一种用于无缝钢管冷轧机进给回转机构的芯棒卡盘装置的制作方法

1.本实用新型涉及钢铁冶金机械生产设备领域，尤其涉及一种应用于生产无缝钢管的两辊周期式无缝钢管冷轧机进给回转机构中的芯棒卡盘装置。


背景技术：

2.无缝钢管是常见的冶金金属制品。无缝钢管冷轧技术因其轧制精度高、速度快、产能大、成材率高，易于生产组织与工艺技术调整等特点，目前已成为无缝钢管生产制备加工的主要方式。
3.无缝钢管冷轧生产设备根据轧辊数量分成两辊式、多辊式，其中两辊周期式冷轧管就是通过由顶头连同芯棒和孔型组成的变形工具，对坯料管进行常温冷态变形加工，因其结构紧凑、轧制力大、产能高等特点，是应用最为广泛的无缝钢管冷轧机。
4.两辊周期式冷轧管机是目前常用的无缝钢管冷轧设备，主要由进给回转机构、轧制机构、传动机构、芯棒回转机构、床身支承机构、授料落料机构和液压系统、工艺润滑系统、电气自动化控制系统、气动系统和辅助机构等组成。其中进给回转机构由芯棒卡盘装置、芯棒微调装置、转角输入及输出装置、进给与回转凸轮装置、蜗轮(蜗杆)杆副、进给摆杆装置、箱体及液压、润滑系统等组成，成套安装在进给回转齿轮箱体中，其使用功能就是将主电动机输出的动力，分解成为无缝钢管轧制中的水平进给运动和同步旋转运动，输出无缝钢管轧制变形所需要的进给(即水平方向位移)和回转(即径向旋转)的同步运动，减速变向后输出相应的矢量动能。
5.现有技术下的芯棒卡盘装置主要由主轴、旋转套筒、卡头、定位座等部件组成，全长约2m，呈细长型结构，其中主轴是一细长型空心轴，卡头由导筒、支承导套、滚动轴承、定距环、端盖、卡爪块体、拨叉摆杆等元件组成，旋转套筒由筒体、滚动轴承、齿轮、定距环、支承环等元件组成，定位座由齿轮、滚动轴承、滑动座等元件组成；卡头和旋转套筒、定位座依次定向安装在主轴上，由卡头外侧的拨叉摆杆连接液压缸，通过液压缸的活塞杆水平往复运动，带动卡头在主轴上水平往复位移，实现芯棒卡爪块体的打开与闭合功能；通过定位座与芯棒微调机构连接，实现芯棒轴向调整的功能。其中卡爪块体打开状态就是为芯棒及其包覆在其外圆周表面的无缝钢管提供进入中间床身的通道，卡爪块体闭合就是锁定芯棒，防止芯棒水平方向的逃逸并带动芯棒旋转。
6.而在生产实践中，无缝钢管的冷轧变形加工运动过程主要由管坯的水平运动和旋转运动组成，在冷轧变形加工中，水平运动是主运动，旋转运动是副运动，两者均为间歇式运动，且是在工作机架处于机座内最前和最后两个工位时，同时启动和同时停止。其中：水平运动是间歇式直线运动，由进给回转机构通过三线丝杠输出动力，带动进给卡盘向前(即轧制机构方向)运行推动管坯，从头至尾的将整支管坯进行轧制，其功能就是变径或减径，将坯料管的外径、内径、壁厚经过变形加工成为符合技术精度要求的尺寸，水平运动的数值就是管坯轧制的进给量。旋转运动是间歇式同步回转运动，由进给回转机构一方面将旋转动力传递给芯棒回转机构，通过前后两处卡盘对管坯的夹持力，将管坯根据设定的参数做
间歇式的旋转运动；另一方面通过进给回转齿轮箱体内部的芯棒卡盘装置，锁紧并带动芯棒及其安装在芯棒最前端的顶头，做同步回转运动，其功能就是保证无缝钢管轧制变形加工中的同轴度，旋转运动的数值就是管坯轧制的回转量。因此，根据进给回转机构的工况结构与功能而言，芯棒卡盘装置主要承担芯棒锁定与同步旋转功能，也是进给回转机构中通过芯棒(即顶头)为载体直接参与轧制变形的唯一装置，其运行稳定性不仅影响到进给回转机构的输出精度，而且直接影响到轧制机构的运行状态。
7.对于芯棒卡盘装置而言，卡头的运行稳定性是影响整套芯棒卡盘装置的难点。卡头内部安装等分安装三组卡爪块体和支承套等，外侧安装有滚动轴承、拨叉摆杆等元件，既要在液压缸的带动下实现水平往复运动，又要在旋转套筒的带动下做同步旋转，而且通过三组卡爪块体实现对芯棒的锁定和带动功能。因此，在生产实践中，卡头是芯棒卡盘装置的主要故障点，其中卡头套筒的滞涨是现场最难解决的设备故障。所谓卡头套筒滞涨，就是导筒在主轴上水平位移异常，液压缸无法带动其水平移动。究其原因主要是导筒重量较大，约150kg，内外又装配有多种元件，总重量超过300kg，每轧制一支管坯就需要卡头套筒在主轴上水平位移两次。而导筒与主轴的间隙配合公差控制在0.05～0.08mm之间，一旦导筒磨损就会因重量结构的不平衡产生前倾现象，端部犹如铲刀刮削主轴外圆周表面，产生筋条状毛刺，最终造成卡头套筒在主轴上的滞涨与嵌顿故障。故障处置需要打开进给回转齿轮箱体，更换卡头等磨损失效件，耗工费时停机时间长，一般停机时间需要三个工作日。
8.而经过处置后的芯棒卡盘装置并未从源头上消除故障隐患，经过一定时间使用后，仍会出现滞涨嵌顿故障，因此需要对现有的芯棒卡盘装置进行结构优化，从源头上消除因卡头套筒倾斜而产生的设备故障隐患，促进设备功能精度建设。
9.经过检索，最为近似的专利号为zl200920214003.x的“一种冷轧管机的送进卡盘装置”，但其本实用新型不同，本实用新型是安装在进给回转机构箱体内，在无缝钢管轧制时起到对芯棒的支承与固定以及同步旋转功能。而“一种冷轧管机的送进卡盘装置”安装在进给回转机构前侧的床身上，功能为推动无缝钢管管坯匀速进入轧制机构变形加工，两者结构、安装部位、使用功能完全不同。


技术实现要素：

10.为了解决现有技术下的种种问题，本实用新型提供了一种用于无缝钢管冷轧机进给回转机构的芯棒卡盘装置，本实用新型针对现有的两辊周期式无缝钢管冷轧机进给回转机构中芯棒卡盘装置的技术改进，其设计合理，结构紧凑，耐磨且对主轴接触面损伤小，不破坏原有配合精度，且支承作用持续稳定，并可通过定期更换支承环，始终保证主轴与卡头套筒之间保持合理的运动间隙，安全可靠、实用高效，满足了无缝钢管冷轧产线有序生产的要求，具有一定的消故降本促生产作用，促进功能精度建设，另外本实用新型通用性强，对目前类似的两辊周期式无缝钢管冷轧机进给回转机构中的芯棒卡盘装置改进，具有一定的借鉴、应用价值。
11.本实用新型的一种用于无缝钢管冷轧机进给回转机构的芯棒卡盘装置，其具体结构如下所述：
12.一种用于无缝钢管冷轧机进给回转机构的芯棒卡盘装置，包括由定位座固定位置的主轴，其特征在于：
13.所述的主轴的中部位置套接有一旋转套筒，而在主轴前段位置处则设置有一芯棒卡盘装置组件，通过该芯棒卡盘装置组件将主轴轴向定位并锁固。
14.根据本实用新型的一种用于无缝钢管冷轧机进给回转机构的芯棒卡盘装置，其特征在于，所述的芯棒卡盘装置组件包括支承导套、卡爪块、卡头套筒、滑动座、滚动轴承、拔叉摆杆、定距环和支承环，其具体为，主轴前段位置处套接设置了卡头套筒，将圆柱形套筒状的支承导套从主轴前段的端部位置处定向安装在卡头套筒前段内部的主轴上，卡爪块则装配在卡头套筒的t型槽内，滑动座设置在卡头套筒的后段位置，滑动座内设置有滚动轴承，且该滑动座的下部设置有拔叉摆杆，该拔叉摆杆连接了液压缸，而在卡头套筒后段的端部筒身上套接设置有定距环，通过该定距环将卡头套筒、支承导套、滑动座的位置限位固定，支承环为一同心异径台阶孔的圆环，支承环装配在卡头套筒的后段端部上。
15.通过本设计将符合相应轧制规格要求的支承导套定向安装在卡头套筒前段内部的主轴上，最后将符合主轴外径要求的卡爪块定向装配在卡头套筒的t型槽内固定，这样就完成了芯棒卡盘装置的线上装配，可投入无缝钢管冷轧生产，不同规格的无缝钢管可通过更换支承导套和卡爪块实现主轴的锁固功能。
16.另外，设计关键点之一的支承环起到了轴向定位和支承的作用，使得卡头套筒持续稳定，且可通过定期更换支承环，始终保证主轴与卡头套筒之间保持合理的运动间隙，耐磨且对主轴接触面损伤小，满足了无缝钢管冷轧产线有序生产的要求。
17.根据本实用新型的一种用于无缝钢管冷轧机进给回转机构的芯棒卡盘装置，其特征在于，所述的卡头套筒分为前段和后段，均为圆柱形，前段的端部开设有3处呈等间隔120
°
圆周分布的且设置有向内倾斜45
°
导向角的t型槽，后段通过连接螺栓与前段连接在一起，形成一套筒式结构，卡头套筒的前段外径大于后段外径，而卡头套筒的前段内径和后段内径相同。
18.卡头套筒的前段外径较大，用于设置向内倾斜45
°
导向角的t型槽，后段则为定位段，通过定距环将位置限位固定。
19.根据本实用新型的一种用于无缝钢管冷轧机进给回转机构的芯棒卡盘装置，其特征在于，所述的卡爪块共有三个，其具体形状为底部为锯齿状、顶部斜面上加工有油槽的t型楔形块，卡爪块分别呈等间隔120
°
圆周分布式的装配在卡头套筒的三处t 型槽内，且卡爪块与t型槽相互契合，将支承导套、卡头套筒和主轴固定在一起。
20.不同的主轴可通过不同高度、大小的卡爪块进行匹配，同步调整来满足不同规格主轴的锁固功能。
21.使用本实用新型的一种用于无缝钢管冷轧机进给回转机构的芯棒卡盘装置获得了如下有益效果：
22.1.本实用新型的一种用于无缝钢管冷轧机进给回转机构的芯棒卡盘装置可以根据芯棒卡盘装置各元件的布局与使用功能要求，优化调整卡头套筒与主轴间合理配合间隙，且可通过支承环起到支承作用，防止卡头套筒的前倾作用持续稳定，并可通过定期更换支承环，始终保证主轴与卡头套筒之间保持合理的运动间隙，另外，铜制合金支承环通过环形槽实现轴向定位，耐磨性能好且对主轴接触面损伤小，不破坏配合精度，避免筋条毛刺产生；
23.2.本实用新型的一种用于无缝钢管冷轧机进给回转机构的芯棒卡盘装置设计合
理，结构紧凑，安全可靠、实用高效，满足了无缝钢管冷轧产线有序生产的要求，具有一定的消故降本促生产作用，促进功能精度建设；
24.3.本实用新型的一种用于无缝钢管冷轧机进给回转机构的芯棒卡盘装置通用性强，通过调整支承环几何尺寸，可适用于目前广泛使用的各型号两辊式无缝钢管冷轧机，对目前类似的两辊周期式无缝钢管冷轧机进给回转机构中的芯棒卡盘装置的改进，具有一定的借鉴、应用价值。
附图说明
25.图1为本实用新型的一种用于无缝钢管冷轧机进给回转机构的芯棒卡盘装置的具体结构示意图；
26.图2为本实用新型的一种用于无缝钢管冷轧机进给回转机构的芯棒卡盘装置的具体实施效果图；
27.图3为本实用新型的一种用于无缝钢管冷轧机进给回转机构的芯棒卡盘装置的卡头套筒(前段)的具体结构示意图；
28.图4为本实用新型的一种用于无缝钢管冷轧机进给回转机构的芯棒卡盘装置的卡爪块的具体结构示意图。
29.图中：1
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主轴，2
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定位座，3
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旋转套筒，a
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芯棒卡盘装置组件，a1
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支承导套，a2
‑ꢀ
卡爪块，a3
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卡头套筒，a4
‑
滑动座，a5
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滚动轴承，a6
‑
拔叉摆杆，a7
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定距环，a8
‑
支承环，a21
‑
油槽，a31
‑
t型槽。
具体实施方式
30.下面结合附图和实施例对本实用新型的一种用于无缝钢管冷轧机进给回转机构的芯棒卡盘装置做进一步的描述。
31.实施例
32.以某钢铁公司钢管厂，在无缝钢管冷轧产线上的lg
‑
220h和lg
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150h、lg
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110h、 lg
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60h、lg
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30h等型号两辊周期式无缝钢管冷轧机上使用本实用新型的一种用于无缝钢管冷轧机进给回转机构的芯棒卡盘装置，用于镍基合金和双相不锈钢无缝管冷轧生产变形加工。
33.如图1～图3所示，一种用于无缝钢管冷轧机进给回转机构的芯棒卡盘装置，包括由定位座2固定位置的主轴1，该主轴的中部位置套接有一旋转套筒3，而在主轴前段位置处则设置有一芯棒卡盘装置组件a，通过该芯棒卡盘装置组件将主轴轴向定位并锁固。
34.芯棒卡盘装置组件a包括支承导套a1、卡爪块a2、卡头套筒a3、滑动座a4、滚动轴承a5、拔叉摆杆a6、定距环a7和支承环a8，其具体为，主轴1前段位置处套接设置了卡头套筒，将圆柱形套筒状的支承导套从主轴前段的端部位置处定向安装在卡头套筒前段内部的主轴上，卡爪块则装配在卡头套筒的t型槽a31内，滑动座设置在卡头套筒的后段位置，滑动座内设置有滚动轴承，且该滑动座的下部设置有拔叉摆杆，该拔叉摆杆连接了液压缸，而在卡头套筒后段的端部筒身上套接设置有定距环，通过该定距环将卡头套筒、支承导套、滑动座的位置限位固定，支承环为一同心异径台阶孔的圆环，支承环装配在卡头套筒的后段端部上。
35.本实施例中，支承导套的材质为q235a，热处理调质加工hb229～269为宜，滑动座的材质为q235a，热处理调质加工hb220～255为宜。
36.卡头套筒a3分为前段和后段，均为圆柱形，前段的端部开设有3处呈等间隔120
°
圆周分布的且设置有向内倾斜45
°
导向角的t型槽a31，后段通过连接螺栓与前段连接在一起，形成一套筒式结构，卡头套筒的前段外径大于后段外径，而卡头套筒的前段内径和后段内径相同。
37.本实施例中，卡头套筒的材质为42crmo，热处理调质加工hb262～302为宜，卡头套筒呈圆柱形结构，在卡头套筒的前段的端部平面上按照三等分加工t型槽，t型槽由外而内倾斜45
°
，目的是与卡爪卡相匹配。
38.卡爪块a2共有三个，其具体形状为底部为锯齿状、顶部斜面上加工有油槽的t 型楔形块，卡爪块分别呈等间隔120
°
圆周分布式的装配在卡头套筒a3的三处t型槽 a31内，且卡爪块与t型槽相互契合，将支承导套、卡头套筒和主轴固定在一起。
39.本实施例中，卡爪块的材质为42crmo，热处理调质加工hb229～269为宜，其底部锯齿等分加工4～5个，顶部斜面上则加工有油槽。
40.本实用新型的一种用于无缝钢管冷轧机进给回转机构的芯棒卡盘装置在现场装配时的具体过程如下：
41.将整套本实用新型的一种用于无缝钢管冷轧机进给回转机构的芯棒卡盘装置安装在进给回转机构箱体上部，具体位置为由定位座2将主轴1末端固定在该箱体上，旋转套筒3与芯棒微调装置连接，通过拔叉摆杆a6连接液压缸，此后紧固进给回转机构箱体的上盖，再将符合相应轧制规格要求的支承导套a1从主轴前段的端部位置处定向安装在卡头套筒a3前段内部的主轴上，然后将符合主轴外径要求的三块卡爪体a2定向装配在卡头导筒的三处t型槽a31内固定，最后顺序装入定距环a7和支承环a8，确认各部件定位且紧固，这样就完成了芯棒卡盘装置的线上装配上机安装就位，可投入无缝钢管冷轧生产，而不同规格的无缝钢管可通过更换支承导套和卡爪体实现芯棒的锁固功能。
42.本实用新型的一种用于无缝钢管冷轧机进给回转机构的芯棒卡盘装置可以根据芯棒卡盘装置各元件的布局与使用功能要求，优化调整卡头套筒与主轴间合理配合间隙，且可通过支承环起到支承作用，防止卡头套筒的前倾作用持续稳定，并可通过定期更换支承环，始终保证主轴与卡头套筒之间保持合理的运动间隙，另外，铜制合金支承环通过环形槽实现轴向定位，耐磨性能好且对主轴接触面损伤小，不破坏配合精度，避免筋条毛刺产生；本实用新型设计合理，结构紧凑，安全可靠、实用高效，满足了无缝钢管冷轧产线有序生产的要求，具有一定的消故降本促生产作用，促进功能精度建设；本实用新型通用性强，通过调整支承环几何尺寸，可适用于目前广泛使用的各型号两辊式无缝钢管冷轧机，对目前类似的两辊周期式无缝钢管冷轧机进给回转机构中的芯棒卡盘装置的改进，具有一定的借鉴、应用价值。
43.本实用新型的一种用于无缝钢管冷轧机进给回转机构的芯棒卡盘装置适用于各种型号的无缝钢管。