CN100577317C - 合金钢卧式反向挤压机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了合金钢卧式反向挤压机，属无缝钢管生产的新设备新技术，旨在解决国内小口径合金钢无缝管冷拔制管工艺存在的工艺繁杂、效率低、能耗高、污染环境等问题。其包括机座上前后固定横梁和中间活动横梁经四条张力柱串联构成的刚性框架；结构紧凑的充液直压式复合液压缸，能连续完成移模装料、穿孔挤压及退模动作；还包括由穿孔挤压自动切换、热挤压成型及退模分离挤余切除三个系统的模具组合；能实现一次加热、一次成型，直接产出小口径合金钢无缝管成品。与正向挤压比较，芯棒穿孔针与模孔的位移偏差小，钢坯与挤压筒内壁无摩擦，能直接用连铸坯挤压小口径管，具有简化工艺、优质高效、节能低耗等效果。

Description

合金钢卧式反向挤压机

技术领域

本发明涉及冶金工业金属压力加工技术领域，尤其涉及合金钢卧式反向挤压机。

背景技术

我国是世界第一产钢大国，无缝管产量位居首位，然而高品质无缝管材仍依赖进口。国内小口径合金钢无缝管生产技术，长期沿用斜轧穿孔加冷拔或冷轧成材制管工艺。由于钢坯斜轧穿孔易造成毛管壁厚不匀，表面及内在质量低下，毛管拔制前需经酸洗、皂化；拔制道次多而重复退火以消除加工硬化，使工艺过程繁杂、效率低、能耗高、污染环境。世界各主要产钢国早在上世纪五十年代起，纷纷采用热挤压技术生产不锈钢等高合金钢无缝管。基于热挤压技术以“热态钢坯在挤压中受三向压缩应力作用，避免拉应力出现，金属可以发挥其最大塑性，使脆性材料塑性提高，并使材料内部缺陷弥合，组织更加致密而提高其机械性能。以及模孔挤压成型能保证成品外形尺寸的精确和表面光洁度”为理论依据，生产实践证明，其技术优势已毋庸置疑。由于多方面原因，以热挤压工艺生产小口径≤Φ56mm合金钢无缝管，至今仍为我国冶金工业一项技术空白。

国内现有无缝钢管热挤压生产，采用“二次加热、立式液压机穿孔、卧式正向挤压机挤压”二次成型法，成品规格外径≥76mm。由于正向挤压过程中，金属流动方向与挤压轴运动方向一致，锭坯表面与挤压筒内壁存在剧烈摩擦，而使挤压力损失30至40％；摩擦产生的温度使锭坯的温度不均匀，导致金属流动不均匀，为避免制品产生裂纹、皱折等缺陷，必须降低挤压速度，从而导致生产效率降低。由此存在如下缺陷和不足：(1)能耗较高；(2)模具挤压筒使用寿命较短；(3)生产效率较低；(4)挤压残料较厚，金属损耗较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对技术现状，提供一种结构紧凑、工序简单、使用能耗少、成品质量高、操作方便、能直接产出小口径合金钢无缝管的合金钢卧式反向挤压机。

本发明采用的具体技术方案为：合金钢卧式反向挤压机，包括封闭式刚性框架、充液直压式复合液压缸和模具组合，其中：机座上配设有经四条张力柱相串连的前固定横梁、后固定横梁和中间活动横梁所构成的封闭式刚性框架；主液压缸缸体与后固定横梁为同一大型铸钢件，主液压缸缸体内腔设主缸柱塞，有多层密封圈滑配；主缸柱塞为空腔体，中间配装能供滑移的厚壁中心导油管，一端插装于主液压缸缸体球头内壁凸起部，设两层密封压环与主缸柱塞滑配；空腔体另一端有堵头密封，所形成的中心空腔，外接移模供油管构成移模缸；主缸柱塞外壁与主液压缸缸体内壁之间的环形腔，与外接回程供油管相通，构成回程缸；

主缸柱塞的输出端有凸起的联接头，挤压模具的后底板组合与之联接，是动力之源；与后底板相对的中间活动横梁板面，配装前底板，其中心装有带轴孔的锥形头；

中间活动横梁的另一侧板面装有挤压筒组件；与其相对的前固定横梁板面装有空心挤压轴组件，空心挤压轴的输入端配装挤压模；

空心挤压轴组件输出端面贴装有固定在前固定横梁成品出口端板面上的弹簧自动抱闸；

后底板组合的中心轴孔，配装有主挤压轴，其穿经前底板之锥形头轴孔和中间活动横梁，主挤压轴输出端配装芯棒及穿孔针；上述芯棒和穿孔针穿经芯棒支承、挤压垫，伸入挤压筒内；主挤压轴、芯棒与空心挤压轴组件同一轴心。

上述的主液压缸为充液直压式复合液压缸，机顶设油箱，油箱中央设液控阀；液控阀由阀座、阀芯、阀盖、进油联接头、汇油三通组成，下端衔接主液压缸，上下法兰螺栓联接，阀芯通油箱处有上下两道密封压垫，上端联通主供油管，油箱、液控阀与主液压缸构成大三通；液控阀是充液直压式复合液压缸的关键部件，由液控供油管操控，主要作用是移模供油管，向移模缸供油主缸柱塞前行时，使阀芯顶起，油箱自动向主液压缸充液，防止出现缸内真空；当垂直主供油管和水平主供油管供油，连锁切断液控供油管油路，阀芯下沉，关闭油箱通道，主液压缸推动主缸柱塞前行，传力予模具后底板组合。

上述的后底板组合由主板与副板复合组成，主板与副板的结合面有互成直角的平面辐射槽，内嵌装四组弹簧闸阀；

弹簧闸阀由阀板、弹簧、第一弹簧柱及顶盖组成，阀板由滑动平板及呈直角凸起的鼻形部构成，主板设有平面槽，副板有供阀板鼻形部滑移的沟槽；

副板与前底板的吻合面开有与其锥形头相同大小、相同锥度的阴锥面；阀板在后底板组合的轴孔端有呈1/4圆弧形头部，能插入主挤压轴环形槽，另一端与第一弹簧柱旋接，第一弹簧柱内套弹簧，穿通顶盖孔，压紧弹簧。

上述的主挤压轴设环形槽，穿装于后底板组合中心轴孔及前底板之锥形头轴孔，当弹簧闸阀阀板嵌扣抱紧环形槽时，能传递挤压力予主挤压轴；前底板、后底板组合的开合，产生锥形头与弹簧闸阀的开闭，实现弹簧闸阀与主挤压轴的离合。

上述的前后底板的开合，依赖于具有导向和驱动双重作用的副轴实现；副轴左右两组上下平行共四根，贯穿于后底板组合、前底板及中间活动横梁，一头与后底板组合主板连接，另一头能自由滑移；

副轴开前后槽，其间距决定穿孔行程，由设于前底板中缝的闸板及活塞缸开合，操控中间活动横梁的进退或止动。

上述的主挤压轴的尾端设有十字横担及拉杆组件，以控制芯棒及穿孔针定位；十字横担为十字形，纵向两端各设两根导向轴，贯穿前底板、后底板组合及中间活动横梁，一端与横担连接，另一端能自由滑移；横担中心孔与主挤压轴尾端连接紧固，两者随动，横向两端与拉杆头连接，拉杆插装于后固定横梁上的导管内，后端有限位双螺母。

上述的挤压筒组件，其挤压筒为双层结构，外套与内衬以小锥度紧配合，两端有法兰压紧；其小底板与芯棒支承锥面配合，用第二背帽紧固；挤压筒外套包覆感应加热圈，插热电偶自动控温。

上述的空心挤压轴组件为组合结构，空心挤压轴外层为轴杆，内层为分段中心套管，轴基座与双层小底板锥面配合，以第三背帽紧固，轴杆输出端与基座螺纹旋接，输入端与挤压模旋接。

上述的成品出口端的弹簧自动抱闸组件，锥面内孔的闸座配装同锥度的三个楔形闸片，中心圆孔略小于成品管外径，闸片头旋接第二弹簧柱穿过闸座盖之弹簧柱孔，压紧弹簧；闸座与法兰联接贴装在前固定横梁出口面内与空心挤压轴底板紧固，导路法兰与空心挤压轴输出端衔接。

上述的芯棒之穿孔针用以挤压内径小于20mm时，采用组合式浮动穿孔针，带局部锥面的针尖，装于带同锥度局部锥面空腔的芯棒头内，穿孔时针尖被压紧仅外露10mm，挤压时针尖被流动金属拉出。

采取的具体技术措施为：

1、本发明基本设计参数确定原则：以获得最终产品≤Φ56mm小口径合金钢无缝管为目标，依据钢坯挤压变形最合理挤压比值范围，选定最大许允钢坯规格及最小产品规格，计算所需变形力，确定挤压机的工作压力、主缸柱塞截面直径及长度、主液压缸缸体缸径、挤压速度、生产节拍及与之相匹配的油泵供油量、压力和配套电机功率。

2、本发明本体结构由机座、前固定横梁、后固定横梁、中间活动横梁、张力柱、主液压缸、移模缸、回程缸等部分组成。各横梁面必须相互平行且垂直于机座，固定横梁与机座螺栓固定，活动横梁与机座台面设供滑移的带面滑道；四条张力柱贯通三横梁用螺母连接紧固，构成封闭式刚性框架，承载全部挤压力。主液压缸缸体与后固定横梁为同一大型铸钢件；主液压缸缸体内腔设主缸柱塞，有多层密封圈滑配。

上述主缸柱塞为空腔体，中间配装能供滑移的厚壁中心导油管，一端插装于主液压缸缸体球头内壁凸起部，设两层密封压环与主缸柱塞滑配；另一端以堵头密封，所形成的中心空腔构成移模缸。主液压缸缸体内壁与主缸柱塞外壁之间形成的环形腔，与外接供油管相通，构成回程缸。

主缸柱塞的输出端有凸起的联接头，挤压模具后底版组合以内六角螺钉与其联接，传递挤压力，主缸柱塞的有效长度决定挤压有效行程。主液压缸、主挤压轴、芯棒、挤压模与空心挤压轴的水平轴线必须同心，以保证产品的尺寸精度。

主液压缸为充液直压式。机顶设油箱，油箱中央设液控阀，下端衔接主液压缸，上端联通主供油管，构成大三通。液压系统油路互通封闭循环，并配置液压油冷却器和过滤器。液压缸主缸与中心移模缸、外侧回程缸三缸合一，分路供油。复合缸比较单体传动或带独立穿孔系统的多缸结构，布局更加紧凑，液压系统更为简单，容易维护，而且压力损失小，动作连锁切换灵敏、快捷、准确。实施移模装料、穿孔、挤压及退模，全部经由主液压缸动作完成，操作行程短，主挤压轴及芯棒穿孔针与模孔对中性偏差小，成品管的同心度、壁厚偏差及尺寸精度有保证。

液控系统配置电液阀、电磁阀、单向阀、溢流阀及插装阀等元件，按操作顺序要求编制电脑程序，实现自动控制。

3、本发明模具组合及连接：模具由穿孔、挤压自动切换操作系统，热挤压操作系统及退模、分离、挤余切除操作系统三部分组成。设计遵循技术与经济效果并重原则：能实施工艺过程每项操作动作准确无误、安全可靠；各部模具合理选材，满足强度、硬度要求，热作模具必须有足够高的耐高温强度及耐磨性能；确定合理的挤压比，最佳挤压比为15至25，保证模具有足够长的使用寿命，控制生产成本。

3.1、穿孔、挤压自动切换操作系统：由后底板组合及弹簧闸阀、前底板及锥形头、主挤压轴及芯棒与穿孔针、副轴及活塞缸与闸板、十字横担及拉杆组件等组成。

后底板组合与主缸柱塞输出端联接头以内六角螺钉联接，传递全部挤压力。

上述后底板由主板和副板复合组成，主板与副板的结合面有四条互成直角的平面辐射槽，内嵌装四组弹簧闸阀，阀板的鼻形部伸入副板滑动斜槽内，副板开有阴锥面，其锥度与形状大小与前底板上的锥形头相吻合。

前底板贴装于中间活动横梁朝后底板组方向的板面，以内六角螺钉紧固，中心配装带轴孔的锥形头。

主挤压轴穿装于后底板组合中心轴孔及前底板上锥形头轴孔，其输出端与穿孔芯棒螺纹旋接，芯棒头配有穿孔针，穿经芯棒支承、挤压垫伸入挤压筒内。

上述主挤压轴设环形槽，当后底板组内弹簧闸阀阀片抱紧环形槽时，传递挤压力予主挤压轴。

上述前后底板的开合产生锥形头与弹簧闸阀的开闭，实现闸阀与主挤压轴的离合，完成穿孔与挤压的动作自动切换。

副轴左右两组，上下共四条，贯穿后底板组、前底板及中间活动横梁，一头与后底板组螺帽连接，另一头能自由滑移，具有导向和驱动双重功能。

上述副轴开前后槽，其间距决定穿孔行程，由设于前底板中缝的闸板及活塞缸开合，操控中间活动横梁的进退或止动。

主挤压轴尾端设十字横担及拉杆组件，控制芯棒穿孔针定位。横担为十字形，纵向两端各设两根导向轴，贯穿后底板组、前底板及中间活动横梁，一头与横担螺帽连接，另一头能自由滑移；横向两端与拉杆连接，拉杆插装于后固定横梁上的滑移导管内，尾部有限位螺母。

上述十字横担中心孔与主挤压轴尾端螺帽连接，两者随动。穿孔切换成挤压时，横担被两端拉杆拉住，芯棒穿孔针在挤压模模孔中定位，挤压筒前行，金属从环形模孔中不断被挤压成管，而芯棒随主挤压轴和横担从挤压筒和锭坯中缓缓退出。

3.2、热挤压操作系统：由挤压筒组件及挤压模、空心挤压轴组件两部分组成，分别相对安装于活动横梁与前固定横梁的前后两侧板面，均采用压板以螺钉固定，中间空档为锭坯装料空间。挤压筒为双层结构，内衬装锭坯，外套包覆感应加热圈，插热电偶自动控温；空心挤压轴为双层结构，内层为分段中心套管，增加抗弯性能，中央为成品出口通道，轴输入端以螺纹与挤压模旋接。挤压时，挤压模与空心挤压轴固定不动，锭坯随挤压筒运动倒插入空心挤压轴，完成穿孔挤压。

3.3、退模、分离、挤余切除操作系统：空心挤压轴输出端成品出口处，设计有弹簧自动抱闸，以导路与空心挤压轴衔接。挤压终结，主液压缸回程退出挤压筒时，成品由弹簧抱闸自动抱紧，实现脱模分离，挤余残料作火焰切割。

采取的配套技术措施还包括：

(1)组合式浮动穿孔针应用

挤压内径≤Φ20mm管材时，将带局部锥面的针尖装于芯棒头相同锥面空腔内，穿孔时针尖外露仅10mm，能避免因应力集中而弯曲或断裂；穿孔结束挤压开始时，被流动金属裹住的针尖前伸而形成环形孔腔，以此实现小孔径管材的挤压。

(2)连铸坯热挤压

以连铸坯取代轧制坯直接挤压成管材，而内在质量不受影响，使热挤压制管工艺独具魅力，有重大节能效果，能大幅度降低成本。采用100×100mm连铸方坯，配用内孔直径142mm挤压筒。

(3)液压系统配建蓄能站

液压油泵运转在每个生产节拍中，穿孔、挤压等有功作业时间仅占1/3，间断性的无功作业时间约占2/3。为避免无谓的溢流损失，系统能向蓄能器储油，待穿孔及挤压操作瞬间集中向液压缸供油，既提高了挤压速度，又能节约能耗。

(4)钢坯无氧化加热

冷料预处理：挤压生产对钢坯表面质量有较严格要求，以确保成品表面光洁。凡冷料表面有夹杂、结疤、毛刺等瑕疵的需经修磨，锯切分段，两端平整。不锈钢坯凡表面不良的，应用车床作剥皮处理。

采用中频感应透热炉快速加热：节拍为70至90秒，每节坯料在炉加热时间≤15分钟，高效节能。进出料口设置氮封炉门，实施完全无氧化加热，确保热料表面无氧化铁皮。

(5)润滑挤压及润滑剂应用

钢坯在挤压过程中，金属与芯棒、穿孔针及挤压模内孔均有强烈摩擦。采用润滑挤压减轻摩擦，降低挤压能耗，延长模具使用寿命，改善成品表面质量，便于脱模。润滑剂选择视钢种而定。不锈钢表面忌增碳，采用玻璃润滑剂；其余钢种用石墨润滑剂。润滑剂添加方式为喷涂。

(6)余热利用

钢坯加热温度为1150至1200℃。挤后余热温度约1050℃。若直接挤压成品，可将产品进缓冷箱作余热退火处理；若挤压毛管，能在挤压机后配置张力减径机组，连轧缩径，扩大产品规格范围及节能效果。

(7)快速换模

芯棒、穿孔针及挤压模在挤压生产中处于高温、高压、强摩擦工作状态，随着磨损或变形必须及时更换。设定寿命为：穿孔针及挤压模≥200次；芯棒≥1000次。设计中采用螺纹旋接实现快速更换，换模所需时间：挤压模45秒；芯棒及穿孔针2分钟。

(8)事故处理

挤压过程中因设备故障或操作因素出现事故在所难免，为迅速退出挤压筒中的热料，设计了相应装置：芯棒退出备有事故拉杆；热料顶出备有事故顶头，代替芯棒头；热料顶出还备有事故套筒，代替空心挤压轴。

本发明的优点和效果是：与现有国内小口径无缝钢管冷拔制管工艺比较，具有简化工艺、优质高效、节能环保的积极效果。与现有二次加热、二次成型的正向热挤压制管工艺比较，采用反向热挤压方法，能避免锭坯与挤压筒内壁的剧烈摩擦，与同类正向挤压机相比能节省30至40％的挤压力，相当于节能30％，延长挤压筒使用寿命；在合理挤压比值范围内，实现一次加热、穿孔挤压一次成型，能直接产出小口径合金钢无缝管成品，或作冷拔用毛管，能大大减少冷拔加工量及退火次数；当挤压内径＜20mm管材时，采用组合式浮动穿孔针能避免针尖弯曲或断裂，实现小孔径管材的挤压；以连铸坯取代轧制坯直接挤压小口径管材，而内在质量不受影响，使反向挤压机及热挤压制管工艺独具魅力，有重大节能效果，能大幅度降低生产成本。

附图说明

图1是本发明实施例的主体结构示意图；

图2是图1中的挤压机充液直压式复合液压缸结构示意图；

图3是图1中的穿孔、挤压自动切换操作系统模具组合结构示意图；

图4是图1中的挤压筒组件结构示意图；

图5是图1中的空心挤压轴组件结构示意图；

图6是图1中的弹簧自动抱闸组件结构示意图；

图7是图1中的组合式浮动穿孔针结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例作进一步详细描述。

如图1至图7所示的合金钢卧式反向挤压机本体，见图1、2，由机座1、前固定横梁2、后固定横梁3、中间活动横梁4、张力柱5、螺母6、主液压缸7、移模缸8、回程缸9等部分组成。前固定横梁2、后固定横梁3与机座1螺栓联接固定，中间活动横梁底4与机座1台面设供滑移的带面滑道；四条张力柱5贯通三横梁以螺母6联接紧固，构成封闭式刚性框架；主液压缸7之主液压缸缸体30与后固定横梁3为同一大型铸钢件；主液压缸缸体30内腔设主缸柱塞31，有多层密封圈滑配；

主缸柱塞为空腔体，中间配装能供滑移的厚壁中心导油管31a，一端插装于主液压缸缸体30球形头部内壁凸起部，设两层密封压环31c与主缸柱塞31滑配，另一端以堵头31b密封，所形成的中心空腔与移模供油管42相通构成移模缸8；主液压缸缸体30内壁与主缸柱塞31外壁之间的环形腔，与回程供油管43相通，构成回程缸9；主缸柱塞31的输出端有凸起的联接头31a，挤压模具后底板组合10以内六角螺钉与其联接，主缸柱塞31、主挤压轴14、芯棒15、挤压模26与空心挤压轴组件27的水平轴线必须同心。

主液压缸7为充液直压式复合液压缸，见图2。机顶设油箱33，油箱中央设液控阀，液控阀由液控阀阀座34、阀芯35、阀盖36、进油联接头37、汇油三通38组成，下端衔接主液压缸7，上下法兰螺栓联接，通油箱处有上下密封压垫；上端联通垂直主供油管39和水平主供油管40，油箱、液控阀与主液压缸构成大三通。液压系统油路互通封闭循环，并配置液压油冷却器44和过滤器45，油箱设清污人孔48，控制油温和油质。主液压缸缸体30球头端下方，以支座29与机座1联接；油箱底有支柱49支于地坪；机顶设有电机油泵安装平台47，液控系统阀门组群及配管，集中安装在油箱顶部阀门组件安装平台46。

穿孔、挤压自动切换操作系统模具组合，见图3：由后底板组合10及弹簧闸阀11、前底板12及锥形头13、主挤压轴14及芯棒15与穿孔针16、副轴19及活塞缸20与闸板21、十字横担22及拉杆组件23等组成。

后底板组合10与主缸柱塞31输出端联接头31a以内六角螺钉联接，传递全部挤压力；后底板组10由主板10a与副板10b复合组成，以内六角螺钉联接，主板10a与副板10b的结合面有四条互成直角的平面辐射槽，内嵌装四组弹簧闸阀11；弹簧闸阀由闸板11a、弹簧11b、第一弹簧柱11c、顶盖11d组成。

阀板11a由滑动平板及呈直角凸起的鼻形部构成，后底板组合之副板10b有供阀板鼻形部滑移的沟槽；副板与前底板12的迎合面开有与锥形头13相同大小、相同锥度的阴锥面；阀板轴孔端有呈1/4圆弧形头部，能插入主挤压轴环形槽，另一端与弹簧柱旋接，弹簧柱内套弹簧穿通顶盖孔；

前底板12安装于中间活动横梁4相对于后固定横梁3板面，用内六角螺钉联接，前底板12中央设带轴孔的锥形头13，以锥面对接，第一背帽13a固定；

主挤压轴14设环形槽，穿装于后底板组合10中心轴孔，再穿经前底板12中心的锥形头13轴孔，输出端与穿孔芯棒15螺纹旋接，再旋接穿孔针16穿经芯棒支承17、挤压垫18，伸入挤压筒24内。当弹簧闸阀抱紧主挤压轴环形槽时，能传递挤压力予主挤压轴芯棒及穿孔针；

前后底板12、10的开合产生锥形头13与弹簧闸筏11的开闭，实现闸阀20与主挤压轴14的离合，完成穿孔与挤压动作的自动切换；

副轴19左右两组上下共四根，贯穿后底板组10、前底板12及中间活动横梁4，一头与后底板组螺帽连接，另一头能自由滑移，具有导向和驱动功能。副轴开前后槽，其间距决定穿孔行程，由设于前底板12中缝的闸板21及活塞缸20开合，操控中间活动横梁4的进退或止动；

主挤压轴14尾端设十字横担22及拉杆组件23，控制芯棒15及穿孔针16定位。横担22为十字形，纵向两端各设两根导向轴22a，贯穿后底板组10、前底板12及中间活动横梁4，一端与横担连接紧固，另一端能自由滑移；横担中心孔与主挤压轴螺母连接，两者随动，横向两端各与拉杆头部螺母连接，拉杆插装于后固定横梁3上的导管23a内，后端有限位双螺母23b，穿孔切换成挤压动作时，横担被拉杆拉住，芯棒穿孔针在挤压模模孔中工作带定位，挤压筒挤压前行，主挤压轴、芯棒随横担缓缓退出。

热挤压操作系统模具组合，见图1：由挤压筒组件24及挤压模26与空心挤压轴组件27两部分组成，分别相向安装于中间活动横梁4与前固定横梁2的前后两侧板面；均采用压板以螺钉固定；中间空档为锭坯装料空间。

挤压筒组件24，见图4：挤压筒为双层结构，外套24a内衬24b相互以小锥度紧配合，两端各有法兰24c24d，以内六角螺钉压紧，有小底板24f与芯棒支承17锥面配合，用第二背帽24g紧固，筒体用压盖24e与底板24f螺钉连接。挤压筒内衬装锭坯，外套包覆感应加热圈25，插热电偶自动控温；

空心挤压轴组件27，见图5：空心挤压轴为双层结构，外层为轴杆27a，内层为分段中心套管27b，增加抗弯性能，中央为成品出口通道，输出端基座27c为组合结构，便于安装更换部件，与双层小底板27d锥面配合，用第三背帽27e紧固，轴基座用压板27f与底板27d螺钉连接。空心挤压轴组件27输入端以螺纹与挤压模26旋接。挤压时，挤压模与空心挤压轴固定不动，锭坯随挤压筒运动倒插入空心挤压轴，完成穿孔及挤压。

退模、分离、挤余切除操作系统模具组合：空心挤压轴输出端成品出口处，设计有弹簧自动抱闸组件28，见图6，有内孔为圆锥面的闸座28a，配装相同锥度的三个锥面楔形闸片28c，其中心圆孔直径略小于成品管外径，靠摩擦力推挤闸片通过第二弹簧柱28d压紧弹簧28e，闸座盖28b上有弹簧柱孔，闸座28a与法兰28f联接贴装在前固定横梁2内与空心挤压轴组件27底板螺钉连接，导路28g法兰28h与空心挤压轴组件27衔接。主液压缸回程退模时，成品管回缩被楔形闸片28c自动抱紧、锁定、实现脱模分离，然后切除挤余残料。

挤压内径小于20mm管材时，芯棒采用组合式浮动穿孔针16，见图7，将带局部锥面的针尖16b装于带相同锥度锥面内孔的芯棒头16a空腔内，穿孔时针尖被压紧外露仅10mm，能避免因应力集中而弯曲或断裂；穿孔结束开始挤压时，被流动金属裹住的针尖前伸而形成模孔环形孔腔，以此实现小孔径管材的挤压。

以下结合附图对本发明挤压机按具体操作程序的实施过程作详细描述：装料起始准备，前底板12上的活塞缸20动作，闸板21闸住副轴19前槽；移模供油管42向移模缸8供油，主缸柱塞31前行，推动后底板组10传力于副轴19，副轴驱动带动前底板12、中间活动横梁4、挤压筒组件24空载向前运动实施装料；液控系统连锁启动液控供油管41向液控阀34供油，阀芯35顶起，油箱33自动向主液压缸7充液供油，避免主液压缸出现真空；钢坯进入挤压筒24完成装料，并随挤压筒倒插入空心挤压轴组件27，至挤压模26深入予定位置，活塞缸20将闸板21抽退出，中间活动横梁4止动定位；

连锁切换液控阀停止供油，阀芯.35下沉，关闭油箱33通路，垂直主供油管39和水平主供油管40向主液压缸7供油，挤压力骤然升级，穿孔操作开始；

后底板组内弹簧闸阀11被弹簧11b张紧抱住主挤压轴14环形槽，将全部挤压力传递给主挤压轴14、芯棒15和穿孔针16，十字横担22随主挤压轴运动，并带动拉杆23向前滑移，其间四根副轴19与十字横担22的四根导向轴22a均起导向作用；当后底板组10与前底板12合拢时，穿孔结束，此时前底板12上的锥形头13将后底板组内的弹簧闸阀11顶开，弹簧闸阀与主挤压轴14分离，随着挤压筒24继续前行，主挤压轴14芯棒15和随横担22被拉杆拉住缓缓从挤压筒中退出，芯棒穿孔针16在挤压模26模孔工作带中停位，完成了穿孔挤压操作的自动切换；

挤压筒中的金属因反挤压作用从挤压模26模孔与芯棒穿孔针16所形成的环形空腔中不断挤出成管材，成品通过出口弹簧自动抱闸组件28，挤推楔形锥面闸片28c不断产出；

挤压终结，活塞缸20推动闸板21闸住副轴19后槽，液控系统主油路停止供油，回程供油管43向回程缸9供油，主缸柱塞31开始退回，后底板组10、前底板12、中间活动横梁4、拉动挤压筒24从空心挤压轴组件27退出，而成品管及挤余残料因楔形闸片28c抱住锁紧，实现了退模分离；

在切除挤余残料同时，主缸柱塞31继续回缩，活塞缸20抽动闸板21自副轴19后槽中抽出，中间活动横梁4止动停位，后底板组10与前底板12、锥形头13分离、弹簧闸阀11在弹簧11b作用下自动复位抱住主挤压轴14环形槽，十字横担22与拉杆23恢复原位，活塞缸20推动闸板21插入副轴19前槽，一个操作循环结束。

以下结合热挤压制管工艺流程，对本发明实施例再作具体描述：

锭坯冷料经锯床锯切分段，经炉前进料装置装入感应快速加热炉进行快速无氧化加热，热料经炉后出料装置，被装料机械手抓至卧式反向挤压机挤压筒与空心挤压轴之间的装料空间，期间挤压筒内衬、芯棒、穿孔针及挤压模已完成润滑剂喷涂；热锭坯经穿孔、挤压后，成品管从出口弹簧自动抱闸组件逸出，经退模、分离、切除挤余残料后，被牵引机拉至前辊道，由拨管装置平移至喷淋冷却架作快速喷水冷却处理，急冷至特定相变温度后，进入缓冷箱作余热退火，然后移送步进式冷床，经矫直机矫直，进集料台，再移送至锯前辊道，进定尺台，经定尺装置定尺，由定尺锯锯切，最后送成品退火炉退火后，由包装机打包。如果挤压机产出的为毛管，则由机前辊道，进入张力减径机连轧缩径，成品管经机后辊道，移送喷水冷却架冷却，再经进步式冷床，及后续的公知技术，完成矫直、定尺锯切、成品退火，直至包装。

本发明的优点在于：与现有二次加热、二次成型的正向热挤压制管工艺比较，采用反向热挤压方法，能避免锭坯与挤压筒内壁的剧烈摩擦，与同类正向挤压机相比，能节省30至40％的挤压力，相当于节能30％，延长挤压筒使用寿命；反向挤压机采用四根张力柱串连三道横梁所构成的封闭式刚性框架，比正向挤压机以两根张力柱联结两横梁的开放式结构，其优越性不言而谕，容易保持主挤压轴、芯棒、穿孔针、挤压模及空心挤压轴的同心，不易产生穿孔针与挤压模模孔工作带的偏心位移，提高成品管的壁厚精确度；在合理挤压比值范围内，实现一次加热、穿孔挤压一次成型，能直接产出小口径合金钢无缝管成品；反向挤压机具有结构紧凑、工序简单、使用能耗少、成品质量高和操作方便的优点。

本发明的最佳实施例已被阐明，由本领域普通技术人员做出的各种变化或改型，都不会脱离本发明的范围。

Claims (10)

1、合金钢卧式反向挤压机，包括封闭式刚性框架、充液直压式复合液压缸和模具组合，其特征是：机座(1)上配设有经四条张力柱(5)相串连的前固定横梁(2)、后固定横梁(3)和中间活动横梁(4)所构成的封闭式刚性框架；主液压缸缸体(30)与后固定横梁(3)为同一大型铸钢件，主液压缸缸体(30)内腔设主缸柱塞(31)，有多层密封圈滑配；所述主缸柱塞(31)为空腔体，中间配装能供滑移的厚壁中心导油管(31a)，一端插装于主液压缸缸体(30)球头内壁凸起部，设两层密封压环(31c)与主缸柱塞(31)滑配；空腔体另一端有堵头(31b)密封，所形成的中心空腔，外接移模供油管(42)构成移模缸(8)；所述主缸柱塞(31)外壁与主液压缸缸体(30)内壁之间的环形腔，与外接回程供油管(43)相通，构成回程缸(9)；

所述主缸柱塞(31)的输出端有凸起的联接头(31a)，挤压模具的后底板组合(10)与之联接，是动力之源；与后底板相对的中间活动横梁(4)板面，配装前底板(12)，其中心装有带轴孔的锥形头(13)；

所述中间活动横梁(4)的另一侧板面装有挤压筒组件；与其相对的前固定横梁(2)板面装有空心挤压轴组件(27)，空心挤压轴的输入端配装挤压模(26)；

所述空心挤压轴组件(27)输出端面贴装有固定在前固定横梁(2)成品出口端板面上的弹簧自动抱闸(28)；

所述的后底板组合(10)的中心轴孔，配装有主挤压轴(14)，其穿经前底板(12)之锥形头(13)轴孔和中间活动横梁(4)，主挤压轴输出端配装芯棒(15)及穿孔针(16)；上述芯棒和穿孔针穿经芯棒支承(17)、挤压垫(18)，伸入挤压筒(24)内；所述主挤压轴(14)、芯棒(15)与空心挤压轴组件(27)同一轴心。

2、根据权利要求1所述的合金钢卧式反向挤压机，其特征是：主液压缸(7)为充液直压式复合液压缸，机顶设油箱(33)，油箱中央设液控阀；所述液控阀由阀座(34)、阀芯(35)、阀盖(36)、进油联接头(37)、汇油三通(38)组成，下端衔接主液压缸(7)，上下法兰螺栓联接，阀芯通油箱处有上下两道密封压垫，上端联通主供油管，油箱、液控阀与主液压缸构成大三通；所述液控阀是充液直压式复合液压缸的关键部件，由液控供油管(41)操控，主要作用是移模供油管(42)，向移模缸(8)供油主缸柱塞前行时，使阀芯(35)顶起，油箱(33)自动向主液压缸(7)充液，防止出现缸内真空；当垂直主供油管(39)和水平主供油管(40)供油，连锁切断液控供油管(41)油路，阀芯(35)下沉，关闭油箱通道，主液压缸(7)推动主缸柱塞前行，传力予模具后底板组合(10)。

3、根据权利要求1或2所述的合金钢卧式反向挤压机，其特征是：所述的后底板组合(10)由主板(10a)与副板(10b)复合组成，主板(10a)与副板(10b)的结合面有互成直角的平面辐射槽，内嵌装四组弹簧闸阀(11)；

所述弹簧闸阀由阀板(11a)、弹簧(11b)、第一弹簧柱(11c)及顶盖(11d)组成，阀板由滑动平板及呈直角凸起的鼻形部构成，主板(10a)设有平面槽，副板(10b)有供阀板鼻形部滑移的沟槽；

副板(10b)与前底板(12)的吻合面开有与其锥形头(13)相同大小、相同锥度的阴锥面；阀板(11a)在后底板组合的轴孔端有呈1/4圆弧形头部，能插入主挤压轴(14)环形槽，另一端与第一弹簧柱(11c)旋接，第一弹簧柱内套弹簧(11b)，穿通顶盖孔(11d)，压紧弹簧。

4、根据权利要求3所述的合金钢卧式反向挤压机，其特征是：所述的主挤压轴(14)设环形槽，穿装于后底板组合(10)中心轴孔及前底板之锥形头(13)轴孔，当弹簧闸阀阀板(11a)嵌扣抱紧环形槽时，能传递挤压力予主挤压轴；前底板(12)、后底板组合(10)的开合，产生锥形头(13)与弹簧闸阀(11)的开闭，实现弹簧闸阀与主挤压轴(14)的离合。

5、根据权利要求4所述的合金钢卧式反向挤压机，其特征是：所述前后底板的开合，依赖于具有导向和驱动双重作用的副轴(19)实现；副轴(19)左右两组上下平行共四根，贯穿于后底板组合(10)、前底板(12)及中间活动横梁(4)，一头与后底板组合主板(10a)连接，另一头能自由滑移；

所述副轴(19)开前后槽，其间距决定穿孔行程，由设于前底板(12)中缝的闸板(21)及活塞缸(20)开合，操控中间活动横梁(4)的进退或止动。

6、根据权利要求3所述的合金钢卧式反向挤压机，其特征是：所述的主挤压轴(14)的尾端设有十字横担(22)及拉杆组件(23)，以控制芯棒(15)及穿孔针(16)定位；所述十字横担(22)为十字形，纵向两端各设两根导向轴(22a)，贯穿前底板(12)、后底板组合(10)及中间活动横梁(4)，一端与横担(22)连接，另一端能自由滑移；横担中心孔与主挤压轴(14)尾端连接紧固，两者随动，横向两端与拉杆头连接，拉杆插装于后固定横梁(3)上的导管(23a)内，后端有限位双螺母(23b)。

7、根据权利要求1所述的合金钢卧式反向挤压机，其特征是：所述的挤压筒组件，其挤压筒为双层结构，外套(24a)与内衬(24b)以小锥度紧配合，两端有法兰压紧；其小底板(24f)与芯棒支承(17)锥面配合，用第二背帽(24g)紧固；挤压筒外套包覆感应加热圈(25)，插热电偶自动控温。

8、根据权利要求1所述的合金钢卧式反向挤压机，其特征是：所述的空心挤压轴组件(27)为组合结构，空心挤压轴外层为轴杆(27a)，内层为分段中心套管(27b)，轴基座(27c)与双层小底板(27d)锥面配合，以第三背帽(27e)紧固，轴杆(27a)输出端与基座(27c)螺纹旋接，输入端与挤压模(26)旋接。

9、根据权利要求1所述的合金钢卧式反向挤压机，其特征是：所述成品出口端的弹簧自动抱闸组件(28)，锥面内孔的闸座(28a)配装同锥度的三个楔形闸片(28c)，中心圆孔略小于成品管外径，闸片头旋接第二弹簧柱(28d)穿过闸座盖(28b)之弹簧柱孔，压紧弹簧(28e)；闸座与法兰(28f)联接贴装在前固定横梁(2)出口面内与空心挤压轴底板(27d)紧固，导路(28g)法兰(28h)与空心挤压轴输出端衔接。

10、根据权利要求1所述的合金钢卧式反向挤压机，其特征是：所述芯棒之穿孔针(16)用以挤压内径小于20mm时，采用组合式浮动穿孔针，带局部锥面的针尖(16b)，装于带同锥度局部锥面空腔的芯棒头内，穿孔时针尖被压紧仅外露10mm，挤压时针尖被流动金属拉出。

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