点击下载——球墨铸铁管椭圆缺陷原因分析与控制措施.doc

球墨铸铁管椭圆缺陷原因分析与控制措施

马军丽，李志伟，梁海宏，乔秀丽，胡卫征

（安钢集团永通球墨铸铁管有限责任公司，河南 安阳 455133）

摘 要：根据生产实践经验对大口径水冷金属型离心球墨铸铁管在生产时出现的椭圆缺陷进行了分析，并对引起铸铁管椭圆缺陷的设备精度进行了改进，提出了椭圆缺陷的预防措施。

关 键 词：球墨铸铁管；椭圆；原因；控制措施

近年来，国内离心球墨铸铁管的发展速度很快，特别是在给水工程中，球墨铸铁管广泛应用于城建输水、输气等工程上，基本上取代了其他管材，作为首选材料。这是因为球铁管与其他管材相比，具有较高的抗内、外压性能，较好的耐腐蚀性能和耐磨性能；在使用性能方面，它具有施工方便，接口密封性好，管网运行安全系数大等特点，已经在国内外各大城市供水管道和管网改造中发挥越来越大的作用［1］。当前，生产的大口径铸铁管缺陷主要是椭圆问题，造成水泥内衬质量不高、安装困难等问题，容易形成质量异议。永通铸管公司现有水冷式金属型离心球墨铸管机6台，主要生产DN为80～1200mm、长度为5～6m规格的球墨铸铁管。自2001年生产以来，铸铁管椭圆缺陷时有发生。

1 球墨铸管椭圆原因分析

1.1 管模与机头装配不当

由于对管模调整不到位，使得管模中心与机头皮带轮中心偏差太大，铸管在浇注成型过程中径向壁厚不均。经过热处理后，铸管径向上的应力大小不一，最终造成铸管椭圆缺陷。铸管径向壁厚不均是由于对管模的安装调整不当，使管模弯曲而造成管模与离心机的旋转轴线发生偏离所致。图1、图2说明了当旋转轴线与管模轴线不重合时，分布在管模内表面上的点A、B将按不同的旋转半径（r-△r）和（r+△r）旋转，则两者受到不同的离心力的作用：

式中：m为铁液质点质量；ω为管模转速；r为管模半径；△r为管模轴线与旋转轴线的偏移距离。

铁液在旋转的管模中形成的圆环流的断面上的每个点都承受了数值不同的离心力的作用；同时，在变化的半径上，不同的点具有不同的线速度，而不同的离心力和不同的线速度的存在又改变了旋转方向上作用在金属圆环流上切向力的大小，并建立了不同的切向加速度，则在最小半径处，离心力、线速度和切向加速度都是最小的，在此处圆环运动受阻，铁液积聚，即壁厚增大，反之，在最大半径处壁厚减小。

1.2 离心机生产时设备调整不当

设备调整精度是管子成型的关键所在，如果对设备调整不当，在生产过程中，会伴随很多细节问题的出现，直接影响到管子的质量。对设备调整不当主要表现在：生产前，对管模安装的调整精度不够，容易形成管子椭圆；机头轴承间隙与皮带轮配合间隙超标，使得机头在旋转过程中易产生振动，造成管子椭圆；管模支撑装置的托轮表面平整度超标，托轮轴承超出正常规定值，造成托轮振动，直接导致管模在正常生产时产生跳动。

2 控制措施

2.1 改造离心机对中环的尺寸精度

管模与离心机对中环的配合是靠管模和对中环各有20°的锥面配合（通过锥面调整角度）。在轴向上定位是通过压紧环与紧固螺栓压住管模端面，并能靠各个螺栓松紧程度调整管模承口与皮带轮的同心度；在径向上定位是通过管模最大端面与对中环之间的配合面实行公差配合并进行定位，使得离心机对中环的径跳就是管模的径跳，如图3所示。

改造之前，对中环与管模最大端面的配合是间隙配合，管模与对中环间隙在图纸上相差2mm，在实践测量过程中平均达到2.5～3mm。改造之后要实现对中环与管模对大端面的配合是公差配合，在径向上具有定位作用。

考虑到改造的成本和难易程度，决定在离心机对中环的尺寸上进行改造。改造前管模最大直端面直径为ΦD，对中环与管模直端面配合面直径为ΦH。改造后管模最大直端面直径为ΦD，上偏差为0，下偏差为-0.15mm；对中环与管模直端面配合面直径为ΦH，上偏差为+0.45mm，下偏差为+0.45mm，使管模与对中环改造之后间隙半径为0.5mm。

2.2 采取严格的工艺调整措施保证设备精度

1）严格管模的安装调整精度，保证离心机机头本身和安装在其上用来固定管模的中心环稳定可靠，保证中心环径跳小于0.4mm（用百分表检测）。

2）每生产2h，重新对管模进行找正，保证管模中心环径跳小于0.4mm（用百分表检测）。

3）检查机头轴承的间隙以及皮带轮的磨损程度，并及时更换磨损报废的皮带轮。

4）通过调整管模托轮，使管模插口端调整到机器的中心位置，然后调整承口段的径跳（要求小于0.4mm），使管模的中心线与离心机旋转轴线保持重合。

5）保证支持管模的托轮要稳定和牢固，提高其表面精度（托轮表面径跳小于0.1mm），并且定期检查和更换托轮，避免因托轮震动或托轮表面与管模接触面粗糙而引起铸管壁厚不均。

6）生产前对要安装的管模外表面从承口到插口至少取6个面（托辊滚道处必测）测试径跳，要求每处径跳均小于0.3mm，从而保证管模的平直度，保证管模壁厚的均匀性。要求将生产使用的管模壁厚差控制在0~1mm［2］。

3 改造后的效果

1）对离心机对中环改造之后，管模承口径跳变化较小，管模在高速旋转时较为稳定，铸管椭圆率大为降低，提高了大管特别是DN为1000mm管的综合合格率。如2012年4、5、6月份与2011年4、5、6月份生产DN为1000mm的椭圆管比较，椭圆率平均降低约1.89%（见图4）。同时，离心机机时产量提高约10.5%，减少椭圆管约160t，产值每月增加约72.3万元。

2）对离心机设备精度进行严格调整，严格工艺、设备等方面的规范操作。自2012年3月份正常生产以来，离心机大口径铸铁管生产节奏大幅度提高，班前、班中对管模打径跳时间以及椭圆管大幅度减少，离心机综合合格率较以前明显提高，因为椭圆原因造成的废品管和对离心机生产的制约明显减少和减轻，生产成本进一步降低，取得了明显的效果。

4 结语

对设备精度改进和调整后，减小了管模径向跳动的间隙，从根本上解决了因离心机承口径跳难打、机器振动等原因造成的管子椭圆问题，极大地提高了离心机的机时产量，有效地减少了椭圆管。

参 考 文 献

［1］   范英俊.离心球墨铸铁管工艺及装备［M］.北京:中国科学技术出版社，2000.

［2］   张伯明.离心铸造［M］.北京:机械工业出版社，2006.