北京建萊
 


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銅管盤拉技術和裝備

北京建萊機電技術有限公司 2007.11

 

 

一,中國銅盤管技術和裝備的發展簡況
    近十幾年,是我國銅管工業飛速發展的時期支撐銅管工業飛速發展的因素,除了國家經濟改革、經濟建設高速發展的大環境外,另一個重要因素就是盤管生產技術和裝備的快速發展。
    用盤拉法生產銅管國外始于上世紀50年代,60年代已臻成熟并普遍采用。而我國在1987年前,銅管加工技術還相對落后,銅管生產普遍采用直線鏈式拉伸機。
    從1988年開始至1994年止的這一時期,國內銅管工業取得了以引進盤管生產技術和裝備為基礎的長足發展與進步。
    1988年北京京-圣銅管有限公司(中,智合資)購買了英國的全套二手設備,包含有MRB公司1968年至1970年生產的Φ1500mm盤拉機,SCHUMAG公司的聯合拉拔機組等;
    1990年廣東三水銅管廠引進了德國生產較新的二手設備—多臺臥式盤拉機組,用于生產黃銅天線套管。開了國內用盤拉方式生產黃銅管的先河。太倉銅管廠也購買了國外臥式盤拉的舊的生產線。
    1991年廣東黃埔銅管廠購買了日本伸興工業的全新的Φ1500mm倒立式盤拉機組和復繞機組;沈陽有色金屬加工廠購買了Schumag公司Φ1800和Φ1500mm全新的倒立式盤拉機組及300m/min銅管水平復繞機組。
     1992年,洛陽銅加工廠完成了萬噸空調管生產線的擴建,其中包括MRB公司制造最新型的Φ2130高速倒立式盤拉機組。
    河南金龍銅管公司于93年建成國內第一條Outokumpu公司連鑄連軋加盤拉,高速復繞的最新技術和裝備的完整空調管生產線;緊接著,太倉銅材廠和廣東中山(Outokumpu)相繼完成了同樣生產線的建設。與此同時,長沙有色加工廠,上海銅管總廠,上海申馬公司購買MRB公司,Schumag公司高速盤拉機組,復繞機組。
     93年至94年,銅陵,余姚也相繼引進了南韓生產的Φ1800倒立盤拉式內螺紋成型機組。
    上述生產線的建成和盤拉裝備的引進給國內在銅管盤拉技術和裝備的消化吸收、國產化打下了良好基礎。推動中國銅管工業很快進入了1994年至2001年盤拉技術和裝備的國產化快速發展時期。
    1990-1993年北京建萊(前身為北京京圣工業技術開發公司)首先推出液壓壓頭機系列產品,并很快普及國內市場,結束了鍛打和軋尖的管材制頭的生產方式。同時設計制造了多規格臥式銅管盤拉機組,并推向市場。在無資料的情況下,研制開發了水平復繞機組相繼提供給上海銅管廠,太倉銅管廠,上海飛輪,廣東黃埔,常州興榮等。
    1992-1994年上海飛機所,5720廠,洛銅三方合作向市場推出多臺套盤筒直徑為Φ1500mm,Φ1800mm,Φ2000mm,拉拔速度最高為200m/min的倒立式無壓料環的盤拉機組。上海亞細亞公司也作了同等水平的盤拉機組,提供給太倉銅管廠。
    1995年北京建萊為張銅研發制造了直徑Φ800mm,Φ1200mm,拉拔速度為400m/min有壓料環的倒立式盤拉機組,為后期的高速盤拉的開發做了技術準備。
    1996年北京建萊完成了倒立盤拉式內螺紋成型機組的自我開發研制,在李長杰先生的支持下,于97年在新鄉金龍進行了擴大的生產試驗,同年為金龍公司提供了該公司三分廠年產6000噸內螺紋管生產線的主要生產設備。其中包括五臺Φ1800mm的倒立式盤拉內螺紋成型機組和兩臺速度為300m/min的水平復繞機組。各項經濟技術指標已趕超了國外同類機組水平。(見圖片)。
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金龍公司三分廠的內螺紋機組(1997)

    99年又為該公司的九分廠提供了同規格同數量的經優化設計的裝備。自此,國外的供貨商和制造商已無法進入中國內螺紋銅管生產的市場。
    1997年在郭照相先生的支持下,北京建萊公司率先推出具有自主知識產權的Φ2130倒立式銅管高速盤拉機組。98年初在張銅公司一次性安裝3套,順利通過調試和試生產。(見圖片)各項技術指標均達到和接近MRB,Schumag公司提供的同類機組水平。

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安裝在張銅公司的高速盤拉機(1997)

    緊接著,建萊公司又優化設計,相繼推出Φ2150,Φ2200不同規格的盤拉機組,拉拔力為6—10噸,卷重500-1000kg,最高速度可達1000m/min。至2001年分別提供給張銅,長沙光遠,江蘇倉環,浙江海亮,新鄉金龍,廣東黃埔、精藝、太平洋等企業。 高速盤拉機組開發的成功和推廣,有力的推動了我國銅盤管技術和裝備的國產化進程。
    在此期間,伴隨著興榮公司,冠邦公司以及金龍公司在行星軋機技術和裝備方面的成功研發,西重所4000噸擠壓機的推廣使用,把中國的銅管加工裝備水平推向新的高度。2001年開始,銅管加工無論采用“擠-軋-拉”工藝,還是采用“鑄-軋-拉 ”工藝,其生產線的的裝備完全可以實現100%的國產化。結束了銅盤管技術和裝備依靠引進來發展的時代。這些高的性價比的國產設備也給銅管工業規模化發展創造了極好的條件。為2001年到2006年中國銅管業高速發展階段奠定了一定的基礎。

二,銅盤管技術和裝備的現狀
    近幾年,中國采用盤拉方式生產的空調管,冷凝管,建筑用管從產量到質量已進入世界先進水平。裝備的進步推動生產的發展,生產的發展給設備提出新的技術要求。
    盤拉裝備在普及的基礎上不斷進步。為適應工藝的的要求,降低使用成本,結構設計在優化,微觀的制造技術在改進,能力再提高。北京建萊公司于2004年向寧波金田,浙江上虞,2005年向中山諾爾達.奧拓提供的多套盤拉機組卷重達到1000kg/coil,速度為1000m/min。2006年提供給福建紫金的盤拉機組在同樣卷重的情況下,最高速度可達1200m/min。(見圖片)

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安裝在紫金的三臺高速盤拉機組(2006)

    由于國內銅管業的發展,其影響已把我們的銅盤管技術和裝備推向國際市場。北京建萊公司2006-2007年已成功地向俄羅斯兩大銅管廠—列夫達和卡里秋金諾銅加工廠提供Φ2200mm,拉速為1200m/min的盤拉機組。本年度向美國MARCO公司投資的烏克蘭最大的銅加工廠提供盤拉機組,水平復繞機組,聯合拉拔精整機組。     馬來西亞Metuble廠需要的卷重1200kg/coil,拉速為1200m/min的盤拉機組在設計中。      2006年提供給越南的盤拉機組運轉良好。新的訂貨在進行。
    值得提出的是北京建萊公司的銅盤管設備不僅提供給建于國內的日本獨資企業,2006年還成功地向日本本土日立電線土浦工場出口了卷重為500kg/coil,卷寬為500mm,卷取速度為500m/min的銅管雙卷取水平復繞機組和新型內螺紋成型機組(見內螺紋照片和復繞機動畫),獲得日方好評。

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日本土浦工廠的兩套內螺紋成型機組(2006)

     目前,北京建萊正在為烏克蘭新建年產24000噸空調管和銅合金管的項目實施初步設計。
    此外,奧地利,希臘,土爾其,南斯拉夫,韓國,秘魯等都在洽商銅盤管裝備的供貨。
    這些事實不僅表明中國銅管工業的飛速發展在國際上產生了極大影響,也表明中國銅盤管技術和裝備已經進入國際市場,得到國際市場的認可,并成為西歐,日本等供貨商有力的競爭伙伴。
    但是,我們還應該清醒地看到:與世界先進水平相比較,我們的銅盤管技術和裝備還有一定的差距。這表現在基礎理論,工藝過程,裝備結構設計,設備制造等諸方面。
    游動芯頭拉管是支撐盤管拉伸最重要的工藝技術,已廣泛應用多年。不少國內專家在這方面做過理論上的探討和分析,提出過模具設計和選擇的經驗。洛銅的趙寶良先生,孔韶文先生都為此作出過貢獻。隨著高速盤拉的發展,需要對游動芯頭拉管工藝進行更深入的分析,進一步認識模具設計中所涉及的各種參數的重要性,能夠對應力變化,拉拔硬化及拉拔過程中產生的多余功進行控制調整。搞出中國人自己的數學模型,來指導優化模具設計,改變拿來主義的現狀。從而真正實現增大卷重,提高拉拔速度和產品質量,降低生產成本的目的,發揮高速盤管拉伸的高效率。 裝備的開發,不能簡單的考貝,必須在正確理論的指導下進行。
    大家知道,高速拉伸是需要穩定的拉拔條件,因此,拉拔裝置的剛度和減少機組的振動是非常重要的,我們正是在這一要求和鐘老師“高次諧波振動”理論的指導下,修正了早期的盤拉機組的結構設計。其中包括卷筒重心不在平臺三支點連線的三角形內這一重要的不穩定條件,和容易引起共振的平臺的箱形結構錯誤。(例子:pilla先生中國考察) 然而,我們目前看到很多生產企業安裝的盤拉機仍然沿襲著這些錯誤。
    在盤拉機組的設計中,國內還沒有自己的數學模型,一些在盤管拉伸中很重要的問題還不是很清晰,比如:不同材質,不同總加工道次,不同道次加工率-即不同工藝制度情況下盤筒直徑的優化確定;在盤管拉伸機上拉伸后的管盤直徑的計算。這些基礎理論還防礙著盤管拉伸機組設計的進一步提高。
    由于國內管材加工裝備市場不太規范,知識產權又很蒼白,商業利益的驅使等因素也制約著國內盤拉裝備水平的迅速提高。比如:目前國內安裝的盤拉機普遍使用的回轉支撐軸承在800m/min時其能力完全處于臨界狀態。因此不可能長時間在高速下運行。要解決這一問題而采用大直徑雙錐支撐軸承國內無生產,進口價格太高,制造商向國內市場的供貨不能承受。主傳動多級減速箱的齒輪設計由于材料,加工工藝等原因其能力也處于臨界狀態。至使國產設備在傳動噪音,平穩程度和使用壽命等指標與國外設備相比有一定的差距。
    盤管設備制造精度和裝配精度不如國外是普遍現象。提高質量意識,建立供貨商自己的制造,裝配調試廠會很快縮小這一差距,2007年我們在太倉建成9000平方米的制造總裝基地---蘇州建萊機械工程技術有限公司。以提高裝備質量并進一步產業化。(蘇州建萊介紹圖片)

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三,關于黃銅和其他銅合金管的盤拉
    盤拉法生產黃銅及其他銅合金管已不是能不能的問題。目前,白銅管的盤拉象張銅已經在大批量生產階段。至于黃銅管的盤拉生產方式在美國奧林黃銅公司,俄羅斯兩家最大的銅管廠都已經有很多年的歷史。問題是怎樣縮短工藝路線,提高生產效率,改善環境,降低生產成本。因此問題集中到能否實現黃銅和其他銅合金管的在線感應退火。特別是在皮爾格式冷軋管機后面安裝感應退火裝置,邊軋邊退。這個問題的解決是國內管材生產廠所殷切希望的。
    北京建萊公司2006年在俄羅斯深入的考察了這項技術和設備,受到了很好的啟發(在十月份有色加工研討會議文集中有此內容)。目前正在實施開發這項技術和裝備,技術準備已經完成。
(看圖片)----列夫達廠正在工作的,1978年安裝的軋后在線黃銅管感應退火裝置。顯示的該裝置加熱和出口,進入水冷裝置,進入收料裝置等情況。
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    在我們開發過程中發現銅合金軋后在線退火比紫銅在線感應退火更易于解決和處理。這是因為:
1,銅合金管軋后在線感應退火的速度低;
2,相同規格的管材退火的中頻電源有功功率,紫銅管要遠高于黃銅管。下列數據清楚的表明這個結論:
牌號 退火溫度   凈功率   Φ45*2.5   Φ36*2
       Po(kw)    Pcn(kw)   Pcn(kw)
BFe10-1-1    800   71.76   160.37   191.62
BFe30-1-1    800   71.47  159.74   190.79
HPb59-1     650   55.1   147.8    183.55
H68         650   54.71   146.75   182.06
T2          650   65.19   216.64   285.66

    我們確信,不久將來,黃銅管軋后的在線感應退火裝置就會得到解決。

四,推介新型內螺紋成型機組
    內螺紋空調管的成型機組有幾種形式:
1,履帶牽引直條拉伸成型。因其拉拔不穩定,調整不方便,成材率低,易滑傷等缺陷,在國外,特別是日本上世紀90年代初就已經被淘汰,國內在進入21世紀時也被逐步放棄。
2,傳統的倒立盤拉伸成型。有拉拔穩定,各種規格工藝適應性強,調整方便,成材率高等優點。但這種形式的機組制造成本高,因而一次性投資大。盡管如此,國外這種形式的機組使用仍然普遍。但在國內被“v”型盤所替代。
3,“V”型盤拉伸成型。這種機型最大的優點是造價低。因而臺售價不高,用戶易于接受。但這種結構造成拉拔不穩定,更換規格不易調整,因此,用戶往往用生產組織的辦法來彌補這一缺陷,即一套機組長期生產一種規格的內螺紋管。這樣同樣產量的情況下機組臺套數增多。因而帶來另一問題---占地面積大。另一個問題是“V”型盤加工精度(特別是形位公差,包括角度公差)不易控制,表面熱處理硬度不均勻,且粗糙度低。生產過程的維護工作量大。為此,生產者用“換盤”的做法來減少停機時間,因而增加了備件的儲量,不可避免的加大了生產成本。
4,推介新型皮帶包覆倒立盤拉伸內螺紋成型機組。
    為集合其他機型的優點,擯棄缺點,在吸收國外先進經驗的基礎上,北京建萊開發了用皮帶包覆卷筒作為牽引機構的倒立式(也可為正立式)盤拉成型的機組。實現了造價低,易于張力調整,工藝變化適應性強,高速下拉伸穩定,無打滑現象,因而產品質量好。特別是齒高,壁薄的高精度內螺紋管成材率也相應提高。
    這種機型的卷筒表面硬度高且均勻。尺寸精度高,易于加工,壽命很長,不用維護和更換。包覆皮帶的壽命也很長,價格低廉。所以其生產成本比“V”盤低的多。
由于機組無液壓執行機構,因而無“滴,漏”問題。并排布置緊湊,占地少。
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結束語
    以上是和各位專家,同行交流的內容。倉促準備,不當之處請批評指正。希望在未來的時日里向你們學習,并加強溝通和探討,得到你們的幫助與支持。為提高我國銅盤管技術和裝備水平大家共同努力。

 謝謝!  

*本文為筆者2007,11,7日在洛陽召開的“全國有色金屬加工裝備創新大會”上的發言

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