专利名称：无缝钢管芯棒表面强化装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于金属热处理工艺装备，特别涉及无缝钢管芯棒表面强化装置。
背景技术：
无缝钢管无缝钢管轧管机芯棒是钢管轧制过程参与变形的重要工艺工具之一，芯棒是一种长径比大于50的超长杆件,一般为10.6一15.5m,芯棒基体及表层材料的高温强度、耐磨性、表面硬度、光洁度、耐用度使用寿命等，对钢管的内表面的质量、合格率，产成品质量以及生产成本起着至关重要的作用。芯棒在高温高轧制压力以及很大摩擦力的作用下服役。轧制过程，芯棒表面温度急剧升高，快速在专用冷却站冷却。芯棒多次服役后，表面氧化、疲劳龟裂、粘蚀、熔蚀、变形、逐渐产生裂纹、塌陷、磨损、脱落等缺陷，当热磨损及各种缺陷相互作用影响到钢管质量时，芯棒不能继续使用而成为旧芯棒。由于缺陷较深，旧芯棒改制后外径变小，不能恢复到原始规格，芯棒不能充分利用，甚至导致芯棒的最终失效。传统的芯棒制造工艺是:芯棒锻造加工至接近工件尺寸一进行直线度矫正一粗加工(Ra6.3)—进行探伤前表面清理一超声波及磁粉探伤一进行热处理调质合格后进行半精加工一加工前部及后部连接螺纹一精加工芯棒表面一抛光至电镀前尺寸一在线式机床上进行电镀(包含预热)一将电镀合格的芯棒进行抛光加工一检验合格一入库。这种制造方法
一直沿用至今。当芯棒表面疲劳逐渐产生弯曲变形、裂纹、磨损、脱落等缺陷，当缺陷影响到钢管质量时修复。传统芯棒的制造与修复工艺:1、检查芯棒损坏程度，进行分类，矫正芯棒、表面加工并探伤检查。2、对需要恢复尺寸修复的芯棒清理缺陷、探伤、堆焊前缓慢升温预热，在芯棒专用设备上进行堆焊，消除焊接应力。半精加工、探伤合格，精加工，抛光、专用设备镀铬0.20mm左右，然后磨削至单边0.08 0.12mm、抛光、检验。3、对需要降规格修复的芯棒清理缺陷、表面加工并探伤检查合格，精加工，抛光、专用镀铬设备镀铬镀铬0.25mm左右，然后磨削至单边0.08 0.15mm、抛光、检验交检。传统的修复制造工艺的不足:芯棒修复设备配套复杂、工序环节多、加工制造工序多周期长，质量控制环节容易出问题；电镀层很薄，厚了就起皮，结合强度低，而且耐热性仅300 450°C没办法保证更高的温度，涂层的成分不能调整，电镀层耐磨性、抗冲击性、耐高温性都比较差。电镀污染环境。目前，随着机械零件的表面强化处理工艺发展，高性能高速粉末喷涂及高能量激光HVAF或(HVOF)加热工艺的应用，能够提高芯棒制造修复芯棒表面性能，为此，需要研发无缝钢管芯棒表面强化装置。
发明内容[0012]本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种应用高性能高速粉末喷涂及高能量激光HVAF或(HVOF)加热工艺的无缝钢管芯棒表面强化装置。以提高芯棒的表面质量，以及提高无缝钢管的产品酌量。本实用新型的技术方案是:无缝钢管芯棒表面强化装置，其特征是:由芯棒旋转机床1、表面涂层预制机床2与激光表面强化机床3三部分并列组合而成；中间为芯棒旋转机床，芯棒旋转机床的一边布置涂层预制装置，另一边布置激光表面强化装置。所述的所述的芯棒旋转机床包括芯棒旋转床头箱总成1-1、芯棒旋转床身1-2、卡盘1-3、机床尾座与弹簧顶尖1-4、芯棒支撑架1-5 ;所述的芯棒旋转床头箱总成在芯棒旋转床身的一端，芯棒旋转床身的另一端上安装机床尾座与弹簧顶尖；所述的芯棒支撑架有若干个；所述的所述的芯棒支撑架1-5包含两个滚轮装置1-51、滚轮调整支撑架1-52、开合丝杠1-53与螺母1-54、开合减速电机1-55、支撑架固定座1-56与压板1_57、导向柱1_58与导向套1-59、升降丝杠1-510、蜗轮蜗杆减速器1-511、升降电机1-512 ;所述的两个滚轮装置装在滚轮调整支撑架的滑道上，其两个滚轮装置下装螺母，并分别装开合丝杠的左右旋螺纹上；开合丝杠带轴承装在滚轮调整支撑架的中，开合丝杠一端与开合减速电机连接;所述的在所述的滚轮调整支撑架的下安装两个导向柱，及升降丝杠；两个导向柱装在带导向套的压板的导向孔中；支撑架固定座与压板安装在芯棒旋转机床的芯棒旋转床身上；所述的升降丝杠与蜗轮蜗杆减速器连接，蜗轮蜗杆升降机装在支撑架固定座上，并蜗轮蜗杆升降机的输出轴连接升降电机。所述的表面涂层预制机床，包括涂层预制床头箱总成2-1、涂层预制床身2-2、机床导轨2-3、两个机床溜板装置2-4、溜板电机与传动系统2-5、中频感应加热装置2-6、喷枪固定支架2-7及涂层喷枪系统2-8 ;所述的两个机床溜板装置分别安装在涂层预制床身，并通过床头箱总成与溜板传动系统驱动两个机床溜板装置能够沿机床导轨移动；两个机床溜板装置的上面，其中:一个装中频感应加热装置，另一个装喷枪固定支架及涂层喷枪系统的涂层喷枪。所述的中频感应加热装置包含中频感应加热圈2-61、中频感应变压器2-62、移动电缆拖链及中频加热电源装置；中频感应加热圈与中频感应变压器一起安装在机床溜板装置上；或将中频感应变压器在其他地方，如涂层预制床身的头部或尾部，在机床溜板装置上只安装中频感应加热圈。所述的激光表面强化机床包括机器人3-1与安装机器人的移动装置3-2 ;机器人臂上配置的激光熔覆表面强化激光器3-3 ;所述的移动装置包括滑轨座3-21，滑轨齿条3-22、平台3-23、传动装置3-24、及移动装置的移动电缆拖链部分3_4 ;所述的机器人安装在平台，平台安装在滑轨座上；所述的滑轨齿条安装在在滑轨座上，平台上装传动装置；其中:激光表面强化机床的传动装置包括机器人移动电机、蜗轮减速器和蜗轮减速器输出轴上安装的驱动齿轮；传动装置驱动与滑轨齿条啮合的驱动齿轮转动，并带动平台及机器人沿滑轨座的滑轨移动。[0022]本实用新型的特点和有益效果是:依据高性能高速粉末喷涂及高能量激光HVAF或(HVOF)加热工艺要求，及芯棒的制造与修复工艺的特点所设计的，具有结构紧凑，布置合理等优点；可提高无缝钢管使用的芯棒的耐闻温性、耐磨性和抗冲击性，可提闻芯棒的使用寿命，有效降低生广成本，提闻企业利润。同时没有电镀污染环境，处理电镀废液的麻烦，环保容易达标。本实用新型主要用于无缝钢管芯棒的表面强化处理，也可以用于其他细长轴类、轧辊等类似零件的表面强化处理。
图1是本实用新型的平面布置图；图2是本实用新型的侧剖视图；图3是芯棒旋转机床的主视图；图4是芯棒旋转机床中芯棒支撑架的侧剖视图；图5是芯棒旋转机床中芯棒支撑架的俯视图；图6是表面涂层预制机床的主视图；图7是表面涂层预制机床的中频感应加热装置的侧剖视图；图8是表面涂层预制机床的涂层喷枪系统的侧剖视图；图9是图激光表面强化机床的剖视图。图10是图激光表面强化机床的移动装置局部放大图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本实用新型作进一步的说明。如图1和图2所示，本实用新型的平面布置图；无缝钢管芯棒表面强化装置由芯棒旋转机床1、表面涂层预制机床2与激光表面强化机床3三部分并列组合而成。中间为芯棒旋转机床，芯棒旋转机床的一边布置涂层预制装置，另一边布置激光表面强化装置。1、芯棒旋转机床如图2、图3和图4所示，所述的芯棒旋转机床类似于普通车床的床身与床头箱，它包括芯棒旋转床头箱总成1-1、芯棒旋转床身1-2、卡盘1-3、机床尾座与弹簧顶尖1-4、芯棒支撑架1-5 ;所述的芯棒旋转床头箱总成1-1在芯棒旋转床身1-2的一端，芯棒旋转床身1-2的另一端上安装机床尾座与弹簧顶尖1-4 ;所述的芯棒支撑架1-5有若干个，用来保证芯棒的旋转平稳，芯棒支撑架1-5使用数量根据不同直径的芯棒及长度，其受重力影响所产生的下挠程度进行确定；其中:所述的芯棒旋转床头箱总成1-1包含主轴、传动皮带轮及带轮1-6，以及芯棒旋转电机1-7。所述的芯棒支撑架1-5包含两个滚轮装置1-51、滚轮调整支撑架1-52、开合丝杠1-53与螺母1-54、开合减速电机1-55、支撑架固定座1-56与压板1_57、导向柱1_58与导向套1-59、升降丝杠1-510、蜗轮蜗杆减速器1-511、升降电机1-512 ;所述的两个滚轮装置
1-51装在滚轮调整支撑架1-52的滑道上，其两个滚轮装置1-51下装螺母1-54，并分别装开合丝杠1-53的左右旋螺纹上；开合丝杠1-53带轴承装在滚轮调整支撑架1-52的中，开合丝杠1-53 —端与开合减速电机1-55连接；[0040]在所述的滚轮调整支撑架1-52的下安装两个导向柱1-58，及升降丝杠1-60 ;两个导向柱1-58装在带导向套1-59的压板1-57的导向孔中；支撑架固定座1-56与压板1_57安装在芯棒旋转机床的芯棒旋转床身1-2上；所述的升降丝杠1-510与蜗轮蜗杆减速器
1-511连接，蜗轮蜗杆升降机1-511装在支撑架固定座1-56上，并蜗轮蜗杆升降机1-511的输出轴连接升降电机1-512 ；所述的绝对值编码器装于开合丝杠1-53的传动连中，如装于开合丝杠的一端部，或者装于开合减速电机1-55的轴上；所述的感应式传感器1-64装于滚轮调整支撑架1-52的下，用于检测滚轮的调整高度。2、表面涂层预制机床如图6、图7和图8所示，所述的表面涂层预制机床也类似于普通车床的床身与床头箱，它包括涂层预制床头箱总成2-1、涂层预制床身2-2、机床导轨2-3、两个机床溜板装置2-4、溜板电机与传动系统2-5、中频感应加热装置2-6、喷枪固定支架2-7及涂层喷枪系统2-8 ;所述的两个机床溜板装置2-4分别安装在涂层预制床身2-2，并通过床头箱总成
2-1与溜板传动系统2-5驱动两个机床溜板装置2-4能够沿机床导轨2-3移动；两个机床溜板装置2-4的上面，其中:一个装中频感应加热装置2-6，另一个装喷枪固定支架2-7及涂层喷枪系统2-8的涂层喷枪；其中:所述的涂层喷枪系统包含涂层喷枪、气体管路、送粉器及控制系统；所述的中频感应加热装置2-6包含中频感应加热圈2-61、中频感应变压器2-62、移动电缆拖链2_62及中频加热电源装置2-62 ;中频感应加热圈2-61与中频感应变压器2-62可以一起安装在机床溜板装置2-4上；也可以将中频感应变压器在其他地方，如涂层预制床身2-2的头部或尾部，在机床溜板装置2-4上只安装中频感应加热圈2-61。3、激光表面强化机床如图9和图10所示，所述的激光表面强化机床包括机器人3-1与安装机器人的移动装置3-2 ;机器人臂上配置的激光熔覆表面强化激光器3-3 ;所述的移动装置包括滑轨座
3-21，滑轨齿条3-22、平台3-23、传动装置3_24、及移动装置的移动电缆拖链部分3_4;所述的机器人3-1安装在平台3-23，平台3-23安装在滑轨座3_21上；所述的滑轨齿条3_22安装在在滑轨座3-21上，平台3-23上装传动装置3-24 ;其中:激光表面强化机床的传动装置3-24包括机器人移动电机、蜗轮减速器和蜗轮减速器输出轴上安装的驱动齿轮；传动装置3-24驱动与滑轨齿条3-22啮合的驱动齿轮转动，并带动平台3-23及机器人3_1沿滑轨座3-21的滑轨移动。本实用新型中的芯棒旋转机床中的芯棒旋转电机1-7与溜板电机，芯棒支撑架1-5中的开合减速电机1-55与升降电机1-62,以及机器人移动电机均米用交流变频电机与可编程控制器进行速度控制。并安装绝对值编码器、感应式传感器与行程控制开关进行机器人、中频感应加热装置2-6与涂层喷枪、及滚轮调整支撑架1-52等移动位置的限定控制。本实用新型工作原理:首先，芯棒工件4由芯棒旋转机床I的卡盘1-3、机床尾座与弹簧顶尖1-4安装在芯棒旋转机床的床身1-2上；其次由表面涂层预制机床的涂层喷枪系统将金属粉末高速喷涂在芯棒工件4上；然后由表面涂层预制机床的中频感应加热装置进行预热；最后由激光表面强化机床的激光熔覆表面强化激光器的激光快速熔融，这样能够保证热作模具钢等材料预热及激光快速熔融的安全性，可以提高激光快速熔融的效率。
权利要求1.无缝钢管芯棒表面强化装置，其特征是:由芯棒旋转机床(I)、表面涂层预制机床(2)与激光表面强化机床(3)三部分并列组合而成；中间为芯棒旋转机床，芯棒旋转机床的一边布置涂层预制装置，另一边布置激光表面强化装置。
2.按照权利要求1所述的无缝钢管芯棒表面强化装置，其特征是:所述的所述的芯棒旋转机床包括芯棒旋转床头箱总成(1-1)、芯棒旋转床身(1-2)、卡盘(1-3)、机床尾座与弹簧顶尖(1-4)、芯棒支撑架(1-5);所述的芯棒旋转床头箱总成在芯棒旋转床身的一端，芯棒旋转床身的另一端上安装机床尾座与弹簧顶尖；所述的芯棒支撑架有若干个；其中: 所述的芯棒支撑架包含两个滚轮装置(1-51)、滚轮调整支撑架(1-52)、开合丝杠(1-53)与螺母(1-54)、开合减速电机(1-55)、支撑架固定座(1-56)与压板(1_57)、导向柱(1-58)与导向套(1-59)、升降丝杠(1-510)、蜗轮蜗杆减速器(1-511)、升降电机(1-512)；所述的两个滚轮装置装在滚轮调整支撑架的滑道上，其两个滚轮装置下装螺母，并分别装开合丝杠的左右旋螺纹上；开合丝杠带轴承装在滚轮调整支撑架的中，开合丝杠一端与开合减速电机连接； 在所述的滚轮调整支撑架的下安装两个导向柱，及升降丝杠；两个导向柱装在带导向套的压板的导向孔中；支撑架固定座与压板安装在芯棒旋转机床的芯棒旋转床身上； 所述的升降丝杠与蜗轮蜗杆减速器连接，蜗轮蜗杆升降机装在支撑架固定座上，并蜗轮蜗杆升降机的输出轴连接升降电机。
3.按照权利要求1所述的无缝钢管芯棒表面强化装置，其特征是:所述的表面涂层预制机床，包括涂层预制床头箱总成(2-1)、涂层预制床身(2-2)、机床导轨(2-3)、两个机床溜板装置(2-4)、溜板电机与传动系统(2-5)、中频感应加热装置(2-6)、喷枪固定支架(2-7)及涂层喷枪系统(2-8);所述的两个机床溜板装置分别安装在涂层预制床身，并通过床头箱总成与溜板传动系统驱动两个机床溜板装置能够沿机床导轨移动；两个机床溜板装置的上面，其中:一个装中频感应加热装置，另一个装喷枪固定支架及涂层喷枪系统的涂层喷枪。
4.按照权利要求1所述的无缝钢管芯棒表面强化装置，其特征是:所述的中频感应加热装置包含中频感应加热圈(2-61)、中频感应变压器(2-62 )、移动电缆拖链及中频加热电源装置；中频感应加热圈与中频感应变压器一起安装在机床溜板装置上；或将中频感应变压器在其他地方，如涂层预制床身的头部或尾部，在机床溜板装置上只安装中频感应加热圈。
5.按照权利要求1所述的无缝钢管芯棒表面强化装置，其特征是:所述的激光表面强化机床包括机器人(3-1)与安装机器人的移动装置(3-2);机器人臂上配置的激光熔覆表面强化激光器(3-3);所述的移动装置包括滑轨座(3-21)，滑轨齿条(3-22)、平台(3-23)、传动装置(3-24)、移动电缆拖链部分(3-4);所述的机器人安装在平台，平台安装在滑轨座上；所述的滑轨齿条安装在在滑轨座上，平台上装传动装置；其中:激光表面强化机床的传动装置包括机器人移动电机、蜗轮减速器和蜗轮减速器输出轴上安装的驱动齿轮；传动装置驱动与滑轨齿条啮合的驱动齿轮转动，并带动平台及机器人沿滑轨座的滑轨移动。
专利摘要本实用新型涉及无缝钢管芯棒表面强化装置，特点是由芯棒旋转机床、表面涂层预制机床与激光表面强化机床三部分并列组合而成；中间为芯棒旋转机床，芯棒旋转机床的一边布置涂层预制装置，另一边布置激光表面强化装置。依据高性能高速粉末喷涂及高能量激光HVAF或HVOF加热工艺要求，及芯棒的制造与修复工艺的特点所设计的，具有结构紧凑，布置合理等优点；可提高无缝钢管使用的芯棒的耐高温性、耐磨性和抗冲击性，可提高芯棒的使用寿命，有效降低生产成本，提高企业利润，同时没有电镀污染环境，处理电镀废液的麻烦，环保容易达标。本实用新型主要用于无缝钢管芯棒的表面强化处理，也可以用于其他细长轴类、轧辊等类似零件的表面强化处理。
文档编号C23C24/10GK203021651SQ20132000841
公开日2013年6月26日 申请日期2013年1月8日 优先权日2013年1月8日
发明者刘吉云, 樊强 申请人:太原重工工程技术有限公司