دستگاه تراش رزوه زنی لوله اتوماتیک یک مرکز تراشکاری خودکار مکانیکی یا CNC است که به طور خاص برای برش رزوه های خارجی یا داخلی دقیق روی انتهای لوله طراحی شده است - به طور مداوم، تکرار شونده و بدون تغییر موقعیت دستی هر قطعه کار در بین چرخه ها. این ماشینها مراحل فشرده ماشینهای تراش دستی معمولی را حذف میکنند: بارگیری، چاک کردن، تعیین موقعیت ابزار، برش نخ، بازرسی و تخلیه همگی تحت کنترل قابل برنامهریزی انجام میشوند و زمان چرخه را از 4 تا 8 دقیقه در هر انتهای لوله در یک دستگاه دستی به 45 تا 90 ثانیه در یک خط کاملاً خودکار کاهش میدهند. برای کالاهای لولهای کشور نفت (OCTG)، لولههای لولهکشی، مجرا و لولههای ساختاری که هزاران قطعه در هر شیفت تولید میکنند، دستگاه تراش رزوه زنی لوله اتوماتیک سرمایه گذاری تعیین کننده بهره وری و کیفیت در خط تولید است.
ماشین تراش رزوه زنی اتوماتیک لوله چه کاری انجام می دهد
در هسته خود، یک دستگاه تراش رزوه زنی لوله، شیارهای مارپیچ - رزوه ها - را در سطح بیرونی یا داخلی انتهای لوله به یک گام، عمق، مخروط و شکل مشخص برش می دهد. فرم رزوه باید استانداردهای ابعادی (API 5B برای لوله کشور نفت، ASME B1.20.1 برای لوله لوله کشی NPT، ISO 228 برای رزوه های موازی) در محدوده تحمل های اندازه گیری شده در هزارم میلی متر را برآورده کند. آنچه که نسخه اتوماتیک را از یک ماشین تراش رزوه ای معمولی متمایز می کند، ادغام جابجایی قطعه کار، بستن، توالی چرخه و اندازه گیری در حین فرآیند در یک جریان تولید بدون وقفه است.
عملکرد ماشین اصلی به ترتیب
- بارگیری اتوماتیک لوله: لوله ها از یک مجله V-cradle، نوار نقاله غلتکی، یا بارگذار بسته نرم افزاری به یک رمپ ورودی شیبدار تغذیه می شوند. یک مکانیزم پیشروی هیدرولیک یا سروو رانده هر لوله را به جلو می راند تا زمانی که با صفحه چاک تماس پیدا کند و باعث ایجاد توالی بستن می شود. این مرحله بارگیری - که در یک سیستم خودکار خوب طراحی شده 8 تا 15 ثانیه طول می کشد - جایگزین 60 تا 120 ثانیه کار دستی در هر لوله می شود که یک ماشین تراش معمولی دو اپراتور به آن نیاز دارد.
- چاک برق هیدرولیک: لوله توسط یک چاک هیدرولیک سه فک یا چهار فک با نیروی گیره ای که دقیقاً برای ضخامت دیواره لوله و درجه مواد کالیبره شده است، گرفته می شود. زیر گیره اجازه ارتعاش را می دهد که دقت شکل رزوه را از بین می برد. بستن بیش از حد لوله جدار نازک را تغییر شکل می دهد. ماشینهای خودکار از فشار گیره قابل برنامهریزی - معمولاً 40 تا 120 بار - استفاده میکنند که میتواند در هر کار تنظیم و در کتابخانه پارامترهای دستگاه ذخیره شود.
- رو به رو و پخ زدن: قبل از شروع رزوهکاری، صفحه انتهایی لوله صاف (روی) میچرخد و لبه بیرونی تا زاویه مشخصی پخ میشود - معمولاً 15 تا 30 درجه. این عملیات مقیاس آسیاب را حذف میکند، مربع انتهایی را تصحیح میکند و هندسه ورودی را ایجاد میکند که اتصالات جفت را روی نخ هدایت میکند. در یک ماشین تراش دستی، این عملیات جداگانه و زمان بندی شده است. در یک ماشین خودکار، آنها در چرخه ابزار مشابه با عبور رشته اجرا می شوند.
- برش نخ: ابزار رزوه زنی - یک درج کاربید در یک هندسه شکل رزوه ای تعریف شده - انتهای لوله دوار را با نرخ تغذیه هماهنگ با سرعت دوک برای تولید گام نخ مورد نیاز عبور می دهد. رزوه های مخروطی به کالسکه نیاز دارند که به طور همزمان در محورهای X (شعاعی) و Z (محوری) تحت کنترل CNC حرکت کنند. عبور رزوه های متعدد مواد را به تدریج تا عمق نخ نهایی حذف می کند و از عمر ابزار محافظت می کند و تشکیل تراشه را کنترل می کند.
- سنجش در حین فرآیند: یک گیج حلقه یا پروب الکترونیکی رزوه تمام شده را پس از گذر نهایی برش بررسی می کند در حالی که لوله در حالت چوک باقی می ماند. رزوه های خارج از تحمل علامت گذاری می شوند و دستگاه برای مداخله اپراتور به جای انتقال قطعات معیوب به عملیات بعدی متوقف می شود. این اندازهگیری حلقه بسته، بازرسی مبتنی بر نمونهبرداری را که در خطوط دستی استفاده میشود، حذف میکند، جایی که تعداد قابلتوجهی از رزوههای معیوب قبل از شناسایی به مونتاژ میرسند.
- تخلیه خودکار: چاک آزاد می شود و یک بازوی تخلیه قابل جمع شدن، غلتک خروجی یا میز کج، لوله رزوه دار را به سمت نوار نقاله خروجی حرکت می دهد. برای لولههایی که در هر دو انتها نیاز به رزوهکاری دارند، مکانیزم چرخش و جابجایی لوله، انتهای بدون رزوه را برای چرخه رزوهکاری دوم بدون نیاز به خروج لوله از دستگاه به چاک ارائه میکند.
پیکربندی ماشین و آنچه که هر کدام پوشش می دهد
دستگاه های رزوه کاری لوله اتوماتیک یک نوع محصول واحد نیستند - آنها طیف گسترده ای از پیکربندی ها را با قطر لوله، ضخامت دیواره، طول لوله، میزان خروجی مورد نیاز و استاندارد رزوه پوشش می دهند. درک تنظیمات اصلی مانع از تعیین ماشینی می شود که به درستی خودکار است اما از نظر هندسی با نیاز تولید مطابقت ندارد.
| پیکربندی | محدوده قطر لوله | قدرت اسپیندل معمولی | زمان چرخه | کاربرد اولیه |
|---|---|---|---|---|
| CNC تک اسپیندل فشرده | 15 - 114 میلی متر (0.5 - 4.5 اینچ) | 7.5 - 15 کیلو وات | 45 - 75 ثانیه / پایان | لوله کشی، لوله EMT، OCTG کوچک |
| CNC تک اسپیندل متوسط | 60 - 273 میلی متر (2.4 - 10.75 اینچ) | 18 - 37 کیلو وات | 60 - 90 ثانیه / پایان | لوله خط، پوشش، لوله ساختاری |
| CNC تک اسپیندل سنگین | 177 - 508 میلی متر (7 - 20 اینچ) | 45 - 90 کیلو وات | 90 - 180 ثانیه / پایان | OCTG با قطر بزرگ، شمع بندی، لوله زیر دریا |
| دو اسپیندل به طور همزمان | 15 - 273 میلی متر | 2 x 15 - 45 کیلو وات | رشته های تک چرخه هر دو سر | تولید لوله کوتاه با حجم بالا |
| شاخص چرخشی چند ایستگاهی | 15 - 168 میلی متر | دوک های چندگانه | قطعات در دقیقه به جای هر چرخه | تولید انبوه نوک پستان کوتاه و اتصالات |
مشخصات فنی کلیدی که قابلیت ماشین را تعریف می کند
هنگام ارزیابی یا تعیین یک ماشین تراش رزوه زنی لوله اتوماتیک، پارامترهای زیر تعیین می کنند که آیا دستگاه نیازهای تولید را برآورده می کند یا خیر - و درک نادرست از هر یک از آنها منجر به تجهیزات نامشخصی می شود که به گلوگاه تبدیل می شود یا تجهیزات بیش از حد مشخص شده که هزینه سرمایه آن را بازیابی نمی کند.
محدوده سرعت اسپیندل و قدرت
برش با نخ در مقایسه با تراشکاری عمومی، عملیات نسبتاً کم سرعتی است. درج رزوه کاربید در لوله فولادی کربنی معمولاً با سرعت برش 60 تا 120 متر در دقیقه کار می کند - برای یک لوله با قطر 114 میلی متر، این به 170-340 RPM ترجمه می شود. برای لوله های ضد زنگ یا آلیاژ کروم-مولی، سرعت برش به 30 تا 60 متر در دقیقه کاهش می یابد تا گرما و سایش ابزار مدیریت شود. اسپیندل باید گشتاور نامی را در این سرعتهای پایین ارائه دهد، که به ماشینهایی با گیربکس یا دوکهای سروو درایو مستقیم نیاز دارد تا موتورهای ساده تسمهای که در RPM پایین گشتاور را از دست میدهند. توان مورد نیاز اسپیندل به طور مستقیم با قطر لوله و سختی مواد مقیاس می شود - رزوه زنی لوله با قطر 508 میلی متر در فولاد درجه P110 به 75 تا 90 کیلووات قدرت برش موجود در دوک نیاز دارد.
سفر کالسکه و طول تخت
کالسکه رزوه زنی باید از طول نخ درگیر کامل به اضافه فاصله فاصله نزدیک و خروجی عبور کند. رزوه های گرد API روی بدنه 10.75 اینچی دارای طول رزوه درگیر تقریباً 100 میلی متر هستند - حرکت محور Z کالسکه باید این را با حاشیه سازگار کند. برای لوله هایی که به چرخه ترکیبی روکش، پخ و رزوه نیاز دارند، کل مسیر Z مورد نیاز معمولاً 150 تا 300 میلی متر بسته به قطر لوله است. بستر دستگاه باید به اندازه کافی بلند باشد تا لوله را بدون اورهانگ بدون تکیه گاه که باعث لرزش شود پشتیبانی کند - برای اتصالات لوله 12 متری، این معمولاً به معنای طول بستر 13 تا 14 متر با تکیه گاه های استراحت ثابت در فواصل 2 تا 3 متر است.
استانداردهای موضوع و کتابخانه برنامه CNC
یک ماشین تراش رزوه زنی لوله اتوماتیک با قابلیت کامل باید یک کتابخانه برنامه پارامتریک CNC که تمام رزوه های مورد نیاز خط تولید را پوشش دهد:
- رشته های API 5B (گرد و پشتی): استاندارد اجباری برای OCTG - اتصالات لوله، پوشش و لوله مته. رزوه های گرد API (API RD) دارای زاویه 60 درجه، مخروطی 0.0625 اینچ/اینچ، و گام در محدوده 8 TPI برای لوله های کوچک تا 4 TPI برای پوشش بزرگ هستند. رزوه های پایه API شکل نامتقارن دارند - یک ضلع ضربه ای 3 درجه و ضلع بارگذاری 10 درجه - که نیاز به کنترل دقیق مستقل هر دو جناح در طول برش دارد.
- NPT (ASME B1.20.1) و NPTF: استاندارد غالب برای کاربردهای لوله کشی و لوله گاز ایالات متحده. مخروطی 0.75 اینچ در هر پا. گام ها از 27 TPI برای لوله 1/8 اینچی تا 8 TPI برای 2 اینچ و بزرگتر. NPTF (dryseal) نسبت به NPT استاندارد به تحملهای سختتر روی تاج و برش ریشه نیاز دارد.
- BSP (ISO 228 و BS 21): استاندارد نخ لوله کشی اروپایی غالب که در فرم های BSPP (موازی) و BSPT (مخروطی) استفاده می شود. فرم نخ 55 درجه Whitworth به جای شکل یکپارچه 60 درجه NPT - به یک درج نخ اختصاصی نیاز دارد و نمی توان با همان ابزار مورد استفاده برای NPT برش داد.
- رشته های اتصال ممتاز یا اختصاصی: تولیدکنندگان عمده اتصالات لوله (Tenaris، Vallourec، NOV) اتصالات ممتاز را با فرمهای رزوهای چند مرحلهای پیچیده و هندسههای مهر و موم دقیق ارائه میدهند که به برنامههای CNC خاص برای هر نوع اتصال نیاز دارند، که اغلب توسط مجوز دهنده اتصال بهعنوان فایلهای برنامه رمزگذاریشده ارائه میشوند که دستگاه بدون قرار دادن هندسه در معرض اپراتور اجرا میکند.
بارگیری و تخلیه خودکار - ضریب بهره وری
دوک نخ زنی به ندرت محدودیتی برای یک خط رزوه خودکار لوله است - عامل محدود کننده تقریباً همیشه زمان صرف شده برای بارگیری، موقعیت و تخلیه قطعه کار است. ماشینی که یک نخ را در 60 ثانیه برش می دهد، اما بین برش ها به 90 ثانیه کار دستی نیاز دارد، با سرعت موثری تولید می کند که بهتر از یک ماشین تراش دستی با اپراتور مجرب نیست. مکانیزم بارگیری و تخلیه خودکار این معادله را با اجرای عملیات بارگیری و تخلیه همزمان با چرخه رزوه کاری روی قطعه قبلی تغییر می دهد - به طوری که وقتی رزوه کاری کامل شد، لوله بعدی از قبل در موقعیت قرار گرفته و آماده چوک است.
| نوع سیستم مدیریت | قابلیت طول لوله | زمان بارگیری/تخلیه | مورد نیاز اپراتور | بهترین برای |
|---|---|---|---|---|
| مجله جاذبه V-cradle | تا 6 متر | 8 تا 12 ثانیه | فقط دوباره پر کردن مجلات دوره ای | لوله کوتاه، حجم بالا |
| نوار نقاله غلتکی سروو محور | 3 تا 13 متر | 10-18 ثانیه | انباشتن خوراک؛ نظارت | طول استاندارد OCTG (9 تا 13 متر) |
| گنتری لودر سقفی | 3 تا 18 متر | 15-25 ثانیه | مدیریت بستهای در infeed | لوله سنگین با قطر زیاد |
| نوار نقاله راه رفتن | 6 تا 18 متر | 12 تا 20 ثانیه | نظارت بر تغذیه و خروجی | تولید لوله بلند با حجم بالا |
| بازوی رباتیک با گیره | تا 12 متر (با پشتیبانی) | 20 تا 35 ثانیه | حداقل - فقط رسیدگی به استثنا | سلول های تولید مخلوط محصول انعطاف پذیر |
محاسبه نرخ تولید و بازگشت سرمایه
مورد تجاری یک ماشین تراش رزوه کاری لوله اتوماتیک بر اساس سه پیشرفت قابل اندازه گیری نسبت به عملیات رزوه کاری دستی ساخته شده است: نرخ توان عملیاتی، هزینه نیروی کار برای هر قطعه، و کاهش نرخ ضایعات. سناریوهای تولید واقعی مقیاس این پیشرفت ها را نشان می دهد:
مقایسه توان عملیاتی - دستی در مقابل خودکار
یک تیم ماهر دو اپراتور در یک لوله خط API رزوهای با رزوه رزوهای دستی به قطر 4.5 اینچ، تقریباً 80 تا 100 قطعه را در هر شیفت 8 ساعته به دست میآورد که عمدتاً توسط زمان بارگذاری، چوک کردن و اندازهگیری بین برشها محدود میشود. یک ماشین تراش رزوه زنی خودکار با بارگذاری نوار نقاله غلتکی که همان محصول را در یک چرخه 75 ثانیه رزوه می کند، 384 قطعه را در هر شیفت 8 ساعته با 90 درصد در دسترس بودن تولید می کند - یک افزایش توان عملیاتی 3.8 تا 4.8 برابری نسبت به یک ماشین واحد که توسط یک اپراتور مانیتورینگ سرویس می شود به جای دو اپراتور فعال.
کاهش نرخ قراضه
عملیات رزوهکاری دستی بر روی تجهیزاتی که به خوبی نگهداری میشوند، نرخ ضایعات 1.5 تا 3.5٪ را از عدم انطباقهای ابعادی تولید میکنند، که عمدتاً به دلیل پیشرفت سایش ابزار بین فواصل بازرسی دستی و تنوع اپراتور در تنظیم است. ماشینهای خودکار با اندازهگیری در حین فرآیند و جبران سایش خودکار ابزار، نرخ ضایعات را زیر 0.3٪ در محیطهای تولیدی مستند نگه میدارند. برای لوله OCTG با قیمت 40 تا 120 دلار در هر قطعه، کاهش نرخ ضایعات از 2.5٪ به 0.3٪ در یک خط 1000 قطعه در روز نشان دهنده 880-2640 دلار در روز ارزش مواد بازیافتی است.
انتخاب یک ماشین تراش رزوه کاری لوله اتوماتیک - معیارهای تصمیم گیری
- محدوده قطر لوله و ضخامت دیواره: حداقل و حداکثر OD لوله و ضخامت دیواره را در ترکیب محصول خود تعریف کنید. دستگاه باید در هر دو نقطه به طور قابل اعتمادی چک کند - لوله جدار نازک به فشار گیره کمتر و تنظیمات فک متفاوتی نسبت به لوله دیواره سنگین با همان OD نیاز دارد. مشخص کردن میانگین به جای افراط، منجر به دستگاهی می شود که نمی تواند کل محدوده محصول را بدون تاخیر در ابزارآلات مجدد اجرا کند.
- استانداردهای نخ مورد نیاز: تمام فرمهای رشتهای را که دستگاه باید تولید کند، فهرست کنید، از جمله مجوزهای اتصال ممتازی که دارید یا قصد دارید به دست آورید. با سازنده ماشین بررسی کنید که هر فرم رشته توسط یک برنامه CNC معتبر پشتیبانی می شود، نه فقط ادعای سازگاری. قبل از پذیرش ماشین، قطعات نمونه را برای صلاحیت درخواست کنید.
- نرخ خروجی مورد نیاز و الگوی تغییر: قطعات مورد نیاز در هر شیفت را از برنامه تولید خود محاسبه کنید، سپس بر در دسترس بودن مورد انتظار (معمولاً 85 تا 92٪ برای یک ماشین تراش رزوه ای CNC که به خوبی نگهداری می شود) و زمان چرخه تقسیم کنید تا مشخص شود که آیا یک دستگاه نیاز را برآورده می کند یا اینکه آیا به دو دستگاه موازی نیاز است. تعیین بیش از حد یک ماشین برای دستیابی به زمانهای چرخه بالاتر از حد مورد نیاز، انعطافپذیری کمتری نسبت به دو ماشین استانداردی دارد که افزونگی را فراهم میکنند.
- حمل و نقل طول و وزن لوله: تأیید کنید که سیستم بارگیری برای سنگین ترین لوله در مخلوط شما رتبه بندی شده است. یک اتصال پوششی P110 با قطر 13.375 اینچ، به طول 12 متر، تقریباً 2100 کیلوگرم وزن دارد - نوار نقاله بارگیری، پایه های ثابت و سیستم تغذیه خروجی باید برای این جرم با حاشیه ایمنی مناسب رتبه بندی شوند.
- مشخصات سیستم خنک کننده: نخ زنی گرما و حجم تراشه قابل توجهی تولید می کند. یک سیستم خنککننده با فشار بالا (70-100 بار، سرعت جریان 40-60 لیتر در دقیقه) سیال برش را مستقیماً به رابط ابزار و قطعه کار میرساند، عمر درج کاربید را 40 تا 80 درصد در مقایسه با خنککننده سیل افزایش میدهد و به طور قابل توجهی تخلیه تراشه را در درگیری با رزوه عمیق بهبود میبخشد. بررسی کنید که سیستم خنک کننده با پارامترهای رزوه برش دستگاه مطابقت داشته باشد، نه اینکه صرفاً برای چرخش عمومی کافی باشد.
- سیستم کنترل و اتصال Industry 4.0: ماشینهای رزوهای خودکار مدرن باید خروجی داده OPC-UA یا MTConnect را برای ادغام با MES کارخانه و سیستمهای مدیریت کیفیت ارائه دهند. دادههای اندازهگیری در فرآیند، پارامترهای سایش ابزار، زمانهای چرخه و گزارشهای هشدار باید بهطور خودکار ثبت شوند و برای تجزیه و تحلیل SPC در دسترس باشند - این اتصال داده به طور فزایندهای یک نیاز مشتری در زنجیرههای تامین OCTG است که استانداردهای مدیریت کیفیت API Q1 و Q2 اعمال میشود.
