大口徑無縫鋼瓶雙輪旋壓機

郭 恒 張劍楠

(揚州誠德鋼管有限公司，揚州 225215)

大口徑無縫鋼瓶雙輪旋壓機

郭 恒 張劍楠

(揚州誠德鋼管有限公司，揚州 225215)

本文介紹了一種生產大口徑無縫鋼瓶的雙輪旋壓機，該設備最大加工外徑可達Φ950mm，填補了國內外在此項技術和工藝領域的空白。該旋壓機生產的Φ914無縫高壓氣瓶已成功運用到CNG站用儲氣領域和車載運輸領域，與傳統氣瓶相比，大大提高了儲氣容積和氣瓶的容重比，減少了連接管路和泄漏點，具有良好的市場前景。

雙輪旋壓機 Φ914無縫氣瓶 CNG氣瓶

本設備采用高度集成的液壓控制系統，在旋壓工藝上做了改進，大大提高了氣瓶外徑和壁厚的加工范圍，對引領未來無縫氣瓶的生產趨勢和旋壓設備的改進發展均有重大意義。

1 主要結構和技術參數

1.1 主要結構

本旋壓機主要以機械設備為主體，采用PLC程序和液壓系統來控制、驅動主設備和旋壓過程。機械部分主要包括：中頻加熱裝置，前橫、縱向進給裝置，后橫、縱向進給裝置，前、后旋輪，主軸箱，前、后夾緊裝置，固定托料裝置，移動脫料裝置，尾座小車和床身，具體結構見圖1。

驅動裝置包括主電機驅動和液壓驅動兩部分。主軸驅動采用直流調速，液壓系統采用恒壓泵-蓄能器組成的恒壓系統，通過PLC程序執行旋輪的運行軌跡，采用比例伺服閥及位移傳感器對旋輪多軸運動軌跡進行有效控制，使旋輪軌跡的運行精度理論可達0.1mm。

1.2 技術參數

本旋壓機的主要技術參數為：主電機功率：1050KW；主軸轉速：10～200r/min；前、后橫向進給系統行程：750mm；前、后縱向進給系統形成：620mm；前、后橫向進給力：max150T；前、后縱向進給力：max180T；管坯外徑：Φ450～Φ950mm；管坯壁厚：20～45mm；管坯長度：2000～13000mm；主要加工材料：4130X（30CrMo或SA372）。

2 旋壓機工作原理

本旋壓機的主要工藝流程包括：將管坯吊裝至固定托料裝置和移動脫料裝置上，張開前、后夾緊裝置的卡爪，用后卡爪夾緊鋼管一端后，安裝在尾座小車上的液壓馬達驅動齒輪沿著安裝在床身上的齒條運行，將管坯送入主軸箱至加工長度（移動尾架上驅動電機帶有旋轉編碼器，可以較好的控制管坯的送料尺寸）后，夾緊前卡爪并鎖定尾座小車（防止鋼管軸向躥動）；檢查完畢后，將中頻加熱爐前伸，對管坯進行加熱（加熱過程中主電機帶動管坯進行低速轉動，以保證加熱的均勻性），待加熱到指定溫度后，退出中頻爐，提高主軸轉速，并執行旋壓程序。

圖1 雙輪旋壓機結構簡圖

本旋壓機最主要的特點是采用雙旋輪壓（單雙旋輪壓比較見圖2）。傳統旋壓工藝為：旋輪以管坯中心線和總送進量的交點為固定圓心，進行設定角度的旋壓運動，每執行一次旋壓過程，旋輪沿軸向移動一定的距離（單道次送進量），進而形成X/Y向的復合運動。雙輪旋壓采用X/Y向同時進給的方式，直接擬合氣瓶的成形曲線，以旋輪起旋位置所在徑向線和管坯軸線的交點為圓心，進行雙旋輪交替式多道次旋壓，每次旋壓后旋輪均沿軸向移動一定的距離（旋壓軌跡的圓心隨之移動），以給定送進量。旋壓過程中，前（后）旋輪進行旋壓成形的同時，后（前）旋輪回到下一道次的起始位，從而保證旋壓效率。

3 主要技術特點

第一，加工直徑可達Φ950mm，大大提高了單只氣瓶的有效容量，在相同儲氣量的前提下，較少的氣瓶數量，可有效減少氣瓶間聯接管道和閥門的使用量，減少附件使用成本，同時也減少了泄漏點。尤其對容重比要求較高的車載氣瓶而言，大容積更是一種未來的趨勢。第二，采用雙旋輪工藝和先進的數控技術，在保證氣瓶成形質量的同時，提高生產效率。第三，主軸傳動采用直流調速，使管坯旋轉速度無級可調。第四，進給系統采用比例伺服閥及進口MTS伸縮磁質位移傳感器進行旋輪軌跡控制，使X/Y向同步公差和氣瓶瓶口外徑公差控制在±1mm。第五，可通過提高主軸轉速和降低旋輪進給速度兩種方式來控制氣瓶旋壓表面的粗糙度。第六，可通過改變送進量和旋輪運行軌跡的方式，控制氣瓶瓶口的加工長度。第七，前、后夾緊裝置設計為五等分，減小了對管坯的夾緊變形量；前卡爪采用五爪分別驅動，克服了因鋼管失圓造成的單個卡爪夾不緊的問題。

4 研究成果

圖2 單、雙旋輪壓工藝比較

圖3 ?914產品圖

作為首臺生產Ф914氣瓶的雙輪旋壓機，揚州誠德鋼管有限公司填補了此項技術領域的空白。自2008年提出研發Ф914無縫氣瓶至今，已取得相關專利4項，制定了經國家容標委備案的企業標準一冊，取得了A1壓力容器制造許可證；并于2014年12月獲得法國國際檢疫局（BV）資質（第三方權威資質）認可，中試產品出口到印度尼西亞，經印度尼西亞石油公司試用評價滿意，并提出批量采購要求；2015年10月，Ф914氣瓶產品通過ASME的U和U2鋼印標記認證，并與美國鐵路推進系統公司達成了合作開發意向。Ф914產品如圖3所示。

5 結論

（1）該設備是目前國內第一臺可以加工最大外徑Ф950mm氣瓶的雙輪旋壓機，已成功生產出的Ф914mm無縫氣瓶，填補了此項技術領域的空白，具有廣闊的市場前景。

（2）采用的雙旋輪旋壓工藝和先進的數控技術，顛覆了傳統單旋輪旋壓的觀念，并提高了生產效率，促進了旋壓機技術的創新，對更大口徑氣瓶的研發具有一定的指導意義。

[1]趙云豪，李彥利.旋壓技術與應用[M].北京：機械工業出版社，2008.

[2]張濤，賈英輝，時海芳，等.無縫氣瓶收口熱旋壓成形過程的數值模擬及分析[J].鍛壓技術，2011，（6）：58-61.

Large Diameter Seamless Cylinder Double Wheels Spinning Machine

GUO Heng，ZHANG Jian nan
（Yangzhou Chengde Steel Tube Co., Ltd., Yangzhou 225215）

The paper introduces a double wheels spinning machine for producing large diameter se amless c ylinder. The spinning machine can product cylinder maximum diameter up to Φ950mm, and fill the blanks at home and abroad in the field about technology and process. The Φ914 hi gh pressure se amless cylinder product by this machine has been successfully applied to the field of CNG stations and vehicle trans portation. Com pared with the traditional gas cylinders, this Φ914 cylinder has a great market prospect for greatly improving the storage volume and volumeweight ratio, reducing the connection pipe and leaking point.

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