本发明涉及钢管轧制技术领域，尤其涉及一种内异形管双辊冷轧模具、内异形管双辊冷轧模具内模的加工方法及其内异形管的冷轧方法。
背景技术：
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异形管是换热设备中必备的装置，其技术指标是否稳定以及质量直接影响换热设备的运行性能及效率，这类管子广泛适用于高压的化工设备、航空航天领域等。
现有技术中，这类管子以冷拔为主。由于冷拔工艺是一种拉伸法，它是将钢管从一个限定形状的内外模配合的口子中，拉拔出来成型的，因此容易产生内壁毛刺、内壁粗糙等各类问题，并且拔制过程中，管壁在金属流动性上也较难控制，极易出现壁厚不均匀的问题。
技术实现要素：
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本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种内异形管双辊冷轧模具、内异形管双辊冷轧模具内模的加工方法及其内异形管的冷轧方法，将现有技术中的八道工序整合成一道工序，通过该方法轧制的内异形管的内壁及外壁更为光滑，无毛刺。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种内异形管双辊冷轧模具，包括外模及内模，所述外模包括对称设置的上模和下模，上模和下模均具有环槽，且所述环槽的深度在其轧制方向上逐渐加深，所述内模为一外表面光滑的杆状物，内模与环槽相匹配，所述内模包括两相对的水平面及两相对的弧形面，所述两水平面的宽度相等，所述两弧形面的外轮廓所在圆的直径不等。
由于异型管产品结构的特殊性，现有技术中轧制异型管的方式非常复杂，大体上都需要经过车加工、铣加工、外圆磨、内圆磨、整形、去毛刺、抛光等，这类加工方式对于设备要求较高，需要大量设备、模具和加工时间，而且得到的产品一致性较差，外表面和内表面都较为粗糙，仅能勉强使用，得不到推广。为了达到一次成型的目的，本发明设计了特殊的外模和内模。本发明采用的外模具有以下特征，“所述环槽的深度在其轧制方向上逐渐加深”，“内模与环槽相匹配，所述内模包括两相对的水平面及两相对的弧形面，所述两水平面的宽度相等，所述两弧形面的外轮廓所在圆的直径不等”。内模的横截面大致呈椭圆形，其上表面、下表面为水平线(面)，上表面与下表面之间为两个弧形线(面)，其中一个弧形线所在圆的直径大于另一个弧形线的所在圆的直径，形成一个外异形模，通过该特征可以实现单次冷轧。
作为上述技术方案的优选，所述两水平面之间的垂直距离、所述两弧形面之间的最大距离沿内模轴向逐渐缩小，即该内模的横截面积沿轴向逐渐缩小。
作为上述技术方案的优选，本发明通过计算公式对内模的轴向截面进行特殊设计，使内模的轴向截面的两个长边构成曲线，即内模横截面的外轮廓所形成的图形的面积变小的速率逐渐减小，其面积变化速率形成抛物线，且其面积变化速率始终与外模上的环槽的深度变化速率相匹配。
为了得到上述模具，本发明提供一种内异形管双辊冷轧模具内模的加工方法，包括如下步骤：
a、采用ld圆形模具钢对其进行初次车加工，使圆钢的横截面的外轮廓所形成的圆的直径逐渐缩小；
b、将车加工后的圆钢进行热处理，热处理时间为5-7小时，热处理温度为650-1050摄氏度；
c、将热处理后的圆钢送入打磨装置内，打磨装置的砂轮沿圆钢轴向对圆钢进行打磨，打磨过程中，使圆钢往复伸缩并转动，得到成品。
由于内模形状的特殊性，普通的车加工、铣加工等无法到达其特殊的外形，即使能够做出该内模，表面也会非常粗糙，而且一致性得不到保证，即使一点点细微的尺寸变化，也会大大影响后期的加工精度。本发明通过计算公式对打磨装置进行编程，在圆钢往复伸缩及转动过程中进行打磨，保证了内模的精度。
为了通过单次冷轧实现加工，本发明提供一种内异形管的冷轧方法，包括如下步骤：
a、将钢管送入冷轧机中，使钢管内壁套置在冷轧机的内模上，钢管外壁与外模的环槽相接触，并使钢管送进(以上内模、外模即为本发明的内模、外模)；
b、使冷轧机的外模对钢管进行往复的轧制，通过挤压作用使钢管的管壁发生金属流动，发生减径减壁；
在轧制过程中，在保持钢管送进的同时，使钢管转动；
内模与外模的环槽之间的距离为2-6mm，具体根据异型管所需厚度进行调整。
冷轧刚开始时，由于内模细小，无法对钢管内壁形成有效的反作用力，因此，钢管在不受抵抗的情况下，其外径显著变小，而其壁厚不发生变化。而当钢管的外径到达内模尺寸时，则外模、钢管和内模刚好发生全面的相互挤压，从此开始，内模开始反用于钢管的内壁，钢管从单一的减径变化为减径减壁的双重运动，逐渐得到成品。
在轧制的整个过程中，前期的减径操作由于阻力相对较小，因此可以采用变径外模进行加速轧制处理，这样可以省去多道次的操作，并且对最终的产品质量没有影响。
作为上述技术方案的优选，该方法是采用专利号为cn106001117a的一种全自动钢管轧制系统得以实现的；所述全自动钢管轧制系统至少包括上料机和冷轧机，所述上料机与冷轧机之间设有第一预上料机和第二预上料机，所述第一预上料机设置在所述上料机的出料端，所述第二预上料机设置在冷轧机的进料端，所述第一预上料机上设有注油机构，所述上料机将钢管输送到所述第一预上料机进行注油，注油后的钢管输送到所述第二预上料机进行暂存。
作为上述技术方案的优选，所述第一预上料机包括第一装料架和设置在第一装料架上的第一滑道，所述注油机构设置在所述第一装料架的进料端；所述第二预上料机包括第二装料架和设置在第二装料架上的第二滑道，所述第一预上料机与第二预上料机均设有夹紧回转机构和用于推送位于第一滑道或第二滑道内的钢管的推送机构，所述第二装料架的出料端设有活动送进机构，所述活动送进机构以间歇方式将钢管送进冷轧机中进行轧制。
作为上述技术方案的优选，所述夹紧回转机构包括设置在所述第一装料架的进料端的第一内模卡盘、设置在所述第一装料架的出料端的第二内模卡盘、设置在所述第二装料架的进料端的第三内模卡盘、设置在所述第二装料架的出料端的第四内模卡盘，以及连接所述第一内模卡盘与第二内模卡盘和第三内模卡盘与第四内模卡盘的回转轴，所述注油机构与所述第一内模卡盘之间设有定心机构，所述回转轴的一端向前延伸形成导引杆，所述导引杆位于所述第一内模卡盘与所述注油机构之间，所述定心机构通过定心作用使钢管的轴线与所述导引杆的轴线重合。
作为上述技术方案的优选，所述定心机构包括定心安装板、一对左右对称设置的上传动臂、一对左右对称设置的下传动臂、设置在上传动臂上端的定心夹头和铰接于所述下传动臂的下端的推送组件，所述定心安装板上设有使钢管穿过的通孔，所述上传动臂的上端铰接于所述定心安装板上，所述下传动臂的上端与所述上传动臂的下端铰接，所述上传动臂与所述下传动臂形成菱形结构，所述定心夹头分设在两个所述上传动臂的上端并形成用于夹持钢管的夹口。
作为上述技术方案的优选，所述注油机构包括安装架、滑动连接在所述安装架上的滑动架、铰接在所述滑动架上的安装块、固接在安装块下端的注油端头以及推动所述滑动架滑动的气动组件，所述安装架的上方设有限位板，所述限位板上设有滑槽，所述安装块的上端滑动连接在所述滑槽内。
作为上述技术方案的优选，所述滑槽包括与水平面倾斜设置的第一滑槽和平行于水平面的第二滑槽，所述第一滑槽与所述第二滑槽形成大于90°且小于180°的夹角；所述安装块的上端到所述安装块与滑动架的铰接点的连线，与所述注油端头到所述安装块与滑动架的铰接点的连线形成大于90°且小于180°的夹角。
本发明通过上料机实现自动上料，将钢管输送至第一预上料机进行注油，将注油后的钢管输送至第二预上料机进行暂存，等待冷轧机轧制完成一根钢管后立马将暂存在第二预上料机上的钢管输送至冷轧进进行轧制，使冷轧机进行连续轧制，避免冷轧机停机或空转。
本发明的有益效果：
1、本发明采用特殊的模具及特殊的冷轧法来制取内异形管，并实现了一道次成型的轧制工艺，避免了连续多道次的轧制，大大节省了加工时间，降低了生产成本；
2、采用本发明方法制得的内异形管，比市场上采用冷拔法制得的内异形管质量更好，内壁更为光滑，无毛刺，其公差在±0.01mm以内；
3、本发明自动化程度高，能够实现自动化上料、注油、暂存和轧制，实现冷轧机的连续轧制，避免冷轧机的因缺料而造成多次启停或空转，提高生产效率。
附图说明：
图1是本发明方法所依赖设备的结构示意图；
图2是上料机的结构示意图；
图3是注油机构的结构示意图；
图4是定心机构的结构示意图；
图5是推料块和推料拨爪的结构示意图；
图6是推料拨爪与回转轴的连接结构示意图；
图7是活动送进机构的结构示意图；
图8是活动送进机构的俯视图；
图9是固定送进机构的连接结构示意图；
图10是本发明的内模的结构示意图；
图11是本发明的内模的截面图；
图12是本发明的外模的结构示意图；
图13是本发明的内异形管的截面图；
图中：10-上料机，1-载料架，2-v形槽，3-钢管推送机构，31-推送架，32-驱动链，33-推送件，331-插入部，34-防护罩，4-阻挡块，5-过渡架，6-钢管托起机构，61-承托块，62-摆臂，63-联动件，64-铰接座，65-驱动组件，7-传感器，20-第一预上料机，201-注油机构，2011-安装架，2012-滑动架，2013-安装块，2014-注油端头，2015-气动组件，2016-限位板，2017-滑槽；202-定心机构，2021-定心安装板，2022-上传动臂，2023-下传动臂，2024-定心夹头，2025-推送组件，203-第一内模卡盘，204-推送机构，2041-推料块，2042-推料拨爪，2043-扣合部，205-第二内模卡盘，206-导引杆，30-第二预上料机，301-第三内模卡盘，302-第四内模卡盘，303-活动送进机构，3031-第一固定架，3032-安装臂，3033-伸缩组件，3034-第一送进轮，3035-驱动电机，3036-传动齿轮，304-固定送进机构，3041-第二固定架，3042-第二送进轮，40-冷轧机，11-外模，12-内模，13-内异形管，14-外模，15-环槽。
具体实施方式：
以下结合附图对本发明进行进一步的说明。
本具体实施方式仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「顶」、「底」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。
如图10-12所示的一种内异形管双辊冷轧模具，包括外模14及内模12，所述外模14包括对称设置的上模和下模，上模和下模均具有环槽15，且所述环槽15的深度在其轧制方向上逐渐加深，所述内模12为一外表面光滑的杆状物，内模12与环槽15相匹配，所述内模12包括两相对的水平面及两相对的弧形面，所述两水平面的宽度相等，所述两弧形面的外轮廓所在圆的直径不等。
所述两水平面之间的垂直距离、所述两弧形面之间的最大距离沿内模12轴向逐渐缩小。所述内模12的轴向截面的两个长边构成曲线。
上述内异形管双辊冷轧模具内模12的加工方法，包括如下步骤：
a、采用ld圆形模具钢对其进行初次车加工，使圆钢的横截面的外轮廓所形成的圆的直径逐渐缩小；
b、将车加工后的圆钢进行热处理，热处理时间为5-7小时，热处理温度为650-1050摄氏度；
c、将热处理后的圆钢送入打磨装置内，打磨装置的砂轮沿圆钢轴向对圆钢进行打磨，打磨过程中，使圆钢往复伸缩并转动，得到成品。
一种内异形管的冷轧方法，采用上述内异形管双辊冷轧模具，包括如下步骤：
a、将钢管送入冷轧机中，使钢管内壁套置在冷轧机的内模12上，钢管外壁与外模14的环槽15相接触，并使钢管送进；
b、使冷轧机的外模15对钢管进行往复的轧制，通过挤压作用使钢管的管壁发生金属流动，发生减径减壁；
在轧制过程中，在保持钢管送进的同时，使钢管转动；
内模12与外模14的环槽15之间的距离为2-6mm。
如图13所示的本发明制得的内异形管13，其内部为上下表面呈水平面、左右侧面呈不等径弧形面的异形孔，其外部为圆形，其内外表面的粗糙度均可达到镜面要求。现有技术中基本无法做出该类异形管，即使能够做出，其加工流程也是相当繁琐，而且表面也是相当粗糙，使用效果并不理想。
如图1所示，一种全自动钢管轧制系统，是施行上述方法所需要用到的一种系统；它包括上料机10和冷轧机40，所述上料机10与冷轧机40之间设有第一预上料机20和第二预上料机30，所述第一预上料机20设置在所述上料机10的出料端，所述第二预上料机30设置在冷轧机40的进料端，所述第一预上料机20上设有注油机构201，所述上料机10将钢管输送到所述第一预上料机20进行注油，注油后的钢管输送到所述第二预上料机30进行暂存。
第一预上料机20包括第一装料架和设置在第一装料架上的第一滑道，所述注油机构201设置在所述第一装料架的进料端。所述第二预上料机30包括第二装料架和设置在第二装料架上的第二滑道，所述第一预上料机20与第二预上料机30均设有夹紧回转机构和用于推送位于第一滑道或第二滑道内的钢管的推送机构204，所述第二装料架的出料端设有活动送进机构303，所述活动送进机构303以间歇方式将钢管送进冷轧机40中进行轧制。使钢管内壁套置在冷轧机40的内模上，钢管外壁与外模的环槽相接触，并使钢管送进；冷轧机40的外模和内模对钢管进行往复的轧制，通过挤压作用使钢管的管壁发生金属流动，发生减径减壁；在轧制过程中，在保持钢管送进的同时，使钢管不断转动，从而逐渐得到大口径超厚壁管。
夹紧回转机构包括设置在所述第一装料架的进料端的第一内模卡盘203、设置在所述第一装料架的出料端的第二内模卡盘205、设置在所述第二装料架的进料端的第三内模卡盘301、设置在所述第二装料架的出料端的第四内模卡盘302，以及连接所述第一内模卡盘203与第二内模卡盘205和第三内模卡盘301与第四内模卡盘302的回转轴，所述注油机构201与所述第一内模卡盘203之间设有定心机构202，所述回转轴的一端向前延伸形成导引杆206，所述导引杆206位于所述第一内模卡盘203与所述注油机构201之间，所述定心机构202通过定心作用使钢管的轴线与所述导引杆206的轴线重合。
如图1、图3和图4所示，定心机构202设置在所述注油机构201与所述第一内模卡盘203之间，所述回转轴的一端向前延伸形成导引杆206，所述导引杆206位于所述第一内模卡盘203与所述注油机构201之间。所述定心机构202通过定心作用使钢管的轴线与所述导引杆206的轴线重合。定心机构202包括定心安装板2021、一对左右对称设置的上传动臂2022、一对左右对称设置的下传动臂2023、设置在上传动臂2022上端的定心夹头2024和铰接于所述下传动臂2023的下端的推送组件2025，推送组件2025为气缸、液压缸等。定心安装板2021上设有使钢管穿过的通孔，上传动臂2022的上端铰接于所述定心安装板2021上，所述下传动臂2023的上端与所述上传动臂2022的下端铰接，所述上传动臂2022与所述下传动臂2023形成菱形结构，所述定心夹头2024分设在两个上传动臂2022的上端并形成用于夹持钢管的夹口。
如图1和图3所示，注油机构201包括安装架2011、滑动连接在所述安装架2011上的滑动架2012、铰接在所述滑动架2012上的安装块2013、固接在安装块2013下端的注油端头2014以及推动所述滑动架2012滑动的气动组件2015，气动组件2015为气缸。所述安装架2011的上方设有限位板2016，所述限位板2016上设有滑槽2017，所述安装块2013的上端滑动连接在所述滑槽2017内。滑槽2017包括与水平面倾斜设置的第一滑槽和平行于水平面的第二滑槽，所述第一滑槽与所述第二滑槽形成大于90°且小于180°的夹角。安装块2013的上端到所述安装块2013与滑动架2012的铰接点的连线，与所述注油端头2014到所述安装块2013与滑动架2012的铰接点的连线形成大于90°且小于180°的夹角。
如图1、图5和图6所示，推送机构204包括沿钢管输送方向分布的传动链、驱动传链移动的链轮和驱动链轮转动的减速电机以及固接在传动链上的推料块2041，所述推料块2041上设有位于滑道上方的推料拨爪2042，所述推料拨爪2042铰接于所述推料块2041上，所述推料拨爪2042的下部设有扣合在所述回转轴上的扣合部2043，所述扣合部2043设有与所述回转轴表面配合的导槽，所述扣合部2043的非推送端设有便于钢管进入滑道的斜面。
如图1、图6、图7和图8所示，活动送进机构303以间歇方式将钢管送进冷轧机中进行轧制。活动送进机构303包括固接在第二装料架上的第一固定架3031、铰接在所述第一固定架3031上的一对安装臂3032、推动安装臂3032转动的伸缩组件3033和设置在安装臂3032上的第一送进轮3034以及驱动所述第一送进轮3034转动的驱动电机3035。安装臂3032铰接在所述第一固定架3031上的一端固接有传动齿轮3036，传动齿轮3036与相邻的安装臂3032上的传动齿轮3036啮合。伸缩组件3033为气缸、液压缸等，伸缩组件3033的一端铰接在所述第一固定架3031上，另一端铰接在所述安装臂3032上，所述伸缩组件3033推动所述安装臂3032转动以控制所述两个第一送进轮3034的间距。
第二装料架的出料端还设有固定送进机构304，所述固定送进机构304设置在所述活动送进机构303后方。
如图9所示，固定送进机构304包括第二固定架3041和连接在第二固定架3041上用于夹持在钢管两侧的一对第二送进轮3042，两个第二送进轮3042的间距在送料过程中保持不变。
如图2所示，上料机包括载料架1、v形槽2和钢管推送机构3。载料架1为倾斜设置，载料架远离v形槽2一侧的高度高于载料架1靠近v形槽2一侧的高度。载料架1靠近v形槽2的一侧设有阻挡钢管进入v形槽2内的阻挡块4。v形槽2与阻挡块4之间设有过渡架5，过渡架5为倾斜设置，其倾斜方向与载料架1倾斜方向一致。过渡架5的上端面高于v形槽2的槽口或与v形槽2的槽口齐平。v形槽2的下方设有传感器7。
载料架1的设有钢管托起机构6，钢管托起机构6将位于阻挡块4处的钢管托起，使钢管进入v形槽2。钢管托起机构6包括承托块61、带动承托块61上下移动的摆臂62和驱动摆臂62摆动的驱动组件65。摆臂62的中部铰接于载料架1的下方，承托块61固接在摆臂62的上端，驱动组件65通过作用于摆臂62的下端使承托块61上下移动。钢管托起机构6至少设有两组，且为间隔设置，相邻两组钢管托起机构6之间设有联动件63，摆臂62的下端铰接于联动件63上，联动件63与驱动组件65连接。联动件63的端部设有铰接座64，铰接座64与驱动组件65铰接，驱动组件65可以为气缸或液压缸。
钢管推送机构3包括推送架31、沿推送架31移动的推送件33和驱动推送件33移动的驱动链32，驱动链32由电机驱动转动。v形槽2固接在推送架31上，推送件33的一端连接在驱动链32上，推送件33的另一端设置在v形槽2的上方，推动位于v形槽2内的钢管移动。推送件33上设有插入部331，插入部331用于插设到位于v形槽2内的钢管内以推动钢管移动。推送架31上设有用于罩设驱动链32的防护罩34。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。