用于辊轧成形的辊的制作方法

本申请基于并要求2014年8月29日提交的美国临时申请第62/043,591号和2015年7月30日提交的美国非临时申请第14/813,215号的优先权，每个申请的全部内容均通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及用于辊轧成形管元件的辊，并且涉及用于辊轧成形的利用辊的设备。

背景技术：

周向槽及其他特征部（诸如肩部和边沿（bead））的可通过各种方法形成在管元件中，一种特别感兴趣的方法是辊轧成槽。如图1所示，辊轧成槽方法包含使内辊10与管元件14的内表面12接合，并且与内辊相反地使外辊16与管元件的外表面18接合，并且在辊10和16之间增长地压缩管元件14的侧壁20并旋转至少一个辊。一个辊（通常是内辊）的旋转会引起辊组和管元件之间的相对旋转，并且内辊和外辊上的特征部在管元件的内表面和外表面上形成相应的特征部。在一个示例性辊轧成槽方法中，辊保持处于固定位置并且管元件围绕其纵向轴线相对于辊旋转。在另一个示例性实施例中，管元件保持静止并且辊组横过管元件的圆周。

在管元件中辊轧成形周向槽期间，如果外辊施加于管元件的力的方向并未基本垂直于管元件14的纵向轴线22（即，管元件的旋转轴线），则会出现问题。这可发生在，例如，当形成具有不对称的剖面形状的周向槽24时，如图1和1A所示。尽管在成槽期间被施加于外辊16的力26基本垂直于管元件14的旋转轴线22，但管元件14和外辊16的凸起表面特征部30的成角度定向的面28之间的相互作用向管元件14传递轴向力分量32（即，平行于轴线22）。轴向力分量32未被抵消，这是因为凸起表面特征部30不对称，与成角度面28相反的面34定向为基本垂直于管元件14的旋转轴线，并且中间面35（在面28和34之间延伸）基本平行于旋转轴线22。面34和35的几何形状使得它们不能抵消轴向力分量32。轴向力分量32增大外辊16的垂直面34和管元件14之间的力，具体地说，面34和槽24的侧表面36之间的力。随着槽24的成形，面34和槽24的侧表面36之间增加的力使这些表面之间的摩擦增加。一般认为，面34和侧表面36之间的这种摩擦的增加，会引起外辊16的中间表面35相对于槽24的底表面37的相对滑动。凸起表面特征部30的中间表面35和槽24的底表面37之间的这种滑动，使得难以利用外辊16的旋转来测量并由此准确地形成具有期望周长的槽24，该周长在槽底表面37处测量。（注意，已知外辊的直径以及外辊在横过管元件圆周时所经历的旋转周数而没有相对于管元件的滑动，可以计算管元件或其中的槽的周长）。显然有机会改进用于辊轧成槽的外辊，这将允许在槽成形期间准确地测量和监控具有不对称剖面形状的周向槽。

技术实现要素：

本发明涉及用于辊轧成形管元件的辊。在一个示例性实施例中，所述辊包括本体，本体具有旋转轴线和定位在所述轴线的径向远侧并且围绕所述轴线的周边区域。所述周边区域包括：相对于所述轴线横向地定向的第一面；与所述第一面连续的第二面；以及与所述第二面连续并且相对于所述轴线横向地定向的第三面。通道定位在所述第三面中并且围绕所述周边区域延伸。

在特定实施例中，所述本体具有圆柱形横截面。以示例的方式，所述旋转轴线可与所述圆柱形横截面同轴。在特定示例性实施例中，所述第一面相对于所述轴线成角度地定向。在进一步的示例性实施例中，所述第三面基本垂直于所述轴线定向。以示例的方式，所述第二面可以基本平行于所述轴线定向。以示例的方式，所述第一面可相对于所述轴线具有约30°至约70°的定向角。在特定例子中，所述第一面相对于所述轴线具有约50°的定向角。

在用于辊轧成形管元件的辊的另一个示例性实施例中，所述辊包括本体，所述本体具有旋转轴线的和围绕所述轴线的外表面。在本例子中，所述外表面包括围绕所述本体延伸并且从所述轴线向外突起的凸起表面部分。以示例的方式，所述凸起表面部分包括：相对于所述轴线横向地定向的第一面；与所述第一面连续的第二面；以及与所述第二面连续并且相对于所述轴线横向地定向的第三面。通道定位在所述第三面中并且围绕所述本体延伸。在一个例子中，所述本体具有圆柱形横截面，并且所述轴线可与所述圆柱形横截面同轴。

本发明还包括用于辊轧成形管元件的设备。在一个示例性实施例中，所述设备包括可与所述管元件的外表面接合的外辊。以示例的方式，所述外辊包括可围绕第一旋转轴线旋转的本体，所述本体具有定位在所述第一轴线的径向远侧并且围绕所述第一轴线的周边区域。在示例性实施例中，所述周边区域包括：相对于所述第一轴线横向地定向的第一面；与所述第一面连续的第二面；以及与所述第二面连续并且相对于所述第一轴线横向地定向的第三面。通道定位在所述第三面中并且围绕所述周边区域延伸。在本例子中，所述设备还包括可与所述管元件的内表面接合的内辊，所述内辊可围绕基本平行于所示第一轴线定向的第二旋转轴线旋转。示例性设备还可包括用于使所述内辊和外辊移动朝向和远离彼此的致动器，以及用于旋转所述内辊和外辊中的一个的马达。再以示例的方式，所述设备可具有包括周向沟的内辊，当所述内辊和外辊朝向彼此移动时，所述沟接收所述周边区域。所述沟由第一肩部和第二肩部限定，所述第二肩部定位成从所述第一肩部分隔开的关系。所述第一肩部定位成与所述周边区域的所述第一面相邻但不在所述第一面的下面。

在用于辊轧成形管元件的设备的另一示例性实施例中，所述设备包括可与所述管元件的外表面接合并且可围绕第一旋转轴线旋转的外辊。在本示例性实施例中，所述外辊包括本体，所述本体具有围绕所述第一轴线的外表面。在本例子中，所述外表面可包括围绕所述本体延伸并且从所述第一轴线向外突起的凸起表面部分。所述凸起表面部分可包括：相对于所述第一轴线横向地定向的第一面；与所述第一面连续的第二面；以及与所述第二面连续并且相对于所述第一轴线横向地定向的第三面。通道定位在所述第三面中并且围绕所述本体延伸。以示例的方式，所述设备还包括可与所述管元件的内表面接合的内辊。所述内辊可围绕基本平行于所示第一轴线定向的第二旋转轴线旋转。用于使所述内辊和外辊移动朝向和远离彼此的致动器、以及用于旋转所述内辊和外辊中的一个的马达也是本示例性实施例的一部分。此外，以示例性设备的方式，所述内辊包括周向沟，当所述内辊和外辊朝向彼此移动时所述沟接收所述凸起表面部分。所述沟由第一肩部和第二肩部限定，所述第二肩部定位成从所述第一肩部分隔开的关系。所述第一肩部被定位成与所述凸起表面部分的所述第一面相邻但不在所述第一面的下面。

附图说明

图1是根据现有技术的用于在管元件中辊轧成形周向槽的辊组的局部纵向剖视图；

图1A是在图1的圈1A处截取的以放大的比例示出的纵向剖视图；

图2是用于辊轧成形管元件的设备的等角视图；

图3-5是图2所示的设备的一部分的局部纵向剖视图，图示根据本发明的示例性外辊的使用；以及

图3A是在图3的圈3A处截取的以放大的比例示出的纵向剖视图。

具体实施方式

图2示出用于辊轧成形管元件的设备38。设备38包括壳体40，根据本发明的内辊42和外辊44可旋转地安装在壳体上。内辊42围绕旋转轴线46旋转，在本例子中由电动马达48驱动。外辊44是惰辊，并且被安装在架50上，以便围绕轴线52旋转，轴线52优选与内辊42的轴线46大体平行地定向（在水平和竖直平面中）。架50可移动朝向和远离内辊42，如箭头54所示，在本例子中通过液压致动器56移动架。

如图3和3A所示，根据本发明的示例性外辊44包括具有旋转轴线52的本体58。本体58具有定位在轴线52的径向远侧的周边区域60。周边区域60围绕轴线52，并且包括相对于轴线52横向地定向的第一面62，与第一面62连续的第二面64，以及与第二面64连续并且与轴线52横向地定向的第三面66。如图3A详细示出的，通道68位于第三面66中。通道68围绕周边区域60延伸。外辊44还可包括围绕旋转轴线52的外表面70。在本示例性实施例中，周边区域60可被描述成围绕本体58延伸并从外表面70和轴线52向外突起的凸起表面部分。

在图3和3A所示的外辊44的特定示例性实施例中，本体58具有圆柱形横截面，并且旋转轴线52与之同轴。外辊44被设计成在管元件中形成不对称的周向槽，其中，第一面62相对于轴线52成角度地定向，第二面64基本平行于轴线52，并且第三面66基本垂直于轴线52定向。在外辊44的实际例子中，第一面62可相对于轴线52具有约30°至约70°的定向角72，其中，约50°的定向角72被认为是有利的。

在操作时，如图4和5所示，管元件14的内表面12与内辊42接合，管元件的端部优选接合内辊的凸缘74。液压致动器56（也见图2）移动外辊44使其与管元件14的外表面18接合。马达48使内辊42围绕轴线46旋转，而致动器56相对于管元件14的外表面18迫压外辊44，由此在管元件中辊轧成形周向槽76，外辊44作为惰辊围绕其轴线52旋转，并且管元件14围绕其纵向轴线22旋转。

由于形成管元件14中的周向槽76的周边区域60的不对称形状，在外辊44的第三面66和槽76的侧表面78之间将存在轴向定向的分量负载，如图3A和5中的箭头80所示。在现有技术的外辊16中，缺乏在与成角度的面28相反的面34中的通道68（见图1A），轴向负载32增加面34和管元件中的周向槽24的侧表面36之间的摩擦。但是，当通道68存在时，如在根据本发明的示例性外辊实施例44中（如图3A、4和5所示），通道68提供了空隙空间，该空隙空间减小了第三面66和槽侧表面78之间的接触面积。一般认为第三面66无法抵抗侧表面78而获得固着力（purchase），这是因为通道68所提供的空隙空间带来了减小的接触面积；并且与观察相一致，辊44的第二表面64和槽76的底表面82之间的滑动显著减少。

如图3A所示，发现可通过控制内辊42中的沟86的宽度84减小轴向定向的分量负载80自身，沟86接收管元件14的变形部分，包括槽76。成间隔开的关系定位的第一肩部88和第二肩部90限定沟86。为了减小轴向定向的分量负载80，通过相对于周边区域60的第一面62定位肩部88来控制宽度84。如图3A所示，通过将沟86的肩部88定位成与周边区域60的第一面62相邻但不在其下面，有利地实现减小轴向定向的分量负载80。沟肩部88和第一面62之间的这种关系被认为会减轻管元件14在辊42和44之间受到的挤压，由此减小轴向定向的分量负载80。这种力的减小会减少第二面64和槽底面82之间的滑动，因此减小辊和管元件之间的摩擦，并且槽的形成具有更少的振动、更小的所施加的力，以及更少发热。