵活性。这种设备的“程序”,即操作的有效距离,运动过程和工作节奏必须能以简单的方式加以调整和变化,使这种机器人除完成预先规定的任务外,还可令其做其他工作。这就要求机器人不仅具有干预机器人的机能的自由可编程序,而且还要使任何一个没有这种高度发展的专门知识的人都能使用这种机器人。这种所要求的自由可编程序即是“Teach-in-方法的自由可编程序”。


  Loewy(英国)12MN(1200t)立式穿(扩)孔机和神户制钢(日本)23MN(2300t)立式穿(扩)孔机的技术特性见表8-28.


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