专利名称：轧管机芯棒的制作方法
技术领域：
本发明有关在芯棒上滚轧空心料坯的轧管机用芯棒。
这类型的芯棒用于管的热轧，尤其在所谓的复式轧管机(MPM-multiplepipemill)方法中，并可用于顶管法和连续轧管机(所谓的连续轧机机组)，在芯棒上滚轧空心料坯。(本文中空心料坯应理解为制管过程中的空心圆柱形中间产品)。芯棒头部可为圆形，或设一个同直径的牵引头。用相对横竖放置的若干轧辊对，将空心料坯的壁垫在芯棒上滚压。在全部辊轧作业中，随空心料坯活动的芯棒处在空心料坯中，由料坯及辊轧过程的温度加热。辊轧后将芯棒从空心料坯中抽出，冷却备用。随后作业中用另一已冷却的芯棒。
这种类型的滚轧空心料坯的芯棒，与另一种仅用于空心料坯在上面滚轧的牵引芯棒不同。那种芯棒轧机用的芯棒的直径小于牵引头，因此不与空心料坯接触，而不吸收径向辊轧力。
对于上述类型的芯棒，在其滚轧表面硬度，平直性，表面质量和不变形等，有很高的质量要求。在滚轧作业中，芯棒必须能抵抗大径向压力。芯棒的直径可达几十厘米，至今还是通过辊轧或锻造成为实心圆棒，表面经过处理(精加工并硬化处理)，钻出轴向孔供冷却剂通过。有要求的质量和长度(超过十米)的圆棒的生产及加工的费用很高。
本发明的目的，是提出一种经济，不变形，质轻而稳定的芯棒。
本发明的芯棒可达到上述目的。
发明涉及一种轧管机用的芯棒，用芯棒将空心料坯滚轧，该芯棒特点为至少有两根套放的管子。
套置管子最好是钢制。套置管之间最好用至少一个中间间隙径向分离，中间空间中放传力材料，将在外管上作用的滚压力传递至内管上，使外管受内管支持。并且，互相套置的管子最好同心，外管内径与内管外径的差别和传力材料的膨胀系数经选定，因此，在滚轧时由于在外管上作用的热造成管子的膨胀，和外管向传力材料传导的热造成传力材料的膨胀大致相同。
最好传力材料为热固性塑料，至少局部充填中间空间。最好传力材料是一种环氧树脂或呋喃树脂。最好在传力材料中掺入一种添加剂，对其导热性和/或膨胀系数起影响。最好添加剂为无机纤维或金属粉末。
最好外管的硬度及质量比内管高。最好外管高合金钢制造，最好是镍钢，内管用普通钢(tonnagesteel)。最好有一个冷却管放在内管或最内管中。最好有冷却通道在中间空间中，或至少在一个中间空间中。
从本发明可特别看到的一个优点，是制造芯棒的管子，可用壁厚相当薄的管子轧制，简单而经济生产。这里，外管可用有均匀结构的高质钢制造，内管可用不具特殊用途或质量的普通钢制造。外管的合金钢可选择，使之最适合表面加工和回火或淬火，并对高滚轧力显现高硬度。外管质轻便利对其外表面加工。
将套置的管子适当同心放置，至少用一个中间空间(环形间隙)在径向上隔离，其中放弹性传力材料，将在外管上作用的力向内管传递，使内管支持外管。芯棒的这种夹层结构的额外优点，是各管的刚度有累积的作用。中间空间的间隙宽和传力材料的膨胀系数最好经选定，使在滚轧时由于在外管上作用的热造成管子的膨胀，和外管向传力材料传导的热造成传力材料的膨胀大致相同，传力材料的弹性吸收夹层材料热膨胀时的剩余差异。对传力材料适当选择，使其膨胀系数为管材膨胀系数的一个倍数。
也可将管子在另一管子上收缩配合，从而在最高加热下和冷却后，互相不紧密套置，但其生产比夹层结构复杂而价昂贵。
可用诸如环氧树脂或呋喃树脂等热固性塑料作传力材料，加入一种或多种添加剂对膨胀系数值及导热性起影响。最好掺入诸如碳纤维或碳化硅纤维之类的无机纤维，或如铁粉或钢粉之类的金属粉末，使用量有选择，以期一方面在内外管间不发生或最少地发生热变形，另一方面求得材料的良好粘滞性。
传力材料可以是热绝缘的弹性材料，因而没有热量，或仅有可忽略的量的热，从外管向内管传递。于是内管保持恒温，并对整个芯棒起机械稳定因素。
与内管比较，外管最好有高表面硬度和质量。壁厚适当选择，有足够的大小，永远保持内表面温度约在作传力材料的热固性塑料的分解温度(玻璃化转变温度)以下有足够公差。
外管可用高合金钢制造，最好用高硬度铬合金钢，内管用低价普通钢，例如St-37钢，为提高表面硬度，外管可包覆硬质层，最好用铬包层。
内管或最内管可将其前端封闭，其后端敞开，为了进行冷却，冷却剂管路可从管的空间中通过，将冷却剂输送到内管前端，从内管前端再流向后端，同时冷却内管的内壁。
在另一实施方案中，冷却通道处在管子之间的中间空间中。例如，可将细小的冷却管插入中间空间，中间空间可用热固性塑料密封。
现对本发明芯棒实施方案，以附图
作基础详细叙述如下图中简示本发明芯棒的剖视图，有辊子座处于通常的将空心料坯滚轧的状态。
芯棒1有外管2及与外管同心的内管3。在两管2及3之间有环形间隙4，作充注一种塑料的中间空间。用互相相对的横卧及直立的工作辊6及7，将空心料坯5压在芯棒1上。芯棒1的滚轧方向上的前端封闭。
芯棒1的外管2为高合金钢滚轧管，最好为铬合金钢管。合金可增高硬度。管的外表面镀铬，使之尽可能坚硬而光滑，在喂送时有决定作用。外管2的坚硬而光滑的表面在滚轧作业中减少磨损。管壁厚举例为25mm。
内管3也是滚轧管，用低价的普通钢，诸如ST-37钢。内管的目的如下所述，利用环形间隙4中的塑料作传力材料，支持外管2。对于内管3的材料，除要求有作支持的机械坚固性外没有其它要求。壁厚举例为20mm。
环形间隙4宽度数毫米，如上面已说明，充满热固性塑料，牢实粘附外管2的内表面和内管3的外表面。从下面解说的原因可见，最好用一种环氧树脂，掺入无机纤维或金属粉末作添加剂。
内管3内一个冷却管9在芯棒1后端附近固定(方法未示)。冷却管9的终点，离心棒1前面几厘米。其前端开口，朝向前壁，后端上有一个冷却剂接头(未示)，和冷却剂循环(未示)的热交换器(未示)出口连接。冷却剂最好是水或油，在往前壁的方向在冷却管9中，并在冷却管9外壁与内管3的被冷却的内壁间流动。芯棒1的后端安装另一接头(未示)，用以将受热的回流冷却剂送入热交换器(未示)。
制造芯棒1时，可将外管及内管2及3同心垂直套置，环形间隙4在两者其间，其下端可液密密封。然后在环形间隙4中充填热固性塑料，而添加剂可随意掺入。充填操作可将热固性塑料，例如浇铸或注射进行。热固性塑料固化，插入冷却管9，芯棒1即可使用。
滚轧时，外管2外侧与空心料坯5热的内侧(约1200℃)紧密接触，由于管材的导热率和热容量外管2的内壁温度上升(约达200℃，最高达500℃)，而显然低于约400℃的外管2的内壁附近热固性塑料分解温度(玻璃转变温度)。在下一次滚轧作业开始前，将芯棒1再冷却(约为90℃)。
在滚轧阶段的加热及冷却循环中，和中间储藏阶段，外管2外表面的温度变化约摄氏数百度(约在780°及880℃之间)，内侧温度取决于壁厚及滚轧时间(数秒钟)，变化约大于二百度(在200°至350°和80℃之间)。与之对比，内管3的温度，由于热固性塑料的导热性很小，并且环形间隙4仅为数毫米，温度几乎恒定(大约是80℃至150℃)。
由于温度几乎恒定，内管3尺寸大致恒定，而外管2的纵向及径向尺寸变化相当大，使环形间隙4的高度也相应变化。利用前述添加剂调节热固性塑料的膨胀系数，使热固性塑料在其可达到的温度的热膨胀范围内，永远完全填满环形间隙4。掺添加剂的热固性塑料的膨胀系数，比钢的膨胀系数大一个倍数。膨胀误差由热固性塑料的弹性平衡。添加剂用量经选定，适宜在重量的10%至70%之间，最好为重量的40%至50%之间，添加剂的量增加使粘滞性增高，添加剂的上限决定于最大容许粘滞性。
外管2的壁厚经选定，因而在滚轧作业中，与环形间隙4中机械性较软热固性塑料比较，有足够的机械刚性，硬度，和抗弯形能力，也就是将相当高的辊6及7的表面压力，传递到热固性塑料的足够大表面上。并且厚度还要求能将热从管2的外侧向内侧传导，使内侧上的温度永远保持在热固性塑料的分解温度(玻璃转变温度)以下有足够的公差。但选用足够的薄壁，使外管2可通过滚轧经济生产而有良好质量。
内管3的壁厚取决于必须由芯棒1吸收的最大径向滚轧力。在外管2上作用的滚轧力，用热固性塑料作传力材料，向内管3传递，力的传递如上述，可保证在全部温度范围内进行。管2及3共同吸收滚轧力。环形间隙4不充满时，外管2可能弯曲，便不可能令人满意的滚轧。
滚轧管的质量尤其决于其平直性，于是取决芯棒的平直性及无热变形性能。用标准实心芯棒便可做到无变形，然而需付出大代价(保证全部芯棒材料的均匀结构，均匀冷却及回火)。局部不对称径向加热或冷却时，和在实心坚硬芯棒中一样，造成外管2中的热应力，热应力包括径向应力，切向及轴向应力。径向应力与切向及轴向应力比较，尤其在内外表面上有温度变化的管中，径向应力很小，在侧表面上切向及轴向应力达到峰值。如仍不对称，则切向及轴向应力导致管或芯棒的变形，材料成分或不均匀加热或冷却的最小差异，可能导致不对称。出乎意料的是本发明的芯棒1，比标准型实心芯棒有相当大的变形稳定性。这效果可归功于本发明的芯棒1，其内管3因热固性塑料层热绝缘，在全部滚轧和随后的冷却储藏循环中几乎保持温度稳定。由于生产方法，外管2质地均匀，于是在很大程度上无变形，但即使发生不均匀冷却或加热，稳定的内管3可消除外管2上可能产生的变形力。但在相同的条件下，标准芯棒将发生很大的变形。
如上面已解说，芯棒1上的滚轧力由外管及内管2及3吸收。并且，除有可能变形外，单管由于不能通过滚轧生产要求的壁厚故不能使用。用滚轧产生的管子作芯棒1的优点，是芯棒可经济产生有要求的均匀性和表面质量。
也可使用若干管而不用两根管2及3，相邻管间用环形空间隔离，其中充填热固性塑料。用两根以上的管子的优点，是可用较薄壁的管子，薄壁的生产甚至更简单而经济，但缺点是芯棒生产费用增加，外管的间隙中，需用有高温度稳定性热固性塑料。
不用冷却管9，还可在管3中，在热固性塑料中埋入若干细管。不用这些管子而使内管的形状在表面上有胶粘或焊接的突耳，当插入外管2和以后加衬时，形成作冷却剂循环的空间。
环形空间4中可不填充热固性塑料而注入液体。可用弹性突耳支持管子，环形空间的两端液密密封。可将一个原料容器与环形空间连接。可选择弹性力，使之至少有力支持各管子的重量。滚轧时用这液体传力。
管子间的间隙可不填充，而互相收缩配合。收缩配合从最内管开始，然后，用稍高于运转温度的温度加热下一管，套在里面的一根管子上。然后将其冷却。完全冷却后将下一个外侧管加热并套上。但收缩配合的管制造的芯棒的缺点，是各管间不互相热绝缘。生产费用也非常昂贵，因为套上的管子表面必须精确加工，对长度大的管子便极为困难而昂贵。
权利要求
1.在芯棒上滚轧空心料坯(5)的轧管机用的芯棒(1)，其特征在于芯棒(1)由至少两根管子(2，3)套放构成。
2.根据权利要求1所述的芯棒(1)，其特征为两套放的管用钢制造。
3.根据权利要求2所述的芯棒(1)，其特征为至少用一个中间空间(4)，将互相套放的管子互相径向分隔，空间中放置传力材料，传递在外管(2)或内管(3)上作用的力，从而用内管(3)支持外管(2)。
4.根据权利要求3所述的芯棒(1)，其特征为管(2，3)互相同心套放，外管内径与内管外径的差异，以及传力材料的膨胀系数大小经选定，从而通过传力材料的膨胀，将滚轧时作用在外管(2)和从外管向传力材料传导的热造成的管(2，3)膨胀的变化平衡。
5.根据权利要求3所述的芯棒(1)，其特征为传力材料为热固性塑料，至少充填中间空间(4)的一部分。
6.根据权利要求4所述的芯棒(1)，其特征为传力材料为热固性塑料，至少充填中间空间(4)的一部分。
7.根据权利要求3所述的芯棒(1)，其特征为传力材料为环氧树脂或呋喃树脂。
8.根据权利要求5所述的芯棒(1)，其特征为传力材料为环氧树脂或呋喃树脂。
9.根据权利要求8所述的芯棒(1)，其特征为传力材料中掺入添加剂，影响其导热和/或膨胀系数。
10.根据权利要求9所述的芯棒(1)，其特征为传力剂为无机纤维或金属粉末。
11.根据权利要求10所述的芯棒(1)，其特征为外管(2)与内管(3)比较，有较高的外部硬度和质量。
12.根据权利要求11所述的芯棒(1)，其特征为外管(2)用高合金钢制造，最好用镍钢，内管(3)用普遍钢制造。
13.根据权利要求12所述的芯棒(1)，其特征为有冷却管(9)放在内管或最内管(3)内。
14.根据权利要求3所述的芯棒(1)，其特征为中间空间中，或至少一个中间空间中有冷却通道。
15.根据权利要求10所述的芯棒(1)，其特征为中间空间中，或至少一个中间空间中有冷却通道。
16.根据权利要求1中所述的芯棒(1)，其特征为互相套放的管(2，3)用至少一个中间空间(4)互相分隔，空间中放传力材料传递在外管(2)或内管(3)上的力，从而内管(3)支持外管(2)。
17.根据权利要求1中所述的芯棒(1)，其特征为外管(2)与内管(3)比较，有较高的外部硬度和质量。
18.根据权利要求1中所述的芯棒(1)，其特征为外管(2)用高合金钢制造，最好用镍钢，内管(3)用普通钢制造。
19.根据权利要求1所述的芯棒(1)，其特征为有一根冷却管(9)放在内管或最内管(3)中。
全文摘要
轧管机用的芯棒，将空心料坯在芯棒上滚轧，芯棒用套放的管(2，3)制造。管(2，3)间的中间空间中充填热固性塑料，塑料膨胀系数经选定，即使管(2，3)间的温度差异，热固性塑料完全填满中间空间环形间隙。
文档编号B21B25/00GK1040747SQ8910696
公开日1990年3月28日 申请日期1989年8月25日 优先权日1988年8月31日
发明者弗朗西斯·费希尔, 让-保罗·卡尔米斯, 阿伦·克龙 申请人:隆扎甘普尔-瓦莱斯(方向.巴塞尔)有限公司