钢管矫直设备及钢管矫直方法与流程

本发明涉及金属加工领域，具体而言，涉及一种钢管矫直设备及钢管矫直方法。

背景技术：

钢管矫直设备能够消除钢管在轧制、热处理或运输过程中产生的弯曲和径向变形。随着市场对钢管强度要求的不断提高，高强度意味着产生高变形抗力，导致钢管的直线度的控制越来越困难。

钢管的全长直度主要靠多辊矫直机来进行保证，对于强度超1000mpa的钢管通过带温矫直(≥580℃)来降低变形抗力，以提高矫直效果。钢管局部弯曲利用三点压力矫直方法进行效正，但三点压力矫直有支撑距离的限制，距离选取的越近矫直抗力越大，矫直效果越不明显，钢管被压凹变形导致管材损伤的风险越大。目前对钢管的管端的弯曲进行控制的方式如下：

对于多辊矫直机而言，在水平方向上存在的辊间距，当辊间距的长度超出管端弯曲长度时，无法对管端弯曲进行有效矫直，只能利用上下辊的辊面啮合进行轻微校正，但由于缺乏矫直挠度，矫直出料后弯曲度会出现反弹，不能进行有效地矫直。

对于压力矫直机而言，与辊式矫直机同属于利用轧件的反弯弹复而达到矫直目的的设备。压力矫直机主要利用三点弯曲原理进行效直。但三点压力矫直有支撑距离的限制，距离选取的越近矫直抗力越大，矫直效果越不明显，同时由于钢管是中空的，钢管管端呈鹅头弯曲状的距离较短，一般为300mm-400mm，导致压力矫直机在矫直管端鹅头弯曲时，很容易在钢管上产生压痕并留下凹陷，以致损伤管材。这样，压力矫直机也不能对管端鹅头弯进行有效矫直。

因此，上述的多辊矫直机还是压力矫直机，都不能有效解决钢管管端的鹅头弯曲缺陷。由于对管端鹅头弯曲缺乏有效的矫正手段，面对管端存在鹅头弯曲的钢管，只能做管端切除处理。对于有定尺长度要求的钢管，为保证返切后长度满足要求，不得不提前预留管端返切余量，这不仅会影响材料的成材率，而且也会浪费大量的人力及物力，严重影响生产效率。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种钢管矫直设备及钢管矫直方法，以解决相关技术中的钢管因管端弯曲导致返切的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种钢管矫直设备，包括：基体；第一辊子组件，设置在基体上并输送钢管，第一辊子组件包括输入辊子和输出辊子；第二辊子组件，设置在基体上并位于输入辊子和输出辊子之间，第二辊子组件能够竖直方向支撑钢管并驱动钢管绕钢管的轴线转动；加热装置，能够对钢管的弯曲处进行加热；第一施力装置，可移动地设置在基体上，第一施力装置的移动方向垂直于与钢管的输送方向，第一施力装置包括第一支架和可活动地设置在第一支架上的第一施力机构；第二施力装置，位于输出辊子远离输入辊子的一侧，钢管的弯曲处位于输出辊子和第二施力装置之间，在第一施力机构和第二施力装置共同作用下，钢管的弯曲处能够变形至伸直状态。

进一步地，第一施力机构包括驱动缸组件和驱动缸组件连接的夹片，夹片的一端与第一支架铰接，夹片与驱动缸组件铰接，驱动缸组件的活塞杆与第一支架铰接。

进一步地，第一支架包括第一架体和设置在第一架体上的弧形板，夹片呈弧形状。

进一步地，基体包括台架和地基，第一施力装置设置在台架上并位于第一辊子组件的上方，第一辊子组件和第二辊子组件均设置在地基上，第二施力装置设置在台架上。

进一步地，第二施力装置的结构与第一施力装置的结构相同。

进一步地，基体包括地基和设置在地基上的台座，第一施力装置设置在地基上并位于第一辊子组件的下方，第一辊子组件、第二辊子组件均设置在地基上，第二施力装置设置在台座上。

进一步地，第二施力装置包括支座及可拆卸地嵌套设置在支座上的套筒，套筒的内径大于钢管的外径。

进一步地，第一施力装置包括多个，多个第一施力装置间隔设置在基体上，第二辊子组件包括可移动地设置在基体上的第二支架及可转动地连接在第二支架上的辊筒组件。

进一步地，钢管矫直设备还包括控制器，第一施力装置与控制器连接，加热装置包括第三支架和设置在第三支架上的感应线圈，感应线圈与控制器连接，感应线圈可移除地套设在钢管的弯曲处的外侧。

根据本发明的另一个方面，提供了一种钢管矫直方法，包括以下步骤：将钢管的弯曲处输送至第一施力装置和第二施力装置之间；转动钢管，使钢管的弯曲处沿水平方向弯曲或者沿竖直方向弯曲；对钢管的弯曲处进行加热；使用第一施力装置对钢管进行固定，使用第二施力装置对钢管的弯曲处施力，或者，使用第二施力装置对钢管的弯曲处进行限位，使用第一施力装置对钢管施力。

应用本发明的技术方案，钢管矫直设备包括：基体、第一辊子组件、第二辊子组件、加热装置、第一施力装置和第二施力装置。第一辊子组件设置在基体上并输送钢管，第一辊子组件包括输入辊子和输出辊子。第一辊子组件启动后能够平移钢管。第二辊子组件设置在基体上并位于输入辊子和输出辊子之间，第二辊子组件能够沿其竖直方向支撑钢管并驱动钢管绕钢管的轴线转动。加热装置能够对钢管的弯曲处进行加热，以减小矫直变形抗力。这样钢管的弯曲处在受压的情况的下，容易变形，避免了相关技术中在钢管的表面产生凹陷的现象。第一施力装置可移动地设置在基体上。第一施力装置的移动方向垂直于与钢管的输送方向。这样通过调节第一施力装置与第一辊子组件之间的距离，该距离便于匹配在第一辊子组件上放置的钢管的尺寸。第一施力装置包括第一支架和可活动地设置在第一支架上的第一施力机构。第二施力装置位于输出辊子远离输入辊子的一侧，钢管的弯曲处位于输出辊子和第二施力装置之间，在第一施力机构和第二施力装置共同作用下，钢管的弯曲处能够变形至伸直状态。钢管可以先通过多辊矫直机或者压力矫直机进行对钢管的整体的直线度进行调节，再将无法通过多辊矫直机或者压力矫直机矫正的钢管的管端的弯曲处通过第一辊子组件输送至位于输出辊子和第二施力装置之间。在第一施力机构和第二施力装置共同作用下，钢管的弯曲处能够变形至伸直状态。这样，本申请的技术方案能够弥补相关技术中多辊矫直机和压力矫直机对管端弯曲矫直能力的短板，不需要提前预留管端返切余量，大大降低钢管返切损耗，提高钢管成材率。因此本申请的技术方案能够有效解决相关技术中的钢管因管端弯曲导致返切的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的钢管矫直设备的实施例一的主视示意图；

图2示出了图1的钢管矫直设备的俯视示意图；

图3示出了图1的钢管矫直设备的第一施力装置的剖视示意图；

图4示出了图1的钢管矫直设备的局部示意图；

图5示出了图1的钢管矫直设备的钢管处于伸直状态的主视示意图；

图6示出了根据本发明的钢管矫直设备的实施例二的主视示意图；以及

图7示出了图6的钢管矫直设备的俯视示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、钢管；11、台架；20、第一辊子组件；21、输入辊子；22、输出辊子；30、第二辊子组件；31、第二支架；32、辊筒组件；40、第一施力装置；41、第一支架；411、第一架体；412、弧形板；42、第一施力机构；421、驱动缸组件；422、夹片；44、枢轴；50、加热装置；51、第三支架；52、感应线圈；60、第二施力装置；63、支座；64、套筒。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1至图5所示，实施例一的钢管矫直设备包括：基体、第一辊子组件20、第二辊子组件30、加热装置50、第一施力装置40和第二施力装置60。第一辊子组件20设置在基体上并输送钢管1，第一辊子组件20包括输入辊子21和输出辊子22。第二辊子组件30设置在基体上并位于输入辊子21和输出辊子22之间，第二辊子组件30能够沿其竖直方向支撑钢管并驱动钢管1绕钢管1的轴线转动。加热装置50能够对钢管1的弯曲处进行加热。第一施力装置40可移动地设置在基体上。第一施力装置40的移动方向垂直于与钢管1的输送方向。第一施力装置40包括第一支架41和可活动地设置在第一支架41上的第一施力机构42。第二施力装置60位于输出辊子22远离输入辊子21的一侧，钢管1的弯曲处位于输出辊子22和第二施力装置60之间。在第一施力机构42和第二施力装置60共同作用下，钢管1的弯曲处能够变形至伸直状态。

应用实施例一的技术方案，第一辊子组件20启动后能够平移钢管，并调整钢管1向前或者向后移动的位置。第二辊子组件30设置在基体上并位于输入辊子21和输出辊子22之间，第二辊子组件30能够沿其竖直方向支撑钢管并驱动钢管1绕钢管1的轴线转动。加热装置50能够对钢管1的弯曲处进行加热。这样钢管1的弯曲处在受压的情况的下，容易变形，能大大降低矫直过程中的变形抗力，提高矫直效果，避免了相关技术中在钢管的表面产生凹陷的现象。第一施力装置40可移动地设置在基体上。第一施力装置40的移动方向垂直于与钢管1的输送方向。这样通过调节第一施力装置40与第一辊子组件20之间的距离，该距离便于匹配在第一辊子组件20上放置的钢管的尺寸。第一施力装置40包括第一支架41和可活动地设置在第一支架41上的第一施力机构42。第二施力装置60位于输出辊子22远离输入辊子21的一侧，钢管1的弯曲处位于输出辊子22和第二施力装置60之间，在第一施力机构42和第二施力装置60共同作用下，钢管1的弯曲处能够变形至伸直状态。钢管1可以先通过多辊矫直机或者压力矫直机进行对钢管1的整体的直线度进行调节，再将无法通过多辊矫直机或者压力矫直机矫正的钢管1的管端的弯曲处通过第一辊子组件20输送至位于输出辊子和第二施力装置之间。在第一施力机构和第二施力装置共同作用下，钢管的弯曲处能够变形至伸直状态。这样，实施例一的技术方案能够弥补相关技术中多辊矫直机和压力矫直机对管端弯曲矫直能力的短板，不需要提前预留管端返切余量，大大降低钢管返切损耗，提高钢管成材率。因此实施例一的技术方案能够有效解决相关技术中的钢管因管端弯曲导致返切的问题。

需要说明的是，本实施例的返切余量的意思为，假设需要切10m长的钢管，在轿直之前钢管的长度要大于10m，在矫直之后，将多出10m长的管端弯曲处的部分切掉，切掉的部分为反切余量。实施例一的钢管的弯曲处位于钢管的端部，实施例一的第一辊子组件20的转动轴线与第二辊子组件30的转动轴线相垂直。

如图3所示，在实施例一中，第一施力机构42包括驱动缸组件421和与驱动缸组件421连接的夹片422。夹片422的结构简单，便于与第一支架41配合夹持钢管1。夹片422的一端与第一支架41铰接，夹片422与驱动缸组件421铰接，驱动缸组件421的活塞杆与第一支架41铰接。在活塞杆的移动下，带动夹片422绕第一支架41摆动，以调节夹片422的开口大小，并根据钢管1的外径尺寸进行调整，保证能完整的夹持住钢管1。这样，根据钢管不同外径的尺寸通过调节夹片422的开口大小进行张开和闭合，避免频繁更换相关技术中的压头，大大提高了工作效率。

实施例一中的驱动缸组件的驱动缸可以选用油缸，也可以选用气缸。

如图3所示，在实施例一中，第一支架41包括第一架体411和设置在第一架体411上的弧形板412。夹片422呈弧形状。弧形板412和夹片422的形状与钢管1的管壁轮廓相类似，这样，能够保证弧形板412与钢管1的管壁的接触面积，同时，也能够保证夹片422与钢管1的管壁的接触面积，使得第一施力机构42夹持及固定的效果更好、更稳定。第一支架41还包括驱动第一架体411移动的第一油缸组件。第一油缸组件包括油缸和可移动设置在油缸内的活塞杆。油缸与台架11铰接，活塞杆与第一支架41铰接。

如图3所示，在实施例一中，夹片422包括位于弧形板412两侧的两个，两个夹片422之间的开口大小可以调节，能够灵活地根据钢管1的外径尺寸进行调整，便于夹片422可靠地夹持钢管1。夹片422通过枢轴44与弧形板412连接。

如图1所示，在实施例一中，基体包括台架11和地基。第一施力装置40设置在台架11上并位于第一辊子组件20的上方。台架11的设置便于将第一施力装置40固定在钢管1的上方。第一油缸组件的油缸与台架11连接。第一辊子组件20和第二辊子组件30均设置在地基上，第二施力装置60设置在台架11上。台架11的设置便于将第二施力装置60固定在钢管1的上方。在实施例一中，第一施力装置40和第二施力装置60均位于钢管1的上方，这样，在钢管1的管端朝上弯曲的情况下，第一施力装置40能够将钢管1按住在第一辊子组件20上，便于第二施力装置60的夹片由上至下向钢管1的管端施力。施力的过程中以根据钢管1的管端弯曲的严重程度选择合适的行程和支撑力。具体地，钢管矫直设备还包括设置在钢管1的管端弯曲处的检测装置和与检测装置连接的控制器，第二施力装置60与控制器连接。上述的“合适的行程和支撑力”由控制器控制实现向上行程的无级调整。“管端弯曲的严重程度”包括管端弯曲的长度和弯曲度，上述的严重程度的可以判断依靠人工判定，也可以利用红外线自动测量。如图1所示，在实施例一中，第二施力装置60的结构与第一施力装置40的结构相同。这样，便于装配，提高成产效率。具体地，第二施力机构包括驱动缸组件和驱动缸组件连接的第二夹片，第二夹片的一端与第四支架铰接，第二夹片与驱动缸组件铰接，驱动缸组件的活塞杆与第四支架铰接。第四支架包括第二架体和设置在第二架体上第二弧形板，第二夹片呈弧形状。

如图1和图2所示，在实施例一中，第一施力装置40包括五个，五个第一施力装置40间隔设置在基体上。五个第一施力装置可分别向钢管1进行施力，固定钢管1更加的可靠。当然，在其他图中未示出的实施例中，第一施力装置的数量不限于五个，可以是二个、三个、四个、六个及以上。具体的设计数量可根据实际适用于钢管长度进行调整。

如图4所示，在实施例一中，第二辊子组件30包括可移动地设置在基体上的第二支架31及可转动地连接在第二支架31上的辊筒组件32。辊筒组件32结构简单，安装和加工容易。辊筒组件32包括两个辊筒，当然，辊筒的设计数量可根据实际适用的钢管长度进行调整。同时，驱动两个辊筒旋转的两个滚轮之间的距离设置可调，以适应不同外径尺寸的钢管。第二辊子组件30还包括驱动第二支架31移动的第二油缸组件(图中未示出)，第二油缸组件包括油缸和可移动地设置在油缸内的活塞杆，活塞杆与辊筒组件32铰接，油缸与地基铰接。

如图1至图4所示，在实施例一中，钢管矫直设备还包括控制器，第一施力装置40与控制器连接，加热装置50包括第三支架51和设置在第三支架51上的感应线圈52，感应线圈52与控制器连接，感应线圈52可移除地套设在钢管1的弯曲处的外侧。感应线圈52结构简单，成本较低，对钢管1的弯曲处加热更加的均匀。在矫直前先将感应线圈52套在钢管1的弯曲处对钢管1的弯曲处进行加热，加热完成后并将感应线圈52从钢管1的弯曲处脱下。本实施例的感应线圈52优选为中频感应线圈。在其他图中未示出的实施例中，加热装置也可根据工厂实际状况选用氧枪。

如图1至图5所示，在实施例一中，钢管矫直设备的具体工作过程如下：

通过第一辊子组件20→定位钢管1的管端弯曲处的位置→升起第二辊子组件30至超出第一辊子组件20→带动钢管1沿周向旋转至钢管1的管端的弯曲方向向上→移动感应线圈52至管端的弯曲部位并加热→退出感应线圈52→第一施力装置40向下移动并固定钢管1的管身→驱动第二施力装置60的第一支架41向下施力直至消除钢管1的管端的弯曲至伸直状态。这样，钢管矫直设备的实施例一的技术方案既保证有效解决钢管的管端弯曲处的缺陷，达到了钢管的管端的直线度要求，又保证了矫直过程中不损伤钢管的表面。

如图6和图7所示，在本申请提供的钢管矫直设备的实施例二中，与实施例一的区别在于基体包括地基和设置在地基上的台座，第一施力装置40设置在地基上并位于第一辊子组件20的下方，这样，台座的设置便于将第一施力装置40固定在钢管1的下方。第一辊子组件20、第二辊子组件30均设置在地基上，第二施力装置60设置在台座上。这样，台座的设置便于将第二施力装置60固定在钢管1的下方。在实施例二中，第一施力装置40和第二施力装置60均位于钢管1的下方，这样，在钢管1的管端朝下弯曲的情况下，第一施力装置40能够一方面能够支撑住钢管1，便于第二施力装置60由下至上向钢管1施力。施力的过程中以根据钢管1的管端弯曲的严重程度选择合适的行程和支撑力。具体地，钢管矫直设备还包括设置在钢管1的管端弯曲处的检测装置和与检测装置连接的控制器，第一施力装置40与控制器连接。上述的“合适的行程和支撑力”由控制器控制实现向上行程的无级调整。“管端弯曲的严重程度”包括管端弯曲的长度和弯曲度，上述的严重程度的判断可以依靠人工判定，也可以利用红外线自动测量。

需要说明的是，实施例二的第一施力装置40的结构与实施例一的第一施力装置40的结构相同。这样，夹片422和第一支架41的配合一方面能够提供支撑力，另一方面根据钢管不同外径的尺寸通过调节夹片422的开口大小进行张开和闭合，避免频繁更换相关技术中的压头，大大提高了工作效率。

如图6和图7所示，在实施例二中，第二施力装置60包括支座63及可拆卸地嵌套设置在支座63上的套筒64，套筒64的内径大于钢管1的外径。这样，套筒64能够套在钢管1的管端弯曲处的外侧，进行限位。在第一施力装置40向上对钢管1施力的情况下，钢管1的管端保持不动，钢管1的管身整体向上移动。需要说明的是，套筒64优选为高硬度钢套。套筒64的内径的大小可根据校正钢管1的外径尺寸进行更换。

如图6所示，在实施例二中，钢管矫直设备的具体工作过程如下：

通过第一辊子组件20→定位钢管1的管端弯曲处的位置→升起第二辊子组件30至超出第一辊子组件20→带动钢管1沿周向旋转至钢管1的管端的弯曲方向向下→移动感应线圈52至管端的弯曲部位并加热→退出感应线圈52→运行第一辊子组件20使钢管1进入套筒64内，并调整矫直点的位置→闭合第一施力装置40中的夹片422，并根据钢管1的管端弯曲程度确定夹片422升降高度→微调后→第一施力装置40的第一支架41向上施力直至消除钢管1的管端的弯曲至伸直状态。这样，钢管矫直设备的实施例二的技术方案既保证有效解决钢管的管端弯曲处的缺陷，达到了钢管的管端的直线度要求，又保证了矫直过程中不损伤钢管的表面。

本申请还提供了一种钢管矫直方法，如图1和图6所示，在本实施例中，钢管矫直方法包括以下步骤：将钢管1的弯曲处输送至第一施力装置40和第二施力装置60之间；转动钢管1，使钢管1的弯曲处沿水平方向弯曲或者沿竖直方向弯曲；对钢管1的弯曲处进行加热；使用第一施力装置40对钢管1进行固定，使用第二施力装置60对钢管1的弯曲处施力，或者，使用第二施力装置60对钢管1的弯曲处进行限位，使用第一施力装置40对钢管1施力。本实施例的钢管矫直方法的技术方案能够有效解决相关技术中的钢管因管端弯曲导致返切的问题。需要说明的是，钢管1的弯曲处沿水平方向弯曲是指钢管1的轴线在弯曲处位于水平面内。钢管1的弯曲处沿竖直方向弯曲是指钢管1的轴线在弯曲处位于竖直平面内。

在本申请中，钢管的管端还可以朝左弯曲，相应地，第一施力装置和第二施力装置同时位于钢管的右侧，钢管的管端还可以朝右弯曲，相应地，第一施力装置和第二施力装置同时位于钢管的左侧。当然，在其他图中未示出的实施例中，在钢管的管端的弯曲处的四个方向均设置一个第一施力装置和一个第二施力装置。这样，可同时对钢管的存在弯曲处的弯曲度进行调整。此外，相关技术通过运输辊道及压头结构进行对钢材(如棒材、槽钢等)调整其直线度后，也可以通过本申请的钢管矫直设备对钢材(如棒材、槽钢等)的端部的弯曲处进行矫直处理。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。