不锈钢管坯外表面局部修磨设备的研制

裴卫民，朱龙龙，孙凤翔，叶明强，姚建英，姚志强，何 佳

（1.浙江久立特材科技股份有限公司，浙江 湖州 313028；2.宁波市鄞州永格贸易有限公司，浙江 宁波315000）

不锈钢管坯外表面局部修磨设备的研制

裴卫民1，朱龙龙2，孙凤翔2，叶明强1，姚建英1，姚志强1，何 佳1

（1.浙江久立特材科技股份有限公司，浙江 湖州 313028；2.宁波市鄞州永格贸易有限公司，浙江 宁波315000）

为了解决大规格不锈钢坯料管由于穿孔机热加工后造成管坯局部区域壁厚不均，需通过后续冷轧管机或冷拔管机进行纠偏加工，生产加工道次增多，且效果不理想的问题，设计了单边（局部）浮动磨削加工修磨机。介绍了该修磨机的主要技术参数，各设备单元的结构组成及其主要功能。并采用该修磨机对某规格不锈钢坯料管进行了修磨，修磨后的产品光滑、接刀处圆弧过渡，实现了设计要求，满足了生产需要。

不锈钢管；修磨设备；浮动磨削

Abstract:The part area wall thickness of large size stainless steel billet pipe was uneven,which caused by puncher after hot working,it should carried out correction processing by subsequent cold rolling mill or cold drawing mill,the production and processing pass increased,and the effect was not ideal.In order to solve the above problems,the unilateral(local)floating grinding machine was designed.In this article,it introduced the main technical parameters of the grinding machine,the structure composition and the main function of each unit.Adopting the grinding machine to grind a certain specification stainless steel billet pipe,the products were smooth after grinding,the grinding joint was circular arc transition.It achieved the design requirements,and met the production requirement.

Key words:stainless steel pipe;grinding device;floating grinding

1 概 述

对于大规格不锈钢坯料管，由于穿孔机热加工后造成管坯局部区域壁厚不均，需通过后续冷轧管机或冷拔管机进行纠偏加工，不但增加了加工道次，效果也不理想。因此对这种不锈钢坯料管采用局部修磨的办法，使壁厚均匀性得到改善，从而满足后续加工的要求。不锈钢修磨分中间修磨和成品修磨（抛光）两种。中间品修磨又称粗磨，在热穿孔、退火酸洗后或冷轧、冷拔成品管工序之前进行，目的是清除热穿孔和退火酸洗工序造成的表面缺陷，改善外观质量。成品修磨又称精磨（抛光），在冷轧、冷拔成品退火、酸洗工序后进行，以得到某种特定的表面质量，满足核电、石油、化工等管材的特殊要求。

不锈钢原材料（坯料管）的修磨是非常重要的前道工序，其修磨量除与原料质量有很大关系外，还与设备能力、工人操作水平等有关。

随着产品质量的提高和产品的升级，不锈钢管各道工序的精整尤其是修磨显得越来越重要，不锈钢管的每道工序后都要进行修磨。传统的修磨方式多为人工修磨，效率低，污染严重。本研究设计的不锈钢管坯外表局部修磨设备用于解决管坯外表面的局部自动修磨，并能根据产能进行分类计算，做出基本修磨产能的匹配方案，同时还解决了环保除尘的问题。

2 单边（局部）浮动磨削加工修磨机

单边（局部）浮动磨削加工修磨机的结构如图1所示。该修磨机主要由上料台架、上料拨料装置、修磨小车、修磨机组、下料台架、铁屑收装置、修磨间、操作间、液压系统、润滑系统、电气控制系统、除尘系统等组成，主要用于磨削不锈钢钢管外表面的缺陷，达到所需的表面质量要求。该修磨机通过PLC控制，可实现钢管表面点磨和局部纵向修磨，操作简单，维护方便。

图1 单边（局部）浮动磨削加工修磨机结构示意图

2.1 设备主要技术参数

适用钢种：碳结钢、合结钢、模具钢、轴承钢、工具钢、不锈钢等；

钢管外径：Φ130～Φ360 mm；

钢管长度：2 500～10 000 mm；

单支钢管最大质量：4 000 kg；

钢管弯曲度：局部≤20 mm/m；

钢管状态：常温；

表面磨削量（单边）：每道次≥0.2 mm，根据压力及磨头移动速度进行控制，磨头移动速度为0.8～10 m/min（变频可调）；

修磨后表面粗糙度Ra：12.5～25 μm；

砂轮种类：砂轮块或（切割片叠加形式）；

砂轮规格：Φ500 mm×52 mm×30 mm；

砂轮使用最小直径：Φ200 mm；

砂轮线速度：最高线速度为70 m/s；

修磨长度：25～500 mm；

修磨时托轮旋转线速度：1～2 m/min，工件旋转由液压马达驱动，转速可调，主动轮上装有编码器可以检测旋转的角度；

磨头的润滑方式：利用原油气润滑站供磨头润滑；

除尘方式：集中除尘。

2.2 各设备单元结构组成及其功能

2.2.1 上料台架

图2 上料台架实物照片

上料台架实物照片如图2所示。上料台架由固定台架、取料挡料机构等组成。上料台架整体长度约9 000 mm，宽约3 000 mm，布置在设备的左边，可放直径360 mm的钢管5支。

工作时，行车将坯料吊放在固定台架上，钢管沿台架斜面滚动至固定台架前端的取料位置处。取料臂在油缸的驱动下抬起将钢管输送到拨料位置，拨料臂抬起钢管滚动到拨料臂前端，拨料油缸缓慢落下将钢管轻轻放在旋转拖轮上。台架表面为重轨，耐磨性能好。台架内设计有推料装置，对于弯曲度较大的钢管可协助其滚动，保证钢管在台架上顺利运行。

2.2.2 修磨小车

修磨小车实物照片如图3所示。修磨小车由小车、拖轮、小车驱动装置、导轨、车载液压站小车、车载液压站等组成。修磨小车的电源通过滑轮导线架连接。

图3 修磨小车实物照片

小车体由优质结构钢、型钢焊接后加工而成，用于安装托轮系统和车轮等。修磨小车驱动系统由液压马达、卷筒、钢丝绳、钢丝绳张紧机构等组成。通过比例阀实现液压马达的无级调速控制。修磨小车运行速度控制在2～30 m/min内，可无级调速。液压马达绞车驱动修磨小车在两条钢轨上运行。液压马达绞车装置滚筒上缠绕着Φ22 mm的钢芯钢丝绳，钢丝绳的两个端头分别固定在小车两端。张紧装置为油缸驱动，驱动一个滑轮，将钢丝绳两端张紧。张紧压力可调，张紧装置附近设置手动控制阀。拖轮传动采用液压马达集中传动形式。在拖轮中间设置两套工件卡紧机构，配合拖轮间歇旋转实现工件的修磨。

2.2.3 砂轮机组

砂轮机组实物照片如图4所示。砂轮机组由磨头总成、横移装置等组成，用于实现恒功率强力浮动磨削。砂轮机组要具备定点修磨、局部修磨和全修磨的功能，并实现修磨区域与非修磨区平滑过渡。

图4 砂轮机组实物照片

高速磨头由箱体、高强度主轴系统、皮带变速系统、（哈、瓦、洛）高速轴承等组成，传动效率高。高速磨头由7.5 kW交流电机驱动，电机皮带张紧可调（电机座可调）。上下升降的位置点动调节。连续往复的修磨，横移装置往复速度可用变频器，通过电机齿轮、齿条实现可控调节。横移速度的调节会影响磨削量的大小。磨头加载系统由气缸、气动比例阀控制。气源来自于车间主压缩空气管线；阀架主要包括气动三联件、电磁阀、气动比例阀、消声器等元件。通过气动比例阀调节用气量，实现气缸压力大小的调节，从而实现磨削量的控制。但气缸压力不能过大，这是由于切割片薄、韧性大，过大的气缸压力会导致其变形，从而影响磨削效果。

2.2.4 下料台架

下料台架由固定台架、拨料机构、液压油缸等组成。下料台架整体长度约10 000 mm，宽约2 100 mm，可放直径360 mm的钢管5支。

固定台架是反向倾斜的斜台架，表面为重轨，耐磨性好。修磨完毕的钢管由拨料机构输送到下料区域，由拨料机构将钢管输送到收集台架。台架内设计有推料装置，对于弯曲度较大的钢管可协助其滚动，保证钢管在台架上顺利运行。

2.2.5 修磨室

修磨室起安全防护和除尘隔音作用。修磨室一侧设计有检修门供维修用。

2.2.6 操作间

操作间墙壁由夹芯板组成，内芯为泡沫塑料，起隔音作用。玻璃窗户由双层玻璃密封组成，内层采用防弹玻璃以确保操作者的安全，外层采用钢化玻璃，更换方便。操作室的门框用橡胶密封条密封，修磨点到操作工观察距离约1 200 mm。

2.2.7 除尘装置

除尘装置由除尘器及除尘管道组成。一个放散管（俗称烟囱），带安全爬梯，管道设计电动蝶阀。电机功率30 kW（带变频器）。

2.2.8 液压润滑系统

整套液压、润滑系统设有主机液压站1台，小车液压站1台，磨头油气润滑站1台。

主机液压站由油箱、泵源部分、循环冷却过滤、蓄能器组等组成。采用增大型油箱，有利于散热，降低油温，提高工作可靠性。

油箱设有油温检测传感器和温度计。温度＜25℃，加热器自动加热；温度＞35℃，加热器自动停止； 温度＜45℃， 关冷却水； 温度＞55℃，开冷却水；温度达到65℃时，HMI报警，操作工通知设备维护人员及时处理；温度达到70℃时，液压泵强制停车。

油箱设有液位检测传感器和液位计。共有4个液位报警点，液位处于高位时，HMI报警；液位处于中位时，系统正常工作；液位处于低位时，HMI报警，操作工通知设备维护人员及时处理；液位处于超低位时，液压泵强制停车。

液压泵采用恒压变量泵，节约能源、噪音小。液压泵共两个，一用一备。采用弹性联轴器，油泵同阀台之间采用软连接，以减少震动冲击。液压油通过循环泵循环，通过热交换器冷却，降低油温，保证液压系统正常工作。该液压系统设有循环过滤和回油过滤，过滤精度10 μm。过滤系统采用双联过滤器，过滤器选用国产优质产品，可以在线手动切换，减少热停时间。液压泵出口设有压力继电器和目测压力表，可以实时监控和观察液压泵的工作情况。

小车液压站用于实现小车坯料夹紧、拖轮驱动，系统工作压力10 MPa。液压站由油箱、泵源部分、循环电动冷却器、过滤器等组成。油箱设有油温检测传感器、温度计、压力继电器。油箱设有液位检测传感器和液位计，有3个液位报警点，中位（正常工作）、低位（报警）、超低位（强制停车位）。

2.2.9 电控系统部分

电气自动化由PLC、HMI、远程I/O、检测元件等组成；完成时序控制、闭环控制、联锁、故障和警报检测、信号检测及通讯等功能。PLC柜内装设西门子S7300系列PLC及其输入输出模块等装置，可以实现对全过程的自动控制及与其他设备的衔接。操作台采用人性化设计，舒适方便，配有操作开关。变频调速系统控制变频器起动、停止、保护及调速。MCC系统控制各电动机的起动、停止以及保护，并提供控制电源。检测传感器等监测系统提供设备自动化需要的各种检测信号。

（1） 整体控制。 过程控制采用西门子S7300系列，并带EEPROM存储卡，采用 PC编程。采用 PROFIBUS-DP工业现场总线将HMI、PLC、远程I/O、调速装置及检测设备连接起来，两者之间通过PROFIBUS-DP网络连接，工控机DP口与PLC相连，使整个系统组成一个有机的整体。

（2）PLC基本功能。①修磨机设备现场操作台面板上各设有选择开关，可根据需要选择 “手动”或“自动”；②当选择“手动”时，各设备之间无联锁功能，此功能仅作为调试或检修用；③正常生产时自动控制，以减少人工操作，当选择“自动”时， 各设备之间联锁，按下“自动启动”按钮时，各单元设备按一定间隔时间分别启动。同样，按下“自动停止”按钮时，各单元设备按一定间隔时间顺序停止运行；④按下单体设备任何一处的 “紧停”按钮，该设备立即转入停止状态，而不再是顺序停机。当人身及设备或人员安全受到严重威胁时才使用该功能；⑤如设备出现故障，操作箱面板上的故障指示器就会发出声、光报警，同时，代表该设备相应的故障指示灯亮，工控机上也有相应的故障文字提示，便于检查和维修。

（3）HMI操作站基本功能。①钢管修磨机HMI操作站负责工艺过程及设备管理的监控，包括设备、工艺参数的设定，生产过程中各设备状态和电气参数的动态显示及工艺参数的人工调整，电气设备的一般功能性及方式性操作，故障报警与记录等；②钢管修磨线主要工控机界面有工艺主界面、设备功能界面、手动操作界面、操作说明、故障报警界面等。

3 实际运用

采用该单边（局部）浮动磨削加工修磨机对某规格不锈钢坯料管进行修磨。首先待磨削坯料管通过上料台架拨到修磨小车上，然后小车运行至砂轮机组磨头下方停住，等待修磨。选择相关的技术参数：磨头主电机功率为7.5 kW；表面磨削量每道次≥0.2 mm，根据气压及磨头移动速度进行控制；磨头移动速度为0.8～10 m/min（变频可调）；修磨后表面粗糙度 Ra为12.5～25 μm。修磨后的实物照片如图5所示。由图5可见，单边（局部）修磨加工出来的产品比较光滑，接刀处圆弧过渡，可以满足生产要求。

图5 修磨后的实物照片

4 结束语

采用单边（局部）浮动磨削加工修磨机修磨不锈钢坯料管，可以解决大规格不锈钢管坯由于穿孔机热加工后造成管坯局部区域壁厚不均，需通过后续冷轧管机或冷拔管机进行纠偏加工，生产加工道次增多，且效果也不理想的问题。采用该修磨机对某规格的不锈钢坯料管进行了修磨，修磨后的产品比较光滑、接刀处圆弧过渡，实现了设计要求，满足了生产需要。

[1]青柳和也，金京淑.不锈钢管的自动检测磨削装置[J].国外钢铁，1992(7)：57-64.

[2]仇健，巩亚东，张延成，等.砂轮周边磨削参数对快速点磨削加工精度影响的研究[J].精密制造与自动化，2008 (4)：19-21.

[3]朱峰，曹硕生，雷力生.外圆切入磨削加工精度的研究[J].机械工程学报，1993，29(5)：104-109.

[4]傅祯海.一种提高磨削钢管表面粗糙度的装置[J].精密制造与自动化，2013(3)：55-57.

[5]董希林.机械磨加工自动检测装置的研制[J].自动化仪表，2005，26(11)：33-34.

[6]郭盼盼，赵伟.焊缝余高自动行走磨削装置的设计[J].工程技术（全文版）,2016,19(7):246-247.

[7]郭耀森，张杰，梁江仔.一种焊管外焊缝全长磨削装置，CN203887651U[P].2014.

[8]黄旭辉.不锈钢的磨削加工[J].机械工程师，1999（3）：43-44.

[9]王一刚.不锈钢高速磨削加工冷却工艺分析[J].制造技术与机床，2009(12)：26-28.

[10]成大龙.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2016.

编辑：谢淑霞

国家发改委正式核准西气东输三线闽粤支干线天然气管道建设项目

近日，国家发改委正式核准西气东输三线闽粤支干线天然气管道建设项目。该项目起于福建漳州市的漳州分输清管站，与西气东输三线东段相连，终于广州增城的增城分输清管站，与西气东输二线广州—深圳支干线相连，途经福建漳州和广东潮州、揭阳、梅州、河源、惠州和广州等7个地市，线路全长约575 km，设计输量58亿m3/a，项目估算总投资60.53亿元，建设工期计划为4年。

项目的建成，将加快完善闽粤两省的能源保障体系，促进地方产业结构升级和能源结构优化，进一步缓解区域天然气供应不足问题，填补天然气市场缺口，提高沿线地区企业经济社会效益，实现节能减排，造福人民群众。

（李 超摘自中国管道商务网）

Appearance Partial Grinding Equipment of Stainless Steel Tube Billet

PEI Weimin1,ZHU Longlong2,SUN Fengxiang2,YE Mingqiang1, YAO Jianying1,YAO Zhiqiang1,HE Jia1
（1.Zhejiang JIULI Hi-tech Metals Co.,Ltd.,Huzhou 313028,Zhejiang,China; 2.Ningbo Yinzhou Yongge Trade Co.,Ltd.,Ningbo 315000,Zhejiang,China）

TE973

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2017.03.012

2016-12-21

裴卫民（1959—）男，汉族，浙江吴兴人，高级工程师，主要研究方向为机电一体化。