用于鋼管局部增厚的推擠橫軋裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于鋼管局部增厚的推擠橫軋裝置和方法，屬于金屬材料軋制【技術領域】。該裝置由軋機及鋼管夾持旋轉機構組成；軋機包括四個平行對齊布置的軋輥，機架一側設置能夠沿軋輥的軸向進行位置調整的擋板，機架另一側設置鋼管夾持旋轉機構；鋼管夾持旋轉機構中設有旋轉套，液壓缸控制鋼管夾持旋轉機構沿鋼管軸向運動。橫軋增厚前，將鋼管的尾端插入旋轉套中，用爪卡夾緊鋼管，隨后液壓缸推動鋼管夾持旋轉機構將鋼管的前端伸入軋輥輥縫，使鋼管的前端抵住活動轉盤；隨后電機驅動旋轉套及鋼管旋轉，液壓缸繼續(xù)推擠鋼管，由于增厚段長度縮短，實現(xiàn)鋼管徑向增厚。本發(fā)明具有操作簡單、生產成本較低、增厚后的鋼管壁厚均勻性得到改善等優(yōu)點。
【專利說明】用于鋼管局部增厚的推擠橫軋裝置和方法
【技術領域】:
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料軋制【技術領域】，具體涉及一種用于鋼管局部增厚的推擠橫軋裝置和方法。
【背景技術】:
[0002]目前，半掛車車軸普遍采用由無縫鋼管制造的整體空心車軸，車軸兩端一般通過軋制或擠壓使鋼管縮徑成形為階梯狀。從受力分析來看，車軸兩端軸承位承受較大的彎矩和扭矩，因此，車軸兩端軸承位是薄弱位置，其壁厚要求較大，這是滿足強度要求的重要條件，其余部位受力較小，強度儲備較大。而減輕車軸自重對于節(jié)約材料、降低燃油消耗具有重要意義。因此，在強度滿足的前提下，盡可能降低軸管本體的壁厚，這是降低車軸自重的有效方式。在正常生產工藝下，軸管本體壁厚減小會影響軸承位處的壁厚，使該處的強度降低。因此，采用較薄壁厚的鋼管生產車軸時，可預先對車軸兩端軸承位的對應位置進行局部增厚，再通過橫軋縮徑進行管端成形，這樣既滿足降低車軸自重的要求也保證車軸兩端，尤其是軸承位的強度要求。鋼管局部增厚的用途比較廣泛，其它如石油領域的石油管、鉆桿、地質管等連接時，也需要對管端進行增厚處理，以保證連接處的強度。
[0003]現(xiàn)有鋼管局部增厚的主要方法是將局部加熱的鋼管放在模具內進行鐓鍛或擠壓。該方法存在以下較為突出的問題:(1)在無芯棒鐓鍛增厚時，增厚處的壁厚均勻性受鐓鍛t匕(變形區(qū)長度與厚度之比)影響顯著；鐓鍛比過大容易產生軸向失穩(wěn)，在管壁內形成環(huán)形內凹甚至折疊，薄壁大口徑的鋼管難以一次鐓鍛成形。(2)由于鋼管外壁與模具之間全接觸，摩擦作用強烈。但由于摩擦力的不均勻分布造成鐓鍛后管壁厚度不均勻，通常壁厚呈正弦波形式分布，這對后繼的進一步成形加工產生不利影響。目前在現(xiàn)有“鐓鍛增厚+橫軋縮徑”工藝生產半掛車時，鐓鍛增厚的厚度分布難以準確控制，嚴重影響使用薄壁管生產半掛車軸的成形質量。(3)采用鐓鍛法增厚鋼管時，對于不同口徑尺寸的鋼管局部鐓厚時需要設計和更換不同尺寸的模具，備件種類和數(shù)量較多。
[0004]中國專利CN201110144300.3公開了一種小口徑鉆桿管端增厚方法，該方法采用軸向加壓、徑向滾壓方式:鋼管一端被夾持并軸向加壓，增厚端抵住活動轉盤并利用安裝在活動轉盤上的碾壓輥對管端徑向滾壓，增厚過程中鋼管不轉動，碾壓輥圍繞鋼管周向轉動。該方法中由于碾壓輥安裝在可旋轉的活動轉盤上，碾壓輥直徑較小，受結構特點限制，碾壓輥的剛度難以提高，轉盤對中要求極高，對實際操作過程中管端增厚成形精度提高難度較大。此外安裝在活動轉盤上的碾壓輥之間間距難以調整，對不同外徑的鋼管成形只能通過改變碾壓輥直徑進行調整，調整幅度小，因此調整外徑尺寸時需要換輥或磨削碾壓輥。

【發(fā)明內容】
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[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有鋼管局部增厚技術存在的不足之處，提供一種用于鋼管局部增厚的推擠橫軋裝置和方法。
[0006]本發(fā)明所提供的用于鋼管局部增厚的推擠橫軋裝置由軋機I以及鋼管夾持旋轉機構2兩個部分組成；所述軋機I包括四個平行對齊布置的軋輥3，所述軋輥3為平輥，所述軋輥3繞鋼管周向對稱分布，所述軋輥3通過軋輥輥頸4安裝在軸承5中，所述軸承5安裝在偏心套6中，所述偏心套6設置在所述軋機I的機架上；所述軋機I的機架一側設置能夠沿所述軋輥3的軸向進行位置調整的擋板7，所述軋機I的機架另一側設置所述鋼管夾持旋轉機構2 ;所述擋板7的前部設有能夠自由旋轉的活動轉盤8，所述活動轉盤8通過止推軸承9安裝在所述擋板7上；所述鋼管夾持旋轉機構2中設有旋轉套13，所述旋轉套13中設有兩組爪卡14，所述爪卡14沿鋼管周向對稱分布，工作時爪卡夾持鋼管11 ;所述旋轉套13安裝齒輪圈15，所述齒輪圈15與齒輪16嚙合，所述齒輪16由電機17驅動；液壓缸18控制所述鋼管夾持旋轉機構2沿鋼管軸向運動；所述軋輥3型腔的中心線與所述旋轉套13的中心線對齊。
[0007]對于鋼管11的內型面有特殊要求時，在所述活動轉盤8上設置芯棒10 ;當鋼管增厚時，所述芯棒10內置鋼管11中，對所述鋼管11的內徑型面進行控制。
[0008]本發(fā)明所提供的推擠橫軋裝置用于鋼管局部增厚的方法，該方法具體內容如下:
[0009]橫軋增厚前，將鋼管11的尾端插入所述旋轉套13中，用所述爪卡14夾緊所述鋼管11，隨后所述液壓缸18推動所述鋼管夾持旋轉機構2，將鋼管11的前端伸入四個所述軋輥3之間的輥縫，使鋼管11的前端抵住所述活動轉盤8，隨后所述電機17驅動所述旋轉套13及鋼管11旋轉；所述液壓缸18繼續(xù)推擠鋼管11，鋼管11的增厚段被預先加熱，增厚段長度LO必須位于所述軋輥3輥身長度范圍內，鋼管增厚段在軸向推擠作用下長度縮短，鋼管與軋輥接觸區(qū)外的部分外徑增大，使得鋼管與軋輥的接觸面積進一步增加；由于鋼管繞軸線旋轉，在接觸力作用下軋輥被動旋轉，實現(xiàn)軋輥對鋼管的橫軋；軋制過程中，軋輥輥縫值不變，接觸變形區(qū)外增大的外徑在軋輥作用下被壓縮，由于增厚段長度縮短，金屬被迫沿鋼管徑向流動，使增厚段厚度增加，實現(xiàn)鋼管徑向增厚；鋼管增厚量大小由軸向的推擠行程決定，鋼管增厚變形過程的關鍵因素是鋼管的推擠轉速比，即推擠速度與旋轉轉速之比，推擠轉速比決定了橫軋過程軋輥與鋼管接觸面積的大小，控制鋼管的推擠轉速比，即推擠速度與旋轉轉速之比在5?15mm/r范圍內，即控制鋼管旋轉一圈的時間內，鋼管后端所推擠的位移量為5?15mm。
[0010]旋轉套13由齒輪圈15旋轉驅動，旋轉套13的轉動帶動鋼管11轉動，液壓缸18控制鋼管夾持旋轉機構2沿鋼管11軸向運動，將鋼管11推向軋輥方向。軋輥間距可以調整，以適應對不同外徑鋼管的增厚。軋輥間距離調整是通過機架上偏心套6的旋轉來實現(xiàn)。軋輥輥縫中心線位置也可通過偏心套6調整。鋼管局部加熱后，鋼管尾部被夾持并驅動旋轉，增厚段前端抵住活動轉盤8。液壓缸推動夾持旋轉機構對鋼管進行軸向擠壓，鋼管加熱段在軋輥輥縫中軸向壓縮并帶動軋輥旋轉，實現(xiàn)徑向軋制，強迫金屬徑向流動，實現(xiàn)鋼管的增厚目的。鋼管增厚過程活動轉盤與鋼管前端沒有相對滑動。
[0011]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下技術特點:
[0012]1、鋼管推擠橫軋增厚時，與軋輥接觸區(qū)內金屬除了軸向和徑向受到壓力外，在鋼管圓周方向還受到周向剪應力作用。相對于鋼管鐓鍛增厚法，變形區(qū)內的額外周向剪應力的作用使得變形區(qū)金屬更加容易屈服，變形所需的外加載荷減小。再者，推擠橫軋增厚時整個鋼管的軸向摩擦力顯著小于模具鐓厚法。所以鋼管推擠橫軋增厚所需的軸向推擠力顯著小于模具鐓厚法。實例仿真計算:在變形溫度1200°C對Φ 178X IOmm鋼管內增厚2.5_，使用無芯棒模鍛需要最大鍛壓力為80.5t，而使用推擠橫軋方法，軸向推力只需TL 8t。推擠載荷的減小對設備投資和維護要求及生產能耗降低，使得生產成本降低。
[0013]2、在原有的使用模具無芯棒鐓鍛方法中，鋼管外壁與外模之間的強烈軸向摩擦作用，導致增厚后的鋼管壁厚沿軸向分布有較大波動。而在本發(fā)明提供的推擠橫軋增厚時，鋼管外壁與軋輥間的接觸面積較小，軸向摩擦作用較小；加之軋輥被動旋轉，軋輥對鋼管的徑向摩擦作用極小，因此該方法增厚后的鋼管壁厚均勻性得到改善。
[0014]3、對于不同外徑的鋼管增厚，本發(fā)明提供的方法中，只需通過調整軋機機架上的偏心套就可以改變軋輥軸線間的距離，從而通過改變4個軋輥間的輥縫值的大小來靈活適應多種外徑鋼管的增厚。調整方便靈活，工具備用量少，操作簡單。
[0015]4、相對于中國專利CN201110144300.3 (用于小口徑鉆桿端部增厚)公開的方法而言，本發(fā)明中軋輥安裝在固定機架中，軋機及軋輥剛度高，成形精度高，可增厚的鋼管尺寸范圍更廣。此外，通過調整機架上的偏心套可以精確調整4個軋輥間輥縫中心線對準鋼管軸線，可以有效避免壁厚偏心。
[0016]5、中國專利CN201110144300.3公開的方法中，鋼管被夾持而不能旋轉，靠活動轉盤驅動帶動軋輥繞鋼管旋轉，這樣鋼管前端與活動轉盤之間及芯棒與鋼管內壁之間發(fā)生高速高壓滑動摩擦，容易造成管端形狀變化(如橢圓化)，活動轉盤和芯棒也容易磨損。而在本發(fā)明中，鋼管增厚過程中鋼管轉動，鋼管前端頂住自由活動轉盤帶動活動轉盤的轉動，活動轉盤與鋼管前端及芯棒與鋼管內壁之間沒有相對滑動，管端質量得到保證，且減小了活動轉盤和芯棒的磨損。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0017]圖1為本發(fā)明推擠橫軋裝置的結構示意圖；
[0018]圖2為圖1中的A-A剖視圖；
[0019]圖3為圖1中的B-B剖視圖。
[0020]圖中:1、軋機；2、鋼管夾持旋轉機構；3、軋輥；4、軋輥輥頸；5、軸承；6、偏心套；7、擋板；8、活動轉盤；9、止推軸承；10、芯棒；11、鋼管；12、軸承；13、旋轉套；14、爪卡；15、齒輪圈；16、齒輪；17、電機；18、液壓缸。
【具體實施方式】:
[0021]以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的說明。
[0022]如圖1所示，推擠橫軋增厚鋼管的主要裝置分為兩個部分:軋機I和鋼管夾持旋轉機構2。軋機I中安裝四個軋輥3，平行對齊且沿鋼管周向對稱布置。軋輥間距離和軋輥間輥縫中心線位置通過偏心套6旋轉調整。機架一側安裝一個可沿軋輥軸向移動的擋板7和可自由旋轉的活動轉盤8，機架另一側設置鋼管夾持旋轉機構2。根據(jù)鋼管增厚對內徑型面的要求，活動轉盤8可安裝芯棒10。鋼管夾持旋轉機構2中的旋轉套13內設置兩組沿鋼管周向對稱分布的爪卡14。電機17驅動齒輪16轉動，進而帶動齒圈15和旋轉套13旋轉。鋼管的軸向推擠由液壓缸18實現(xiàn)。
[0023]鋼管增厚步驟如下:
[0024](I)確定鋼管增厚部位和增厚量，根據(jù)增厚量和增厚區(qū)長度按體積不變定律計算鋼管推擠行程。
[0025](2)根據(jù)鋼管局部增厚要求調整軋輥軸線間距及擋板和轉盤軸向位置。
[0026](3)通過感應加熱將增厚部位加熱至變形要求溫度，增厚段長度LO需小于軋輥輥身長度。
[0027](4)將鋼管尾端插入鋼管夾持旋轉機構中的旋轉套，爪卡夾緊鋼管。
[0028](5)液壓缸工作，將鋼管前端伸入輥縫直至鋼管前端抵住活動轉盤并保證鋼管軸線對準轉盤中心。
[0029](6)電機驅動旋轉套旋轉，帶動鋼管旋轉，同時液壓缸繼續(xù)將對鋼管軸向推擠。
[0030](7)鋼管加熱段金屬在軸向推擠的作用下，與軋輥非接觸區(qū)面積增加，接觸作用增強，鋼管的旋轉帶動軋輥旋轉，強迫軸向壓縮的金屬沿徑向流動，實現(xiàn)對鋼管的推擠橫軋增厚目的。
[0031]推擠橫軋中，增厚部分的鋼管外徑由四個軋輥之間的輥縫值決定。對內壁形狀有特殊要求時，通過使用芯棒實現(xiàn)。推擠橫軋增厚時，芯棒與鋼管之間不發(fā)生相對滑動。
【權利要求】
1.一種用于鋼管局部增厚的推擠橫軋裝置，其特征在于該推擠橫軋裝置由軋機(I)以及鋼管夾持旋轉機構(2)兩個部分組成；所述軋機(I)包括四個平行對齊布置的軋輥(3)，所述軋輥(3)為平輥，所述軋輥(3)繞鋼管周向對稱分布，所述軋輥(3)通過軋輥輥頸(4)安裝在軸承(5)中，所述軸承(5)安裝在偏心套(6)中，所述偏心套(6)設置在所述軋機(I)的機架上；所述軋機(I)的機架一側設置能夠沿所述軋輥(3)的軸向進行位置調整的擋板(7)，所述軋機(I)的機架另一側設置所述鋼管夾持旋轉機構(2);所述擋板(7)的前部設有能夠自由旋轉的活動轉盤(8)，所述活動轉盤(8)通過止推軸承(9)安裝在所述擋板(7)上；所述鋼管夾持旋轉機構(2)中設有旋轉套(13)，所述旋轉套(13)中設有兩組爪卡(14)，所述爪卡(14)沿鋼管周向對稱分布；所述旋轉套(13)安裝齒輪圈15，所述齒輪圈(15)與齒輪(16)嚙合，所述齒輪(16)由電機(17)驅動；液壓缸(18)控制所述鋼管夾持旋轉機構(2)沿鋼管軸向運動；所述軋輥(3)型腔的中心線與所述旋轉套(13)的中心線對齊。
2.根據(jù)權利要求1所述的推擠橫軋裝置，其特征在于所述活動轉盤(8)上設有芯棒(10);當鋼管增厚時，所述芯棒(10)內置鋼管(11)中，對所述鋼管(11)的內徑型面進行控制。
3.權利要求1所述推擠橫軋裝置用于鋼管局部增厚的方法，其特征在于該方法具體內容如下: 橫軋增厚前，將所述鋼管(11)的尾端插入所述旋轉套(13)中，用所述爪卡(14)夾緊所述鋼管(11)，隨后所述液壓缸(18)推動所述鋼管夾持旋轉機構(2)，將所述鋼管(11)的前端伸入四個所述軋輥(3)之間的輥縫，使所述鋼管(11)的前端抵住所述活動轉盤(8)，隨后所述電機(17 )驅動所述旋轉套(13 )及所述鋼管(11)旋轉；所述液壓缸(18 )繼續(xù)推擠所述鋼管(11 )，所述鋼管(11)的增厚段被預先加熱，增厚段長度LO必須位于所述軋輥(3 )輥身長度范圍內，由于增厚段長度縮短，金屬被迫沿鋼管徑向流動，使增厚段厚度增加，實現(xiàn)鋼管徑向增厚，控制鋼管的推擠轉速比，即推擠速度與旋轉轉速之比在5?15mm/r范圍內。
【文檔編號】B21B19/16GK103736733SQ201310736247
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月26日 優(yōu)先權日:2013年12月26日
【發(fā)明者】沈曉輝, 閆軍, 王會廷, 章靜, 曹杰 申請人:馬鞍山市安工大工業(yè)技術研究院有限公司