一种短流程带固定芯棒轧制小直径无缝钢管的工艺与设备的制作方法
【专利摘要】本发明提出一种短流程带固定芯棒轧制小直径无缝钢管的工艺与设备，通过对金属塑性成形的试验研究，进行轧辊曲线的设计、改变芯棒顶头的结构、每相邻两个轧辊之间安装导板，更好的利于金属的流动成形实现先减壁再减径轧制其减径量最大为30mm，钢管的厚度至2.5mm—5mm之间；这种技术代替了传统热轧无缝钢管用限动芯棒和浮动芯棒，使加芯棒轧制小直径无缝钢管的技术取得了关键突破。
【专利说明】一种短流程带固定芯棒轧制小直径无缝钢管的工艺与设备
【技术领域】
[0001]本发明属于小直径无缝钢管的减径轧制【技术领域】，提出一种短流程带固定芯棒轧制小直径无缝钢管的工艺与设备。
【背景技术】
[0002]小直径(76mm以下)无缝钢管在生产、生活等各个领域中用量都很大。
[0003]当前小直径无缝钢管的生产主要由冷拔(冷轧)毛管的方式制造，但无论冷拔还是冷轧，在生产过程中都需要进行多道次加工，不仅工序长，成本高，并且其中的酸洗、磷化、皂化等工序严重污染水源，国家已明令禁止；加之钢铁材料本身的变形抗力，使得冷轧和冷拔所能加工的原料材质范围相当窄，这样极大的浪费了能源和资源，并且对很多材质只能利用机械加工对圆钢进行钻镗孔从而得到精度较高的小直径无缝钢管，那样更是费时费料，且成本非常高。
[0004]而目前国内热轧无缝钢管都是轧制大直径卿Φ 76mm以上)的无缝钢管，采用的轧制方式是采用限动芯棒和浮动芯棒，并且轧制过程中是先减径再减壁；当轧制小直径无缝钢管时，受芯棒强度的制约，芯棒的直径不能小于26_，毛管进入轧管机后先进行减径再减壁，壁很薄时轧辊的转速大于毛管的转速则毛管受力不均容易变形，无法保证产品质量。所以小直径(Φ40以下)无缝钢管的加工基本是不带芯棒轧制，即空轧，这样不能保证内表面质量和壁厚尺寸。
【发明内容】
[0005]为了解决上述技术问题，本发明提出一种短流程带固定芯棒轧制小直径无缝钢管的工艺及设备。
[0006]本发明采用的技术方案是:一种短流程带固定芯棒轧制小直径无缝钢管的设备，所述设备包括有轧机前台、三辊斜轧管机和轧机后台；所述轧机前台包括有:芯棒小车、芯棒调整锁紧装置、三辊定心装置、输送辊道及可升降挡板；所述芯棒小车上安装有芯棒，所述芯棒调整锁紧装置位于芯棒小车前进方向；所述三辊定心装置位于芯棒调整锁紧装置前方；所述可升降挡板位于三辊斜轧管机的前端入口处；所述三辊斜轧管机包括轧机主机及传动系统；所述的传动系统包括万向联轴器、减速机和电机；所述轧机后台主要包括输送辊道及冷床；所属设备均通过PLC控制系统实现控制；所述三辊斜轧管机主机的三个轧辊呈120度均布在轧机机架上，对应三个轧辊均设置有压下量调整结构和轧辊送进角调整结构；其特征在于:所述的三辊斜轧管机主机机架为六边形机架，所述六边形机架的其中三个呈120度分布的工作面设置轧辊压下量调整机构，所述的轧辊压下量调整机构连接三个轧辊；另外三个呈120度分布的工作面设置有导板的压下调整结构，所述导板的压下调整结构连接三个导板；所述的导板沿毛管移动方向依次为入口段、压缩带和出口段，所述的入口段为渐扩径状、压缩带为等直径状、出口段为渐缩径状；所述的入口段、压缩带和出口段其径向具有两段不同的弧形面；所述的轧管机轧辊为分体式，具有入口段轧辊和出口段轧辊两段轧辊；所述入口段轧辊沿钢管移动方向依次为渐扩径段I和渐缩径段I，构成斜轧管机轧辊的入口减壁段，入口段轧辊的渐扩径段I与渐缩径段I形成V形结构，且所述的渐扩径段I和渐缩径段I最小直径相同，其最小直径的值与入口段轧辊的最大直径的值差值较大，实现了对钢管进行大幅度减壁轧制；所述出口段轧辊沿钢管移动方向依次为渐扩径段
I1、等直径段、渐缩径段II，构成斜轧管机轧辊的减径及均整段；所述出口段轧辊的渐扩径段II其最大直径与最小直径差值较大，对钢管进行大幅度减径轧制，所述出口段轧辊的等直径段对钢管进行均整轧制，所述的渐缩径段II为出口锥，方便钢管出来；所述入口段轧辊内具有键槽，通过键与轧辊轴连接一体，随轧辊轴一起转动；所述出口段轧辊内孔具有一个双列圆锥滚子轴承，所述双列圆锥滚子轴承套置在轧辊轴上，所述双列圆锥滚子轴承的内圈与所述的轧辊轴过盈配合，与轧辊轴一起转动，所述双列圆锥辊子的外圈与所述的出口段轧辊内孔接触，不随轧辊轴一起转动，由被轧钢管带动转动；所述的入口段轧辊和出口段轧辊并列组合套置在轧辊轴上，构成所述的入口段轧辊随轧辊轴转动、所述的出口段轧辊随钢管一起转动的结构；所述的导板位于每相邻两个轧辊的出口段轧辊之间；所述的导板的入口段与所述轧辊的出口段轧辊的的渐扩径段II相对应，导板的压缩带与轧辊的出口段轧辊的等直径段相对应，导板的出口段与轧辊的出口段轧辊的渐缩径段II相对应且比渐缩径段II长；所述的芯棒具有芯棒体和芯棒球头，芯棒的所述芯棒体为等直径的圆柱体，芯棒球头与芯棒体之间具有弧形过渡段；所述芯棒与小车固定连接，所述芯棒在工作过程中轴向及圆周方向固定不动。
[0007]一种短流程带固定芯棒轧制小直径无缝钢管的设备，所述芯棒通过法兰盘固定于芯棒小车上，芯棒与法兰盘通过螺纹连接，其螺纹旋向与毛管轧制时的转动方向相反。
[0008]利用所述短流程带固定芯棒轧制小直径无缝钢管的设备的轧制工艺，将加热后的毛管移入所述可升降的挡板前停止，芯棒小车带动固定在小车上的芯棒穿过毛管向前运动，芯棒经芯棒小车带动将芯棒球头送至三个出口段轧辊的渐扩径段II后段和三个导板的入口段形成的渐缩径空腔位置停止不动，毛管首先进入三个轧辊的入口段轧辊的渐扩径段I形成的渐缩径空腔对毛管咬入，利用入口段轧辊的渐扩径段I和渐缩径段I形成的V形以及芯棒的等直径段对毛管进行大幅度减壁轧制，经减壁轧制后的毛管在轧辊送进角的作用下旋转向前运动，进入三个出口段轧辊的渐扩径段II前段所形成的空腔，此时毛管旋转带动三个出口段轧辊一起转动，对毛管再次咬入，继而毛管进入三个出口段轧辊的渐扩径段II后段与三个导板的入口段所形成的渐缩径空腔，与芯棒球头配合，对毛管进行大幅度减径轧制，此时三个导板的入口段上的弧形面利于金属流动成形，其金属成形状态达到最佳；之后三个出口段轧辊的等直径段与三个导板的压缩带形成的空腔对减壁、减径轧制后的钢管进行均整轧制，三个导板的压缩带利于金属流动成形，保证了钢管的表面质量；轧制完成后，芯棒与钢管脱离，钢管经输送辊道I进入轧机后台的冷床进行冷却，芯棒小车退回初始位置，重新进行下一根钢管的轧制；所述芯棒在工作过程中轴向及圆周方向固定不动，起到内模的作用，同时利于钢管轧制过程中金属流动成形。
[0009]本发明提出一种短流程带固定芯棒轧制小直径无缝钢管的工艺及设备，通过对金属塑性成形的试验研究，进行轧辊曲线的设计、改变芯棒顶头的结构、每相邻两个轧辊之间安装导板，更好的利于金属的流动成形实现先减壁再减径轧制其减径量最大为30mm，钢管的厚度至2.5_ — 5_之间；这种技术代替了传统热轧无缝钢管用限动芯棒和浮动芯棒，使加芯棒轧制小直径无缝钢管的技术取得了关键突破。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1本发明的平面布置示意图。
[0011]图2为芯棒与芯棒小车结构示意图。
[0012]图3为轧辊结构示意图。
[0013]图4三辊斜轧管机机架结构示意图。
[0014]图5为图2的B-B剖面图。
[0015]图6为芯棒与轧辊轧制状态示意图。
[0016]图7导板与轧辊的径向断面结构示意图。
[0017]图8导板的结构示意图。
[0018]图9导板、芯棒、乳棍的空间位直不意图。
[0019]图中:1、渐扩径段I ;2、渐缩径段I ;3、渐扩径段II ;4、等直径段；5、渐缩径段II ；
6、调整游隙用圆螺母；7、双列圆锥滚子轴承；8、隔离环；9、键槽；11、三辊斜轧管机；12、冷床；13、芯棒小车；14、芯棒；15、芯棒小车调整锁紧装置；16、三辊定心装置；17、输送辊道
I;18、芯棒球头；19、芯棒体；22、轧辊；23、导板；24、法兰盘；41、输送辊道II ;42、可升降挡板；43、导板的入口段；44、导板的压缩带；45、导板的出口段。
【具体实施方式】
[0020]结合附图和具体实施例对本发明加以说明，但是，本发明并不局限于这些实例。
[0021]如图1所示，短流程带固定芯棒轧制小直径无缝钢管的设备，其设备主要包括有:轧机前台、三辊斜轧管机11、轧机后台。轧机前台包括有芯棒小车13、芯棒小车调整锁紧装置15、三辊定心装置16、输送辊道II 41及可升降挡板42 ;轧机后台包括有输送辊道I 17、冷床12 ;轧机前台中的芯棒小车13、芯棒小车调整锁紧装置15、三辊定心装置16、输送辊道
II41及可升降挡板42，轧机后台中的输送辊道I 17、冷床12均为现有技术中的成熟设备。三辊斜轧管机由轧机主机及传动系统组成；其中轧机主机的三个轧辊22呈120度均布在轧机机架上，对应三个轧辊22均设置有压下量调整结构和轧辊送进角调整结构，其轧辊的压下量调整结构和轧辊送进角调整结构为现有设备阿塞尔三辊斜轧机通用调整结构，不做详细的描述；三个轧辊21每相邻两个出口段轧辊之间安装有导板23，以稳定金属的变形，三个导板23呈120度均布在轧机机架上，且三个导板23均设置有压下量调整结构，其压下调整结构可以采用现有的轧辊的压下量调整结构，不做详细的描述；三辊斜轧管机的传动系统由万向联轴器、减速机和电机组成。
[0022]如图2所示，芯棒小车13上安装芯棒14，所述芯棒14通过法兰盘24固定于芯棒小车上，芯棒与法兰盘靠螺纹连接，其螺纹旋向与毛管轧制时的转动方向相反；芯棒固定不动起到内模的作用，更好的有利于钢管轧制过程中金属流动成形；所述的芯棒14是由芯棒体19和芯棒球头18组合的一体结构，芯棒体19为等直径圆柱体，芯棒球头18与芯棒体19之间具有弧形过渡段；所述芯棒14与芯棒小车13固定连接；芯棒在工作过程中轴向及圆周方向位置固定不动；芯棒内部为空腔结构，作为冷却芯棒的冷却腔，冷却腔与冷却水源、水泵连通，冷却腔即为进水通道又为出水通道。
[0023]如图3所示，所述的轧管机轧辊为分体式，具有入口段轧辊和出口段轧辊两段分体设置的轧辊；所述入口段轧辊由钢管移动方向依次为渐扩径段I1、和渐缩径段12，构成斜轧管机用轧辊的入口减壁段，所述的渐扩经段Il和渐缩径段12由于其锥度较大，组成的轧辊其V形处较尖实现了对钢管进行大幅度减壁轧制；所述出口段轧辊由钢管移动方向依次为渐扩径段113、等直径段4、渐缩径段115，构成斜轧管机轧辊的减径及均整段，所述出口段轧辊的渐扩径段II 3其锥度大，对钢管进行大幅度减径轧制，所述出口段轧辊的等值径段4对钢管进行均整轧制；所述入口段轧辊内具有键槽9，通过键与轧辊轴连接一体，随轧辊轴一起转动，轧辊轴通过联轴器和减速机，由电机直接传动，为主传动；所述出口段轧辊内孔具有一个双列圆锥滚子轴承7，所述双列圆锥滚子轴承7套置在轧辊轴上，所述双列圆锥滚子轴承的内圈与所述的轧辊轴过盈配合，与轧辊轴一起转动，所述的双列圆锥滚子轴承的外圈、出口段轧辊随钢管转动，为被动传动；所述的入口锥轧辊和出口锥轧辊并列组合套置在轧辊轴上，其中出口段轧辊内的双列圆锥辊子轴承利用固定套6来固定防止其轴向移动，所述的固定套通过螺纹连接固定在出口端轧辊内孔上。
[0024]如图4、图5所示，三辊斜轧管机机架为六边形机架，六边形机架的其中三个呈120度分布的工作面设置轧辊压下量调整结构，轧辊压下量调整结构连接三个轧辊；另外三个呈120度分布的工作面设置有导板的压下量调整结构，导板的压下量调整结构连接三个导板；所述的导板及导板压下调整结构相对六边形机架固定不动；正六边形机架的一个面固定在地面上。
[0025]如图7、8、9所示，所述的导板23位于每相邻两个轧辊的出口段轧辊之间；所述的导板沿毛管移动方向依次为入口段43、压缩带44和出口段45，所述的入口段为渐扩径状、压缩带为等直径状、出口段为渐缩径状，所述的入口段43、压缩带44和出口段45其径向均具有两段不同的弧形面；所述的导板的入口段43与所述轧辊的出口段轧辊的的渐扩径段113相对应，导板的压缩带44与轧辊的出口段轧辊的等直径段4相对应，导板的出口段45与轧辊的出口段轧辊的渐缩径段Π5相对应且比渐缩径段115长。
[0026]短流程带固定芯棒轧制小直径无缝钢管的具体工艺方法为:轧制前按照工艺参数调整三辊定心装置处于大打开状态、三辊斜轧管机主机轧辊压下量及送进角、三辊斜轧管机主机导板压下量；调整完成之后按照工艺流程将穿孔后的热毛管送至三辊斜轧管机主机的前端入口处同时可升降挡板降下，防止芯棒穿过毛管时毛管沿轧管机孔腔方向移动；由芯棒小车带动固定在小车上的芯棒14穿过毛管，待芯棒达到工艺所需的最大前进量时，可升降挡板升起，穿在芯棒之上的毛管经输送辊道带动向前运动，芯棒通过芯棒小车带动向前运动，此时毛管与芯棒的运动速度相同；当芯棒球头18进入三个出口段轧辊的渐扩径段113和三个导板的入口段43所形成的孔腔内时，输送辊道停止转动，芯棒小车停止前进并与芯棒调整锁紧装置连接，此时通过PLC控制系统对芯棒进行微调，使芯棒球头18在三个出口段轧辊和三个导板的入口段43所形成的孔腔内的前伸量达到工艺所需的数值；此时三辊定心装置的其中靠近芯棒小车的二组抱紧芯棒，对芯棒进行限制振动，其余五组闭合抱毛管并与毛管之间有一定的空隙，对毛管起导向作用；毛管在输送辊道的带动下并在芯棒的支撑下首先进入三个轧辊的入口段轧辊的渐扩径段I I形成的渐缩径空腔对毛管咬入，利用入口段轧辊的渐扩径段I I和渐缩径段I 2形成的V形以及芯棒的等直径段对毛管进行大幅度减壁轧制，经减壁轧制后的毛管在轧辊送进角的作用下旋转向前运动，进入三个出口段轧辊的扩径段II前段所形成的空腔，此时毛管旋转带动三个出口段轧辊一起转动，对毛管再次咬入，继而毛管进入芯棒球头、三个出口段轧辊的渐扩径段II 3后段与三个导板的入口段43所形成的渐缩径空腔对毛管进行大幅度减径轧制，此时三个导板的入口段43上的弧形面利于金属流动成形，其金属成形状态达到最佳；之后三个轧辊的出口段轧辊的等直径段与三个导板的等直径的压缩带44形成的空腔对减壁、减径轧制后的钢管进行均整轧制，三个导板的压缩带44利于金属流动成形保证了钢管的表面质量；毛管在轧制过程中与芯棒逐渐脱离，待毛管依次离开五个三辊定心装置时，五个三辊定心装置在得到毛管脱离信号后，依次闭合抱紧芯棒，当毛管全部从三辊定心装置出来，此时七个三辊定心装置均处于抱紧芯棒的状态对芯棒进行限制振动；由于芯棒与小车通过法兰盘固定，并且芯棒与法兰之间的螺纹旋向与毛管轧制时的转动方向相反，在轧制过程中芯棒既不随毛管沿轴向方向前进也不随自身轴线旋转；轧制完成后，芯棒与钢管完全脱离，轧制成形的钢管经输送辊道I 17进入轧机后台的冷床12进行冷却，七组三辊定心装置打开，芯棒小车退回初始位置，重新进行下一根钢管的轧制。
【权利要求】
1.一种短流程带固定芯棒轧制小直径无缝钢管的设备，所述设备包括有轧机前台、三辊斜轧管机和轧机后台；所述轧机前台包括有:芯棒小车(13)、芯棒调整锁紧装置(15)、三辊定心装置(16)、输送辊道II (41)及可升降挡板(42);所述芯棒小车上安装有芯棒(14)，所述芯棒调整锁紧装置(15)位于芯棒小车前进方向；所述三辊定心装置(16)位于芯棒调整锁紧装置前方；所述可升降挡板(42)位于三辊斜轧管机(11)的前端入口处；所述三辊斜轧管机包括轧机主机及传动系统；所述的传动系统包括万向联轴器、减速机和电机；所述轧机后台主要包括输送辊道I (17)及冷床(12);所属设备均通过PLC控制系统实现控制；所述三辊斜轧管机主机的三个轧辊呈120度均布在轧机机架上，对应三个轧辊均设置有压下量调整结构和轧辊送进角调整结构；其特征在于:所述的三辊斜轧管机主机机架为六边形机架，所述六边形机架的其中三个呈120度分布的工作面设置轧辊压下量调整机构，所述的轧辊压下量调整机构连接三个轧辊(22);另外三个呈120度分布的工作面设置有导板的压下调整结构，所述导板的压下调整结构连接三个导板(23);所述的导板沿毛管移动方向依次为导板的入口段(43)、导板的压缩带(44)和导板的出口段(45)，所述导板的入口段(43)为渐扩径状、导板的压缩带(44)为等直径状、导板的出口段(45)为渐缩径状，所述导板的的入口段(43)、导板的压缩带(44)和导板的出口段(45)其径向具有两段不同的弧形面；所述的轧管机轧辊为分体式，具有入口段轧辊和出口段轧辊两段轧辊；所述入口段轧辊沿钢管移动方向依次为渐扩径段I (I)和渐缩径段I (2)，构成斜轧管机轧辊的入口减壁段，入口段轧辊的渐扩径段I (I)与渐缩径段I (2)形成V形结构，且所述的渐扩径段I(I)和渐缩径段I (2)的最小直径相同，其最小直径的值与入口段轧辊的最大直径的值差值较大实现了对钢管进行大幅度减壁轧制；所述出口段轧辊沿钢管移动方向依次为渐扩径段II (3)、等直径段(4)、渐缩径段II (5)，构成斜轧管机轧辊的减径及均整段；所述出口段轧辊的渐扩径段II (3)其最大直径与最小直径差值较大，对钢管进行大幅度减径轧制，所述出口段轧辊的等值径段(4)对钢管进行均整轧制，所述的渐缩径段II (5)为出口锥，方便钢管出来；所述入口段轧辊内具有键槽(9)，通过键与轧辊轴连接一体，随轧辊轴一起转动；所述出口段轧辊内孔具有一个双列圆锥滚子轴承(7)，所述双列圆锥滚子轴承套置在轧辊轴上，所述双列圆锥滚子轴承的内圈与所述的轧辊轴过盈配合，与轧辊轴一起转动，所述双列圆锥辊子的外圈与所述的出口段轧辊内孔接触，不随轧辊轴一起转动，由被轧钢管带动转动；所述的入口段轧辊和出口段轧辊并列组合套置在轧辊轴上，构成所述的入口段轧辊随轧辊轴转动、所述的出口段轧辊随钢管一起转动的结构；所述的导板(23)位于每相邻两个轧辊的出口段轧辊之间；所述的导板的入口段(43)与所述轧辊的出口段轧辊的的渐扩径段II (3)相对应，导板的压缩带(44)与轧辊的出口段轧辊的等直径段(4)相对应，导板的出口段(45)与轧辊的出口段轧辊的渐缩径段II (5)相对应且比渐缩径段II (5)长；所述的芯棒(14)具有芯棒体(19)和芯棒球头(18)，芯棒的所述芯棒体(19)为等直径的圆柱体，芯棒球头(18)与芯棒体(19)之间具有弧形过渡段；所述芯棒(14)与小车(13)固定连接，所述芯棒在工作过程中轴向及圆周方向固定不动。
2.权利要求1所述一种短流程带固定芯棒轧制小直径无缝钢管的设备的轧制工艺，其特征在于:将加热后的毛管移入所述可升降的挡板(42)前停止，芯棒小车带动固定在小车上的芯棒(14)穿过毛管向前运动，芯棒经芯棒小车带动将芯棒球头送至三个出口段轧辊的渐扩径段II (3)后段和三个导板的入口段(43)形成的渐缩径空腔位置停止不动，毛管首先进入三个轧辊的入口段轧辊的渐扩径段I (I)形成的渐缩径空腔对毛管咬入，利用入口段轧辊的渐扩径段I (I)和渐缩径段I (2)形成的V形以及芯棒的等直径段对毛管进行大幅度减壁轧制，经减壁轧制后的毛管在轧辊送进角的作用下旋转向前运动，进入三个出口段轧辊的渐扩径段11(3)前段所形成的空腔，此时毛管旋转带动三个出口段轧辊一起转动，对毛管再次咬入，继而毛管进入三个出口段轧辊的渐扩径段II (3)后段与三个导板的入口段(43)所形成的渐缩径空腔，与芯棒球头(18)配合，对毛管进行大幅度减径轧制，此时三个导板的入口段上的弧形面利于金属流动成形，其金属成形状态达到最佳；之后三个出口段轧辊的等直径段(4)与三个导板的压缩带(44)形成的空腔对减壁、减径轧制后的钢管进行均整轧制，三个导板的压缩带(44)利于金属流动成形，保证了钢管的表面质量；轧制完成后，芯棒与钢管脱离，钢管经输送辊道I (17)进入轧机后台的冷床(12)进行冷却，芯棒小车退回初始位置，重新进行下一根钢管的轧制；所述芯棒(14)在工作过程中轴向及圆周方向固定不动，起到内模的作用，同时利于钢管轧制过程中金属流动成形。
【文档编号】B21B25/00GK104128372SQ201410336041
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2014年7月16日
【发明者】李进, 任文权, 贾伍创, 宁永海, 王进海, 郭正阳, 段丹丹, 崔攀峰, 范飞, 郭云飞 申请人:洛阳鼎锐材料科技有限公司