顶管设备和生产小径管件的方法

专利名称：顶管设备和生产小径管件的方法
技术领域：
本发明总体上涉及成本节约、效率高的4ff件定径和定型的系统和方法尤
其适合于具有严格的尺寸公差和/或不规则构造的情况。
背景技术：
常规的连续管坯卑L^是极其复杂的装置，需要大量的资金投入,这些投入
只有在充分利用高生产量的情况下才育將到补偿。但是对于投资负担相对较低 的小型工厂而言，存在日益增长的世界性需求。这对专用管道企业尤为重要， 该企业用长的空心管来制造特用管件可能诚本更不堪承受。
专用管件(或管材)指各种高质量订做的管制品，其要求严格的公差、精 确的尺寸控制和特殊的冶金性能。专用管件典型应用于汽车制造、建筑和扭
设备、石油工业用管材(OCTG)应用，石油化工应用和诸如液压缸、机加工 零件和印刷辊的工业应用。OCTG是典型应用于管制品的标识，由石油勘探制造的客户使用,例如管材、套管、小型节头、立管和联接器。
为了生产符合更严格的标准的专用管件，由传统方法，例如电阻焊(ERW) 技术，生产的管件随后被加工以形成具有"格质量的专用管件。通常，专用 管件需要定径以符合客户标准。缩小管夕卜径的典型方法包括使用棍子或通过一模具拉拔。使用辊子通常是不利的，因为辊子系统常常无法生产具有严公差 要求的管件。许多专用管件，如汽车工业中的稳定杆，要求每英寸的9/1000的 精确公差。
其他管件定径方法，例如通过模具拉拔，可生产具有严格公差要求的管件。 然而，滩系统同样存在故泉。通过模具拉拔管件通常要,诚助预处理和后处 理辦。例如，要求的预处理辦包滅'脉润滑管件以及锻模管件的一端(由 此导致大约12%的材料损耗)。拉拔管件还通常需要后处理操作以将管件矫直
并进行应力释放。应力释放常常是必须的，因为典型的拉拔系统采用芯轴线，
该芯轴线使得管件在被拉拔穿过相应模具时丧失大部分的断裂韧性。

发明内容
根据本发明的教导，描述了一种用于管件定径的系统和方法，该系统和方法基本减少了前述管件定径系统和方法所具有的不足和问题。在一个实施例中， 管件定径系统包括一个具有用于管件定径的开口的模具、 一个具有至少一根附接其上的杆的液压缸、该液压缸和该至少一根杆协同工作以推动管件穿过模具、以及一个在管件脱离模具时引导管件的接受装置。
本发明的另一方面，用于管件定径的顶管系统包括一个具有用于管件定径的开口的模具、 一个具有至少一根附接其上的杆的液压缸、该液压缸和该至少一根彼此协同工作来推动管件穿过模具以形成一根定径管件、 一个在该定径管件脱离 模具时引导该定径管件的接收装置。该接受装置用来处理定径管件以形成特殊的形状或构造。
本发明的一个实施例中，用于至少两根管件定径的顶管系统包括至少两个具有用于至少两根管件定径的开口的模具、 一个具有至少两根附接其上的杆的液压缸、该液压缸该至少两根杆彼此协同工作以推动该至少两根管件穿过该至少两个才莫具、以及至少两个在该至少两根管件脱离该至少两个模具时引导该至少两根管件的接4錄置。在优选的实施例中，该至少两个模具包括三个模 具，该至少两才杆包括三根杆，该至少两个接受装置包括三个接收装置。
在本发明的另一实施例中，缩小管件外径的方法包括管件定位以穿过具有一纵轴线的模具、使用至少一个液压缸推动管件穿过模具、并在管件脱离模 具时控制管件相对于该纵轴线在垂直向(x向)(y向)的运动。在一个实施例中，该方法还包括使用该至少一个液压缸同时推动第二根管件和第三 根管件穿过第二个模具和第三个模具。在另一实施例中，该方法还包括不包括使用芯轴线而推动管件穿过模具。
在本发明的一个实施例中，缩小管件外径的方法包括将管件定位以穿过具有一纵轴线的模具、使用至少一个液压缸推动管件穿过模具、在管件脱离模具时控制管件相对于该纵轴线垂直向(x向)M向(y向)的运动、并在管件脱离模具时执行至少一个模制后辦。在某些例举性实施例中，该至少一个模后辦包括处理该管件。在另一例举性实施例中，该至少一个模制后辦包括检测该管件。
^在本发明的另一实施例中，用于形成一个用以管件定径的顶管设备的方法包括，安装一个具有一纵轴线和一用于管件定径的开口的模具、沿该纵轴线安
装一个具有至少一根附接其上的杆的液压缸、并沿该纵轴线安装一个接收装置。
本发明的教导可以用于将管件的各部分定径，该管件应用在汽车、建筑和
农业设备以及OCTG、石化和其他工业应用领域。
附图简要说明
对本实施例及其优点狄整和彻底的理解可以借助下述与附图相结合的说 明来获得，附图中相同的附图标记代表相同的部件，并且附图中
附

图1为显示了结合本发明之教导的管件定径系统一个实施例的平面示意
附图2为沿附图1中线2 -2的示意附图3为沿附图1中线3 -3的示意附图4和5描述了根据本发明之教导的模具的纵轴线线、垂直轴线线和水 平轴线线；
附图6为显示了根据本发明之教导而定径的管件的示意附图7为显示了根据本发明之教导的一管件定径系统在管件定径之后的顶 视示意附图8至10为显示了根据本发明之教导的用于管件定径的一顶管系统一个 实施例的示意附图11为断开部分的示意图，显示了一个根据本发明之教导的用于管件定 径的管件定径系统的可移动接收台；
附图12至15为部分断开的示意图，显示了包括件处理和管件检测装置 的模制后操作;
附图16为显示了根据本发明之教导的顶管系统的另一实施例的顶视示意 图；以及
附图17为显示了根据本发明之教导的管件定径方法的流程图。
具体实施例方式
本发明的优选实施例及其优点可结合附图1至17很好地理解, 其中相同的 标号代表相同的零件。
附图l显示了在管件18被定径之前的根据本发明之教导的管件定径系统一 个实施例。管件定径系统20可包括顶管部40、才缺组件70和接收部80。附图 2显示了管件定径系统20沿附图1中线2 -2所示的侧浮见图，附图1显示了支承
在基座30上的顶管部40、 模具组件70g收部柳。基座30可用作管件定径 系统20的基底。
如附图1所示，顶管部40可包括液压釭14、杆16、杆导引装置26、 M 28a和28b、联接器19和支持装置24。顶管部40通常包括液压缸14。液压缸 14提供能量以推动管件18穿过组件70。在某些例举性实施例中，M缸 14具有可控的推动i1。在，实施例中，液压釭14能提供可变的推动。 与其他辊子的定径系统相比时，具有可控的推动i^l可为定径、处理 和检测管件18提供更多的控制。
液压缸14可附接于杆16。杆16可分离ilk^f件18并用以辦件18移 组件70中。为了推动管件18穿并用以将18移入到模具18，杆16还包括联接器 19，该联接器19的内径108大于管件18的外径104 (见附图6)。杆16还优选有小于模具12的出口直径44的外径100，这样杆16的各部分可穿过模 具12(见附图4和6)。附图7显示了一个实施例，其中呀呀缸14已经推动管 件18和杆16的一^分穿。在另一实施例中，杆16可与杆导引装置 26 显示位于M28a和28b上)相联接，其可帮助引导管件18穿过模具 12。
杆16可通过4M联接器19联接于管件18。联接器19可以是中空筒体， 该联接器可操怍以便可分离地将杆16*于管件18。附图6显示了杆16接触 管件18的末端18a的细节。联接器19 最好还具有大于杆16的外径100的内径108， 这样杆16的各部分可穿过连接器19。联接器19最好具有大于管件18的外径 104的内径108。
管件18通常可包括但不局限于焊接钢管管或ERW管干结钢管。常常由成巻带 钢ilf4P5^ii过制管方法例如ERW (热电阻焊)制管法、TIG (侮玟惰性气体) 1錄焊制管法、或'^iW制管法，从而得到管件18。 本发明的特定实施例中， 管件18在定径之前具有大约1英寸到大约5.5英寸的外径104 (见附图6)。
为了本申请的目的，管件18可以指以下任何一种 一管件、 一管坯、多个 管件、多个坯或其组合。不同工业中术语管件(pipe)和管坯(tube)存在区 另ij。例如， 一些工业中管件指成品而管坯指半成品。管件和管坯之间的区别还 可包括尺寸控制的不同。例如，管坯可具有对内径、外径和辦的尺寸控制。 但是，管件只具有对内径和^f的控制。由于上述原因，术语部件18应认为包括一些管件、 一管坯、多个管件、多竹坯、相关结构和/或其组合。
在本发明的可选实施例中，顶管部40可包括装置24。装置24可 支持管件18并防止管件18在被推动穿模具12时弯曲。支承装置24还可帮 助装管件18引导穿过模具 12。支承装置24最好支持在大约管件18的中点处。 在一些实施例中，支承装置24可以是可移动支M置。如附图l中所示，支承 装置24可沿M28a和28b移动。附图7显示了被压缸14将管件18推动穿过 模具12后的管件定径系统20。在附图7， M缸14已经将可移动支装置24 压靠在模具12上。在一应用中操作者可决置24的决定糊于这些因素如管 件18的柱的纵向强度以及管件18的长径(L/D)比。在一些应用中，,者可 决定一个不止一个支承装置24。 ， 本领域技术人员员根据有利于该应用的情况可 明白使用装置24的合适的情况。
管件定径系统20包包括模具组件70。 模具组件70可包括模具11和模具12。模具12缩小管件18的外径104以形成外径106 (见附图6)。附图3 显示了沿附图1中线3 -3所示的示意图。附图3显示了基座30和才^"组件70， 该^R"组件70显示出躲外壳11 ^^Rr 12，该才缺12设有用于使管件18定 径的开口 41以;5^錄12的垂直(x)轴线和水平(y)轴线。絲外壳11可用 于合理定缺固定才錄12。附图4和5显示了麟12的纵轴线、垂直轴线和水 平轴线。附图4显示了带有入口径42和出口径44以及纵轴线43的模具12。附 图5显示了沿附图4中线5 -5所示的示意图。附图5显示了模具12和纵轴线 43以及垂直(x)轴线和水平(y)轴线。不同类型的、可在市场上购得的才錄 可符合要求地用于本发明的实施例。在某些例举性实施例中，鹏12可*件 18的夕卜径104缩小大约1 %至大约20 % 。
在本发明的一个实施例中， 一旦管件18脱离默12，管件18进入 接收部 80。在某些实施例中，接收部柳可包絲錄置22、接收导引装置27、 M 29a和29b、接收台62和轨道挡块32。 接收装置22连齢件18并导引管件18。 附图6显示了管件端部18b可分离地固定在接收装置22的凹槽109内。 一旦管 件18固定在接收装置22内，接收装置22可动作以引导并定型管件18。附图1 显示了可生产直管的接收装置22的一个实施例。在附图1中，接收装置22沿 着纵轴线43定位并保持垂直轴线和水平轴线固定不变。在该实施例中，接4錄 置22可以附接于装置导引装置27 (这里显示出位于轨道l29a和29b上)。在可选实施例中，接受装置22可移动的距离由轨道挡块32限定。附图7显示了一个实施例，其中接受装置22和接受装置导引装置27已经被轨道挡块32挡住。
附图8至10显示了顶管系统54中的接收部52。在该实施例中，接收部52 可包括接纟i^置50。接^lt^置50可被移动和转动以形成特定形状的管件。管件 18穿ii^l2时，超过管件18的屈服强度，从而管件18脱离鹏12时可被 最小的能量弯曲。附图8显示了形状为斜槽的接Jli^置50，可將件18折弯成 曲线形状。附图9显示了接4i^置50沿附图8中线9-9所示的正面视图。附 图10显示了接受装置50的端面视图，该接受装置50能够绕着x和y轴线旋转。
附图11显示了顶管系统60的一个实施例，其中接收台62可被移动和旋转 以形成具有特定形状的管件。在所显示的实施例中，接收台62可沿x轴线向上 (位置62a)和向下(位置62b)移动接受装置22并因此将管件18折弯到理想 形状。虽然图中未显示，接收台62同样也可沿y轴线移动。
本发明的特定实施例中，管件定径系统20可包括各种模制后操作。附图 12 -15显示了包綺件处理和检测装置的模制后辦的特定例举性实施例。附 图12-14显示了管件检测装置的例举性实施例而附图15显示了管件检测装置 的例举I"生实施例。
附图12显示了本发明的典型管件热处理装置。管件18脱离模具12时，管 件18进入淬火和回火系统。由于液压缸14可控制穿过模具12的推动逸变，该 推动速度可被调节为能够对管件18进行淬火和回火。在附图12中，奥氏体化线圈80可以在管件18脱离模具12后将M氏体化。接下来，在图示的 实施例中，水淬线圏82可以用来冷却管件18的水淬环。然后回火线圏84可以将管件18回火。虽然图示的实施例具有奥氏体化线圏80、水淬线圏82和回 火线圏84的组合，其他实施例可以只包一个线圏、不同的线圏组合或相对于模具处于不同顺序地线圈。在一个步骤内定径和热处理管件18可提高生产效率。
附图13显示了本发明的一个实施例，将涂布机86用作管处理装置。在附 图13中，当管件18脱离模具12时，涂布机86把一个涂层涂在管件18上。在某些例举性实施例中，涂布机86可以是磷化机。附图13中还显示出，涂布机 86之后可以为需要烘干的管件涂层提供的烘干机88。
附图14描述了本发明的一个实施例，其中管件18在脱离模具12后进行机加工。在附图14中，钻头90在管件18 从模具12脱离之后去除部分管件18。 钻头90可沿着导轨92移动。导轨92可使钻头90以与液压缸14的推动速度一 致的速度移动，从而使得钻头90与管件18同步移动。虽然附图14只显示了钻 头90，本发明的，实施例可包括其加工刀具，例如锯。
附图15显示了本发明的一个实施例,其中管件18在离模具12时由检测 装置94进行检测。检测装置94可以是超声波的管件检测装置或其他领页域已 知的管件检测装置。在图示的实施例中，检测装置94为利用极靴触管件18 并检测管件18线性部的超声元件。在另一个实施例中，检测装置94为围绕管 件18并检测管件18的360。的超声元件。虽然没有图示，管件定径系统20可在模具12 之后设有不止一个的检测装置94。在管件18脱离模具12之后紧接着设置检测装置94能够立刻得到所生产管件18的质量反馈并可省去单独的管检测 鰣的需要。
附图16显示了本发明的例举性实施例，其中至少两根管件通过至少两个模 具被定径。在附图16中，妙缸14和三个杆16a — c 一起推动^艮管件18a — c 穿过三个单独的條12a - c。当管件18a - c脱离才錄12a - c时，接錄置22a -c可"^f定型管件18a-c。 一次定^H^艮管件可提供更高的生产量和生产 效率。
附图17描述了本发明用于管件定径18的例举性方法。该方法开始于步骤 120。接着该方法进行步骤122，其中管件18沿縣12的纵轴线43定位。为了 沿纵轴线43引导管件18，管件18的端部18a可以和杆16相接触(见附图6)。 在本发明特定的例举性实施例中，联接器19可用来将杆16可分离地固定于管 件18。
一旦管件18已经定位，该方法进到步骤124,其中操作者必须决定管件18 是否需要支承装置24。刺口管件18的长度1和直径等这些因素可以使辦者决定 是否使用支承装置24。如果辦者决定不使用支承装置24，那么该方法直接到 步骤128。如果操作者决定使用支承装置24,该方法进行步骤126，其中添加支 承装置24以支承管件18。在某些例举It实施例中，支承装置24大约在管件18 的中点处支承管件18。在管件18被支承置24支承之后 ，该方法进形步骤128。
在步骤128中，至少一个液压缸14推动管件18穿过模具12。在该过程中， 管件18的外径104缩小到外径106 (见附图6)。在一些实施例中，管件18的夕卜径104缩小大约1 %到大约20 % 。
本发明的实施例包括不使用芯轴线而推动管件18穿it^ 12。通过不使 用芯轴线，管件18可比4M芯轴线的情况下损失更少的断裂軔性。
一旦管件18的一部分脱离模具12，该方法i^ij步骤130,其中管件18的 运动相对于纵轴线43在垂直和水平方向受控。
在步骤130中，IMt者可以决定通ii4管件定径系统20中使用接4錄置 22来生产直管(见附图l)。在该实施例中，接Jli:^置22为固定的接4t^置， 该接錄置在管件18脱离 12时4ff件18 J4^纵轴线43同心对>|1^保 持。在另一实施例中，辦者可决定形成具有特殊形状的管件18。在该实施例 中，#^者可以在顶管系统54中^^I接Jlt^置50以 管件18 M离模具12 时的垂JJ5L横向运动(见附图8-10)。在某些实施例中，顶管系统60可以用 于弯曲和旋彬申出的管件18 (见附图11)。
一旦管件18已经穿过模具12，该方法进到步骤132。在步骤132中，操作者可以选则性地决定是否对管件18执行模制后操怍。操作者可以决定执行的一 个模制后辦狄理管件18。如果辦者决定不处理管件18，该方法进#^骤 136。如果,者决^t理管件18，该方法进##骤134，其中管件18可以通 过至少一^f处S^置进行处理。管处iS^置可以包括奥氏体化线圏80、水淬 火线圏82、回火线圏84、涂布才;1^/或# ^几86、 ^t才几88、钻头90及^其组合。 一旦管件18经it^t理，该方法进##骤136。
在步骤136中，辦者可选择地决定检测管件18。如果辦者决定不检测 管件18，该方法进##骤140,管件18被准4^f^1。如果操怍者决定检测管 件18，该方法进#^骤138，其中检测装置94检测管件18。在某些实施例中， 检测装置94可以为超声检测装置。一旦管件18经过检测，该方法进##骤140， 管件被准械抓
前^法和系统可以被用于制作管件，这些管件用于汽车、建筑和;M^殳 备的"-^分以及i;H^液压缸、畅工零件、印刷辊等工业应用中。这种汽车工
业管的例子包括^树艮刊i定器管。
前述方法和系统还可以用于制作管线、和管材以及^fc应用。管线典 型应用于石油、天然气及，流体的表面输逸。套管或井用套筒典型用作石油 和天然气井的结构保持器。利用套管来避免周围的地下水和井本身的污染。套 管最好能持续使用到整个井的4M寿命，当井被堵塞M废弃时通常不会被去除。管材可以指0CTG应用以及石化应用。当指OCTG时，管材为在套管中 使用的单独的管件，从而将石油或天然气引导到表面。依赖于条件和井的使用 寿命，管材在井的^J 1寿命内可能不得不进行更换。当指石化应用时，管材可以是指石化工厂中输送化学物质的管坯。所有上述应用只列出了根据本发明的方法和系统行定径的管件18的潜在用途。这一列举不限命讨緣本发明的教 导形成的管件18的其他潜在在应用。
本发明的实施例还包括成可定径管管件18的顶管设备的方法。该方法包 括安装具有纵轴线43和可定径管件件18的开口 41的模具12;沿纵轴线43安 装具有至少一根附接其上的杆16的液压釭14;并沿纵轴线43安装接受装置(22 或50)。
可选择地，该方法可包括沿纵轴线43安装少一个支承装置24以在进入模具12之前支承管件18和/或安装至少一个联接器19以可分离将管件18 定于杆16上。可选择地，形成顶管设备的方法可包括安紅少一个管处理置和/或至少一个管糊装置。
虽然本发明和其优点已经详细进行了说明，应该可以理解，树变化、 置换或改造可在此作出而不脱离本发明根据下述权利要求所定义的精神和范 围。
权利要求
1、一种缩小一管件的外径的方法，包括将该管件定位以穿过一个具有一纵轴线的模具；采用至少一个液压缸来推动该管件穿过模具；以及当管件脱离模具时，控制管件相对于纵轴线在垂直向(x向)和横向(y向)的运动。
2、 ^4t^f'j要求i的方法，其特;^于控制管件的运动包括在管件脱离 才錄时夹持管件与纵轴线同心对准。
3、 才N^U，J要求l的方法，*#棘于控制管件的运动包括在管件脱离 模具时改变管件的垂直向M向的运动。
4、 ^i^3U'J要求i的方法，^t站于还包括在管件穿ii^时支承管件。
5、 才娥^^要求4的方法，^#絲于还包括以最初在大约管件的中间,支承管件的方式支承该管件。
6、 ^^5^'j要求1的方法，^##于还包括在一#^工艺过程中推动 管件穿it^M。
7、 才N^5U'要求1的方法，^##于还包括以一受控的推动^1推动 管件穿过^。
8、 才M^U'漆求1的方法，^^棘于推动管件穿ii^T包括辦件的 外径缩小大约1 %到大约20% 。
9、 才M^M'J要求1的方法，其特4i^于还包^f吏用至少一个g缸同步 推动第^艮管#第^艮管件穿过一个第_=^和一个第^莫具。
10、 才^^U'j要求1的方法，其特^于推动管件穿mR"包括推动管件 穿i^tt而不^fM芯轴线。
11、 一种缩小一管件的夕卜径的方法，包拾 旨件定位以穿过一个具有一纵轴线的^; 使用至少一个^￡^#动管件穿过模具；在管件脱离縣时，控制管件相对于纵轴线在垂直向(x向)械向(y 向)的运动；且 在管件脱离縣时，4^亍至少一个模制后辦。
12、 ^t^U'漆求11的方法，*#絲于4^亍至少一个模制后辦包括 处理管件。
13、 才娥W'J要求12的方法，^ft棘于处理管件是从由奥氏体化管件、 热处理管件、淬火管件、回火管件、涂布管件、#[匕管件、管件钻3L^其组合 所纟赋的组中选择。
14、 才^^5U'j要求11的方法，^#4￡^于#^亍至少一个模制后,包括 检测管件。
全文摘要
本发明包括成本节约、高效的将管件定径的系统和方法。在本发明的一个实施例中，管件定径系统包括一个具有一用于管件定径的开口的模具、具有至少一根附着在上的杆的液压缸、该液压缸和该至少一根杆彼此协同工作以推动管件穿过模具、以及一个在管件脱离模具时引导管件的接收装置。
文档编号B21C23/02GK101172288SQ200710137130
公开日2008年5月7日 申请日期2005年9月16日 优先权日2004年9月16日
发明者D·R·威特, N·A·罗登, P·富勒顿 申请人:龙尼星钢铁有限合伙公司