一种高精度异型管轧制用机构的制作方法

1.本发明涉及一种异型管轧制机构，特别是一种高精度异型管轧制用机构。


背景技术：

2.目前用于异形管的冷轧结构主要由轧辊、滑道和顶头组成，使用时以异形管坯或圆形管坯作为原料，通过多个轧辊围合成正异形的孔型结构，将该轧辊孔型在滑道的顶面上滚动，通过滑道顶面的高度变化实现型腔从大到小的变化，进而使管坯穿过后对其外壁进行轧制；同时，通过放置于管坯内孔里的异形顶头对管坯的内孔进行轧制，从而完成对异形管的轧制成型。
3.滑道在使用时通过变形段对轧辊进行导向，使轧辊在沿变形段滚动时对管坯的外壁进行挤压并轧制成型，目前滑道的变形段均为斜面，导致对于变形幅度较大的管坯而言，为达到指定的轧制效果该滑道的变形段锥度普遍较大，从而导致管坯在轧制过程中会出现轧制开裂的问题。为了缓解这一现象，目前厂家试图通过缩短回转送进段的长度来延长变形段的水平方向长度，从而降低变形段的锥度并提高对管坯的轧制稳定性，如专利201921347990.0《一种六边形管轧制结构》中，通过将回转送进段设计为s形结构使得回转送进段在保持总长度不变的情况下缩短其水平方向的长度。这种方式虽能够提高轧辊在变形段中对管坯的轧制效果，但由于该回转送进段中向下弯曲部位的斜率相比斜线结构会更大，导致轧辊在沿该段位进行回转过程中，相比传统结构会增大对管坯的变形破坏可能性，使得管坯在整个轧制流程下仍存在变形隐患。
4.此外，现有用户对异型管的尺寸精度需求主要为管材内外壁的对边距精度和粗糙度，这就导致厂家在设计时也仅针对这两方面进行控制，而不去考虑其他尺寸精度。而随着用户对管材精度要求的提高，管材的扭曲度和直线度也成为了检验标准；这就使得传统管材的轧制精度已无法满足用户的追求，需要厂家对轧制结构进行重新完善，设计出能够兼顾管材扭曲度和直线度的轧制结构。
5.因此，现有用于异形管的轧制结构存在轧制稳定性差、管材尺寸精度低的问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于，提供一种高精度异型管轧制用机构。它能够有效提高对六边形管的轧制稳定性和轧制精度。
7.本发明的技术方案：一种高精度异型管轧制用机构，包括轧辊，轧辊的中部设有轧槽，多个轧辊的轧槽在相互围合后形成轧制孔型，轧制孔型内设有顶头，每个轧辊的外侧均连接有滑道，所述滑道的顶部设有滑槽，滑槽两侧的滑道上设有导向平面，所述导向平面包括依次连接的第一过度段、第一精整段、第一变形段、送进回转段和水平段，第一过度段和送进回转段均为倾斜段，第一变形段为向外凸起的曲线段。
8.前述的一种高精度异型管轧制用机构中，所述第一变形段包括沿送进回转段方向依次连接的减径段和减壁段，减径段和减壁段均为向外凸起的曲线段，减径段和减壁段的
曲线外形由幂函数绘制而成。
9.前述的一种高精度异型管轧制用机构中，所述第一精整段为水平段，所述第一过度段和送进回转段的倾斜方向相反，第一过度段的锥度为1:60，送进回转段的锥度为1:30。
10.前述的一种高精度异型管轧制用机构中，所述轧制孔型由三个轧辊按120
°
的间隔呈环形分布后围合而成，所述轧槽的截面轮廓包括第一圆弧段，第一圆弧段的两侧连接有对称的直线段，靠近第一圆弧段一端的直线段与第一圆弧段相切，直线段另一端连接有第二圆弧段。
11.前述的一种高精度异型管轧制用机构中，所述第一圆弧段的半径为100～200mm，第一圆弧段的长度占总圆的1/12～1/10，所述第二圆弧段的半径为2～5mm，第二圆弧段的长度占总圆的1/12～1/10。
12.前述的一种高精度异型管轧制用机构中，所述顶头包括依次连接的安装段、第二过渡段、第二变形段和第二精整段，所述第二变形段的外形为六棱锥形，所述第二精整段包括并排设置的多段整修段，每段整修段的外形均为六棱柱形，多段整修段的对边距沿远离第二变形段方向依次缩小，相邻整修段之间经连接段依次连接。
13.前述的一种高精度异型管轧制用机构中，所述第二过渡段的外形为锥形，第二过渡段的两侧侧壁之间形成切割角，切割角的角度为 18～20
°
。
14.前述的一种高精度异型管轧制用机构中，所述连接段的外形为六棱锥形，连接段的锥度为1:200～500，相邻整修段之间的对边距差值为0.1～0.5mm，所述第二变形段两端的截面高度差为0.1～0.2mm。
15.与现有技术相比，本发明具有以下特点：
16.(1)本发明将第一变形段设置为曲线结构，使得第一变形段相比斜线结构能够在保证其水平方向不变的条件下延长其整体长度，且该曲线相比斜线结构也能够减小自身的斜率，从而使轧辊在沿第一变形段滚动时的滚动距离更长、且更加平缓，有效提高轧辊对管坯的轧制稳定性；由于第一变形段在水平方向上的长度无需延长，使得送进回转段能够采用斜线结构，进而相比s形的曲线结构能够缓解对管坯的变形破坏，从而使管材的整个轧制过程更加稳定，并提高其轧制精度；
17.(2)针对轧辊在轧制过程中对管坯的减径和减壁效果，本技术将第一变形段优化为依次连接的减径段和减壁段，从而使得轧辊在减径段内能够对管坯起到减少外径的效果，在减壁段内则能够配合顶头对管坯起到二次减径和减少壁厚的效果，相比现有整条斜线的变形段结构能够进一步提高对管坯外径和壁厚的控制精度；
18.(3)在上述基础上，本发明进一步限定了第一过度段和送进回转段的锥度，从而保证轧辊在一个轧制周期内的稳定性；通过对轧制孔型中第一圆弧段和第二圆弧段的半径和长度的配合优化，则能够进一步提高轧辊对六边形管的轧制稳定性和轧制精度；同时，本发明在滑道和轧辊的外形参数的基础上，重新调整了顶头的参数规格，从而使管材在轧制过程中不仅能够实现对管材内外壁的对边距精度和粗糙度的控制，并能够提高其扭曲公差和直线度指标；而在上述优化配合下，本发明能够在管材轧制送进量4.00mm/次的前提下，使其六边形管材的内边距公差能够达到0～+0.02mm，对边距
±
0.05mm，壁厚公差
±
0.05mm，扭曲公差40
′
/全长，平面直线度≤0.5mm/m，棱线全长直线度≤1mm，粗糙度ra0.6μm，相比现有轧制结构进一步优化了管材在直线度和扭曲度方面的尺寸精度，且其粗糙度相比现有对管
材的轧制效果更佳优异。
19.所以，本发明能够有效提高对六边形管的轧制稳定性和轧制精度。
附图说明
20.图1是轧辊和滑道正视图；
21.图2是减径段和减壁段在连接处的结构示意图；
22.图3是轧辊的截面视图；
23.图4是轧辊在围合后的结构示意图；
24.图5是轧槽的结构示意图；
25.图6是顶头的结构示意图；
26.图7是图6的a向放大图。
27.附图中的标记为：1-轧辊，2-轧制孔型，3-顶头，4-滑道，5
‑ꢀ
滑槽，6-第一过度段，7-第一精整段，8-第一变形段，9-送进回转段， 10-水平段，11-第一圆弧段，12-直线段，13-第二圆弧段，14-安装段，15-第二过渡段，16-第二变形段，17-第二精整段，151-切割角， 171-整修段，172-连接段，801-减径段，802-减壁段。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
29.实施例。一种高精度异型管轧制用机构，构成如图1所示，包括轧辊1，轧辊1的中部设有轧槽，多个轧辊1的轧槽在相互围合后形成轧制孔型2，轧制孔型2内设有顶头3，每个轧辊1的外侧均连接有滑道4，其特征在于：所述滑道4的顶部设有滑槽5，滑槽5两侧的滑道4上设有导向平面，所述导向平面包括依次连接的第一过度段 6、第一精整段7、第一变形段8、送进回转段9和水平段10，其中水平段10为管材加工的进料端，第一过度段6和送进回转段9均为倾斜段，第一变形段8为向外凸起的曲线段。
30.所述第一变形段8包括沿送进回转段9方向依次连接的减径段 801和减壁段802，减径段801和减壁段802均为向外凸起的曲线段，减径段801和减壁段802的曲线外形由方程y＝ax^n+bx+c绘制而成，其中n、a、b和c的数值均根据坯料规格和成品规格，通过拟合函数试验调整得到；减径段801和减壁段802的连接点高于减壁段802 中的其他各点。
31.所述第一变形段8的曲线外形由第一变形段8在设置后沿轧辊1 方向向外凸起。
32.所述第一精整段7为水平段，所述第一过度段6和送进回转段9 的倾斜方向相反，第一过度段6的锥度为1:60，送进回转段9的锥度为1:30。
33.所述轧制孔型2由三个轧辊1按120
°
的间隔呈环形分布后围合而成，所述轧槽的截面轮廓包括第一圆弧段11，第一圆弧段11的两侧连接有对称的直线段12，靠近第一圆弧段11一端的直线段12与第一圆弧段11相切，直线段12另一端连接有第二圆弧段13。
34.所述第一圆弧段11的半径为150mm，第一圆弧段11的长度占总圆的1/11，所述第二圆弧段13的半径为3mm，第二圆弧段13的长度占总圆的1/11。
35.所述顶头3包括依次连接的安装段14、第二过渡段15、第二变形段16和第二精整段17，所述第二变形段16的外形为六棱锥形，所述第二精整段17包括并排设置的多段整修段
171，每段整修段171 的外形均为六棱柱形，多段整修段171的对边距沿远离第二变形段 16方向依次缩小，相邻整修段171之间经连接段172依次连接。
36.所述第二过渡段15的外形为锥形，第二过渡段15的两侧侧壁之间形成切割角151，切割角151的角度为20
°
。
37.所述连接段172的外形为六棱锥形，连接段172的锥度为1:400，相邻整修段171之间的对边距差值为0.3mm，所述第二变形段16两端的截面高度差为0.1mm。
38.本发明的工作原理：本发明的顶头3和滑道4均安装在轧机上，同时各轧辊1分别安装在对应滑道4上并形成轧制孔型2。轧制时，管坯从水平段10一端朝向第一过度段6一端移动并穿过轧制孔型2。在一个轧制周期内，轧辊从水平段10进入并沿送进回转段9、第一变形段8、第一精整段7和第一过度段6进行滚动，当轧辊滚动至第一变形段8后轧辊1的轧槽和管坯接触，并在后续滚动过程中由第一变形段8、第一精整段7和第一过度段6依次带动由轧槽围合而成的轧制孔型2在逐渐变小过程中对管坯进行轧制。轧辊在沿第一变形段 8移动时，先通过减径段801使轧辊完成一次曲线的移动，并在移动过程中减少轧辊的外壁尺寸；然后通过减壁段802使轧辊完成第二次曲线移动，并在过程中同时减少轧辊的外壁尺寸和壁厚，从而分别提高对管材的外径和壁厚控制精度。通过两段曲线相互连接的结构，相比一段式的曲线结构能够进一步增加轧辊在第一变形段8的滚动长度，使得轧辊的轧制效果更加平缓，减少管材的变形破损。
39.当轧辊移动至第一过度段6的端部时，轧槽脱离管坯的接触，然后沿滑道4反向移动至初始位置，并在返回过程中通过送进回转段9 时实现对轧辊的回转动作。在该轧制周期内，顶头3通过第二变形段 16和第二精整段17对管坯的内孔进行同步轧制，第二精整段17在轧制时，通过尺寸呈阶梯形不断递减的整修段401，可以提高对管坯在顶推时的稳定性和尺寸精度，并方便顶头的脱棒。
40.实验例：本技术以对边距24mm、单边厚度2.5mm、长度4m的管材作为管坯，按实施例中的轧制机构对管坯进行轧制，轧制得到对边距为20mm、单边厚度1.2mm的成品六边形管。轧制机构中减径段801 的曲线外形为函数y＝x^0.475，x∈[350，450]，减壁段802的曲线外形为函数y＝x^0.589，x∈[10，60]。
[0041]
管材轧制成型后，按常规检测方法分别对管材的各尺寸精度进行检测，检测结果如表1所示：
[0042]
表1六边形管在轧制后的尺寸精度
[0043][0044]
通过表1可知，本技术相比现有轧制机构能够有效提高对六边形管材的轧制精度。