北京建莱
 


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 职位:机械相关专业。

铜管盘拉技术和装备

北京建莱机电技术有限公司 2007.11

 

 

一,中国铜盘管技术和装备的发展简况
    近十几年,是我国铜管工业飞速发展的时期支撑铜管工业飞速发展的因素,除了国家经济改革、经济建设高速发展的大环境外,另一个重要因素就是盘管生产技术和装备的快速发展。
    用盘拉法生产铜管国外始于上世纪50年代,60年代已臻成熟并普遍采用。而我国在1987年前,铜管加工技术还相对落后,铜管生产普遍采用直线链式拉伸机。
    从1988年开始至1994年止的这一时期,国内铜管工业取得了以引进盘管生产技术和装备为基础的长足发展与进步。
    1988年北京京-圣铜管有限公司(中,智合资)购买了英国的全套二手设备,包含有MRB公司1968年至1970年生产的Φ1500mm盘拉机,SCHUMAG公司的联合拉拔机组等;
    1990年广东三水铜管厂引进了德国生产较新的二手设备—多台卧式盘拉机组,用于生产黄铜天线套管。开了国内用盘拉方式生产黄铜管的先河。太仓铜管厂也购买了国外卧式盘拉的旧的生产线。
    1991年广东黄埔铜管厂购买了日本伸兴工业的全新的Φ1500mm倒立式盘拉机组和复绕机组;沈阳有色金属加工厂购买了Schumag公司Φ1800和Φ1500mm全新的倒立式盘拉机组及300m/min铜管水平复绕机组。
     1992年,洛阳铜加工厂完成了万吨空调管生产线的扩建,其中包括MRB公司制造最新型的Φ2130高速倒立式盘拉机组。
    河南金龙铜管公司于93年建成国内第一条Outokumpu公司连铸连轧加盘拉,高速复绕的最新技术和装备的完整空调管生产线;紧接着,太仓铜材厂和广东中山(Outokumpu)相继完成了同样生产线的建设。与此同时,长沙有色加工厂,上海铜管总厂,上海申马公司购买MRB公司,Schumag公司高速盘拉机组,复绕机组。
     93年至94年,铜陵,余姚也相继引进了南韩生产的Φ1800倒立盘拉式内螺纹成型机组。
    上述生产线的建成和盘拉装备的引进给国内在铜管盘拉技术和装备的消化吸收、国产化打下了良好基础。推动中国铜管工业很快进入了1994年至2001年盘拉技术和装备的国产化快速发展时期。
    1990-1993年北京建莱(前身为北京京圣工业技术开发公司)首先推出液压压头机系列产品,并很快普及国内市场,结束了锻打和轧尖的管材制头的生产方式。同时设计制造了多规格卧式铜管盘拉机组,并推向市场。在无资料的情况下,研制开发了水平复绕机组相继提供给上海铜管厂,太仓铜管厂,上海飞轮,广东黄埔,常州兴荣等。
    1992-1994年上海飞机所,5720厂,洛铜三方合作向市场推出多台套盘筒直径为Φ1500mm,Φ1800mm,Φ2000mm,拉拔速度最高为200m/min的倒立式无压料环的盘拉机组。上海亚细亚公司也作了同等水平的盘拉机组,提供给太仓铜管厂。
    1995年北京建莱为张铜研发制造了直径Φ800mm,Φ1200mm,拉拔速度为400m/min有压料环的倒立式盘拉机组,为后期的高速盘拉的开发做了技术准备。
    1996年北京建莱完成了倒立盘拉式内螺纹成型机组的自我开发研制,在李长杰先生的支持下,于97年在新乡金龙进行了扩大的生产试验,同年为金龙公司提供了该公司三分厂年产6000吨内螺纹管生产线的主要生产设备。其中包括五台Φ1800mm的倒立式盘拉内螺纹成型机组和两台速度为300m/min的水平复绕机组。各项经济技术指标已赶超了国外同类机组水平。(见图片)。
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金龙公司三分厂的内螺纹机组(1997)

    99年又为该公司的九分厂提供了同规格同数量的经优化设计的装备。自此,国外的供货商和制造商已无法进入中国内螺纹铜管生产的市场。
    1997年在郭照相先生的支持下,北京建莱公司率先推出具有自主知识产权的Φ2130倒立式铜管高速盘拉机组。98年初在张铜公司一次性安装3套,顺利通过调试和试生产。(见图片)各项技术指标均达到和接近MRB,Schumag公司提供的同类机组水平。

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安装在张铜公司的高速盘拉机(1997)

    紧接着,建莱公司又优化设计,相继推出Φ2150,Φ2200不同规格的盘拉机组,拉拔力为6—10吨,卷重500-1000kg,最高速度可达1000m/min。至2001年分别提供给张铜,长沙光远,江苏仓环,浙江海亮,新乡金龙,广东黄埔、精艺、太平洋等企业。 高速盘拉机组开发的成功和推广,有力的推动了我国铜盘管技术和装备的国产化进程。
    在此期间,伴随着兴荣公司,冠邦公司以及金龙公司在行星轧机技术和装备方面的成功研发,西重所4000吨挤压机的推广使用,把中国的铜管加工装备水平推向新的高度。2001年开始,铜管加工无论采用“挤-轧-拉”工艺,还是采用“铸-轧-拉 ”工艺,其生产线的的装备完全可以实现100%的国产化。结束了铜盘管技术和装备依靠引进来发展的时代。这些高的性价比的国产设备也给铜管工业规模化发展创造了极好的条件。为2001年到2006年中国铜管业高速发展阶段奠定了一定的基础。

二,铜盘管技术和装备的现状
    近几年,中国采用盘拉方式生产的空调管,冷凝管,建筑用管从产量到质量已进入世界先进水平。装备的进步推动生产的发展,生产的发展给设备提出新的技术要求。
    盘拉装备在普及的基础上不断进步。为适应工艺的的要求,降低使用成本,结构设计在优化,微观的制造技术在改进,能力再提高。北京建莱公司于2004年向宁波金田,浙江上虞,2005年向中山诺尔达.奥拓提供的多套盘拉机组卷重达到1000kg/coil,速度为1000m/min。2006年提供给福建紫金的盘拉机组在同样卷重的情况下,最高速度可达1200m/min。(见图片)

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安装在紫金的三台高速盘拉机组(2006)

    由于国内铜管业的发展,其影响已把我们的铜盘管技术和装备推向国际市场。北京建莱公司2006-2007年已成功地向俄罗斯两大铜管厂—列夫达和卡里秋金诺铜加工厂提供Φ2200mm,拉速为1200m/min的盘拉机组。本年度向美国MARCO公司投资的乌克兰最大的铜加工厂提供盘拉机组,水平复绕机组,联合拉拔精整机组。     马来西亚Metuble厂需要的卷重1200kg/coil,拉速为1200m/min的盘拉机组在设计中。      2006年提供给越南的盘拉机组运转良好。新的订货在进行。
    值得提出的是北京建莱公司的铜盘管设备不仅提供给建于国内的日本独资企业,2006年还成功地向日本本土日立电线土浦工场出口了卷重为500kg/coil,卷宽为500mm,卷取速度为500m/min的铜管双卷取水平复绕机组和新型内螺纹成型机组(见内螺纹照片和复绕机动画),获得日方好评。

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日本土浦工厂的两套内螺纹成型机组(2006)

     目前,北京建莱正在为乌克兰新建年产24000吨空调管和铜合金管的项目实施初步设计。
    此外,奥地利,希腊,土尔其,南斯拉夫,韩国,秘鲁等都在洽商铜盘管装备的供货。
    这些事实不仅表明中国铜管工业的飞速发展在国际上产生了极大影响,也表明中国铜盘管技术和装备已经进入国际市场,得到国际市场的认可,并成为西欧,日本等供货商有力的竞争伙伴。
    但是,我们还应该清醒地看到:与世界先进水平相比较,我们的铜盘管技术和装备还有一定的差距。这表现在基础理论,工艺过程,装备结构设计,设备制造等诸方面。
    游动芯头拉管是支撑盘管拉伸最重要的工艺技术,已广泛应用多年。不少国内专家在这方面做过理论上的探讨和分析,提出过模具设计和选择的经验。洛铜的赵宝良先生,孔韶文先生都为此作出过贡献。随着高速盘拉的发展,需要对游动芯头拉管工艺进行更深入的分析,进一步认识模具设计中所涉及的各种参数的重要性,能够对应力变化,拉拔硬化及拉拔过程中产生的多余功进行控制调整。搞出中国人自己的数学模型,来指导优化模具设计,改变拿来主义的现状。从而真正实现增大卷重,提高拉拔速度和产品质量,降低生产成本的目的,发挥高速盘管拉伸的高效率。 装备的开发,不能简单的考贝,必须在正确理论的指导下进行。
    大家知道,高速拉伸是需要稳定的拉拔条件,因此,拉拔装置的刚度和减少机组的振动是非常重要的,我们正是在这一要求和钟老师“高次谐波振动”理论的指导下,修正了早期的盘拉机组的结构设计。其中包括卷筒重心不在平台三支点连线的三角形内这一重要的不稳定条件,和容易引起共振的平台的箱形结构错误。(例子:pilla先生中国考察) 然而,我们目前看到很多生产企业安装的盘拉机仍然沿袭着这些错误。
    在盘拉机组的设计中,国内还没有自己的数学模型,一些在盘管拉伸中很重要的问题还不是很清晰,比如:不同材质,不同总加工道次,不同道次加工率-即不同工艺制度情况下盘筒直径的优化确定;在盘管拉伸机上拉伸后的管盘直径的计算。这些基础理论还防碍着盘管拉伸机组设计的进一步提高。
    由于国内管材加工装备市场不太规范,知识产权又很苍白,商业利益的驱使等因素也制约着国内盘拉装备水平的迅速提高。比如:目前国内安装的盘拉机普遍使用的回转支撑轴承在800m/min时其能力完全处于临界状态。因此不可能长时间在高速下运行。要解决这一问题而采用大直径双锥支撑轴承国内无生产,进口价格太高,制造商向国内市场的供货不能承受。主传动多级减速箱的齿轮设计由于材料,加工工艺等原因其能力也处于临界状态。至使国产设备在传动噪音,平稳程度和使用寿命等指标与国外设备相比有一定的差距。
    盘管设备制造精度和装配精度不如国外是普遍现象。提高质量意识,建立供货商自己的制造,装配调试厂会很快缩小这一差距,2007年我们在太仓建成9000平方米的制造总装基地---苏州建莱机械工程技术有限公司。以提高装备质量并进一步产业化。(苏州建莱介绍图片)

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三,关于黄铜和其他铜合金管的盘拉
    盘拉法生产黄铜及其他铜合金管已不是能不能的问题。目前,白铜管的盘拉象张铜已经在大批量生产阶段。至于黄铜管的盘拉生产方式在美国奥林黄铜公司,俄罗斯两家最大的铜管厂都已经有很多年的历史。问题是怎样缩短工艺路线,提高生产效率,改善环境,降低生产成本。因此问题集中到能否实现黄铜和其他铜合金管的在线感应退火。特别是在皮尔格式冷轧管机后面安装感应退火装置,边轧边退。这个问题的解决是国内管材生产厂所殷切希望的。
    北京建莱公司2006年在俄罗斯深入的考察了这项技术和设备,受到了很好的启发(在十月份有色加工研讨会议文集中有此内容)。目前正在实施开发这项技术和装备,技术准备已经完成。
(看图片)----列夫达厂正在工作的,1978年安装的轧后在线黄铜管感应退火装置。显示的该装置加热和出口,进入水冷装置,进入收料装置等情况。
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    在我们开发过程中发现铜合金轧后在线退火比紫铜在线感应退火更易于解决和处理。这是因为:
1,铜合金管轧后在线感应退火的速度低;
2,相同规格的管材退火的中频电源有功功率,紫铜管要远高于黄铜管。下列数据清楚的表明这个结论:
牌号 退火温度   净功率   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

    我们确信,不久将来,黄铜管轧后的在线感应退火装置就会得到解决。

四,推介新型内螺纹成型机组
    内螺纹空调管的成型机组有几种形式:
1,履带牵引直条拉伸成型。因其拉拔不稳定,调整不方便,成材率低,易滑伤等缺陷,在国外,特别是日本上世纪90年代初就已经被淘汰,国内在进入21世纪时也被逐步放弃。
2,传统的倒立盘拉伸成型。有拉拔稳定,各种规格工艺适应性强,调整方便,成材率高等优点。但这种形式的机组制造成本高,因而一次性投资大。尽管如此,国外这种形式的机组使用仍然普遍。但在国内被“v”型盘所替代。
3,“V”型盘拉伸成型。这种机型最大的优点是造价低。因而台售价不高,用户易于接受。但这种结构造成拉拔不稳定,更换规格不易调整,因此,用户往往用生产组织的办法来弥补这一缺陷,即一套机组长期生产一种规格的内螺纹管。这样同样产量的情况下机组台套数增多。因而带来另一问题---占地面积大。另一个问题是“V”型盘加工精度(特别是形位公差,包括角度公差)不易控制,表面热处理硬度不均匀,且粗糙度低。生产过程的维护工作量大。为此,生产者用“换盘”的做法来减少停机时间,因而增加了备件的储量,不可避免的加大了生产成本。
4,推介新型皮带包覆倒立盘拉伸内螺纹成型机组。
    为集合其他机型的优点,摈弃缺点,在吸收国外先进经验的基础上,北京建莱开发了用皮带包覆卷筒作为牵引机构的倒立式(也可为正立式)盘拉成型的机组。实现了造价低,易于张力调整,工艺变化适应性强,高速下拉伸稳定,无打滑现象,因而产品质量好。特别是齿高,壁薄的高精度内螺纹管成材率也相应提高。
    这种机型的卷筒表面硬度高且均匀。尺寸精度高,易于加工,寿命很长,不用维护和更换。包覆皮带的寿命也很长,价格低廉。所以其生产成本比“V”盘低的多。
由于机组无液压执行机构,因而无“滴,漏”问题。并排布置紧凑,占地少。
(图片)
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结束语
    以上是和各位专家,同行交流的内容。仓促准备,不当之处请批评指正。希望在未来的时日里向你们学习,并加强沟通和探讨,得到你们的帮助与支持。为提高我国铜盘管技术和装备水平大家共同努力。

 谢谢!  

*本文为笔者2007,11,7日在洛阳召开的“全国有色金属加工装备创新大会”上的发言

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