Ｄｅｓｉｇｎａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ设计与研究 垂直挤压大口径厚壁无缝钢管生产线 白 箴 （内蒙古北方重工业集团公司，内蒙古包头０１４０３３） 摘要：通过研究垂直挤压大口径厚壁无缝钢管的生产工艺，设计制造出中国最大的、乃至世界最大的首台 套３．６万ｔ垂直挤压机，且配套设计制造出包括１．５万ｔ制坯压机、高压水除鳞装置和玻璃粉喷涂装 置等设备，建立了一套采用垂直挤压方式生产大口径厚壁无缝钢管的生产线。 关键词：垂直挤压机厚壁无缝钢管工艺 中图分类号：ＴＧ３７５ 文献标识码：Ｂ Ｖｅｒｔｉｃａｌ ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ ｌａｒｇｅ ｃａｌｉｂｅｒ ｔｈｉｃｋ ｗａｌｌ ｓｅａｍｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｌｉｎｅ ＢＡＩ Ｚｈｅｎ （Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ Ｎｏｒｔｈ Ｈｅａｖｙ Ｉｎｄｕｓｔｉｒｅｓ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏｒｐ．，Ｌｔｄ．，Ｂａｏｔｏｕ ０１４０３３，ＣＨＮ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ ｌａｒｇｅ ｃａｌｉｂｅｒ ｔｈｉｃｋ ｗａｌｌ ｓｅａｍｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ，ｔｈｅ ｌａｒｇｅｓｔ ｆｉｒｓｔ ｓｅｔ ｏｆ ３６ ０００ ｔｏｎｓ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｅｘｔｒｕｄｅｒ ｉｎ Ｃｈｉｎａ，ｅｖｅｎ ｉｎ ｔｈｅ ｗｏｒｌｄ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｍａｄｅ，ａｎｄ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ １５ ０００ ｔｏｎｓ ｂｌｏｏｍ ｍａｋｉｎｇ ｅｘｔｒｕｄｅｒ，ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｗａｔｅｒ ｄｅｓｃａｌｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ ｇｌａｓｓ ｐｏｗｄｅｒ ｓｐｒａｙｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ，ｅｔｃ．ｗｅｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｍａｄｅ，ａｎｄ ａ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｌｉｎｅ Ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｗｈｉｃｈ ａｄｏｐｔｅｄ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｐｒｏｄｕｃｅ ｌａｒｇｅ ｃａｌｉｂｅｒ ｔｈｉｃｋ ｗａｌｌ ｓｅａｍｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｅｘｔｒｕｄｅｒ；Ｔｈｉｃｋ Ｗａｌｌ Ｓｅａｍｌｅｓｓ Ｓｔｅｅｌ Ｔｕｂｅ；Ｐｒｏｃｅｓｓ 通过近３年的努力，中国最大的３．６万ｔ垂直挤 自由锻造法就是采用自由锻造设备上的上平下Ｖ 压机完成设计、制造、安装、冷调试和热调试工作，于 型砧、上下Ｖ型砧锻造出实心圆坯，然后采用机械加 ２００９年７月１３日试挤出第一根大口径厚壁无缝钢 工的方法加工成管型件；或者增加一件有锥度的芯棒 管，随即很快地步人小批量试生产阶段。通过小批量 插入空心坯料中进行芯轴拔长，锻造成管型件的方法。 试生产，进一步调整和优化了挤压工艺和挤压工模具， 其主要工艺流程：拔长——机械加工或钢锭镦 使大批量生产大口径厚壁无缝钢管的目标得以实现。 粗——穿孔——芯轴拔长——机械加工。 目前设备和工艺运行稳定，已经挤压生产出了包括超 主要设备及特点：自由锻造是一种传统锻造工艺 临界电站锅炉用１＂９１和Ｐ９２厚壁无缝钢管和核电站用 方法，主要设备是锻造压机；其特点为多火次加热，生 ＷＢ３６厚壁无缝钢管，以及铸管模毛坯，其挤压产品的 产时间不确定且长，产量、材料利用率较低。 性能均达到了标准要求。 １．２穿孔拉拔 １挤压工艺 穿孔拉拔法（图１）就是使孔内置有芯杆的空心坯 料在外加拉力作用下通过模孔，以获得相应尺寸与形 大口径厚壁无缝钢管生产工艺是最终确定挤压设 状的制品塑性加工方法。 备的基础，所要采取的工艺决定着生产产品的优劣，也 其主要工艺流程：火焰切割钢锭冒口、锭尾端—— 决定着生产设备的形式。目前在世界范围内，电站锅 加热——垂直冲孔（盲孔）——穿入芯杆——卧式拉 炉用大口径厚壁无缝钢管规格为６２７３～１ ０６６ ｍｍ，壁 拔（多次）——切尾（盲孔端）——热处理——矫 厚２０—１３０ ｍｍ。除了 １１ ｍｍ以下部分钢管可采用 直——机械加工。 大皮尔格扎制工艺生产外，世界上大口径厚壁无缝钢 主要设备及特点：拉拔是管材、棒材等的主要生产 管主要采取以下３种工艺： 方法之一，通常采用冲孑Ｌ机、卧式拉拔机。小规格钢管 １．１自由锻造 一火可拉拔成型，大规格钢管需多火完成。对相同规 ｕｌｌ ＿ｌ ．等 格的钢管，材料利用率和生产效率优于自由锻，但低于 挤压。变形过程中变形金属处于两向压应力、一向压 拉力状态，对于较低塑性材料难以加工。 图１拉拔机生产情况 １．３垂直挤压（即美国喀麦隆式） 挤压就是对放在挤压筒内的锭坯一端施加以压 力，使之通过模孔成型的一种压力加工方法。挤压管 材时，芯棒与挤压模孔形成一环形缝隙，在挤压轴压力 作用下，金属经环形缝隙流出形成管材。 其主要工艺流程：火焰切割钢锭冒口、锭尾端—— 加热——垂直冲孔——挤压——热处理——矫直—— 精整。 主要设备及特点：挤压可以加工用轧制或锻造有 困难甚至无法加工的金属材料，分垂直挤压和水平挤 压两种形式，即立式挤压机（图２）和卧式挤压机。挤 压具有强烈的三向压应力状态，可以使金属发挥出极 好的塑性。挤压一火成型，钢锭切头、尾后利用率为 ９０％一９５％，对相同规格的钢管，挤压较拉拔的加热次 数要少，表面质量好、生产效率高，毛坯加工余量小于 穿孔拉拔工艺。 图２立式挤压机生产情况 通过对以上３种工艺分析来看，垂直挤压工艺是 所有钢管生产工艺中质量好，可靠性高，且有较稳定的 生产工艺。为此最终确定采用垂直挤压工艺。 ２垂直挤压工艺流程 其流程：钢锭制备一加热一表面预处理一制坯一 加热一表面预处理一挤压一热处理一理化试验一矫 直一精加工一切定尺一喷涂标识一检验一入库。 ３垂直挤压设备 ３．６万ｔ垂直挤压机是立式挤压机，配置６个同径 的主缸和一些辅助油缸，主缸驱动着动梁将加热到预 定温度的空心坯料通过模具向上挤出，可生产出各种 规格的大口径厚壁无缝钢管。其机架、动梁和主油缸 采用预应力钢丝缠绕结构，是除粗螺栓预应力结构和 细螺栓预应力结构外的另外一种预应力结构。它首先 通过计算机应力分析，改变应力场结构，按照未裂先分 的原则，进行合理的剖分，将超重、超限的巨大结构件 分成子件，制造后通过组合（坎合）子结构组装成整体 结构；预应力剖分坎合技术与预应力钢丝缠绕技术相 结合，用预应力场改善工作应力场形式，使拉应力变成 压应力，消除应力集中（应力峰值），提高挤压机使用 寿命，使压机在保证强度、疲劳抗力和刚度的前提下达 到重量轻、结构紧凑的目的；从另外一方面讲，全应力 场下的剖分一组合（坎合）处理方式，还使零件化大为 小，减小重量，大大降低了各零件的制造难度，降低运 输成本和困难程度。 图３ ＰＭＳＤ驱动系统示意图 ３．６万ｔ垂直挤压机和与其配套的１．５万ｔ制坯 压机共同使用一套液压驱动和控制系统。该套系统选 用德国ＷＥＰＵＫＯ液压公司设计的ＰＭＳＤ驱动系统（即 改进型正弦驱动系统）和电子控制系统。ＰＭＳＤ驱动 系统（图３）的独特之处是直接将缸体和伺服控制变量 泵连接起来，而不通过定向控制阀，这就是该系统耗能 低的主要因素之一；而且主泵直接与工作油缸连接，便 于６个主缸的平衡控制，从而减少挤压模具磨损，提高 ＝ ，一 ２ｏｌｌ￣］Ｉ１１１ 无卡轴旋切机床进刀速度伺服控制 李运华 郭乙宏 （北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京１００１９１） 摘要：通过对无卡轴旋切机床的工作原理、传动过程和刀架进给期望速度函数的分析，指出旋切控制的关 键在于刀具进给与原木实际转动速度的配合。采用旋转编码器实时检测原木转动线速度以及刀架 进给速度。使用数字控制器和无速度传感器异步电动机矢量控制对刀架进给过程进行控制，从而实 现了无卡轴旋切机床进刀速度伺服控制。该控制方法通过引入实际原木转速和刀架进给速度的反 馈，采用自适应模糊控制策略有效地提高了系统的精度和抗干扰能力。理论与应用实践证明，该方 法具有良好的应用价值和市场开发前景。 关键词：无卡轴旋切机床伺服控制 变速进给 自适应模糊控制 误差比率 文献标识码：Ａ 中图分类号：ＴＧ５１、ＴＰ２７３ Ｓｅｒｖｏ－ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ ｆｅｅｄ ｒａｔｅ ｏｆ ｓｐｉｎｄｌｅ－ｌｅｓｓ ｖｅｎｅｅｒ ｌａｔｈｅ ＬＩ Ｙｕｎｈｕａ，ＧＵ０ Ｙｉｈｏｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｉｒｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｈａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１９１，ＣＨＮ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｔｕｄｉｅｓ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｉｎｄｌｅ－ｌｅｓｓ ｖｅｎｅｅｒ ｌａｔｈｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｅｘｐｅｃｔｅｄ ｆｅｅｄ ｒａｔｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｎ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｋｅｙ ｏｆ ｐｅｅｌｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｓ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｆｅｅｄ ｒａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｏｌ ｐｏｓｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｇ．・Ｗｅ ａｐｐｌｙ ｒｏｔａｒｙ ｅｎｃｏｄｅ￣ｔｏ ｄｅ— ｔｅｃｔ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｅｅｄ ｒａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｏｌ ｐｏｓｔ，ｕｓｅ ａ ｄｉｓｔｌ ｃｏｎｔａｒｏｌｌｅｒ ａｎｄ ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ ｗｉｔｈ ｓｅｎｓｏｒ—ｌｅｓｓ ｖｅｃｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｆｅｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｏｌ ｐｏｓｔ，ＳＯ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｅｅｄ ｒａｔｅ ｓｅｒｖｏ—ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ ｓｐｉｎｄｌｅ—ｌｅｓｓ ｖｅｎｅｅｒ ｌａｔｈｅ ｉＳ ｒｅａｌｉｚｅｄ．Ｂｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ ａｃｔｕａｌ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｅｅｄ ｒａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｏｌ ｐｏｓｔ，ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ ｔｈｅ ａｄａｐｔｉｖｅ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔ— ｅｇｙ，ｔｈｉｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ａｎｄ ａｎｔｉ—ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ．Ｉｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｐｒｏｖｅｄ ｂｙ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｈａｓ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｖａｌｕｅ ａｎｄ ｍａｒｋｅｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｒｏｓｐｅｃｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｐｉｎｄｌｅ－ｌｅｓｓ Ｖｅｎｅｅｒ Ｌａｔｈｅ；Ｓｅｒｖｏ Ｃｏｎｔｒｏｌ；Ｓｐｅｅｄ－ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ Ｆｅｅｄ；Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｆｕｚｚｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ；Ｅｒｒｏｒ Ｒａ一 ｎ 旋切机床是一种木工机床，用于将原木旋切成单 板，是胶合板生产线上的重要设备。其中无卡轴旋切 减小加工后剩余木芯的直径，提高木材利用率而受到 普遍重视。 机床由于采用辊轴外圆夹紧待加工原木 ¨，可以大大 Ｐ９２厚壁无缝钢管挤压毛坯。 无卡轴旋切机床中一般至少需要３个辊轴，其中 压研究，奠定了进人航天航空用钛合金、高温合金产品 ７结语 ３．６万ｔ垂直挤压机的成功建设，使北方重工成为 继美国威曼高登之后掌握大型挤压技术，并拥有世界 上最大挤压机的厂家，成为国内唯一可生产超超临界 的基础，该垂直挤压大口径厚壁无缝钢管生产线将为 企业发展提供强有力的支撑。 作者：白箴，１９５６年生，高级工程师，研究方向为 锻压工艺及其设备。 （编辑文章编号 ｌ】ｌ２ｏ ｉ ０ 谭弘颖） （收稿日期：２０１１—０７一ｏ４） 。 ： Ｐ９２大口径厚壁无缝钢管的供应商。在做好大口径厚 壁无缝钢管的同时，积极开展了钛合金、高温合金的挤 如果您想发表对本变的看法 请将文章编号填入读者意见调查袭中的相应位置。 ｚｕＩ串帚１ ｌ１朋