整体式预弯机装配工艺优化

吴泽波，朱殿瑞，郝江，原宝峰，高星

（太原重工股份有限公司，山西 太原 030024）

预弯机是大直径直缝埋弧焊管生产线上的关键成型设备之一[1-2]，预弯机的安装、装配精度直接制约着直缝焊管产品的质量[3]。由于受预弯应力和机架材料强度的制约，国内预弯机多以分体式预弯机为主，还有少量整体框架式预弯机。分体式预弯机的结构稳定，但整机质量大，制造成本高，且安装难度大；整体框架式预弯机的结构简单，质量小，后期维修方便。随着制造技术的不断提升，整体式预弯机已逐渐被市场认可[4-7]。目前，行业对预弯机装配工艺的研究已经相对成熟，但都主要集中在分体式预弯机上。现针对整体框架式C型预弯机的装配制造，在确保安全、有效安装的基础上，研究其装配工艺并进行了试验。

1 整体式预弯机结构特点

整体式预弯机外形结构如图1所示。从图1可以看出，预弯机机架为焊接结构，左右两侧预弯机机架依靠高强度预紧螺栓连接在一起，为预弯机最主要的受力部件[8]。压上装置、上横梁及高度调整装置均安装于机架上。

图1 整体式预弯机外形结构示意

上横梁及高度调整装置主要由上横梁、高度提升缸、垫块调整机构几部分构成。调整预弯钢板厚度时，提升缸伸出，横梁下降，通过调整垫块确定上、下横梁的相对位置，调整完毕后，高度提升缸缩回将上横梁锁紧。上横梁升降过程中由导向块进行导向以保证运行平稳。

压上液压缸是预弯机模具动作的主要动力来源，该设备设置4个液压缸完成下模具预弯，最大压力达到20 MN，半圆支撑块布置于液压缸下面便于液压缸调整，模具安装于下横梁上部，下横梁与机架之间安装导向板进行导向保证其运行平稳。

工作状态时，钢板进料后，通过液压系统控制压上装置油缸，对上模座施加压力，将压力通过上模传至钢板，对钢板边缘进行预弯成型。预弯时，钢板会对模具产生巨大的反作用力，并通过模座传导到油缸上。因此，油缸会对预弯机机架产生较大的压力，需要通过机架上下两侧的半圆支承块，使压力均匀分布在预弯机上。

根据预弯机工作原理可知，上下模座的平行度和油缸、半圆支承环及机架的配合精度是决定预弯机产品质量的关键因素。为保证以上精度，需要提出相应的装配要求[9-11]。

2 装配基准的建立

整体式预弯机机架的加工，在为装配提供工艺基准的同时，还要保证左右机架的一致性，因此对预弯机机架的制造加工提出了更高的要求[12]。

整体式预弯机机架由左右两部分组成，两侧机架通过中间4处Φ345 mm销孔连接定位，销孔相对于机架的位置精度需要严格控制，位置精度应保证在0.02 mm以内。但是按照自由度定位分析，在实际工作状态下，预弯机机架通过3个销孔即可定位，第四个孔会处于过定位的状态。采用4个销孔的设计目的就在于保证预弯机左右机架的一致性。因此，需要将机架在加工前进行配合。

加工时，机架其余定位尺寸留余量，优先加工出4处销孔。设计工艺销轴，工艺销轴与机架配合方式为间隙配合，配合间隙为0.1～0.2 mm。装配时利用工艺销轴将两机架把合到一起，利用激光跟踪仪扫描找正后固定机架，塞尺检测判断出定位的3个销孔，并记录。精加工时，以这3处销孔作为基准位置将机架与上、下横梁配合处加工至图纸要求。

预弯机在预弯钢板时，机架承受着巨大的静载荷，为提高机架稳定性，保证机架承压面积，将机架与压下、压上装置油缸连接处设计成圆弧接触。

为保证机架装配精度，需要将圆弧面作为定位基准，并结合测量手段，定义圆弧面中心与机架上除销孔以外的其余位置公差，如图2所示，增加整体机架定位找正面。

图2 预弯机机架定位工艺示意

3 总装过程

C型预弯机的精准合理装配能够提升其运行的安全和效率。整机的装配工艺流程为：装配前的准备→部件装配→调整、检验→总装试车。

3.1 装配前准备

（1）装配人员在装配预弯机前必须先熟悉说明书，了解预弯机的用途、构造、工作原理，对预弯机的零部件进行研究，了解各零部件之间的连接方式及技术要求。

（2）根据装配图纸所要求的装配高度，准备装配所用的研磨工装、激光跟踪仪等检测设备，根据现场布置图划出预弯机装配中心线，按中心线垫方箱垫铁，调整水平至使用要求并记录相关数值。

3.2 部件装配流程

（1）机架装配。吊放机架，调整机架水平误差≤0.05 mm/m，并用压板压紧，清理工作面毛刺，机架各圆弧面配装半圆键，激光跟踪仪检测并调整模座平台的水平度和平行度，要求≤0.02 mm。

（2）压上装置。压上装置是预弯机的重要机构，正常的装配顺序按照“机架与圆弧导向块配合→液压缸放置于导向块上→检测液压缸水平面于机架之间的平行度→压上模座固定在液压缸上→塞尺检测液压缸于模座之间间隙→安装模具并检测模具于机架之间平行度”工序安装。

要求导向块预留修磨余量，定位模座时要确保模座与压上油缸接触面积达到70%，导向块与机架上基准面的中心距满足图纸要求。

压上装置与机架为圆弧配合，定位承压的零件为5件圆弧形的导向块。由于是圆弧接触，加工机床无法保证其接触面积，因此在装配阶段进行研磨配合。导向块在研磨配合接触面积超过70%后，将液压缸放置于导向块建立的上端面上，由于油缸上部为球面支撑，利用连接销轴固定后，将下模座固定在液压缸上，如图3（a）所示。

（3）上横梁装置。将调整上横梁装置的升降过度板安装在机架上，装配防转杆、衬板座等零件，减速电机端配装电机齿轮并装入下模座中，螺钉拧紧，如图3（b）所示。

图3 压上装置和上横梁装置的装配

上模座结合拉升缸配装在机架上，检查各油缸行程合格；装配活动模口，检查模座与模口内核正确，无松动，用塞尺检查结合面间隙，0.03 mm塞尺不能塞入结合面，激光跟踪仪检测压上装置与下模装置平行度，合格后预紧。

3.3 总装试车

总装下模装置，压下装置装配成套，各液压缸球铰连接，各运动部件合格，前后行程无卡阻，调整上下模平台，保证平行度偏差≤0.02 mm，对中偏差≤0.01 mm，主缸与回程缸在全行程往复运动10次，检测整体机构运动灵活无卡滞。试动试验后，重新检测预弯机各部件精度和行程。

4 结语

预弯机的结构制造与装配工艺，是确保预弯机安全性能的关键。以直缝焊管生产线中的C型预弯机为研究对象，通过分析新型预弯机结构特点，根据实际情况，对制造及装配工艺进行了创新和优化。在控制装配及试车精度的情况下，设计出最佳的装配制造方式，完成了预弯机的安装调试工作。