大口径无缝钢瓶双轮旋压机

郭 恒 张剑楠

(扬州诚德钢管有限公司，扬州 225215)

大口径无缝钢瓶双轮旋压机

郭 恒 张剑楠

(扬州诚德钢管有限公司，扬州 225215)

本文介绍了一种生产大口径无缝钢瓶的双轮旋压机，该设备最大加工外径可达Φ950mm，填补了国内外在此项技术和工艺领域的空白。该旋压机生产的Φ914无缝高压气瓶已成功运用到CNG站用储气领域和车载运输领域，与传统气瓶相比，大大提高了储气容积和气瓶的容重比，减少了连接管路和泄漏点，具有良好的市场前景。

双轮旋压机 Φ914无缝气瓶 CNG气瓶

本设备采用高度集成的液压控制系统，在旋压工艺上做了改进，大大提高了气瓶外径和壁厚的加工范围，对引领未来无缝气瓶的生产趋势和旋压设备的改进发展均有重大意义。

1 主要结构和技术参数

1.1 主要结构

本旋压机主要以机械设备为主体，采用PLC程序和液压系统来控制、驱动主设备和旋压过程。机械部分主要包括：中频加热装置，前横、纵向进给装置，后横、纵向进给装置，前、后旋轮，主轴箱，前、后夹紧装置，固定托料装置，移动脱料装置，尾座小车和床身，具体结构见图1。

驱动装置包括主电机驱动和液压驱动两部分。主轴驱动采用直流调速，液压系统采用恒压泵-蓄能器组成的恒压系统，通过PLC程序执行旋轮的运行轨迹，采用比例伺服阀及位移传感器对旋轮多轴运动轨迹进行有效控制，使旋轮轨迹的运行精度理论可达0.1mm。

1.2 技术参数

本旋压机的主要技术参数为：主电机功率：1050KW；主轴转速：10～200r/min；前、后横向进给系统行程：750mm；前、后纵向进给系统形成：620mm；前、后横向进给力：max150T；前、后纵向进给力：max180T；管坯外径：Φ450～Φ950mm；管坯壁厚：20～45mm；管坯长度：2000～13000mm；主要加工材料：4130X（30CrMo或SA372）。

2 旋压机工作原理

本旋压机的主要工艺流程包括：将管坯吊装至固定托料装置和移动脱料装置上，张开前、后夹紧装置的卡爪，用后卡爪夹紧钢管一端后，安装在尾座小车上的液压马达驱动齿轮沿着安装在床身上的齿条运行，将管坯送入主轴箱至加工长度（移动尾架上驱动电机带有旋转编码器，可以较好的控制管坯的送料尺寸）后，夹紧前卡爪并锁定尾座小车（防止钢管轴向蹿动）；检查完毕后，将中频加热炉前伸，对管坯进行加热（加热过程中主电机带动管坯进行低速转动，以保证加热的均匀性），待加热到指定温度后，退出中频炉，提高主轴转速，并执行旋压程序。

图1 双轮旋压机结构简图

本旋压机最主要的特点是采用双旋轮压（单双旋轮压比较见图2）。传统旋压工艺为：旋轮以管坯中心线和总送进量的交点为固定圆心，进行设定角度的旋压运动，每执行一次旋压过程，旋轮沿轴向移动一定的距离（单道次送进量），进而形成X/Y向的复合运动。双轮旋压采用X/Y向同时进给的方式，直接拟合气瓶的成形曲线，以旋轮起旋位置所在径向线和管坯轴线的交点为圆心，进行双旋轮交替式多道次旋压，每次旋压后旋轮均沿轴向移动一定的距离（旋压轨迹的圆心随之移动），以给定送进量。旋压过程中，前（后）旋轮进行旋压成形的同时，后（前）旋轮回到下一道次的起始位，从而保证旋压效率。

3 主要技术特点

第一，加工直径可达Φ950mm，大大提高了单只气瓶的有效容量，在相同储气量的前提下，较少的气瓶数量，可有效减少气瓶间联接管道和阀门的使用量，减少附件使用成本，同时也减少了泄漏点。尤其对容重比要求较高的车载气瓶而言，大容积更是一种未来的趋势。第二，采用双旋轮工艺和先进的数控技术，在保证气瓶成形质量的同时，提高生产效率。第三，主轴传动采用直流调速，使管坯旋转速度无级可调。第四，进给系统采用比例伺服阀及进口MTS伸缩磁质位移传感器进行旋轮轨迹控制，使X/Y向同步公差和气瓶瓶口外径公差控制在±1mm。第五，可通过提高主轴转速和降低旋轮进给速度两种方式来控制气瓶旋压表面的粗糙度。第六，可通过改变送进量和旋轮运行轨迹的方式，控制气瓶瓶口的加工长度。第七，前、后夹紧装置设计为五等分，减小了对管坯的夹紧变形量；前卡爪采用五爪分别驱动，克服了因钢管失圆造成的单个卡爪夹不紧的问题。

4 研究成果

图2 单、双旋轮压工艺比较

图3 ø914产品图

作为首台生产Ф914气瓶的双轮旋压机，扬州诚德钢管有限公司填补了此项技术领域的空白。自2008年提出研发Ф914无缝气瓶至今，已取得相关专利4项，制定了经国家容标委备案的企业标准一册，取得了A1压力容器制造许可证；并于2014年12月获得法国国际检疫局（BV）资质（第三方权威资质）认可，中试产品出口到印度尼西亚，经印度尼西亚石油公司试用评价满意，并提出批量采购要求；2015年10月，Ф914气瓶产品通过ASME的U和U2钢印标记认证，并与美国铁路推进系统公司达成了合作开发意向。Ф914产品如图3所示。

5 结论

（1）该设备是目前国内第一台可以加工最大外径Ф950mm气瓶的双轮旋压机，已成功生产出的Ф914mm无缝气瓶，填补了此项技术领域的空白，具有广阔的市场前景。

（2）采用的双旋轮旋压工艺和先进的数控技术，颠覆了传统单旋轮旋压的观念，并提高了生产效率，促进了旋压机技术的创新，对更大口径气瓶的研发具有一定的指导意义。

[1]赵云豪，李彦利.旋压技术与应用[M].北京：机械工业出版社，2008.

[2]张涛，贾英辉，时海芳，等.无缝气瓶收口热旋压成形过程的数值模拟及分析[J].锻压技术，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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