CN101020221A - 半沉式大型精密碾环机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于加工大型金属环件的设备，它包括一门型机架，用于夹持待加工环形工件，该门型机架包括固定架与移动架，在移动架与固定架之间设置用于驱动移动架相对固定架移动的移动机构，固定架与移动架的夹持面相对，并与待加工环形工件的端面平行；一对相互平行的轧辊，包括分别安装于门型机架上的固定轧辊与移动轧辊，其中的移动轧辊安装于复合梁上，在门型机架与复合梁之间设置用于推动复合梁及移动轧辊相对固定轧辊移动并迫使移动轧辊碾压环形工件的推动机构；在固定轧辊与移动轧辊上分别连接用于驱动固定轧辊与移动轧辊绕各自的轴线转动的转动机构。本发明的碾环机加工的产品工效高、精度高、机械能好。

Description

半沉式大型精密碾环机

技术领域

本发明涉及一种用于加工大型金属环件的设备，属于金属加工机械技术领域。

背景技术

随着我国重大装备制造业的发展对大型高筒的环件的需求日趋增加，诸如，大型轧钢机组的油膜轴承套，大型火电锅炉的高压汽包，煤液化容器，核电的反应堆的安全罩，以及重型化工行业，均对大型高筒型环件有大量的需求，目前对高度H≤600mm的环型大口径的锻件，如大型齿轮圈、大型轴承圈等，已有比较适合的设备和十分成熟的工艺技术。

但对于大型高筒环形锻件高度H≥1000mm，直径＞3000MM的锻造工艺来说，我国的各大型重型机器厂仍沿用已有40多年历史的自由锻工艺来解决，即在大型水压机或油压机上利用操作机或行车吊起翻转机夹持专用芯棒以及辅助装置马杠上进行操作，该工艺工效低，余量大，余量的重量可占锻件重量的50％左右，需多次加热，能耗大，火耗达锻件重量的8～10％，锻件内部易产生锻造引起的裂纹和锻件的金相组织多次加热晶粒度大机械性能下降等缺陷，至今还没有专门用于生产大型高筒环形金属件的设备，这与节约型发展政策是不相符的。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种能耗小、火耗少、加工方便、节能、节约钢锭和提高锻件内部组织性能的半沉式大型精密碾环机。

按照本发明提供的技术方案，半沉式大型精密碾环机包括：

一门型机架，用于夹持待加工环形工件，该门型机架包括底座及固定安装于底座上的固定架与滑动安装于底座上的移动架，在移动架与固定架之间设置用于驱动移动架相对固定架移动的移动机构，固定架与移动架的夹持面相对，并与待加工环形工件的端面平行；底座与固定架及移动架呈门型布置；

一对相互平行的轧辊，包括分别安装于门型机架上的固定轧辊与移动轧辊，其中的移动轧辊安装于复合梁上，在门型机架与复合梁之间设置用于推动复合梁及移动轧辊相对固定轧辊移动并迫使移动轧辊碾压环形工件的推动机构；在固定轧辊与移动轧辊上分别连接用于驱动固定轧辊与移动轧辊绕各自的轴线转动的转动机构。

在门型机架上还设有端压轧辊系统与校正系统，其中的端压轧辊系统用于对环形工件进行端面校正，校正系统用于对环形工件的外壁进行圆弧校正，端压轧辊系统安装在门型机架夹持环形工件侧的端面上，它包括电动机驱动的减速机以及与减速机相连的可以与环形工件的两端面接触的端面压辊。

校正系统包括油缸、横梁、推杆、板形梁和校正辊，其中油缸的一侧设有横梁，横梁的上下两侧设有推杆，推杆的前端与板形梁相连，在板形梁的前端部设有校正辊，所述的校正辊位于固定轧辊的上下两侧。

在固定架上铰接油缸，该油缸的活塞杆与移动架铰接；在固定轧辊与移动轧辊的两端均连有联轴节，联轴节通过减速机和电动机相连，其中，移动轧辊至少有一端与联轴节以可拆卸方式连接，以便于更换环形工件。

在推动机构中，顶升油缸的一端铰接于门型机架上，顶升油缸的活塞杆与复合梁铰接，在门型机架的底部位置设有支撑环形工件下端部外侧壁的移动升降台。

在复合梁的两端部设有力矩平衡装置，所述的力矩平衡装置包括设置于复合梁下方两端的左承载梁和右承载梁，在门型机架上铰接上升油缸；左承载梁和右承载梁的外端部均连接于升油缸的活塞杆上，其内端部均连接支撑块，升降油缸的活塞杆同时还与设置在左承载梁或右承载梁下方的弯矩梁的外端相接，弯矩梁的内端呈上翘状，且其内端通过柱体与支撑块柱面相接。

所述的移动升降台包括移动托辊架、螺杆、升举梁、齿轮箱、减速机、电动机、油缸和车架，每个移动托辊架设有两个托辊并设置于升举梁上，在升举梁上设有螺杆连接着移动托辊架的底部，升举梁的顶端设有齿轮箱，齿轮箱通过减速机与电动机相连，升举梁的中部通过油缸设置在移动车架上。

在门型机架上设有复合梁的移动进出装置，该移动进出装置包括设置在滑座内的电动机、减速机与联轴节，电动机和油缸相连，与联轴节一端相连的移动轧辊、复合梁通过油缸、电动机、减速机、联轴节完成移动抽送进出。

碾环的实质是环形毛坯的径向轧制，但它又需要制坯，所以又与锻造类似，实际上是两次制坯。因此，既不同于轧制又与锻造有区别，对于环形工件的成型来说，有较大的经济技术优越性，但对于经过专用的辗环机辗环后的环形工件与自由锻造相比具有工效高，加热次数少、余量少、节能、节约钢锭和提高锻件内部组织性能的优势，目前国内已有几十家专业的环锻件制造厂，其特点是：

1、所需要的吨位小；由旋转模具连续的对毛坯施压变形，与模锻的整体加压成型相比，工具与环形工件的接触面积小。变形力小选用小吨位的设备就可以锻造出较大型的环件，扩大了环件的成型范围。

2、材料的利用率高；与模锻相比，碾环的毛坯只要冲出小孔，所以冲孔的连皮小，又没有模锻产生的飞边和拔模斜度，环件截面尺寸更接近零件即减小了切削加工量又节约了材料。

3、内在质量优良；碾环变形是径向压缩，周边延伸，环件金属纤维沿周向连续排列，往往与环件在使用中的受力和磨损相适应，所以碾环产品的强度高又耐磨，内在质量优良。

4、劳动条件好；与一般锻造相比，碾环时无冲击，震动和噪音都很小，劳动条件得到很大改善，易实现机械化和自动化。

综上所述可以看出，本发明的大型精密碾环机与自由锻造工艺机相比主要有的下几个方面的优点：

1、锻造工效高，从而加热次数少，节约能源、减少火耗可达锻件重量的3％～5％。

2、锻造精度高，大大减少了锻件的余量，提高了材料的利用率。可减少余量30～65％，同时减少了粗加工的加工量，减少工时，降低加工成本。

3、由于采用了连续累加变形的辗压方法锻件变形均匀明显减少了锻造裂纹的产生，同时由于加热次数减少，初锻后锻件的晶粒度不易长大或长大缓慢，提高了锻件的机械性能和锻件等级。

4、锻件的尺寸和形状误差小，精度高，有些情况下可以进行简单的加工后成为零件，经济效益比H＜600MM的环锻件更加明显。

本发明是对已沿用了几十年的大型的高筒环形件水压机自由锻造这种粗放型的加工机械向高效的精确的闭式锻造机械的一种探索，随着我国重大装备制造业的发展对大型高筒环形锻件的需求将越来越大，若采用本发明的精密碾环机来加工，将会节约大量的贵重合金钢和能源，同时锻件的内在质量得以明显的提高，是一种符合我国发改委提出的节约型发展政策的生产方式。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是图1的A-A向视图。

图3是图1的反力矩平衡装置的放大示意图。

图4是端压轧辊系统的动力及传输系统放大示意图。

图5是端压轧辊系统的剖视图。

具体实施方式

如图所示：大型精密碾环机包括一个用于夹持待加工环形工件39的门型机架，该门型机架包括固定架5与移动架50，固定架5、移动架50均设置于底座52上，并呈平卧放置在地面上，在移动架50与固定架5之间设置用于驱动移动架50相对固定架5移动的移动机构，移动架50可以在油缸44或电动推杆或齿轮齿条等机构驱动下实现平移，并向固定架5靠近，为确保滑动平稳，应在移动架50与底座之间设置滑轨，固定架5与移动架50的夹持面相对，并与待加工环形工件39的端面平行，底座52与固定架5及移动架50以门型布置，其中敞开的开口便于环形工件39的取放；为确保移动架在底座52上平稳移动，在底座52与移动架50之间设置滑轨与滑块。在加工时，不能夹得太紧，应保证待加工的环形工件39能在轧辊的带动下转动。

一对相互平行的轧辊，包括分别安装于门型机架上的固定轧辊9与移动轧辊7，其中的移动轧辊7安装于复合梁8上，在门型机架与复合梁8之间设置用于推动复合梁8及移动轧辊7相对固定轧辊9移动并迫使移动轧辊7碾压环形工件39的推动机构；在固定轧辊9与移动轧辊7上分别连接用于驱动固定轧辊9与移动轧辊7绕各自的轴线转动的转动机构。

固定轧辊9与移动轧辊7组成压辊系统夹持着环形工件39的侧壁，在固定轧辊9与移动轧辊7的两端均连有联轴节3、14，联轴节3、14通过减速机2、10和电动机1、11相连，构成轧辊的转动机构，如图1，固定轧辊9通过联轴节3、减速机2与驱动电动机1相接，移动轧辊7通过联轴节14、减速机10与驱动电动机11相接。

固定轧辊9的两端的转动机构与固定轧辊9直连，即该转动机构不通过万向联轴器与固定轧辊9相连。而移动轧辊7两端的动力输入通过分别设置在固定架5与移动架50上的电动机10、减速机11及万向联轴节14实现双向动力输入，为了方便万向联轴节14与移动轧辊7两外端部相连，在移动轧辊7的两外端部与联轴节14之间设有连杆51，其中，移动轧辊7与机架5活动连接，使得它能在电动机11和减速机10的驱动下转动，且移动轧辊7至少有一端与联轴节14以可拆卸方式连接，以便于移动轧辊7一端从联轴节14中抽出，更换环形工件39，更换好环形工件39后再与在联轴节14相接，移动轧辊7下方的固定架5与移动架50上架设安装有移动轧辊7的复合梁8，复合梁8的梁体上设有推动机构，该推动机构可以为对称设置在固定架5与移动架50上的顶升油缸19，顶升油缸19对复合梁8的碾压力通过移动轧辊7对环形工件39进行碾压，同时，移动轧辊7绕其自身轴线的转动，带动环形工件39绕其自身的轴线转动，由于复合梁8两端部设有力矩平衡装置，在门型机架底部位置设有支撑环形工件39下端部外侧壁的移动升降台28，在门型机架上还设有端压轧辊系统与校正系统，由他们负责对环形工件39的外壁进行圆弧校正和端面进行校正，如图1、2所示。

在移动架50上还设有复合梁8移动进出装置，该装置包括设置在滑座42内的电动机10、减速机11与万向联轴器14，电动机10和油缸43相连，与联轴节14一端相连的移动轧辊7、复合梁8通过油缸43、电动机10、减速机11、联轴节14完成移动抽送进出。

该端压轧辊系统安装在固定架5环形工件侧的端面上，它可以包括电动机24驱动的减速机23以及与减速机23相连的设置于环形工件39两端面处的端面压辊30，该端面压辊30可在安装于移动架50上的压辊座53上，在环形工件39加工转动过程中通过端面压辊30对环形工件39的端面进行校正，保证端面加工后的一次性平整，且电动机24、减速机23与端面压辊30设置在移动架50上，通过与移动架50相连的油缸41驱动对环形工件39的端面进行校正。

校正系统可以包括设置在机架5上的油缸20、横梁25、推杆22、板形梁26和校正辊27，其中油缸20一侧设有横梁25，横梁25的上下两侧设有推杆22，推杆22的前端与板形梁26相连，在板形梁26的前端部均设有校正辊27，所述的校正辊27位于固定轧辊9的上下两侧。在需要对加工中的环形工件39进行校正时，设置于横梁25上下两侧的推杆22在油缸20的推动下推动前方的板形梁26及设于其前端的校正辊27向环形工件39靠近，由固定轧辊9上下两侧的校正辊27和移动轧辊7一起对环形工件39进行校正，避免环形工件39在温度较高、自重大的情况下变形。

环形工件39的上部套压在复合梁8外，在该复合梁8下方两端设有左承载梁12和右承载梁13，左承载梁12和右承载梁13的外端部均铰接于其缸套固设在固定架5与移动架50的升降油缸18的活塞杆上，其内端部均连接支撑块21，升降油缸18的活塞同时还与设置在左承载梁12或右承载梁13下方的弯矩梁17外端相接，由升降油缸18驱动着弯矩梁17外端的上翘与下摆，弯矩梁17内端位置还与设置在机架5上顶升油缸19的活塞相连，又因为弯矩梁17内端呈上翘状，且其内端通过柱体16与支撑块21柱面相接，由柱体16传递着弯矩梁17对复合梁8的作用力，从而由左承载梁12、弯矩梁17、支撑块21与柱体16组成反力矩平衡系统对复合梁8左端施加逆时针方向的力矩，同理由右承载梁13、弯矩梁17、支撑块21与柱体16组成反力矩平衡系统对复合梁8左端施加顺时针方向的力矩，由此保证大型的环形工件39向下压着复合梁8时复合梁8的梁体不变形，在复合梁8的两端的固定架5和移动架50上还设有左滑座与右滑座，如图3所示。

该移动升降台28包括移动托辊架29、螺杆31、升举梁32、齿轮箱33、减速机34、电动机35、油缸36和车架37，每个移动托辊架29设有两个托辊38并设置于升举梁32上，在升举梁32上设有螺杆31连接着移动托辊架29的底部，由此使得移动托辊架29在电动机35、减速机34和齿轮箱33驱动下由螺杆31牵引着在升举梁32上下滑动，调整托辊38对环形工件39的支撑部位，升举梁32的顶端设有齿轮箱33，齿轮箱33通过减速机34与电动机相连，升举梁32的中部通过油缸36设置在移动车架37上，而且整个升举梁32设置在油缸36活塞上，使其在外力(如油缸40)作用下能随着油缸36的活塞而升降，整套的移动升降台28设置在移动车架37上，它又能实现整体左右活动，多角度地调整对环形工件的支撑，使其在环形工件39的不断碾压外径变大过程中支撑在最佳位置。

而且，固定轧辊9、移动轧辊7、校正辊37、移动托辊架28和端面压辊30组成的系统与环形工件39的接触面是一个即时的边界约束面，将环形工件39约束在一个规矩的圆环范围内，保证了环形工件39加工的高精度。

由于本发明的碾环机的机架在实际使用时有大部分安装在地面以下，方便了设备的安装、检修、环形工件39的取出与放入，对厂房及其他配套部件的要求也降低，节省了能源，故称之为半沉式大型精密碾环机。

Claims (10)

1、一种大型精密碾环机，其特征在于，

一门型机架，用于夹持待加工环形工件(39)，该门型机架包括底座(52)及固定安装于底座(52)上的固定架(5)与滑动安装于底座(52)上的移动架(50)，在移动架(50)与固定架(5)之间设置用于驱动移动架(50)相对固定架(5)移动的移动机构，固定架(5)与移动架(50)的夹持面相对，并与待加工环形工件(39)的端面平行；底座(52)与固定架(5)及移动架(50)呈门型布置；

一对相互平行的轧辊，包括分别安装于门型机架上的固定轧辊(9)与移动轧辊(7)，其中的移动轧辊(7)安装于复合梁(8)上，在门型机架与复合梁(8)之间设置用于推动复合梁(8)及移动轧辊(7)相对固定轧辊(9)移动并迫使移动轧辊(7)碾压环形工件(30)的推动机构；在固定轧辊(9)与移动轧辊(7)上分别连接用于驱动固定轧辊(9)与移动轧辊(7)绕各自的轴线转动的转动机构。

2、如权利要求1所述的大型精密碾环机，其特征在于，在门型机架上还设有端压轧辊系统与校正系统，其中的端压轧辊系统用于对环形工件(39)进行端面校正，校正系统用于对环形工件(39)的外壁进行圆弧校正。

3、如权利要求2所述的半沉式大型精密碾环机，其特征在于，端压轧辊系统安装在门型机架夹持环形工件侧的端面上，它包括电动机(24)驱动的减速机(23)以及与减速机(23)相连的可以与环形工件(39)的两端面接触的端面压辊(30)。

4、如权利要求2所述的半沉式大型精密碾环机，其特征在于，校正系统包括油缸(20)、横梁(25)、推杆(22)、板形梁(26)和校正辊(27)，其中油缸(20)的一侧设有横梁(25)，横梁(25)的上下两侧设有推杆(22)，推杆(22)的前端与板形梁(26)相连，在板形梁(26)的前端部设有校正辊(27)，所述的校正辊(27)位于固定轧辊(9)的上下两侧。

5、如权利要求1所述的大型精密碾环机，其特征是：在复合梁(8)的两端部设有力矩平衡装置。

6、如权利要求1所述的大型精密碾环机，其特征在于，在固定架(5)上铰接油缸(44)，该油缸(44)的活塞杆与移动架(50)铰接；在固定轧辊(9)与移动轧辊(7)的两端均连有联轴节(3)、(14)，联轴节(3)、(14)通过减速机(2)、(11)和电动机(1)、(10)相连，其中，移动轧辊(7)至少有一端与联轴节(14)以可拆卸方式连接，以便于更换环形工件(39)。

7、如权利要求1所述的半沉式大型精密碾环机，其特征是：在推动机构中，顶升油缸(19)的一端铰接于门型机架上，顶升油缸(19)的活塞杆与复合梁(8)铰接，在门型机架的底部位置设有支撑环形工件(39)下端部外侧壁的移动升降台(28)。

8、如权利要求1所述的半沉式大型精密碾环机，其特征在于，所述的力矩平衡装置包括设置于复合梁(8)下方两端的左承载梁(12)和右承载梁(13)，在门型机架上铰接上升油缸(18)；左承载梁(12)和右承载梁(13)的外端部均连接于升油缸(18)的活塞杆上，其内端部均连接支撑块(21)，升降油缸(18)的活塞杆同时还与设置在左承载梁(12)或右承载梁(13)下方的弯矩梁(17)的外端相接，弯矩梁(17)的内端呈上翘状，且其内端通过柱体(16)与支撑块(21)柱面相接。

9、如权利要求7所述的半沉式大型精密碾环机，其特征在于，所述的移动升降台(28)包括移动托辊架(29)、螺杆(31)、升举梁(32)、齿轮箱(33)、减速机(34)、电动机(35)、油缸(36)和车架(37)，每个移动托辊架(29)设有两个托辊(38)并设置于升举梁(32)上，在升举梁(32)上设有螺杆(31)连接着移动托辊架(29)的底部，升举梁(32)的顶端设有齿轮箱(33)，齿轮箱(33)通过减速机(34)与电动机相连，升举梁(32)的中部通过油缸(36)设置在移动车架(37)上。

10、如权利要求1所述的半沉式大型精密碾环机，其特征是在门型机架上设有复合梁(8)的移动进出装置，该移动进出装置包括设置在滑座(42)内的电动机(10)、减速机(11)与联轴节(14)，电动机(10)和油缸(43)相连，与联轴节(14)一端相连的移动轧辊(7)、复合梁(8)通过油缸(43)、电动机(10)、减速机(11)、联轴节(14)完成移动抽送进出。

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