一種行星軋機的冷卻方法與流程

2023-10-31 11:26:22 2

本發明涉及一種行星軋機的冷卻方法，其主要用於行星軋機軋制變形區的冷卻，屬於金屬管材加工方法技術領域。

背景技術：

行星軋機是一種具有公知技術的金屬管材斜軋管機。行星軋機主要由主輔電機驅動。軋制時，主輔電機驅動軋機迴轉體上安裝的軋輥圍繞軋制中心線公轉，同時軋輥繞各自的軸線自轉。軋制過程中，通過主輔電機轉速的調整，軋後的管材出軋機後不產生轉動，如此可以軋制超長的管材。專利號us6792781,ep2116312所發明的軋機也屬於這類軋機。

由於工藝先進，行星軋機在銅管行業得到了很大的推廣，現在我國幾乎100％的空調製冷用銅管都是由行星軋機生產的。最近20年來，隨著技術的逐步完善，行星軋機軋制銅管的產量和質量也獲得了很大的提高。在產量方面，行星軋機最初的年產僅有5000-6000噸，至10年前已經達到了年產20000噸左右的水平。考慮實際工作日等因素，換算成小時產量是4噸/小時。

近10年來，本領域的工程技術人員一直試圖繼續提高行星軋機的小時產量，但卻遇到了很大的技術問題。更高速的管材軋制會產生管材直徑變大，螺距不均，管材外表面波浪狀或產生扭管等現象，造成軋管失敗。由於這種情況的產生，行星軋機軋制銅管的小時產量遭遇瓶頸，一直徘徊不前。

進一步的分析研究表明，上述管材高速軋制時產生的問題是軋制進入了失穩狀態所造成的，是由行星軋機的軋管特性所決定的。行星軋機軋管具有單道次大變形量的特徵，單道次變形量超過90％。這麼大的單道次變形量會產生很大的變形熱，這種變形熱導致的溫升可以超過銅的再結晶溫度。行星軋機在軋制銅管時，一邊軋制，一邊要進行冷卻，現有軋制產量下產生的變形熱與現有的冷卻方式和冷卻量相匹配，可以保證軋制中的管材處在穩定的軋制狀態下，軋制的銅管外表面光潔，平整。如果繼續提高軋速，這種變形熱會持續增加，而現有技術的冷卻方法無法滿足更高速軋制工況下冷卻的需要。在這種情況下，被軋管材的變形區會繼續升溫，這種升溫的結果會造成管材變軟、剛性變差。變軟的管材變形抗力降低，使管材的抗扭性變差。尤其是在軋制變形區的出口部分，管壁經軋制後變薄，又軟又薄的管材抗扭能力更差。由此，高速軋制的管材因無法控制變形區的溫度持續升高容易產生軋制失穩的現象。總結以上現象，更高速軋制時管材的冷卻不夠是產生軋制失穩的主要原因，也是無法進一步提高行星軋機產量的主要原因。

基於對上述原因的分析，本發明人作了很多的相應工作，如：在現有冷卻方式不變的情況下加大冷卻泵的流量，加大泵的壓力等。本發明人發現：採用中高壓水泵，如：將泵的壓力增加到30kg/cm2，或加大流量，將泵的流量提高至100m3/h，沒有得到預期的效果，採用大壓力和大流量，很難作到精確的冷卻控制，容易損壞軋機。

本領域內的技術人員對上述問題也作了一系列的工作，如：中國專利公開號cn1370640a、cn201380188y、cn202199593u、cn202162210u，都對行星軋機的冷卻方法和冷卻裝置作了一定的改進，力求得到更好的冷卻效果，追求更好的軋管品質和更高的產量。但是，上述工作對軋機產量的提高效果有限。

圖5為現有行星軋機軋管原理圖。通過對圖5的分析，可以更加清晰的給出現有技術冷卻效果不佳的原因。如圖5所示，被軋管坯101由內孔穿入芯棒102，芯棒102由芯杆固定在軋制變形區k內。三輥行星軋機的三個軋輥103均勻的布置在軋機迴轉體上。軋輥103繞軋制中心線c-c公轉，每個軋輥也繞各自的軸線ac、bc自轉。在軋制後，被軋管坯101被加工成軋制管材107。

軋制過程中，部分冷卻水104噴在軋輥103上，另一部分冷卻水104噴在成形區的管材上。這種靜止不動的噴頭一般有兩種形式，一種是噴盤106結構，如圖5中所示，在噴盤106朝向成形區域的方向上打有多組冷卻小孔。另一種是噴嘴結構，若干組市售的金屬噴嘴對成型區域進行冷卻水的噴射冷卻。由於軋制工藝的需要，噴盤或噴嘴上小孔的大小、角度和數量被專門的設計，冷卻水乳化液的成份也是特殊配製的，用以達到冷卻效率的最優化。

圖5中，在軋制變形區的出口部分h中，管壁厚已經接近或達到最終壁厚的尺寸。管壁相對較薄，在這個區域內的管材特別容易產生失穩現象。軋制時軋機迴轉體旋轉的公轉轉速達到350-500rpm，這種高速旋轉的軋輥會將靜態噴盤或噴嘴所噴射的冷卻液打散，使冷卻水很難噴注到軋制變形區的出口部分h。增大冷卻水流量和壓力也很難讓更多的冷卻液噴注到所需的區域內，現有技術的這種靜止噴盤或噴嘴冷卻效率低，冷卻強度不夠，無法進一步提高軋機產量。

技術實現要素：

本發明的目的是針對現有技術中的不足，提供一種行星軋機的冷卻方法，其能較大幅度提升行星軋機變形區的冷卻效果，從而提高行星軋機的軋制質量和產量。

為實現上述目的，本發明採用以下技術方案：

一種行星軋機的冷卻方法，其用於行星軋機的冷卻；所述行星軋機具有噴頭、軋輥、迴轉體、軋制中心線和軋制變形區；其特徵在於：所述軋機工作時，所述噴頭與迴轉體圍繞所述軋制中心線同步旋轉，所述噴頭向所述軋制變形區噴射冷卻水，及/或所述噴頭向所述軋輥噴射冷卻水。

更進一步，所述噴頭安裝在軋輥的輥縫之間。

更進一步，所述噴射冷卻水的方向與軋輥自轉的方向相同。

更進一步，所述噴射冷卻水的方向與軋輥自轉的方向相反。

採用上述技術方案後的有益效果：

1、提高冷卻效率，提高行星軋機的產量

軋輥通過軋輥座安裝在迴轉體上,軋機工作時，軋輥旋轉工作，噴頭圍繞所述軋制中心線與軋輥座同步公轉。在旋轉過程中，噴頭向軋制變形區及/或軋輥噴射冷卻水，形成旋轉冷卻。而這些噴注的冷卻水並不會被同步旋轉的軋輥打散。軋輥軋制時繞被軋管材360°的高速旋轉，冷卻水噴頭也以同步的速度旋轉，邊旋轉邊噴注。這樣的冷卻，所有的冷卻液均噴注到管材變形區域，被軋管材在360°都能獲得均勻的冷卻。這種旋轉冷卻能直接對準軋制變形區內的指定區域，可以做到定點冷卻。如將噴嘴按裝在軋輥的輥縫之間，專門對變形區出口部分h區域進行冷卻，可以有效的改善高速軋制工況下所軋管材的冷卻能力，可以有效的控制軋管變形區內軋件的溫度及銅管的軟硬度，使銅管在更高的軋速下不至於失穩，大幅度提升軋制效率。

2、提高軋輥的使用壽命

可以將噴頭裝在軋輥座上，在行星軋機的輥縫間向軋輥和被軋銅管的軋制變形區噴注冷卻液。可以沿軋輥自轉的方向順噴或逆軋輥自轉的方向逆噴，使剛離開變形區的軋輥工作面得到及時的冷卻，從而提高軋輥的使用壽命。

3、軋制鋁管

鋁合金管的行星軋制一直是一個難題。鋁金屬具有更低的熔點和軟化溫度，行星軋機軋鋁管時單道次變形量的軋製造成的溫升會產生粘軋輥和粘芯棒的現象。軋制過程中，噴頭向軋制變形區或軋輥噴射冷卻水，實現高效冷卻,可以有效的降低變形區的溫度，有效的減少粘輥、粘芯棒現象的發生。

附圖說明

圖1是本發明行星軋機的冷卻方法實施例一的裝置示意圖；

圖2是圖1的局部結構放大圖；

圖3是軋輥和噴頭的三維位置示意圖；

圖4是本發明行星軋機的冷卻方法實施例二的裝置示意圖

圖5是現有行星軋機的冷卻方法示意圖。

圖中：

101、被軋管坯，102、芯棒，103、軋輥，104、冷卻水,106、噴盤，107、軋制管材；

201、冷卻水進口一，202、輔傘齒，203、中心管水套一，204、主傘齒，205、迴轉體，206、噴水組件一，207、軋輥座，208、噴頭；

301、密封件一，302、螺栓，303、軸承一，304、中心管總成，305、密封水室一，306、連接管；

401、撥板一，402、撥板二，403、密封水室二，404、軸承二，405、噴水組件二，406、水套二，407、冷卻水進口二，408、密封件二，409、進水環，410、出口噴頭座，411、旋轉噴盤；

h、軋制變形區的出口部分，k、變形區，g、迴轉體旋轉方向，c-c、軋制中心線，ac、軋輥自己的軸線一，bc、軋輥自己的軸線二。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例，對發明作進一步詳細地說明。

實施例一

圖1給出了運用本發明方法的一種裝置示意圖。

由圖1可以看出，行星軋機主輔電機(圖中未顯示)分別驅動主傘齒204和輔傘齒202轉動，主傘齒204帶動迴轉體205轉動。迴轉體205上裝有三個軋輥座207，軋輥座207上裝有軋輥103。軋管時，在主輔電機的驅動下，迴轉體205，軋輥座207和軋輥103繞軋制中心線c-c公轉。同時軋輥103也按軋輥自己的軸線ac或bc自轉。

圖1還可以看出，冷卻水由軋機入口處的冷卻水進口201進入，經軋機中心管水套一203進入噴水組件一206後與噴頭208相連。噴水組件一206與迴轉體205緊固相連。軋制時兩者具有同步的轉速，這時噴頭可以用與行星軋機迴轉體205同樣的公轉速度旋轉，一邊旋轉一邊向軋機變形區k及/或軋輥103噴射冷卻水。

被軋管坯101經軋制後成為軋制管材107。

優選：前述噴射冷卻水的方向與軋輥自轉的方向相同或相反。

圖2是圖1的局部結構放大圖。由圖2可以看出，冷卻水由泵組經冷卻水進口一201、中心管水套一203進入冷卻水密封水室一305，密封水室一305通過連接管306與冷卻噴頭208相連。圖1-2中，若干個連接管306與噴頭208相連。噴頭208亦可固定在軋輥座207或迴轉體205上。組裝時，一組螺栓302將迴轉體205與噴水組件206緊固相連。軸承一303保證噴水組件206，冷卻管306與噴頭208繞軋機中心管總成304旋轉，多個密封件一301防止冷卻液洩漏。如此，使噴頭208能繞軋制中心線c-c旋轉。

所述軋機工作時，即：行星軋機軋管時。迴轉體205繞軋制中心線c-c高速旋轉，迴轉體旋轉方向g詳見圖2。迴轉體旋轉的同時也帶動噴水組件206同步轉動。冷卻水依次通過冷卻水進口一201、冷卻液中心管水套一203、噴水組件206、連接管306和噴頭208，以旋轉噴射的方式噴向軋制變形區(k)及/或軋輥103。

不採用連接管306和噴頭208的噴射結構。直接將噴水組件206的右側面開一組小孔，小孔與密封水室305相通。如此，小孔作為冷卻水噴頭。這種結構是一種旋轉噴盤結構，它也是行星軋機旋轉冷卻的一種結構。

圖3，為本發明行星軋機冷卻方法的三維圖，優選：噴頭208安裝在3個行星軋機軋輥103的輥縫之間，噴頭208向軋制變形區k及/或軋輥103旋轉噴注冷卻液。迴轉體旋轉方向g詳見圖3。軋管時，噴頭208與迴轉體同步旋轉。此時，噴頭噴出的冷卻液104從輥縫中經過噴到軋制變形區k及/或軋輥103，同步轉動的軋輥103無法阻擋冷卻液噴射的路徑，所有冷卻液都無阻擋的噴至軋制變形區k及/或軋輥103。

實施例二

圖4給出了實施例二的原理圖。與實施例一區別的是實施例二選擇了在軋機的出口部分對軋制變形區k及/或軋輥103進行旋轉冷卻。

出口噴頭座410固定在軋機的保護罩(圖中未畫出)上。軋機的保護罩與地面固定。噴水組件二405通過軸承二404安裝在出口噴頭座410上。噴水組件二405的右邊與進水環409相接，進水環409內設有冷卻水進口二407，冷卻水進口二407與噴水組件二405內的水套二406和密封水室二403相通。噴水組件二405的左側面是旋轉噴盤411，旋轉噴盤411上開一組小孔，該小孔與密封水室二403相通。如此，旋轉噴盤上的小孔作為冷卻水噴頭。這種結構是另一種旋轉噴盤結構。工作時，使冷卻水進口二407泵入的冷卻水進入密封水室二408並通過旋轉噴盤411向軋制變形區k及/或軋輥103噴射。密封件二408確保噴水組件二405旋轉時冷卻水的密封。

旋轉噴盤411的旋轉能由迴轉體205帶動。如：在迴轉體上設計了一個撥板一401，在噴水組件二405相應的位置上設置了撥板二402，軋機主機轉動時，軋機迴轉體205轉動，撥板一401撥動撥板二402同步轉動，使在軋管時噴水組件二405與迴轉體205同步旋轉，實現旋轉冷卻。

為具體說明效果，本發明人進行了相關實驗，實驗結果如下表：

上表說明：

本發明例1，

採用本發明冷卻方式和現有冷卻方式結合的方法進行冷卻。兩個冷卻都設有流量調節功能。管坯咬入時選擇小流量冷卻，隨著軋制正常逐步進入正常冷卻。旋轉冷卻流量20m3/h，靜止冷卻20m3/h。

本發明例2，

為單獨的本發明冷卻方法。噴嘴旋轉冷卻。

本發明例3，

在軋機的出口部分採用旋轉噴盤冷卻方式，旋轉噴盤處打3組小孔。每組小孔在圓周上約佔60°的範圍，旋轉冷卻時這3組小孔的位置與輥縫位置對應。

結論：由上表可見，在同樣坯管規格的情況下，淨軋時間下降約3-4分鐘，行星軋機軋制銅管的生產效率得到巨大提升。

本發明不限於上述實施例，凡採用等同替換或等效替換形成的技術方案均屬於本發明要求保護的範圍。