专利名称：高速多线轧管机的制作方法
技术领域：
本发明属于金属管轧制领域。
在现有技术中，生产中、小口径金属管的周期式轧管机中，较典型的有周期式二辊冷轧管机和热轧皮尔格轧管机。热轧皮尔格轧管机虽已不多用，但冷轧皮尔格轧管机仍广为应用。
周期式二辊冷轧管机的典型结构形式为机架往复移动，推动两个轧辊象车轮一样，一边往复平移，一边转动(两轧辊方向相反)，以辗压内部装有芯棒的管坯的方式进行轧制。这种轧管机机架刚度高，轧辊孔型为变断面孔型。因此，一次减径量、减壁量都较大；但机架笨重，运动部件质量大，转动惯量大，不利于机组速度的提高。机架固定式周期式二辊冷轧管机的出现，虽然在结构形式上机架固定，但轧辊仍作往复平行移动或摆动。虽然可使机架重量减轻，但轧机结构仍复杂，且芯棒受到的阻力大；摆动式轧机，轧辊摆动，轧机的轧制力也偏大。
现有的多线式周期式轧管机是用一台机组同时轧制几根管子，以期提高生产效率，但总制力大大提高，主电机功率明显加大；同时，为保证机头有足够的强度和刚度，机头的重量也相应地大大增加；轧辊轴刚度也受到一定的限制；加之，调整轧辊孔型较困难等因素，故轧制速度比较低，产品质量不高，只能用于开坯和生产φ80mm的管坯(US3308643)。
另一种新型的多线式二辊周期式轧管机，为了减小输入功率，将轧制角错开，但空行程角还布置在同一角度上，未能充分利用电机功率，生产效率仍较低(US3650138)。
本发明的目的在于提供一种节能型高速多线轧管机。
针对上述目的，本发明把高速、多线、环孔型结合在一起，采用变断面孔型的、一次减径减壁量均很大的方案，在周期式二辊轧管机的基础上，提出了新结构的二辊式轧管机。其主要技术方案如下(1)轧机机架固定不动，轧辊除绕自身轴线做整周回转外，不作移动。
(2)芯棒和管坯通过各自的同步卡头，由曲柄滑块机构带动，在导轨上往复平行运动；管坯和芯棒同步卡头由回转送进箱进行送进，回转送进箱在送进管坯的同时，还使管坯绕芯棒轴线转动一个角度。管坯送进和转角在空行程角度上进行。
(3)轧辊采用变截面半周轧槽孔型，孔槽的角度比现有常用的孔槽角度大，孔槽的半径逐渐变小，孔槽最大半径稍大于来料管坯的半径，最小半径等于或小于轧成的成品管半径，一组轧辊配成一个园形孔型，以相同的速度和相反的方向旋转。
(4)每根轧辊轴上装有两个以上的轧辊，即上下轧辊轴上装配两对以上的带孔型的轧辊，形成两组或两组以上的孔槽，一组孔槽布置在其余组孔槽的空行程角度上。如两组孔槽时，孔槽角度互为180°，轧辊交替轧制两支管坯；若三组孔槽(一根轧辊轴上装配三个轧辊)，则孔槽角度互为120°；n组孔槽时，孔槽角相差2π/n，π为180°。
(5)轧辊旋转方向与喂料方向相反，即轧制方向与管坯送进方向相反，但送进和管坯的旋转是在轧槽的空行程角度内进行的。为使芯棒和管坯的运动能符合轧制节奏，轧机与带动芯棒和管坯往复平移及送进机构，以及管坯转角机构都是用同一电机驱动，也可采用机械或电气的同步控制方式。
(6)为使芯棒和管坯的送进速度一致，管坯和芯棒卡头均采用内有双向弹簧的柔性机构。
(7)为使管坯送进量和转角准确，由卡紧控制器控制。
本发明将高速、多线、长行程、环孔型和节能等综合在一起，具有提高轧制精度、降低主电机功率、提高轧机生产率、提高轧机产量等特点。
与现有技术相比，本发明具有如下优点(1)固定机架，轧辊只绕自身轴线转动，故提高轧机的刚度，同时也提高了轧制精度。若轧辊辊径加大及配置四辊式轧辊装置，不但可以提高一次送进量，提高生产效率，同时可以实现大、中口径的管材双线轧制。
(2)在两对轧辊孔型交替轧制，完成管材塑性变形的轧制过程中，叠加轧制力始终不超过单孔型的最大轧制负荷；同时，管坯和芯棒及与其相连的同步卡头运动部分的重量比现有做往复运动的机头重量大大减轻，致使本发明主电机功率消耗明显降低，即用现有单线轧管机的电机功率可完成双线轧制。
(3)本发明实行环孔型轧制，变断面孔型的轧制长度可增加25%，每道次轧制送进量可提高；同时，由于运动部分重量轻，可提高轧制次数20%，其生产效率比单线式轧机提高2.8左右。
(4)实现了正行程轧制，消除了现有单线轧管机的返行程产生很大轴向力的缺点，可以生产精度比较高的薄壁管。
(5)本发明轧辊孔型的回转送进角β比现有轧机的环孔型可利用的送进角增加5倍以上。因此，回转送轧时间也相应增加，从而使回转送轧机构简化，总重量比现有单线轧管机减少1/5，从而降低了轧机的造价。
(6)本发明轧机的结构简单，操作调整及维护方便。
现结合附图及实施方法对本发明作进一步说明。
图1为本发明高速多线轧管机的整体结构示意图。
图2为两组轧辊时孔槽结构布置示意图。
图3为本发明轧制方法原理图。
图4A为同步卡头正视结构示意图。
图4B为同步卡头俯视结构示意图。
图5为卡紧控制器结构示意图。
图6为回转送进箱结构示意图。
图7为位移工作机、曲柄滑块机构和回转送进箱之间的连接结构示意图。
图1中，1为轧管机机架，2为导轨，3为管坯同步卡头，4为芯棒同步卡头，5为卡紧控制器，6为快速返回机构，7为回转送进箱，8为曲柄滑块机构，9为位移工作机，10和15为减速器，12为长轴，13为主电机，11和14为园锥型减速器，16为集中润滑站，17为液压站，18为芯棒。
其中，机架1固定不动，机架1上装有一对轧辊轴28和36，轧辊轴通过轴承座装于机架1中，每根轧辊轴上装有两个或两个以上带孔槽的轧辊。轧辊绕自身轴线旋转；管坯同步卡头3和芯棒同步卡头4置于导轨上，并可在导轨2上往复移动；导轨数与轧辊组成的孔槽数相对应；相对于轧辊上的两个或多个孔槽，则有两条或多条导轨；相应的管坯同步卡头3、芯棒同步卡头4、卡紧控制器5、快速返回机构6、回转送进箱7和曲柄滑块机构8都有两套或多套，与孔槽数对应。
卡紧控制器5装配在导轨2的侧面、芯棒同步卡头4的轴承座45上；回转送进箱7经链轮96和链条97与芯棒同步卡头4相连，曲柄滑块机构8经摇杆102、摆杆103、连杆104和推杆101与回转送进箱7相连；主电机13的两个输出轴，一端经减速器14、15连接于轧管机的轧辊轴，另一端经长轴12和减速器10、11与位移工作机9相连；位移工作机9通过飞轮100与曲柄滑块机构8相连；管坯同步卡头3和芯棒同步卡头4分别通过支架54、螺母56、轴承57和多线丝杆及接长轴55与回转送进箱7相连，并经支承板46和支架54与导轨2相连。
图2和图3中，18为芯棒，19为管坯，21、35、27、29均为轧辊轴承座，22、34、26、30均为紧固轧辊孔型的螺母，23、33、25、31均为轧辊，24、32均为分配力矩的园柱齿轮，28、36为轧辊轴。轧辊轴28经连轴器与主电机减速器15相连，并经主传动齿轮32和24驱动轧辊轴36。轧辊轴上相邻轧辊(如轧辊23与轧辊25)的孔槽角度相差2π/n(n为轧制线数，如两线或多线)；轧辊33与轧辊31的孔槽角度同样相差2π/n。α为轧辊孔型的变断面轧制角，β为回转送进角。通常，α＞β，且α+β=360°。
图4A、图4B中和图5中，41为外套筒，42为前弹簧，43为内套筒，44为卡盘，45为轴承座，46为支承板，47为管坯入口咀，48为后弹簧，49为外环，50为大齿轮，51为小齿轮，52为转角光轴，53为卡紧光轴，54为支架，55为多线丝杆及接长轴，56为螺母，57为轴承，58为隔套，59为小链轮，97为链条，61为小轴支架，62为小轴，63为撞块卡紧方铁，64为撞块，65为拔叉，66为推杆，67为球铰摆杆，68为球铰直杆，69为卡紧光轴接手，70为转角凸轮，71为卡紧控制器卡舌，72为卡舌压紧弹簧，73为卡紧控制器压杆，74为卡紧控制器座。
其中，由卡紧光轴53、小轴支架61、小轴62、撞块卡紧方铁63、撞块64、拔叉65、推杆66、球铰摆杆67、球铰直杆68、卡紧光轴接手69、转角凸轮70、卡紧控制器卡舌71、卡舌压紧弹簧72、卡紧控制器压杆73和卡紧控制器座74组成卡紧控制器5。
外套筒41中装有前弹簧42和后弹簧48；弹簧42和48又套于内套筒43上；内套筒43经滑键与外套筒41相连；内套筒43的前端装有卡盘44，内套筒43中间有一凸台，凸台的两边装有两个隔套58；外套筒41又装配在装有滚动轴承的轴承座45上；外环49经螺钉固定于内套筒43上；轴承座45用螺钉固定在支承板46上，支架板46架于导轨2上；外套筒41的入口端装有管坯入口咀47，另一端有大齿轮50，两个轴承座45两侧均有滑动轴孔，其中装有转角光轴52和卡紧光轴53；链轮59用键固定于转角光轴52上，小齿轮51经键联于转角光轴52上；两芯棒同步卡头4的轴承座45上装有两套卡紧控制器5；小链轮59经链条97与链轮96相连；卡紧控制器5中的两个小轴支架61固定于两个轴承座45上，小轴62装于小轴支架61中，两块撞块卡紧方铁63固定在小轴62上，方铁上固定一块撞块；卡紧光轴接手69通过球铰直杆68、球铰摆杆67固定在导轨2上，球铰摆杆67的另一铰接点通过推杆66、拔叉65、也固定在导轨2上。转角凸轮70经滑键与卡紧光轴53相接，凸轮70前端与卡紧控制器压杆73接触，卡紧控制器压杆73一端铰接于卡紧控制器座74上，另一端插于卡紧控制器舌头71的孔中；卡紧控制器舌头71装于卡紧控制器的方孔中，舌头下面有卡舌压紧弹簧72，卡紧控制器座74固定于支承板46上，两卡舌71的中间夹着外环49。当卡紧控制器舌头71被压杆73压下时，外环49不限制内套筒43与外套筒41的相对移动；当卡紧控制器舌头71被压紧弹簧72顶起时，外环49限制内套筒43与外套筒41的相对移动。
管坯同步卡头3和芯棒同步卡头4通过内套筒43上面的凸台压紧前、后弹簧42和48。工作时，这两个弹簧起到缓冲作用，使管坯、芯棒与轧辊的运动速度协调一致。轧管时，由回转送进箱7的花键轴经多线丝杆及接长轴55推动管坯同步卡头或芯棒同步卡头往复平移。正行程时，两个卡头回退，卡头体撞块64将拔叉65拔动，使卡紧控制器卡舌71被转角凸轮70压下，外环49可自由出槽，前、后弹簧42、48即可工作，起到缓冲作用；反行程时，卡紧控制器卡舌71升起，外环49进入槽中，前、后弹簧42、48不起作用，这样可使送进量和转角准确。转角和送进运动均由回转送进箱7下部的二个输出轴95经链轮96驱动转角光轴52，实现管坯同步卡头体和芯棒同步卡头体的转动。送进运动是由多线丝杆55推动螺母驱动管坯同步卡头体实现的。管坯同步卡头的支架54中有一螺母56，芯棒同步卡头的支架54中有一轴承57，所以管坯可实现送进和转角，而芯棒没有送进运动。
在附图6中，81为小皮带轮，82为皮带，83为皮带轮，84为小齿轮，85为离合器，86为拔叉，87为油缸，88为花键轴，89为横位杆，90为超越离合器，91、95为轴，92、93为锥齿轮，94为大齿轮，96为链轮，97为链条，98为箱体。
快速返回机构6中的电机出轴上带有小皮带轮81，经皮带82联于回转送进箱7的皮带轮83，皮带轮83通过花键套与花键轴88相连，小齿轮84与花键轴88之间有滑动轴承；离合器85与小齿轮84脱开时，快速返回机构6中的电机就可驱动花键轴88旋转，再带动多线丝杆及接长轴55旋转，通过螺母56、支架54推动管坯同步卡头3在导轨2上快速前进或后退，实现操作中的辅助运动，此时，因离合器85脱开，小齿轮84不旋转，管坯和芯棒同步卡头3、4停止旋转。
在液压油缸87经拔叉86推动离合器85闭合状态下，当横位杆89被曲柄滑块机构8推动作往复运动时，因花键轴88与多线丝杆及接长轴55为固定连接，所以花键轴88与多线丝杆及接长轴55也作往复运动，以实现轧管的工作运动。曲柄滑块机构8同时也推动超越离合器90转动，再通过轴91带动锥齿轮92、93转动，与锥齿轮93同轴固定连接的大齿轮94再推动小齿轮84旋转，再经离合器85，使花键轴88旋转，使其带动多线丝杆及接长轴55转动，经螺母56推动管坯同步卡头3作送进运动。大齿轮94同时还通过轴95与链轮96相连，经链条97带动芯棒同步卡头4中的转角光轴52上的链轮59转动，通过转角光轴52上齿轮51和50，带动卡头体的外套筒41转动，再经滑键带动内套筒43和44卡盘转动，这样在实现管坯送进的同时，管坯和芯棒同时转动一个角度。
图7中，99为位移工作机的输入轴，100为输出轴上的飞轮，飞轮数目与孔槽数相同，101为推杆，102为摇杆，103为摆杆，104为连杆，105为轴承座，106为框架。飞轮100与曲柄滑块机构8相连。输入轴99与减速器10相连。
本发明高速多线轧管机的工作过程如下(见图3)轧制开始前，把管坯19从管坯同步卡头3的尾部送到待轧位置，锁紧芯棒18，调整芯棒位置，保证芯棒和孔型间处于轧制工艺要求的位置，并将芯棒尾部锁紧。管坯同步卡头3把待轧管坯后端锁紧后由多线丝杆正或反转动将管坯调整到轧制位置(前极限位置)，在调整结束后，启动主电机13。
轧制开始时，轧辊孔型的变断面轧制角α的位置正好位于咬入口位，管坯19和芯棒18位于前极限位置，由于工作轧辊23和33在主电机13的驱动下开始转动，管坯19在变断面孔型的辗压作用和芯棒18的反作用下开始减径和减壁，并沿轧制方向回退，在回退时产生后轴向力。同步卡头机构可消除回退时曲柄滑块机构8的滑块平移运动和轧制回退速度所产生的差速。这样在正行程轧制时，芯棒18和管坯19在轧辊20、同步卡头机构3、4及曲柄滑块机构8的共同作用下被轧制到后极限位置，即变断面孔型轧制角α位结束，完成一个正行程轧制。
一个正行程轧制结束时正好是管坯和芯棒的回转和管坯送进的开始，这一动作是在轧辊孔型已转到β角位的空槽区完成的。在β角的空槽内，轧辊孔型对管坯无轧制力。利用这一空槽的旋转时间，曲柄滑块机构8把管坯19和芯棒18由第一个正行程轧制后的后极限位置，推回到前极限的待轧位置。在往前推的过程中，管坯的转角、送进量和芯棒转角均已完成，再接着实现第二个正行程轧制，这样逐渐将其轧成成品管。当第一支管坯被轧制到极限位置时，管坯同步卡头3在多线丝杆55的作用下快速返回再重新装入另一支管坯，实南再次轧制。
上述过程为双线轧管的一个孔型的轧制过程，另一线的轧制过程和第一线轧制相同。
在轧制过程中，管坯19在导轨2上的往复平移是由曲柄滑块机构8经回转送进箱7的多线丝杆及接长轴55拉动同步卡头机构3、4完成的。管坯的转角也是由同步卡头机构完成的；管坯的送进是由曲柄滑块机构8经回转送进箱7驱动多线丝杆及接长轴55旋转后，使同步卡头机构3向前移动而完成的。
权利要求
1.一种高速多线轧管机，包括机架、轧辊、轧辊轴、导轨、芯棒和管坯同步卡头、芯棒、快速返回机构、回转送进箱、曲柄滑块机构、位移工作机、减速器、主电机，芯棒和管坯同步卡头置于导轨上，其特征在于A、机架(1)为固定式机架；B、机架(1)上装有一对轧辊轴(28、36)，每根轧辊轴上装有两个或两个以上带孔槽的轧辊(33、31、23、25)，构成两组或两组以上的孔槽；C、一组孔槽布置在其余组孔槽的空行程角上，两组孔槽时，孔槽角度互为180°，三组孔槽时，孔槽角度互为120°，n组孔槽时，孔槽角度相差2π/n，π为180°；D、每个孔槽包括一个钢管减径段-轧辊孔型的变断面轧制角α和空行程段-回转送进角β，通常α＞β，α+β=360°；E、在导轨(2)侧面装有卡紧控制器(5)，该卡紧控制器(5)还与芯棒同步卡头(4)的轴承座(45)相连；F、回转送进箱(7)经小链轮(59)和链条(97)与芯棒同步卡头(4)相连；曲柄滑块机构经摇杆(102)、摆杆(103)、连杆(104)和推杆(101)与回转送进箱(7)相连；管坯同步卡头(3)和芯棒同步卡头(4)分别通过支架(54)、螺母(56)、轴承(57)和多线丝杆及接长轴(55)与回转送进箱(7)相连，并经支承板(46)和支架(54)与导轨(2)相连，快速返回机构(6)经其电机出轴、小皮带轮(81)和皮带(82)连于回转送进箱(7)；G、轧辊只绕自身轴线作整周旋转，不作移动；H、主电机采用双出轴电机。
2.根据权利要求1所述的轧管机，其特征在于轧辊孔槽采用变截面半周轧槽孔型，孔槽的半径逐渐变小，孔槽的最大半径稍大于来料管坯的半径，最小半径等于或小于轧成的成品管半径。
3.根据权利要求1所述的轧管机，其特征在于导轨(2)、管坯同步卡头(3)、芯棒同步卡头(4)、卡紧控制器(5)、快速返回机构(6)、回转送进箱(7)和曲柄滑块机构(8)的数量均与孔槽数相同。
4.根据权利要求1所述的轧管机，其特征在于同步卡头(3、4)的外套筒(41)中装有前弹簧(42)和后弹簧(48)，前、后弹簧(42、48)又套于内套筒(43)上，内套筒(43)经滑键与外套筒(41)相连，外套筒(41)装配在轴承座(45)上。
5.根据权利要求4所述的轧管机，其特征在于内套筒(43)的前端装有卡盘(44)，中间有一凸台。
6.根据权利要求1所述的轧管机，其特征在于卡紧控制器(5)由卡紧光轴(53)、小轴支架(61)、小轴(62)、撞块卡紧方铁(63)、撞块(64)、拔叉(65)、推杆(66)、球铰摆杆(67)、球铰直杆(68)、卡紧光轴接手(69)、转角凸轮(70)、卡紧控制器卡舌(71)、卡舌压紧弹簧(72)、卡紧控制器压杆(73)和卡紧控制器座(74)组成；两个小轴支架(61)固定于两个轴承座(45)上，小轴(62)装于小轴支架(61)中，两块撞块卡紧方铁(63)固定在小轴(62)轴上，方铁上固定一块撞块(64)，卡紧光轴接手(69)通过球铰直杆(68)、球铰摆杆(67)固定在导轨(2)上，球铰摆杆(67)的另一铰接点通过推杆(66)和拔叉(65)也固定在导轨(2)上，卡紧控制器压杆(73)一端铰接于卡紧控制器座(74)上，另一端插于卡紧器卡舌(71)中，舌头(71)下面有卡舌压紧弹簧(72)，卡紧控制器座(74)固定在支承板(46)上。
7.根据权利要求1所述的轧管机，其特征在于位移工作机(9)有一个输入轴(99)，与孔槽数相应的两个或多飞轮(100)，飞轮(100)与曲柄滑块机构(8)相连，输入轴(99)与减速器(10)相连。
8.根据权利要求7所述的轧管机，其特征在于卡紧控制器的两个卡舌(71)的中间夹着外环(49)。
9.根据权利要求1所述的轧管机，其特征在于回转送进箱(7)在送进管坯的同时，还使管坯绕芯棒轴线转动一个角度。
10.根据权利要求5所述的轧管机，其特征在于凸台两边装有两个隔套(58)。
全文摘要
本发明高速多线轧管机属于金属管轧制领域。其主要特征是机架为固定式，轧辊只绕自身轴线旋转，不作移动；每根轧辊轴装有两个或两个以上带孔槽的轧辊，构成两组或两组以上的孔槽，一组孔槽布置在其余组孔槽的空行程角上；每个孔槽的轧辊孔型的变断面轧制角α大于回转送进角β；导轨的两侧装有卡紧控制器；整个轧机系统的导轨、管坯同步卡头、芯棒同步卡头、卡紧控制器、快速返回机构、曲柄滑块机构和回转送进箱花键轴的数量均与孔槽数相同。
文档编号B21B17/02GK1100345SQ9410734
公开日1995年3月22日 申请日期1994年7月6日 优先权日1994年7月6日
发明者郑学锋, 李永贵, 付贵山, 刘怀文, 贾铁泉, 王振亮, 王福刚 申请人:冶金工业部钢铁研究总院, 西宁钢厂