Рис. 1. Во время цикла прокатки системы вертикальной подачи валков передняя кромка «сгибается» перед гибочными валками. Свежесрезанную заднюю кромку затем надевают на переднюю кромку, позиционируют и сваривают, образуя катаную оболочку.
Любой, кто работает в металлообрабатывающей промышленности, вероятно, знаком с прокатными станами, будь то станы с предварительным зажимом, трехвалковые станы с двойным зазором, трехвалковые геометрические поступательные станы или четырехвалковые станы. У каждого из них есть свои ограничения и преимущества, но есть у них одно общее: они прокатывают листы и плиты в горизонтальном положении.
Менее известный метод предполагает прокрутку в вертикальном направлении. Как и другие методы, вертикальная прокрутка имеет свои ограничения и преимущества. Эти сильные стороны почти всегда решают хотя бы одну из двух проблем. Один из них – воздействие силы тяжести на заготовку в процессе прокатки, другой – неэффективность обработки материала. Улучшения могут не только улучшить рабочий процесс, но и в конечном итоге повысить конкурентоспособность производителя.
Технология вертикальной прокатки не нова. Его корни можно проследить до нескольких пользовательских систем, созданных в 1970-х годах. К 1990-м годам некоторые машиностроители предлагали станы вертикальной прокатки в качестве стандартной линейки продукции. Эта технология нашла применение в различных отраслях промышленности, особенно в области танкостроения.
Обычные резервуары и контейнеры, которые часто производятся вертикально, включают те, которые используются в пищевой, молочной, винодельческой, пивоваренной и фармацевтической промышленности; Резервуары для хранения нефти API; сварные резервуары для воды для сельского хозяйства или хранения воды. Вертикальные валки значительно сокращают погрузочно-разгрузочные работы, часто обеспечивают лучшее качество гибки и более эффективно выполняют следующий этап сборки, выравнивания и сварки.
Другое преимущество проявляется там, где емкость материала ограничена. Вертикальное хранение плит или плит требует меньше места, чем хранение плит или плит на ровной поверхности.
Рассмотрим цех, в котором корпуса резервуаров (или «пласты») большого диаметра раскатываются на горизонтальных валках. После прокатки операторы выполняют точечную сварку, опускают боковые рамы и растягивают прокатанную оболочку. Поскольку тонкая оболочка прогибается под собственным весом, ее необходимо усилить ребрами жесткости или стабилизаторами или повернуть в вертикальное положение.
Столь большой объем операций — подача досок с горизонтальных валков на горизонтальные только для того, чтобы снять их после прокатки и наклонить для штабелирования — может создать всевозможные производственные проблемы. Благодаря вертикальной прокрутке магазин исключает всю промежуточную обработку. Листы или доски подаются вертикально, скатываются, закрепляются, а затем поднимаются вертикально для следующей операции. При качке корпус танка не сопротивляется силе тяжести, поэтому не прогибается под собственным весом.
Некоторая вертикальная прокатка происходит на четырехвалковых машинах, особенно для резервуаров меньшего размера (обычно менее 8 футов в диаметре), которые будут отправляться вниз по течению и обрабатываться вертикально. Четырехвалковая система позволяет проводить повторную прокатку для устранения непрогнутых полос (в местах захвата листа валками), что более заметно на стержнях малого диаметра.
В большинстве случаев вертикальная прокатка резервуаров осуществляется на трехвалковых станках с двойной геометрией прижима, подаваемых из металлических пластин или непосредственно с рулонов (данный метод получает все большее распространение). В этих установках оператор использует измеритель радиуса или шаблон для измерения радиуса ограждения. Они регулируют изгибающие ролики, когда они касаются передней кромки полотна, а затем снова, когда полотно продолжает подавать. По мере того, как шпулька продолжает входить в плотно намотанную внутреннюю часть, упругая отдача материала увеличивается, и оператор перемещает шпульку, вызывая больший изгиб для компенсации.
Эластичность зависит от свойств материала и типа катушки. Внутренний диаметр (ID) катушки имеет важное значение. При прочих равных условиях катушка 20 дюймов. ID намотана плотнее и имеет больший отскок, чем та же катушка, намотанная до 26 дюймов. ИДЕНТИФИКАТОР.
Рисунок 2. Вертикальная прокрутка стала неотъемлемой частью многих резервуарных полевых установок. При использовании крана процесс обычно начинается на верхнем этаже и продолжается вниз. Обратите внимание на единственный вертикальный шов на верхнем слое.
Однако обратите внимание, что прокатка в вертикальных желобах сильно отличается от прокатки толстолистового проката на горизонтальных валках. В последнем случае операторы усердно работают над тем, чтобы края листа точно совпадали в конце цикла прокатки. Толстые листы, прокатанные до узкого диаметра, менее поддаются повторной обработке.
При формовании корпусов банок с помощью вертикальных валков с рулонной подачей оператор не может соединить края вместе в конце цикла прокатки, потому что, конечно, лист выходит непосредственно из рулона. В процессе прокатки лист имеет переднюю кромку, но не будет иметь задней кромки, пока не будет отрезан от рулона. В случае этих систем рулон свертывается в полный круг перед тем, как рулон фактически сгибается, а затем разрезается после завершения (см. Рисунок 1). Свежесрезанную заднюю кромку затем надевают на переднюю кромку, позиционируют и затем сваривают, образуя катаную оболочку.
Предварительная гибка и повторная прокатка в большинстве машин с рулонной подачей неэффективны, а это означает, что они часто имеют изломы на передней и задней кромках (аналогично несогнутым полосам при прокатке без рулонной подачи). Эти детали обычно перерабатываются. Однако многие предприятия рассматривают лом как небольшую цену за всю эффективность погрузочно-разгрузочных работ, которую им обеспечивают вертикальные ролики.
Однако некоторые предприятия хотят получить максимальную отдачу от имеющегося у них материала, поэтому выбирают встроенные роликовые правильные системы. Они аналогичны четырехвалковым правильным машинам на линиях обработки рулонов, только перевернуты. Обычные конфигурации включают 7-валковые и 12-валковые правильные машины, в которых используется комбинация натяжных, правильных и гибочных валков. Правильный станок не только сводит к минимуму выпадение каждого бракованного рукава, но и повышает гибкость системы, т.е. система может производить не только прокатные детали, но и слябы.
Техника правки не может воспроизвести результаты систем правки, обычно используемых в сервисных центрах, но она может производить материал, достаточно плоский для резки лазером или плазмой. Это означает, что производители могут использовать рулоны как для вертикальной прокатки, так и для продольной резки.
Представьте себе, что оператор, раскатывающий оболочку для секции банки, получает команду отправить черновой металл на стол плазменной резки. После того как он свернул ящики и отправил их вниз по течению, он настроил систему так, чтобы правильные машины не подавались непосредственно в вертикальные валки. Вместо этого правильная машина подает плоский материал, который можно отрезать по длине, создавая пластину плазменной резки.
После раскроя партии заготовок оператор перенастраивает систему на возобновление прокатки гильз. А поскольку он катит материал горизонтально, изменчивость материала (включая разные уровни эластичности) не является проблемой.
В большинстве областей промышленного и строительного производства производители стремятся увеличить количество производственных цехов, чтобы упростить изготовление и сборку на месте. Однако это правило не распространяется, когда речь идет об изготовлении больших резервуаров для хранения и подобных крупных конструкций, главным образом потому, что такие работы сопряжены с невероятными трудностями в обращении с материалами.
Используемый на месте вертикальный валок с рулонной подачей упрощает погрузочно-разгрузочные работы и оптимизирует весь процесс изготовления резервуаров (см. рис. 2). Гораздо проще перевезти рулоны металла на место работ, чем раскатывать в цеху серию огромных профилей. Кроме того, прокатка на месте означает, что даже резервуары самого большого диаметра могут быть изготовлены с использованием всего одного вертикального сварного шва.
Наличие локального эквалайзера обеспечивает большую гибкость при работе на объекте. Это распространенный выбор для изготовления резервуаров на месте, где дополнительные функциональные возможности позволяют производителям использовать выпрямленные рулоны для изготовления днищ резервуаров или днищ на месте, исключая транспортировку между цехом и строительной площадкой.
Рис. 3. Некоторые вертикальные валки интегрированы в систему производства резервуаров на месте. Домкрат поднимает ранее укатанный ряд вверх без использования крана.
Некоторые операции на площадке объединяют вертикальные валки в более крупную систему, включающую агрегаты резки и сварки в сочетании с уникальными домкратами, что устраняет необходимость в кранах на площадке (см. Рисунок 3).
Весь резервуар строится сверху донизу, но процесс начинается с нуля. Вот как это работает: рулон или лист подается через вертикальные ролики всего в нескольких дюймах от того места, где должна быть стенка резервуара. Затем стенка подается в направляющие, по которым лист проходит по всей окружности резервуара. Вертикальный валок останавливают, концы отрезают, закалывают и сваривают одиночный вертикальный шов. Затем к обечайке привариваются элементы ребер. Далее домкрат поднимает закатанную оболочку вверх. Повторите процесс для следующего торта ниже.
Между двумя прокатными секциями были выполнены кольцевые сварные швы, а затем на месте была изготовлена крыша резервуара – хотя конструкция оставалась близко к земле, были изготовлены только две верхние оболочки. Как только крыша будет завершена, домкраты поднимают всю конструкцию, готовясь к установке следующего корпуса, и процесс продолжается – и все это без крана.
Когда операция достигает самого низкого уровня, в дело вступают плиты. Некоторые производители полевых резервуаров используют пластины толщиной от 3/8 до 1 дюйма, а в некоторых случаях даже тяжелее. Разумеется, листы не поставляются в рулонах и ограничены по длине, поэтому эти нижние секции будут иметь несколько вертикальных сварных швов, соединяющих секции рулонного листа. В любом случае, используя вертикальные машины на месте, плиты можно разгрузить за один раз и прокатать на месте для непосредственного использования в резервуаростроении.
Эта система изготовления резервуаров является примером эффективности погрузочно-разгрузочных работ, достигаемой (по крайней мере частично) за счет вертикальной прокатки. Конечно, как и любой другой метод, вертикальная прокрутка подходит не для каждого приложения. Его применимость зависит от эффективности обработки, которую он создает.
Предположим, что производитель устанавливает вертикальный валок без подачи для различных применений, большинство из которых представляют собой оболочки небольшого диаметра, требующие предварительного изгиба (сгибания передней и задней кромок заготовки для минимизации разгибания плоских поверхностей). Эти работы теоретически возможны на вертикальных валках, но предварительная гибка в вертикальном направлении гораздо сложнее. В большинстве случаев вертикальная прокатка больших партий, требующая предварительной гибки, неэффективна.
Помимо проблем с погрузочно-разгрузочными работами, производители встроили вертикальную прокрутку, чтобы избежать гравитации (опять же, чтобы избежать изгиба больших неподдерживаемых корпусов). Однако если операция включает в себя только прокатку листа, достаточно прочного, чтобы сохранять свою форму в течение всего процесса прокатки, нет смысла раскатывать этот лист вертикально.
Кроме того, асимметричные работы (овалы и другие необычные формы) обычно лучше всего выполнять на горизонтальных валках, при необходимости с верхней поддержкой. В этих случаях опоры не только предотвращают провисание под действием силы тяжести, они направляют заготовку во время цикла прокатки и помогают сохранить асимметричную форму заготовки. Сложность манипулирования такой работой по вертикали может свести на нет все преимущества вертикальной прокрутки.
Та же идея применима и к прокатке конуса. Вращающиеся конусы основаны на трении между роликами и перепаде давления от одного конца ролика к другому. Поверните конус вертикально, и гравитация добавит сложности. Могут быть исключения, но по сути конус с вертикальной прокруткой непрактичен.
Использование трехвалкового станка с поступательной геометрией в вертикальном положении также обычно нецелесообразно. В этих машинах два нижних валка перемещаются из стороны в сторону в любом направлении, а верхний валок регулируется вверх и вниз. Эти регулировки позволяют машинам сгибать изделия сложной геометрии и раскатывать материалы различной толщины. В большинстве случаев эти преимущества не увеличиваются за счет вертикальной прокрутки.
При выборе листовых рулонов важно провести тщательное и тщательное исследование и принять во внимание предполагаемое производственное использование машины. Вертикальные валки имеют более ограниченную функциональность, чем традиционные горизонтальные валки, но предлагают ключевые преимущества при правильном применении.
Вертикальные листопрокатные станки обычно имеют более фундаментальную конструкцию, производительность и конструктивные особенности, чем горизонтальные листопрокатные станки. Кроме того, валки часто слишком велики для данного применения, что устраняет необходимость использования коронки (и эффекта бочонка или песочных часов, который возникает в заготовке, когда коронка не отрегулирована должным образом для выполняемой работы). При использовании в сочетании с размотчиками они образуют тонкий материал для целых резервуаров цеха, обычно до 21 футов 6 дюймов в диаметре. Верхний слой резервуара гораздо большего диаметра, установленного на месте, может иметь только один вертикальный сварной шов вместо трех или более пластин.
Опять же, наибольшее преимущество вертикальной прокатки наблюдается в ситуациях, когда резервуар или сосуд необходимо построить вертикально из-за воздействия силы тяжести на более тонкие материалы (например, до 1/4 дюйма или 5/16 дюйма). Горизонтальное производство потребует применения армирующих колец или стабилизирующих колец для фиксации круглой формы прокатываемых деталей.
Настоящее преимущество вертикальных роликов заключается в эффективности обработки материалов. Чем меньше манипуляций нужно производить с кузовом, тем меньше вероятность его повреждения и переделки. Рассмотрим высокий спрос на резервуары из нержавеющей стали в фармацевтической промышленности, которая загружена как никогда. Неосторожное обращение может привести к косметическим проблемам или, что еще хуже, к повреждению пассивирующего слоя и загрязнению продукта. Вертикальные валки работают в тандеме с системами резки, сварки и отделки, чтобы снизить вероятность манипуляций и загрязнения. Когда это произойдет, производители смогут извлечь из этого выгоду.
FABRICATOR — ведущий журнал Северной Америки по производству и формовке стали. В журнале публикуются новости, технические статьи и истории успеха, которые позволяют производителям выполнять свою работу более эффективно. FABRICATOR работает в отрасли с 1970 года.
Теперь доступен полный цифровой доступ к The FABRICATOR, обеспечивающий легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Теперь доступен полный цифровой доступ к The Tube & Pipe Journal, обеспечивающий легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Теперь доступен полный доступ к цифровому изданию The Fabricator en Español, обеспечивающему легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Джордан Йост, основатель и владелец компании Precision Tube Laser в Лас-Вегасе, присоединяется к нам, чтобы рассказать о своем…
Время публикации: 07 мая 2023 г.