5.3 新 型 Assel 軋 管 機

1937年，美國工程師W.J.Assel在俄亥俄洲Wooster市Wayne Co.厚壁鋼管廠對伍斯特爾軋機（Wooster Mill）重新進行了改造設(shè)計，他將這種改造設(shè)計后的斜軋管機以其名字命名為阿塞爾軋管機（ASSEL Mill）。由于這種斜軋管機采用了三個軋輥，因此一般稱之三輥軋管機，而歐美各國則習慣于稱它為阿塞爾軋管機（ASSEL Mill）。

阿塞爾軋管機（ASSEL Mill）的三個軋輥在機架中呈120度角布置，與長芯棒構(gòu)成一個相對封閉的環(huán)狀孔型。軋輥軸線相對于軋制中心線垂直方向和水平方向均傾斜于一定角度，分別叫喂入角和輾軋角。軋輥形狀呈錐形，中間段有一個凸起叫做輥肩，軋制時與長芯棒完成集中變形，實現(xiàn)較大的壓下量，延伸系數(shù)可達2左右。

5.3.1 主要工藝設(shè)備

阿塞爾（ASSEL）軋管機主要包括四部分，即：

5.3.1.1 前臺入口端

它包括毛管移送系統(tǒng)，由一個杠桿式移送臂將毛管送入插芯棒位置；

芯棒移送系統(tǒng)，芯棒通過法蘭盤與小車聯(lián)接，帶有預(yù)旋轉(zhuǎn)裝置的芯棒小車在底座導(dǎo)軌上水平往返移動，芯棒小車的往返水平移動由雙鏈輪傳動系統(tǒng)驅(qū)動；為保證軋制時芯棒移動速度處于控制狀態(tài)，由安裝在導(dǎo)軌底座上的兩個液壓缸來限制芯棒小車在軋制過程中的前進速度，芯棒的冷卻由配制在小車上的水管接頭從小車尾部插入芯棒進行內(nèi)水冷；在芯棒小車導(dǎo)軌中間的芯棒托輥托住芯棒，確保芯棒平穩(wěn)插入毛管，在芯棒小車前進和后退過程中四個芯棒托輥依次抬起或依次落下，避免與小車相撞。

可調(diào)式三輥定心裝置，分布在芯棒移送系統(tǒng)和軋機之間，它的作用一是抱毛管，二是抱芯棒，三是打開接受毛管；

芯棒潤滑系統(tǒng)，在芯棒小車止推器與最末可調(diào)式三輥定心裝置之間，在芯棒插入毛管的過程中對芯棒工作帶進行軋制前的潤滑；

升降輸送輥、軋機前調(diào)整輥和夾送輥，確保毛管準確送入軋輥；擋管器，它是確保芯棒插入毛管的一個裝置。

5.3.1.2 主機

機架，由牌坊底座和旋轉(zhuǎn)頂蓋組成。

圖5-36 軋輥總成

圖5-37 軋輥調(diào)整系統(tǒng)

更換軋輥是，機架上蓋通過兩個液壓缸打開，落在一個撐接支架上，以便三個軋輥通過吊車和換輥裝置進行更換。牌坊底座和旋轉(zhuǎn)頂蓋在軋制期間由四個液壓夾緊缸鎖緊。三個工作輥安裝在軋機機架上，呈120°布置，按這種方式頂部一個軋輥，底部兩個軋輥。

三個工作軋輥裝配包括帶軸的軋輥，耐磨軸承和兩個軸承箱，裝配后形成一個更換件，該更換件裝入軋輥座內(nèi)。

軋輥調(diào)整裝置保證按照軋制要求調(diào)整孔喉和輾軋角，由兩個電動壓下絲杠完成的，它們可單獨操作，也可以同時操作，當兩個壓下絲杠進行反向運動時，可調(diào)整軋輥的輾軋角，確定輾軋角后，兩個絲杠同時壓下或抬起可調(diào)整軋輥的孔喉尺寸。在兩個壓下絲杠之間，機架內(nèi)有一個液壓缸與軋輥座連接，它的作用是保持輥箱的穩(wěn)定，避免壓下絲杠端部與轉(zhuǎn)轂之間產(chǎn)生間隙，我們稱之為平衡缸。

軋輥座(小轉(zhuǎn)轂)安裝在轉(zhuǎn)轂(大轉(zhuǎn)轂)內(nèi)，當調(diào)整喂入角時，轉(zhuǎn)轂就由一個主軸傳動系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)到適當角度。每個轉(zhuǎn)轂都有一個獨立的傳動系統(tǒng)，前進角從0°～12°范圍內(nèi)無級可調(diào)，每個轉(zhuǎn)轂都有兩個液壓夾緊缸鎖緊。

在上輥出料側(cè)的壓下絲杠、軋輥調(diào)整裝置和軋輥軸承座之間，安裝了一個液壓快開裝置，它的作用時在軋制快結(jié)束時投入工作。它用一個連接環(huán)限制行程并滿足運行要求，當活塞向內(nèi)運動時，軋輥提起，以實現(xiàn)對毛管尾部的無壓下軋制，以此防止毛管尾端形成三角形喇叭口。

整個牌坊機架放置在緊固于基礎(chǔ)上的兩個底板上。

5.3.1.3 后臺出口端

圖5-38

圖5-39

為防止荒管表面劃傷和薄壁管發(fā)生表面扭曲現(xiàn)象，在軋機出口處裝有一個輥式導(dǎo)向裝置，它同兩條與軋制方向平行排列的長驅(qū)動輥相連，長驅(qū)動輥以均勻的轉(zhuǎn)速導(dǎo)衛(wèi)厚壁鋼管前進，當軋制結(jié)束時，上導(dǎo)輥抬起，兩個下導(dǎo)輥之間的輸送輥抬起，夾送輥壓下，通過輸送輥驅(qū)動將荒管送往后面的輸送輥道。長驅(qū)動輥底座根據(jù)荒管直徑的不同,可整體上下調(diào)整中心線。

5.3.1.4 傳動系統(tǒng)；

每個軋輥均有獨立的傳動系統(tǒng)，由萬向接軸，減速機和電機組成，軋機采用后臺傳動方式。

5.3.2 主要調(diào)整參數(shù)

基本概念（均以上輥為例）

喂入角：軋輥軸線和軋制線分別在水平面上進行投影，它們的投影線之間的夾角稱為喂入角（feed angle、前進角、送進角、）

輾軋角：軋輥軸線和軋制線分別在垂直平面上進行投影，它們的投影線之間的夾角稱為輾軋角（spread angle）

5.3.2.1 軋輥喉徑和輾軋角的調(diào)整

Assel軋機的三個工作輥在軋機機架里成120°布置，軋輥安裝在軋輥座上，軋輥座安裝在轉(zhuǎn)轂里。每個轉(zhuǎn)轂都由兩個壓下絲杠調(diào)整，一個在入口側(cè)，一個在出口側(cè)，兩個壓下絲杠可分別單獨調(diào)整，以得到適合的“軋輥喉徑”和“輾軋角”。

1 輾軋角設(shè)定

以軋輥座的底面作為測量表面，當這表面與軋制中心線平行時，輾軋角為零。在機架牌坊的出、入口設(shè)有測量點，三個轉(zhuǎn)轂共有6個測量點，測出的數(shù)據(jù)存入計算機。

當軋輥座上兩塊止推板到軋制中心距離相等時，輾軋角為5°

2 輾軋角和軋輥喉徑的調(diào)整

輾軋角的調(diào)整：

輾軋角（β）調(diào)整時，軋機出口和入口側(cè)的壓下絲杠做反向調(diào)整，以出口打開，入口壓下為正調(diào)整（輾軋角增加）。

出口絲杠行程=標準行程+軋輥半徑*（1-cos（β-5））+350*tan（β-5）

入口絲杠行程=標準行程—軋輥半徑*（1-cos（β-5））+350*tan（β-5）

軋輥喉徑的調(diào)整：

在Assel孔型中安裝測量棒，同時在軋機出口和入口分別安裝測量架。將軋輥座上出口和入口的測量栓與測量架上的測量栓分別對正。此時的輾軋角為5°，測量棒與測量架拆除后，壓下絲杠做同向同步調(diào)整就相應(yīng)的改變軋輥喉徑。

調(diào)整后喉徑=原喉徑+2*絲杠調(diào)整距離

軋輥中心與軋制中心的距離=（軋輥直徑+軋輥喉徑）/2

當軋輥直徑改變時，需重新在計算機中輸入軋輥直徑,通常情況下，輾軋角和軋輥喉徑的設(shè)定和調(diào)整通過計算機控制完成。

5.3.2.2 喂入角的設(shè)定和調(diào)整

Assel軋機的軋輥安裝在三個轉(zhuǎn)轂里，通過對轉(zhuǎn)轂的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，可以得到某一喂入角

軋輥的0°喂入角，對應(yīng)于軋輥的拆裝位置，軋機的喂入角0~12°可調(diào)。

圖中給出的是上輥喂入角的調(diào)節(jié)方式，在Assel軋機上，上輥（1#輥）和左輥（3#輥）

圖5-40

的喂入角調(diào)節(jié)行程是一致的，而右輥（2#輥）由于調(diào)節(jié)裝置安裝方向與前兩個輥相反，因此它的調(diào)節(jié)行程與另兩個輥不同。

5.3.2.3 Assel軋管機的工作過程

1 前臺

穿孔后的毛管通過橫移車移送至Assel軋機前臺，然后由毛管移送臂將毛管送入軋機入口側(cè)輥道上，移送臂回到原位。輥道輸送毛管至擋板前，定心輥抱住毛管，停在等待芯棒插入的位置上。

芯棒在輥子的支撐下，由原始位置通過芯棒小車的驅(qū)動高速插入毛管中（1.5m/s）。芯棒的工作段在穿過石墨潤滑箱時被噴上石墨潤滑劑。芯棒的支撐輥隨著芯棒小車的前進逐個落下。

芯棒到達插入位置后，擋板升起，夾送輥落下，輸送輥道啟動，毛管和芯棒同步前進。芯棒在到達工作位置之前，由芯棒小車上的帶有超越離合器的輔助驅(qū)動裝置進行預(yù)旋轉(zhuǎn)，帶動毛管旋轉(zhuǎn)進入AsseL軋機的工作輥中。在芯棒到達工作位置之前，芯棒小車與限動梁聯(lián)鎖。限動梁開始控制芯棒的前進速度（0.07~0.2m/s），使芯棒的前進速度低于厚壁鋼管的前進速度。隨著毛管被Assel軋輥咬入，入口側(cè)輸送輥道全部集體落下至低位。隨著軋制過程中厚壁鋼管不斷地旋轉(zhuǎn)前進，厚壁鋼管尾部每離開一架三輥定心，該架三輥定心從原來的抱毛管位，變?yōu)楸景粑弧?/p>

在軋制結(jié)束后，前臺輸送輥升起至托芯棒位，三輥定心集體打開至低位，芯棒小車高速退回原始位置（4m/s），限動梁在液壓缸的帶動下退回原位。在芯棒小車回退過程中，芯棒托輥逐架抬起，托住芯棒。芯棒的工作段通過石墨潤滑箱時被噴上石墨潤滑劑。

2 主機

軋輥在開始咬入前處于低速旋轉(zhuǎn)，當毛管隨芯棒進入軋輥后開始一次咬入，在此時毛管只在直徑上受到壓縮，隨著厚壁鋼管前進，在軋輥的臺肩開始毛管內(nèi)表面接觸芯棒表面進行減壁，實現(xiàn)二次咬入。正常咬入后軋輥轉(zhuǎn)速提高到設(shè)定的軋制速度，進行高速軋制。在軋制結(jié)束后軋輥轉(zhuǎn)速降回低速。通常咬入速度是軋制速度的70%

在生產(chǎn)薄壁管時，為防止荒管前端產(chǎn)生喇叭形擴口，在毛管被軋輥咬入前，上軋輥的輥縫預(yù)先設(shè)定在比正常軋制輥縫稍大的位置，當毛管頭部通過軋輥的臺肩后，上軋輥快速恢復(fù)到正常軋制位置，我們把軋輥的這個動作叫做“快關(guān)”。

同樣是在軋制薄壁管時，為了防止厚壁鋼管尾部形成三角形而造成的軋卡，在厚壁鋼管尾端通過軋輥臺肩之前，上軋輥的輥縫被打開到一個較大的位置，對厚壁鋼管尾部不減壁，從而避免了尾三角的形成。

通常情況下，當Assel軋后荒管徑壁比（D/S）＞12時，采用快開動作，當徑壁比＞16時，使用快關(guān)動作。

3 后臺

在開始軋制時，由于芯棒端部首先伸出軋機進入后臺，離軋機最近的雙導(dǎo)輥首先托住芯棒端部，隨著荒管從軋機中軋出，雙導(dǎo)輥變換至托荒管位。

在軋制開始時，后臺的長導(dǎo)輥處于高速轉(zhuǎn)動狀態(tài)，它的旋轉(zhuǎn)方向與軋輥旋轉(zhuǎn)方向一致，長導(dǎo)輥輥面線速度與荒管的表面線速度保持一致。當荒管進入雙導(dǎo)輥時，導(dǎo)輥的輥面與荒管的表面幾乎不產(chǎn)生滑動摩擦，一方面避免了對荒管表面的劃傷，另一方面由于長導(dǎo)輥幾乎對荒管的旋轉(zhuǎn)不產(chǎn)生阻力，也避免了荒管的扭轉(zhuǎn)。

荒管進入長導(dǎo)輥后，首先是兩個連在一起的上導(dǎo)輥從打開位壓下至抱荒管位，隨著荒管的不斷前進，后臺的上導(dǎo)輥逐架由打開位壓下至抱荒管位。

當荒管尾部離開軋機，軋制結(jié)束時，長導(dǎo)輥立即從高速轉(zhuǎn)動降低到一個很低的轉(zhuǎn)速，在長導(dǎo)輥最前端的兩個連在一起的上導(dǎo)輥此時有一個抱緊荒管的動作，確保在抽芯棒時，荒管不會被芯棒帶回軋機。

芯棒從荒管中抽出后，后臺全部上導(dǎo)輥打開，長導(dǎo)輥中間的輸送輥升起，后臺的夾送輥壓下，共同將荒管輸送出長導(dǎo)輥，在長導(dǎo)輥后的三個固定輸送輥繼續(xù)將荒管輸送至定徑前升降輥道。

5.3.2.4 Assel軋機的變形過程

Assel軋機的變形區(qū)是由三個相同的軋輥和芯棒組成的，三個軋輥同向旋轉(zhuǎn)。軋機中心線和軋制線一致，從軋制線到三個軋輥的距離相等，一般在生產(chǎn)壁厚較大的厚壁鋼管時采用回退式軋制方式，主要是厚壁管的脫棒間隙較小，不便于抽棒。通常情況下均采用限動軋制方式進行軋制。

圖5-41 Assel軋管變形區(qū)橫截面

Assel軋機的變形過程與二輥斜軋延伸機相類似，軋輥輥型也由咬入?yún)^(qū)（入口錐）、脊部（臺肩）、均整區(qū)和出口區(qū)組成。

圖5-42

毛管被軋輥一次咬入后，進入入口錐，入口錐角一般約為2.5~3°，由于毛管內(nèi)徑大于芯棒直徑，首先進行減徑，當直徑上的壓下量等于毛管內(nèi)徑與芯棒的間隙值（插棒間隙）時，毛管內(nèi)表面開始接觸芯棒表面，此時一次咬如階段結(jié)束。由于輥面臺肩急劇壓下，而厚壁鋼管內(nèi)壁受到芯棒的限制因此開始減壁，進入二次咬入階段。一次咬入主要是減徑區(qū)，該區(qū)的主要作用是建立足夠的曳入力，以克服來自軋輥脊部（臺肩）的軸向阻力，實現(xiàn)二次咬入。有時為了實現(xiàn)二次咬入，在入口錐提前減壁。一般在入口錐的壁厚壓下量等于（0.18~0.25）Hs，Hs為臺肩高度。

毛管到達臺肩時，壁厚有較大的壓下量，厚壁鋼管的延伸變形主要集中在臺肩完成。因為厚壁鋼管的內(nèi)徑保持不便（減壁變形時厚壁鋼管內(nèi)徑就等于芯棒直徑），這時的壁厚壓下量就等于直徑壓下量的一半。

毛管通過臺肩后進入均整區(qū)，均整區(qū)的輥面在輾軋角為5°的情況下是與軋制線平行的，因此該區(qū)的變形量很小，該區(qū)的作用是輾軋壁厚，進行定壁。最后厚壁鋼管經(jīng)出口錐歸圓軋出。

圖5-43

Assel軋管機在軋制過程中，厚壁鋼管橫截面的變化是從圓到圓三角形，最后再歸圓的過程。

由于變形區(qū)不是完全封閉的，有較大的輥縫存在。在軋制進行到厚壁鋼管的尾端時，金屬容易被擠入輥縫而形成尾三角，尾三角會卡在軋輥縫隙中造成后卡。通常采用在軋輥出口設(shè)置快開裝置，提前放大軋輥與芯棒的距離，對厚壁鋼管尾部不減壁的方法解決尾三角后卡的問題。采用快開方式在一定程度上解決了Assel軋制薄壁管時的后卡，但是如果軋機快開的控制不準確，往往造成厚壁鋼管尾端增厚段過長，最終造成鋼耗過大。

5.3.2.5 Assel軋管機的液壓快開裝置

1 設(shè)置快開裝置的目的

在Assel軋管機上輥轉(zhuǎn)轂的出口側(cè)裝有一個液壓快開裝置，它可以在軋制薄壁厚壁鋼管的頭部和尾部時進行動作，避免Assel軋機在軋制薄壁厚壁鋼管時的頭部喇叭口缺陷和尾部三角形缺陷?？刂祁^部喇叭口的目的是為了給生產(chǎn)線上的下一道工序提供更穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)的原料；控制尾部三角的目的是防止軋機本身發(fā)生軋卡。

2 快開裝置的動作過程以及控制方法

快開液壓缸的基本位置是滿沖程，即液壓缸伸出最大行程。該裝置的動作分為“快關(guān)”和“快開”兩種方式。在該液壓缸內(nèi)裝有位置檢測元件，可以對液壓缸的動作行程進行設(shè)定。

1) “快關(guān)”

當采用“快關(guān)”方式進行動作時，在軋機開始軋制前，液壓缸回收一定的行程，由于該液壓缸的上部頂住了軋機上輥出口側(cè)的壓下絲杠，下部頂住上軋輥座的出口側(cè)，它回收了一定的行程，而軋輥座的入口仍保持在原壓下位置，上軋輥座在上輥平衡液壓缸的拉動下，帶著上軋輥，以軋輥座入口的固定點為旋轉(zhuǎn)中心，向上旋轉(zhuǎn)一定的角度。

由于軋輥向上抬起，造成輥面與芯棒之間的距離加大，當毛管頭部在此處通過時，可以減少軋輥對毛管壁厚的壓下，由于壁厚壓下量的減小從而減小了厚壁鋼管的橫變形，因此可

圖5-44

以減輕甚至消除Assel軋制薄壁管生產(chǎn)時的喇叭口現(xiàn)象。在毛管頭部通過軋輥臺肩后，為了保證厚壁鋼管管體的壁厚精度，上軋輥需要迅速恢復(fù)正常軋制位置，快開液壓缸應(yīng)立即恢復(fù)滿行程的工作位置。但是由于此時的軋輥壓下正處于厚壁鋼管軋制過程中，屬于帶鋼壓下，需要的壓力很大，同時壓下動作要求在極短的時間內(nèi)完成（約0.3秒）。為此在原有的快開液壓缸外設(shè)置了一個增壓缸來保證“快關(guān)”動作的及時和準確。

2) “快關(guān)”動作的局限性

由于“快關(guān)”動作需要在毛管咬入前打開軋輥距離，但是為了保證毛管順利進行一次咬入，軋輥距離不能打開過大（如果快關(guān)動作打開的軋輥距離過大，會造成軋機入口的輥距增大，將難以實現(xiàn)毛管的一次咬如）。因此“快關(guān)”動作對毛管頭部減壁量的影響是有限的，最終對薄壁管喇叭口缺陷的改善能力也受到限制。

為了彌補“快關(guān)”動作消除薄壁管頭部喇叭口能力上的不足，Meer公司推薦使用階梯芯棒配合“快關(guān)”動作共同完成對“喇叭口”的消除。

圖5-46 集中換輥吊運裝置

圖5-47

2 軋輥設(shè)計

首先根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格和軋制表計算軋輥入口和出口的開口度。

入口：ΔE=LE1*tana1+HS

出口：ΔA=R1(1-cosa2)+LA1*tana2

ΔE≥Δe ，Δe=CH/2+（SH-SL）；

ΔA≥Δa ，Δa= CL/2；

CH=dH-2SH-DM

CL=dL-2SL-DM

ΔE ——軋輥入口的開口度；

Δe ——毛管需要的開口度；

ΔA ——軋輥出口的開口度；

Δa ——荒管需要的開口度；

LE1 ——軋輥入口錐長度；

LA1 ——軋輥出口錐長度；

a1、a2 —— 入口輥面錐角、出口輥面錐角

R1 ——過渡圓弧半徑

dH、 SH、CH ——毛管直徑、毛管壁厚、插棒間隙；

dL 、SL、 CL——荒管直徑、荒管壁厚、脫棒間隙；

DM ——芯棒直徑；

1) 入口側(cè)的計算

咬入系數(shù)k的定義：

k=LG/dH

LG=ΔeR/tana1

ΔeR= CH/2+（SH- SL）-HS

LG：一次咬入長度

ΔeR：

k值一般應(yīng)在0.4~0.7之間。

首先選擇軋輥入口錐角a1，a1：2.5°~4°，推薦3°。因咬入條件的限制，小于2.5°或者大于4°時，軋輥很難完成咬入過程。

2) 出口側(cè)的計算

首先選擇出口角a2和過渡半徑R1，建議開始時選擇a2=3°和R1=150~200mm

以此計算下列變量：

ΔAR1=R1（1-cosa2）；

a2的推薦值為2°~10°

下面可以計算所有毛管所需的出口側(cè)長度：

la=R1sina2+（Δa-R1（1-cosa2））/tana2

la——任一荒管所需的出口長度

Δa——荒管所需出口側(cè)的開口度。

3) 軋輥臺肩的計算

肩角β為50°，計算肩高Hs和肩長Ls：

Hs=（Rs+rs）（1-cosβ）- rs（1- cosa1）

Ls=（Rs+rs）sinβ- rs*sina1

4) 輾軋段長度的計算

輾軋段長度計算如下：

Lk=U*ηa*π*dL/3*tanγ

U——輾軋系數(shù)（1.6~2.2）

ηa——滑移系數(shù)（0.75~1.0）

γ——喂入角

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