一種四輥斜軋穿孔的製造方法
2023-10-10 15:52:49 4
一種四輥斜軋穿孔的製造方法
【專利摘要】本實用新型四輥斜軋穿孔機，該四輥斜軋穿孔機布置有四個錐形軋輥，四個錐形軋輥沿軋件中心90°均勻分布；四個錐形軋輥中每兩個錐形軋輥組成一對工作錐形軋輥；兩對作錐形軋輥輥面之間距離比為1.06～1.09，四個錐形軋輥有各自單獨的驅動動力裝置；四個錐形軋輥的旋轉方向相同。錐形軋輥連接聯軸器，聯軸器連接齒輪箱，齒輪箱連接電機，錐形軋輥通過壓下裝置，連接機架。驅動動力裝置由永磁同步力矩電機和錐齒輪箱組成。該四輥旋轉穿孔機有主動旋轉的頂頭。
【專利說明】—種四輥斜軋穿孔機
【技術領域】
[0001]本發明屬於無縫鋼管斜軋穿孔【技術領域】，具體涉及四輥斜軋穿孔機。
【背景技術】
[0002]目前在無縫鋼管生產領域廣泛採用的生產設備是二輥斜軋穿孔機和三輥斜軋穿孔機。
[0003]二輥斜軋穿孔機按其輥形不同可分為桶形輥(輥式)穿孔機、錐形輥(菌式)穿孔機和盤形輥(盤式)穿孔機三種(參看圖1)。二輥斜軋穿孔機一般在輥縫之間配置導板或導盤，形成封閉的變形區。但不管採用哪種形式的軋輥，在穿孔過程中軋件的中心部位都可能出現孔腔現象。孔腔的出現和繼續擴展是產生內部缺陷的主要原因。這些缺陷在後續的工序中不但難以消除，而且還會進一步擴大，甚至導致金屬完全破壞，致使一些薄壁管、低塑性鋼管和合金管難以在二輥穿孔機上穿孔。
[0004]通過對軋件在這三種輥形系統中的受力狀態分析，都是在兩個方向相反的徑向壓力和頂頭軸向力作用下，其直徑方向受到反覆壓縮和擴張，中心部分材料受到反覆拉、壓和剪切應力作用，當達到剪切屈服極限時便產生塑性變形，當超過剪切強度極限時，便引起破裂而產生孔腔。
[0005]三輥斜軋穿孔機與二輥斜軋機穿孔的區別是在頂頭前管坯中心部分只承受三向壓應力而不存在交變的拉應力和壓應力，因此消除了管坯中心被撕裂的趨勢。在三輥穿軋機上，軋輥形成一個近似封閉的圓孔型(參看圖2)，不需要像在二輥穿孔軋機上為保持管坯在中心線上和限制金屬切向流動，必須裝設導板或導盤。因此採用三輥穿孔機穿孔就消除了現有二輥穿孔機存在的缺點，不僅消除了不利的金屬應力狀態，而且還取消了阻止管坯旋轉所引起軸向滑移增加和過大能量消耗的導板與導盤。
[0006]三輥軋制過程中，軋件變形實際上是從圓到圓三角形再規圓的過程。三輥軋機不像二輥安裝有導板，因此它不具有封閉的變形區。在坯料通過軋輥進行軋制的過程中，要產生交變的彎曲應力。這個彎曲應力使金屬在各軋輥之輥縫間產生凸脹，使坯料斷面周期性地形成三角形。根據分析，在軋制力作用下，輥縫間管壁的彎曲力與壁厚的平方成反比，與管子的平均直徑成正比。在相同的壓力作用下，直徑與壁厚比值D/S大的，也就是相對壁厚較薄的管子，在輥縫處的管壁彎曲應力值要比厚壁管大，因此易於達到塑性彎曲值。另外，在相同的軋制力作用下，比值越大，單位壓力也越大。因此，D/S比值越大，管尾三角形效應也越顯著。實踐證明，當D/S比值超過11?12時，便會形成嚴重的管尾三角(參看圖3)。三角形的管尾會引起軋卡、管壁層裂和環狀層裂。嚴重時卡在輥縫間造成軋卡。三輥穿孔機由於軋件在中心部分不存在交變的拉應力和壓應力，軋件中心不會產生疏鬆區，不利於提高穿孔速度、減少力能消耗和工具磨損。
[0007]綜上所述，斜軋穿孔技術是利用了軋輥通過碾軋揉搓對軋件施加交變的拉壓應力，使軋件中心出現組織結構疏鬆狀態，頂杆順勢頂穿實心管坯完成穿孔工作。但如何既能合理利用這一成形原理，又能有效抑制孔腔和有效避免分層，提高毛管質量和成材率是多年來一直困擾該領域的主要技術難題之一。曾經也有不少通過控制送進角或軋輥轉速來避免孔腔和分層發生的成功案例，但帶來的問題是要麼規圓不足，毛管內外表面出現嚴重的螺紋缺陷，要麼軋速過低，不能適應熱成形溫區窄的材料對軋速的要求。實踐證明，二輥斜軋穿孔機不能抑制孔腔和分層，三輥斜軋穿孔機能避免孔腔，但問題是軋件中心材料無疏鬆區容易造成頂頭過快磨損，而且薄壁毛管容易產生管尾三角形甚至造成軋卡，外表面摺疊也時有發生。
[0008]二輥、三輥斜軋穿孔機主要缺陷分析:
[0009]1、咬入困難——二輥斜軋穿孔機由於咬入角過大，咬入條件不好，當管坯接觸到頂頭時軋件與軋輥打滑，造成軋卡。三輥斜軋穿孔機由於軋件只承受三向壓應力，中心組織不會出現疏鬆狀態，當管坯接觸到頂頭時，過大的軸向壓力也會使軋件與軋輥產生打滑，造成頂頭磨損過快。
[0010]2、孔腔一二輥斜軋穿孔機由於是兩個軋輥對軋件進行輾軋穿孔，交變拉壓應力使軋件中心疏鬆，由於材料扭轉變形過大，不能對產生的裂紋及時焊合，中心組織撕裂，形成孔腔。
[0011]3、內折一孔腔形成後，由於材料扭轉變形過大，不能對產生的裂紋及時焊合，穿孔毛管孔內表面材料產生摺疊。
[0012]4、內分層——是由二輥斜軋穿孔機穿孔時，穿孔毛管與頂頭接觸的內表面和與軋輥接觸的外表面的材料密度不同而產生扭轉變形量嚴重不一致，又不能對其剪切界面及時焊合，穿孔毛管產生內表面部分或全部與基體分離。
[0013]5、外折一是由三輥斜軋穿孔機穿孔時，穿孔毛管受周期性三個軋輥施加交變的彎曲應力作用，產生環狀孔腔，又不能對其進行及時焊合，穿孔毛管孔外表面材料產生摺疊。
[0014]6、外分層一是由三輥斜軋穿孔機穿孔時，穿孔毛管受周期性三個軋輥施加交變的彎曲應力作用，產生環狀孔腔，穿孔毛管外表面與基體產生扭轉變形量嚴重不一致，又不能對其剪切界面及時焊合，穿孔毛管產生外表面部分或全部與基體分離。
【發明內容】
[0015]本發明的目的是提供一種四輥斜軋穿孔機。
[0016]本發明四輥斜軋穿孔機，該四輥斜軋穿孔機布置有四個錐形軋輥，四個錐形軋輥沿軋件中心90°均勻分布；四個錐形軋輥中每兩個錐形軋輥組成一對工作錐形軋輥；兩對作錐形軋輥輥面之間距離比為1.06?1.09，四個錐形軋輥有各自單獨的驅動動力裝置；四個錐形軋輥的旋轉方向相同。
[0017]錐形軋輥連接聯軸器，聯軸器連接齒輪箱，齒輪箱連接電機，錐形軋輥通過壓下裝置，連接機架。驅動動力裝置由永磁同步力矩電機和錐齒輪箱組成。該四輥旋轉穿孔機有主動旋轉的頂頭。
[0018]該四輥斜軋穿孔機布置有四個軋輥，四個軋輥沿軋件中心90°均勻分布，四個軋輥都有各自單獨的驅動裝置，動力裝置由永磁同步力矩電機和錐齒輪箱組成，四個軋輥中每兩個軋輥組成一對工作軋輥，兩對工作軋輥的喉孔開口度(內側間距尺寸)各不相同，由此形成一個近似封閉的橢圓孔型，所形成近似封閉橢圓孔型的橢圓係數(長寬比)在1.06?1.09之間，該四輥旋轉穿孔機還布置有主動旋轉的頂頭，在兩對工作軋輥與頂頭對軋件形成的輾軋關係中，其中有一對工作軋輥和頂頭對軋件進行的軋制相當於帶芯軋制，另一對工作軋輥對軋件的軋制相當於空軋，而且軋件材料在與軋輥、頂頭接觸處的變形流動方向與軋輥、頂頭的旋轉方向相同，使軋制過程軋件材料組織內部所產生的交變應力得到合理有效控制，進而使得該四輥斜軋穿孔機既克服了以往二輥穿孔機穿孔毛管孔腔、內折、分層的缺陷，又克服了三輥穿孔機無孔腔頂頭壓力過大形成軋件外折、尾三角的缺陷，並且由於軋輥數量的增多所致軋速有較大幅度提高，在同樣的軋輥輥徑和前進角條件下，該四輥斜軋穿孔機的軋速是傳統二輥和三輥穿孔機的2?3倍，有效解決了熱加工溫區窄和高溫變形抗力大的難軋金屬穿孔的技術難題。
[0019]該四輥斜軋穿孔機具有如下特點:
[0020](I)該四輥斜軋穿孔機內部具有四個軋輥，其中兩個軋輥相當於帶芯軋制，另外兩個軋輥相當於空軋。用壓下裝置調整兩對軋輥的喉孔大小，將四個軋輥組合成一個近似封閉的橢圓孔型，橢圓係數(長寬比)在1.06?1.09之間。使軋件中心部位的組織具有垂直的拉壓交變應力。由於每個軋輥都有輾軋角和送進角，使薄壁管、低塑性鋼管和合金管等難芽品種的芽孔成為可能；
[0021](2)該四輥斜軋穿孔機通過轉鼓可根據軋件不同材質、不同規格、不同溫度、不同軋速對送進角任意調整，通過變換不同的軋輥曲線可適應不同的軋件材料穿孔工藝的要求；
[0022](3)該四輥斜軋穿孔機將主驅動設備安裝在機架上，結構緊湊，重量輕，減振性能好，縮短了機組長度，方便前後臺設備的安排布置；
[0023](4)該四輥斜軋穿孔機用永磁同步力矩電機作為主驅動動力，實現了軋輥獨立調速和恆定的轉矩輸出，每個軋輥獨立控制，使設備更接近於複雜的理想軋制工況；
[0024](5)該四輥斜軋穿孔機為主動旋轉頂杆，使軋件材料流動方向與工具運動方向相一致，既消除了孔腔和分層缺陷，又減少了工具與軋件的摩損；
[0025](6)在同樣的軋輥輥徑和前進角條件下，該四輥斜軋穿孔機的軋速是傳統二輥和三輥穿孔機的2?3倍，有效解決了熱加工溫區窄和高溫變形抗力大的難軋金屬穿孔的技術難題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1本發明四輥斜軋穿孔機錐形軋輥布局圖。
[0027]圖2本發明四輥斜軋穿孔機錐形軋輥及頂頭布局圖。
[0028]圖3本發明四輥斜軋穿孔機立體示意圖。
[0029]圖4本發明四輥斜軋穿孔機錐形軋輥連接結構示意圖。
【具體實施方式】
[0030]下面給出的實施例擬對本發明作進一步說明，但不能理解為是對本發明保護範圍的限制，本領域技術人員根據本
【發明內容】
對本發明的一些非本質的改進和調整，仍屬於本發明的保護範圍。
[0031]四輥斜軋穿孔機，如圖1，圖2，圖3，圖4所示。該四輥斜軋穿孔機布置有四個錐形軋輥1，四個錐形軋輥I沿軋件2中心90°均勻分布；四個錐形軋輥I中每兩個錐形軋輥組成一對工作錐形軋輥I ;兩對作錐形軋輥I輥面之間距離比為1.06?1.09，四個錐形軋輥I有各自單獨的驅動動力裝置；四個錐形軋輥I的旋轉方向相同。該四輥旋轉穿孔機有主動旋轉的頂頭3。錐形軋輥I連接聯軸器8，聯軸器8連接齒輪箱7，齒輪箱7連接電機5，錐形軋輥I通過壓下裝置4，連接機架6。
【權利要求】
1.一種四輥斜軋穿孔機，其特徵在於該四輥斜軋穿孔機布置有四個錐形軋輥，四個錐形軋輥沿軋件中心90°均勻分布；四個錐形軋輥中每兩個錐形軋輥組成一對工作錐形軋輥；兩對作錐形軋輥輥面之間距離比為1.06?1.09，四個錐形軋輥有各自單獨的驅動動力裝置；四個錐形軋輥的旋轉方向相同。
2.根據權利要求1所述四輥斜軋穿孔機，其特徵在於錐形軋輥連接聯軸器，聯軸器連接齒輪箱，齒輪箱連接電機，錐形軋輥通過壓下裝置，連接機架。
3.根據權利要求1所述四輥斜軋穿孔機，其特徵在於該四輥斜軋穿孔機有主動旋轉的頂頭。
【文檔編號】B21B19/04GK204182677SQ201420606746
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月21日 優先權日:2014年10月21日
【發明者】王克川, 張志勇 申請人:太原普萊設工程技術有限公司