一种全封闭水压复合双金属钢管生产工艺及装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种全封闭水压复合双金属钢管生产工艺及装置，该装置包括进出料单元、升降吊管单元、上夹具装置、下夹具装置、左锁紧装置、右锁紧装置、左试验头总成、右试验头总成；其中，所述的上夹具装置、下夹具装置、左锁紧装置、右锁紧装置夹持钢管，并将钢管全封闭，控制基管弹性变形量，使基管和衬管的复合变形在定值控制范围内；左、右试验头总成对称设置，通过其中的主油缸推动排气阀体和试验头前进或者后退，完成复合过程。本发明设置了钢管外部的全封闭结构，使水压复合时基管胀形限制在了一个相对刚性的空间内，既保证了复合双金属管的贴合性，又保证了基管和衬管的原有机械特性。
【专利说明】一种全封闭水压复合双金属钢管生产工艺及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及水压复合金属管领域，尤其涉及一种全封闭水压复合双金属钢管生产工艺及装置。
【背景技术】
[0002]目前，液压胀形工艺生产双金属复合管大部分是采用水压复合方式，这种已经在国内国外许多厂家采用，双金属复合内衬管和外基管的贴合紧密程度可通过水压膨胀加载和卸载两个过程实现。一般利用水压扩径胀形技术，理论计算出一个极限变形值和水压力的关系，通过控制水压力，使内衬管和外基管发生膨胀变形，内衬管随压力的增大发生塑性变形，管径胀大到和基管内壁紧密贴合，压力继续增大，外基管发生弹性变形，水压力卸载，内部膨胀压力消失过程中，内外管同时发生弹性回复，与整体变形量相比，内衬管的弹性回复量只是很小一部分，完成弹性回复后，内衬管基本维持其变形后的轮廓，因外管的变形主要以弹性变形为主，弹性回复过程中，外基管可依托内衬管，把部分弹性势能保留在双金属复合管上，保留的弹性势能越多，则复合管的接触贴合紧密程度越高。
[0003]但是，现有技术中在利用水压复合工艺的过程中，存在下述缺点:1、水压力可控，但是基管的变形不可控，理论数据和实际有差异；2、钢管整体变形不均匀，成品弯曲现象严重；3、因基管性能存在一定的差异，常常会发生局部变形，甚至会发生爆破，发生安全事故。变形不均匀对复合管使用的安全性有一定的影响，因残余应力和不均匀的局部应力使复合管的应力状况复杂化，处于不可知状态，在一些重要的场合这种状况是及其危险的。
[0004]鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研宄和实践终于获得了本创作。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种全封闭水压复合双金属钢管生产工艺及装置，用以克服上述技术缺陷。
[0006]为实现上述目的，本发明提供一种全封闭水压复合双金属钢管生产装置，其包括进出料单元、升降吊管单元、上夹具装置、下夹具装置、左锁紧装置、右锁紧装置、左试验头总成、右试验头总成；其中，
[0007]所述的上夹具装置、下夹具装置、左锁紧装置、右锁紧装置夹持钢管，并将钢管全封闭，控制基管弹性变形量，使基管和衬管的复合变形在定值控制范围内；
[0008]所述的进出料单元将移动钢管对齐，所述的升降吊管单元吊起钢管、横移、并释放钢管到下夹具装置中；左、右试验头总成对称设置，通过其中的主油缸推动排气阀体和试验头前进或者后退，完成复合过程。
[0009]进一步地，所述的上夹具装置包括升降油缸和上夹具，整体安装在一悬臂的横梁上；升降油缸的活塞杆末端与一连接件固定，所述的连接件与上夹具的上端固定，以使举升油缸与上夹具一起运动。
[0010]进一步地，所述的下夹具装置和右锁紧装置安装在一整体平台上，可整体横移；其中，下夹具装置包括下夹具；右锁紧装置包括右锁紧油缸和右锁紧卡瓦，右锁紧油缸的活塞杆连接端部与右锁紧卡瓦连接固定；
[0011]左锁紧装置与右锁紧装置对称设置，其包括左锁紧油缸和左锁紧卡瓦。
[0012]进一步地，所述的左试验头总成包括左支撑座体、左主油缸、左拖动油缸、左排气阀体和左试验头，其中，所述的左拖动油缸成对设置，分别水平安装在左支撑座体上，左主油缸通过活塞杆前端的法兰与左排气阀体连接，左试验头安装在排气阀体的右侧。
[0013]进一步地，所述的下夹具的上侧设置一下半圆形凹槽，用以容纳钢管，在下夹具的下部两侧分别设置第一凸缘和第二凸缘，分别与左右锁紧装置相接触；在下夹具的上端的下半圆形凹槽的两侧分别设置第一肩突和第一台阶面，用以与上夹具配合。
[0014]进一步地，所述的右锁紧装置包括设置在左侧中间的第一梯形槽，其槽底部宽度小于槽口处的宽度，相应的，在第一梯形槽的下边缘为第一斜边，其与下夹具右侧的第一凸缘接触。
[0015]进一步地，所述的上夹具，其下部设置一上半圆形凹槽，凹槽两侧分别设置第二肩突和第二台阶面，其与下夹具的相应结构相配合；在上夹具上部两侧分别设置第三凸缘，其分别与左、右锁紧装置的梯形槽的上边缘相接触。
[0016]本发明还提供一种全封闭水压复合双金属钢管生产工艺，该具体过程为:
[0017]步骤a，复合准备过程，上夹具在抬起位，下夹具和右锁紧装置在移出位，左锁紧装置和右锁紧装置在后退位，左试验头和右试验头在后退位；升降吊管单元将钢管放在下夹具上;
[0018]步骤b，进管过程，下夹具和右锁紧装置整体横移将钢管送入复合生产中心，上夹具由升降油缸推动压下夹紧钢管，左右锁紧卡瓦在移动油缸推动下卡紧上下夹具，钢管进入待复合状态；
[0019]步骤C，水压复合过程，左、右试验头在油缸的推动下前进，左、右试验头上的护套与基管顶紧后自动停止前进；控制系统接到左、右试验头到位的信号后，左、右试验头上的大间隙密封圈涨开撑紧衬管内壁，进水阀打开衬管内充低压水，进水阀、排气阀密封，衬管内增压，保压；
[0020]步骤d，卸荷过程，保压时间到后，管内压力卸去，左、右试验头上的大间隙圈缩回，左、右试验头后退，钢管内的水流出；
[0021]步骤e，出管过程，左、右锁紧装置后退，上夹具抬起，下夹具和右锁紧装置整体横移将复合后的钢管移出复合中心，升降吊管单元将钢管吊出至辊道。
[0022]进一步地，在上述步骤b中，通过设置在上、下夹具，左、右锁紧装置中的连接结构，卡紧并全封闭钢管。
[0023]进一步地，在上述步骤c中，在对高压水压力控制时，设置了三个区间，控制如下:增压一保压一增压一保压一增压一保压。
[0024]与现有技术相比本发明的有益效果在于，本发明全封闭水压复合双金属钢管生产工艺和设备的核心就是由上夹具、下夹具、左试验头、右试验头组成了钢管外部的全封闭系统，使水压复合时基管胀形限制在了一个相对刚性的空间内，基管整体的弹性变形均匀，弹性变形量恒定，随着复合水压力的提高，基管和衬管承受的变形力加大，但不再发生弹性或塑性变形，改善了衬管和基管的贴紧程度及贴合的稳定性，既保证了复合双金属管的贴合性，又保证了基管和衬管的原有机械特性。
[0025]本发明还采用特制的内涨式试验头，可以进入夹具内，适应钢管定尺长度的变化。本发明运用流体胀形理论，提供了一套全新的工艺和设备，使复合双金属管的生产安全可靠；采用本工艺生产双金属管的生产过程自动化程度高，整个复合过程自动运行，水压胀形力由计算机适时控制，并随机可调。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1a为本发明全封闭水压复合双金属钢管生产装置的截面结构示意图；
[0027]图1b为本发明全封闭水压复合双金属钢管生产装置的第一局部结构示意图；
[0028]图1c为本发明全封闭水压复合双金属钢管生产装置的第二局部结构示意图；
[0029]图2a为本发明全封闭水压复合双金属钢管生产装置的正视结构示意图；
[0030]图2b为本发明全封闭水压复合双金属钢管生产装置的局部结构示意图；
[0031]图3a_3i为本发明全封闭水压复合双金属钢管生产工艺的流程状态图。
【具体实施方式】
[0032]以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
[0033]请参阅图1a所示，其为本发明全封闭水压复合双金属钢管生产装置的截面结构示意图；本发明的全封闭水压复合双金属钢管生产装置包括进出料单元20、升降吊管单元11、上夹具装置30、下夹具装置、左锁紧装置、右锁紧装置、左试验头总成、右试验头总成及配套的液压系统和电控系统；其中，通过上述的上夹具装置、下夹具装置、左锁紧装置、右锁紧装置夹持基管，控制基管弹性变形量，使基管和衬管的复合变形在定值控制范围内。
[0034]其中，所述的进出料单元20，其包括一组台架21，以及定量给管器22，该定量给管器22通过液压油缸驱动，并通过液压油缸的驱动拨动钢管，所述的台架21承接从进料辊道上滚来的钢管。
[0035]所述的升降吊管单元11，用于从进出料单元20上吊起钢管、横移、并释放钢管到下夹具上；其包括滑轨13、提升油缸12以及与提升油缸12连接的起吊件，所述的起吊件可以为一挂钩；还包括支撑滑轨13和提升油缸的工作台14，提升油缸将钢管吊起，吊管的吊钩通过磁力来吊起钢管，通过滑轨13将其吊送至适当的位置，并放置到下夹具上。
[0036]为了保证钢管在复合过程中具有在可控范围内的变形，本发明在对钢管进行复合时，采用上、下夹具装置对钢管进行固定。其中，所述的上夹具装置30包括升降油缸31和上夹具33，整体安装在一组悬臂的底座上；请结合图1b所示，在本发明中，升降油缸31的活塞杆末端32与一连接件34固定，所述的连接件32与上夹具33的上端固定，保证举升油缸与上夹具33 —起运动。在本实施例中，活塞杆的末端32设置一凸缘，相应的在连接件中设置一凹槽，凹槽上壁与该凸缘接触，实现连接；或者，连接件可由多块连接板组成，连接板分别固定在凸缘上下两侧，并且通过螺钉将各个连接板连接，固定在上夹具33的上端。
[0037]所述的下夹具装置和右锁紧装置安装在一整体平台43上，可以整体横移；其中，右锁紧装置包括右锁紧油缸42和右锁紧卡瓦41。下夹具装置包括下夹具71 ;请结合图1c所示，整体平台43通过丝杆44驱动，丝杆44两端设置在轴承441上，丝杆44中间部位安装有丝母座443，丝母座443底部接有一键442，键442与下夹具71的底端连接；丝杆44通过电机驱动，当丝杆44转动时，下夹具装置71和右锁紧装置41整体移动。
[0038]本发明中的左锁紧装置与右锁紧装置对称设置，结构相同，其包括左锁紧油缸51和左锁紧卡瓦52，左锁紧油缸的活塞杆连接端部与左锁紧卡瓦52连接固定。
[0039]请参阅图2a_2b所示，在本发明中，左试验头总成包括左支撑座体61、左主油缸62、左排气阀体63和左试验头64，其中，所述的左拖动油缸62成对设置，分别水平安装在左支撑座体61上，左拖动油缸62通过活塞杆前端的法兰65与左排气阀体63连接，左试验头64安装在排气阀体63的右侧，在液压油的作用下，左拖动油缸62推动左排气阀体和左试验头前进或者后退，完成复合过程。在左试验头的外侧设置有护套，护套内侧设置有大间隙密封圈。
[0040]在本发明中，右试验头总成与左试验头总成对称设置并且结构相同，其包括右支撑座体81、右主油缸、右拖动油缸82、右排气阀体83和右试验头84 ;其连接关系与工作过程与上述的左试验头总成相同。
[0041]在进行复合时，左、右试验头上的护套与基管顶紧后自动停止前进，控制系统接收到左、右试验头到位的信号后，左、右试验头上的大间隙密封圈涨开撑紧衬管内壁，然后进行充低压水、充高压水等一系列操作，使衬管内的水压保持在设定值，这一设定的水压值就是能使衬管塑性变形与基管紧密贴合的胀形力。
[0042]请参阅图3a所示，本发明中的上下夹具和左右锁紧装置相互配合，实现钢管的全封闭，所述的下夹具71的上侧设置一下半圆形凹槽713，用以容纳所述的钢管10，在下夹具71的下部两侧分别设置第一凸缘711和第二凸缘712，分别与左右锁紧装置相接触；在下夹具71的上端的下半圆形凹槽713的两侧分别设置第一肩突715和第一台阶面714，用以与上夹具配合。
[0043]所述的右锁紧装置41包括设置在左侧中间的第一梯形槽411，其槽底部宽度小于槽口处的宽度，相应的，在第一梯形槽411的下边缘为第一斜边412，其与下夹具71右侧的第一凸缘接触。所述的左锁紧装置53与右缩进装置结构相同，其在右侧中间设置有第二梯形槽531。
[0044]所述的上夹具33与下夹具71结构相同，其下部设置一上半圆形凹槽332，凹槽两侧分别设置第二肩突335和第二台阶面334，其与下夹具的相应结构相配合。在上夹具上部两侧分别设置第三凸缘331，其分别与左右锁紧装置的梯形槽的上边缘相接触，在本实施例中，在第一梯形槽411的上边缘为第二斜边413，与第三凸缘331接触配合。
[0045]本发明采用上下夹具和左右锁紧装置的四个分体结构，分别采用液压驱动的可移动方式，夹紧钢管，便于调节，可以控制夹紧的程度。
[0046]基于上述全封闭水压复合双金属钢管生产装置，请结合图3a_3i所示，本发明的全封闭水压复合双金属钢管生产工艺如下:
[0047]步骤a，复合准备过程:
[0048]上夹具33在抬起位，下夹具71和右锁紧装置41在移出位，左锁紧装置53和右锁紧装置41在后退位，左试验头和右试验头在后退位；升降吊管单元11将钢管10放在下夹具33上。
[0049]步骤b，进管过程:
[0050]下夹具71和右锁紧装置41整体横移将钢管10送入复合生产中心，上夹具33由升降油缸31推动压下夹紧钢管，左右锁紧卡瓦在移动油缸推动下卡紧上下夹具，至此钢管进入待复合状态。
[0051]步骤C，水压复合过程:
[0052]左、右试验头在油缸的推动下前进，左、右试验头上的护套与基管顶紧后自动停止前进；
[0053]控制系统接到左、右试验头到位的信号后，左、右试验头上的大间隙密封圈涨开撑紧衬管内壁，进水阀打开衬管内充低压水，进水阀、排气阀密封，衬管内增压，保压。
[0054]进行充低压水、充高压水等一系列操作，使衬管内的水压保持在设定值，这一设定的水压值就是能使衬管塑性变形与基管紧密贴合的胀形力。其中，在对高压水压力控制时，设置了 3个区间，控制如下:增压一保压一增压一保压一增压一保压；最高复合水压力是HOMPa0
[0055]步骤d，卸荷过程:
[0056]保压时间到后，管内压力卸去，左、右试验头上的大间隙圈缩回，左、右试验头后退，钢管内的水流出。
[0057]本发明为保证钢管内的水能自动流干净，全封闭水压复合双金属钢管生产设备整体倾斜2°安装。
[0058]步骤e，出管过程:
[0059]左、右锁紧装置后退，上夹具33抬起，下夹具71和右锁紧装置41整体横移将复合后的钢管移出复合中心，升降吊管单元11将钢管吊出至辊道。
[0060]试验证明基管的最大变形量在1.5%范围内，基管发生的是弹性变形，基管的整体机械性能不发生变化。
[0061]全管体夹持力必须满足基管发生最大弹性变形后继续增大的复合水压力，达到在复合水压力继续增高时阻止复合管进一步变形的目的。这个时候的夹具必须是相对刚性的，不能发生任何变形。这样才能保证复合管的整体变形均匀，使各项同性。上下夹具以及左右卡紧装置的卡紧力就是满足这一全管体夹持力。
[0062]以上所述仅为本发明的较佳实施例，对发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种全封闭水压复合双金属钢管生产装置，其特征在于，其包括进出料单元、升降吊管单元、上夹具装置、下夹具装置、左锁紧装置、右锁紧装置、左试验头总成、右试验头总成；其中， 所述的上夹具装置、下夹具装置、左锁紧装置、右锁紧装置夹持钢管，并将钢管全封闭，控制基管弹性变形量，使基管和衬管的复合变形在定值控制范围内； 所述的进出料单元将移动钢管对齐，所述的升降吊管单元吊起钢管、横移、并释放钢管到下夹具装置中；左、右试验头总成对称设置，通过其中的主油缸推动排气阀体和试验头前进或者后退，完成复合过程。
2.根据权利要求1所述的全封闭水压复合双金属钢管生产装置，其特征在于，所述的上夹具装置包括升降油缸和上夹具，整体安装在一悬臂的横梁上；升降油缸的活塞杆末端与一连接件固定，所述的连接件与上夹具的上端固定，以使举升油缸与上夹具一起运动。
3.根据权利要求2所述的全封闭水压复合双金属钢管生产装置，其特征在于，所述的下夹具装置和右锁紧装置安装在一整体平台上，可整体横移；其中，下夹具装置包括下夹具；右锁紧装置包括右锁紧油缸和右锁紧卡瓦，右锁紧油缸的活塞杆连接端部与右锁紧卡瓦连接固定； 左锁紧装置与右锁紧装置对称设置，其包括左锁紧油缸和左锁紧卡瓦。
4.根据权利要求1或2所述的全封闭水压复合双金属钢管生产装置，其特征在于，所述的左试验头总成包括左支撑座体、左主油缸、左拖动油缸、左排气阀体和左试验头，其中，所述的左拖动油缸成对设置，分别水平安装在左支撑座体上，左主油缸通过活塞杆前端的法兰与左排气阀体连接，左试验头安装在排气阀体的右侧。
5.根据权利要求3所述的全封闭水压复合双金属钢管生产装置，其特征在于，所述的下夹具的上侧设置一下半圆形凹槽，用以容纳钢管，在下夹具的下部两侧分别设置第一凸缘和第二凸缘，分别与左右锁紧装置相接触；在下夹具的上端的下半圆形凹槽的两侧分别设置第一肩突和第一台阶面，用以与上夹具配合。
6.根据权利要求5所述的全封闭水压复合双金属钢管生产装置，其特征在于，所述的右锁紧装置包括设置在左侧中间的第一梯形槽，其槽底部宽度小于槽口处的宽度，相应的，在第一梯形槽的下边缘为第一斜边，其与下夹具右侧的第一凸缘接触。
7.根据权利要求6所述的全封闭水压复合双金属钢管生产装置，其特征在于，所述的上夹具，其下部设置一上半圆形凹槽，凹槽两侧分别设置第二肩突和第二台阶面，其与下夹具的相应结构相配合；在上夹具上部两侧分别设置第三凸缘，其分别与左、右锁紧装置的梯形槽的上边缘相接触。
8.—种全封闭水压复合双金属钢管生产工艺，其特征在于，该具体过程为: 步骤a，复合准备过程，上夹具在抬起位，下夹具和右锁紧装置在移出位，左锁紧装置和右锁紧装置在后退位，左试验头和右试验头在后退位；升降吊管单元将钢管放在下夹具上; 步骤b，进管过程，下夹具和右锁紧装置整体横移将钢管送入复合生产中心，上夹具由升降油缸推动压下夹紧钢管，左右锁紧卡瓦在移动油缸推动下卡紧上下夹具，钢管进入待复合状态； 步骤C，水压复合过程，左、右试验头在油缸的推动下前进，左、右试验头上的护套与基管顶紧后自动停止前进；控制系统接到左、右试验头到位的信号后，左、右试验头上的大间隙密封圈涨开撑紧衬管内壁，进水阀打开衬管内充低压水，进水阀、排气阀密封，衬管内增压，保压； 步骤d，卸荷过程，保压时间到后，管内压力卸去，左、右试验头上的大间隙圈缩回，左、右试验头后退，钢管内的水流出； 步骤e，出管过程，左、右锁紧装置后退，上夹具抬起，下夹具和右锁紧装置整体横移将复合后的钢管移出复合中心，升降吊管单元将钢管吊出至辊道。
9.根据权利要求8所述的全封闭水压复合双金属钢管生产工艺，其特征在于，在上述步骤b中，通过设置在上、下夹具，左、右锁紧装置中的连接结构，卡紧并全封闭钢管。
10.根据权利要求8所述的全封闭水压复合双金属钢管生产工艺，其特征在于，在上述步骤c中，在对高压水压力控制时，设置了三个区间，控制如下:增压一保压一增压一保压—增压一保压。
【文档编号】B21D26/033GK104492900SQ201410655267
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年11月17日 优先权日:2014年11月17日
【发明者】孙跃文 申请人:太原纵横海威机械设备有限公司