CN101954401B - 无缝管强力旋压方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种无缝管强力旋压新方法，属于冷轧无缝管制造技术。其特征是冷轧管坯(1)内部旋压变形工具由现有旋压方法的长芯棒(2)变成了新型内旋压模(7)和与之相连的顶杆(8)，大大的降低了工具成本并且脱模和套模都十分容易。在旋压过程中始终保持旋压轮(3)的轴向位置始终在新型内旋压模(7)的变形导向段A的范围内并相对固定，在圆周方向上冷轧管坯(1)与旋压轮(3)旋压轮固定座(4)组件作相对旋转，实现旋压运动；在轴线方向冷轧管坯(1)与旋压轮(3)旋压轮固定座(4)组件和新型内旋压模(7)作相对运动，实现进给运动，利用金属的可塑性，由点到线，由线到面轴向逐点将冷轧管坯(1)加工成轧制出的管材(5)。

Description

无缝管强力旋压方法
技术领域
本发明涉及冷轧无缝管制造技术领域，一种无缝管强力旋压新方法。 
背景技术
目前，公知的无缝钢管、不锈钢管及铜管等金属管材的深加工，普遍采用冷轧工艺，把表面较粗糙壁厚较厚的管材加工成表面细密光洁壁厚较薄的管材。常用无缝管冷轧机，1931年美国制管公司取得了“罗克莱特冷轧管机”(Rockright Mill)的专利。半个世纪以来，冷轧管技术有了很大的发展，但它的基本工艺并没有根本的改变，利用它冷轧大直径薄壁无缝钢管是很困难的。随着航天、航空、造船、能源和化工等工业的发展，都需要大直径薄壁冷轧无缝管材，各国正在努力探索这种冷轧管材的工业生产途径。目前大直径薄壁冷轧管材的生产方法有：大型罗克莱特冷轧管机、大型拉拔机、用厚壁管采用机加方式内镗外车、强力旋压机。目前采用强力旋压机来生产大直径的薄壁冷轧管材，旋压加工与机加工相比，这种工艺材料利率高，可节约材料20％～50％，最高可达80％，使成本降低30％～70％；制品性能显著提高，在旋压之后材料的组织结构与力学性能均发生变化，晶粒度细小并形成具有纤维状的牲征；强度、屈服强度和硬度都有提高， 强度提高60％～90％；制品表面粗糙度Ra值小，尽寸公差小。现有无缝管强力旋压方法如图1所示，是将被加工的冷轧管坯(1)套穿在芯棒(2)上，带旋转头的主轴箱(6)带动芯棒(2)及冷轧管坯(1)旋转，旋压轮(3)以轧制线为中心均匀分布安装在旋压轮固定座(4)上，图示共分布了三个旋压轮(3)(也可是其它旋压轮分布数量)，以轧制线为中心并与三个旋压轮外切的圆决定轧制出的管材(5)的外径，旋压轮(3)沿芯棒(2)移动，当旋压轮(3)接触到冷轧管坯(1)(头部倒了导入角N)后，在旋压轮的压力下，利用金属的可塑性，逐点将冷轧管坯(1)加工成轧制出的管材(5)，目前的无缝管强力旋压方法与通常的车床辊轮加工工艺相似，但目前的这种旋压方式大都采用芯棒旋压成形，芯棒旋压必须有一根与所旋管材相匹配的长芯棒(2)。为了保证所旋管材的质量，芯棒(2)必须有足够的强度、刚度和表面质量。这样芯棒(2)的加工制造就非常的困难，有时需要进口，造成芯棒(2)的费用特别高。因此芯棒(2)是芯棒旋压中一个至关重要的零件，芯棒(2)的好坏，直接影响轧制出的管材(5)的质量，大直径薄壁管最终轧制出的管材(5)，规格尺寸变化后就要更换相应规格的芯棒(2)，因此现有大直径薄壁管材强力旋压机加工的管材长度都很短，如果用这种形式的强力旋压方案加工12.5米长规格变化大的薄壁管材，工具芯棒(2)成本会很高，并且冷轧管坯(1)与芯棒(2)套穿及脱模将十分困难，因此致使现阶段用强力旋压现有方法加工大直径薄壁管材长度只能在3米以内。 
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种无缝管强力旋压新方法，具有工具成本低，强力旋压加工后的管材长，并且冷轧管坯(1)套穿料、轧制出的管材(5)脱模更容易，适合大直径薄壁冷轧无缝管材的工业化生产。 
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案： 
本发明无缝管强力旋压新方法如图2所示，冷轧管坯(1)内部旋压变形工具由现有旋压方法的长芯棒(2)变成了新型内旋压模(7)和与之相连的顶杆(8)，内部旋压变形工具新型内旋压模(7)和顶杆(8)之间的连接方式可以采用刚性连接；也可采用旋转连接，即在新型内旋压模(7)和顶杆(8)之间加入轴承件。 
如图2M-M向视图所示，旋压轮(3)以轧制中心线为中心均匀分布安装在旋压轮固定座(4)上，图示共分布了三个旋压轮(3)，也可是均匀分布其它数量的旋压轮数，旋压轮(3)可以以自身回转中心旋转，并能承受旋压时的轴向力和径向力。 
如图2M-M向视图所示，以轧制线为中心并与三个(多个)旋压轮外切的圆决定轧制出的管材(5)的外径，旋压轮(3)的轴向位置始终在新型内旋压模(7)的变形导向段A的范围内，在轧制过程中始终保持旋压轮(3)与新型内旋压模(7)轴向位置相对固定，以轧制线为中心并与三个(多个)旋压轮(3)外切的圆和新型内旋压模(7)变形导向段外径就决定了轧制出的管材(5)的内外径，即形成一个轧制孔型，轧制出的管材(5)外径由旋压轮(3)成形，内径由新型内旋压模(7)变形导向段外圆面成形。 
如图6为图2所示变形区域I部的局部放大图，从图中可看出，新型内旋压模(7)共分三段：头部为导入段B、中部为变形导向段A、尾部为导出段C。 
当旋压轮(3)接触到冷轧管坯(1)右部(头部倒了导入角N，以有利于轧制导入)后轧制开始，轧制过程中，在轧制中心线方向冷轧管坯(1)与旋压轮(3)旋压轮固定座(4)组件和新型内旋压模(7)作相对运动，形成旋压过程中的进给运动，可以采用以下形式实现：冷轧管坯(1)固定，旋压轮(3)旋压轮固定座(4)组件和新型内旋压模(7)移动；旋压轮(3)旋压轮固定座(4)组件和新型内旋压模(7)固定，冷轧管坯(1)移动；冷轧管坯(1)与旋压轮(3)旋压轮固定座(4)组件和新型内旋压模(7)同时都动并作相对运动。 
在轧制中心线圆周方向上(M-M向视图)冷轧管坯(1)与旋压轮(3)旋压轮固定座(4)组件作相对旋转运动，形成旋压过程中的旋压运动，可以采用以下形式实现：冷轧管坯(1)主动旋转，旋压轮(3)旋压轮固定座(4)组件不转；冷轧管坯(1)不转，旋压轮(3)旋压轮固定座(4)组件主动旋转。 
在轧制中心线圆周方向上(M-M向视图)冷轧管坯(1)与新型内旋压模(7)位置相对固定，可以采用以下形式实现：冷轧管坯(1)主动旋转，新型内旋压模(7)在旋压过程中靠与轧制出的管材(5)之间的磨擦力带动被动旋转；冷轧管坯(1)不转，新型内旋压模(7)也不转。 
旋压轮(3)在冷轧管坯(1)外表面作相对转动，在旋压轮(3)和新型内旋压模(7)变形导向段的轧制压力下，利用金属的可塑性，由点到线，由线到面轴向逐点将冷轧管坯(1)加工成轧制出的管材(5)。 
本发明无缝管强力旋压新方法的优点是在旋压过程中，不需要一根与所旋冷轧管坯(1)相匹配的长芯棒(2)，原旋压方法芯棒(2)的功能由新型内旋压模(7)和顶杆(8)取代，新型内旋压模(7)的长度很短，省去了传统芯棒旋压中芯棒必须和工件的长度相一致，当加工一定范围内直径的管子时，顶杆(8)并不用更换，只更换相对应的新型内旋压模(7)就可以。可以根据轧制出的管材(5)的直径系列，事先做成相应的成系列的不同尺寸的几种顶杆(8)。这些顶杆(8)在一定尺寸范围内其顶杆(8)外径尺寸可以相同，这样可以减少顶杆(8)的数目，由于顶杆(8)主要是用来连接和支承新型内旋压模(7)，其本身不直接参与对冷轧管坯(1)的旋压变形，因此顶杆(8)的加工比较容易，这样就大大降低了工具成本，在加工接近尺寸的管材时，只需方便地更换新型内旋压模(7)就可以，由于顶杆(8)的长度可以很长，轧制出的管材(5)也就很长，另外当冷轧管坯(1)全部加工成轧制出的管材(5)时，新型内旋压模(7)只有变形导向段A的范围内与轧制出的管材(5)相配，因此脱模和套模都十分容易。本发明无缝管强力旋压新方法从根本上解决了传统芯棒旋压由于芯棒的加工制造、安装难，以及费用高的问题。 
附图说明
图1是现有无缝管强力旋压工艺示意图； 
图2是本发明所述无缝管强力旋压新方法示意图； 
图3是本发明所述无缝管强力旋压实施例1示意图； 
图4是本发明所述无缝管强力旋压实施例2示意图； 
图5是本发明所述无缝管强力旋压实施例3示意图； 
图6是图2所示变形区域I部的局部放大图。 
图中，1为冷轧管坯(1)，2为芯棒(2)，3为旋压轮(3)，4为旋压轮固定座(4)，5为轧制出的管材(5)，6为带旋转头的主轴箱(6)，7为新型内旋压模(7)，8为顶杆(8)，9为顶杆支承座(9)，10为连接杆(10)，11为轴向移动夹头(11)，12为旋压座(12)。 
具体实施方式
本发明实施例1如图3所示，冷轧管坯(1)内部旋压变形工具由新型内旋压模(7)和与之相连的顶杆(8)组成，顶杆(8)尾部由顶杆支承座(9)支承并轴向定位，顶杆(8)尾部可在顶杆支承座(9)孔中转动，如图3M-M向视图所示，旋压轮(3)以轧制中心线为中心均匀分布安装在旋压轮固定座(4)上，而旋压轮固定座(4)是固定不动的，图示共分布了三个旋压轮(3)(也可是其它旋压轮分布数量)，以轧制线为中心并与三个旋压轮外切的圆决定轧制出的管材(5)的外径，旋压轮(3)的轴向位置始终在新型内旋压模(7)的变形导向段A的范围内，在轧制过程中始终保持旋压轮(3)与新型内旋压模(7)轴向位置相对固定，以轧制线为中心并与三个旋压轮外切的圆和新型内旋压模(7)变形导向段外径就决定了轧制出的管材(5) 的内外径，即形成一个轧制孔型，轧制出的管材(5)外径由旋压轮 
(3)成形，内径由新型内旋压模(7)成形，带旋转头的主轴箱(6)夹持冷轧管坯(1)并可在轴向方向快速移动，当冷轧管坯(1)右端内孔进入新型内旋压模(7)导入段后，带旋转头的主轴箱(6)夹持冷轧管坯(1)旋转并转为工作速度进给，当旋压轮(3)接触到旋转的冷轧管坯(1)右部(头部倒了导入角N)后轧制开始，轧制过程中，在轧制中心线方向冷轧管坯(1)受带旋转头的主轴箱(6)的旋转推力以工作进给速度不断进入由旋压轮(3)和新型内旋压模(7)组成的旋压区，在圆周方向上(M-M向视图)冷轧管坯(1)带作新型内旋压模(7)和顶杆(8)旋转，而旋压轮(3)在冷轧管坯(1)外表面作旋压旋转，在旋压轮(3)和新型内旋压模(7)变形导向段的轧制压力下，利用金属的可塑性，由点到线，由线到面轴向逐点将冷轧管坯(1)加工成轧制出的管材(5)。 
本发明实施例2如图4所示，冷轧管坯(1)内部旋压变形工具由新型内旋压模(7)和与之相连的顶杆(8)组成，顶杆(8)尾部由顶杆支承座(9)支承并轴向定位，顶杆(8)尾部可在顶杆支承座(9)孔中转动，如图4M-M向视图所示，旋压轮(3)以轧制中心线为中心均匀分布安装在旋压轮固定座(4)上，而旋压轮固定座(4)与顶杆支承座(9)用两根连接杆(10)组成一个连接体，并且这个连接体在轧制中心线方向可作轴向移动，图示共分布了三个旋压轮(3)(也可是其它旋压轮分布数量)，以轧制线为中心并与三个旋压轮外切的圆决定轧制出的管材(5)的外径，旋压轮(3)的轴向位置始终在新 型内旋压模(7)的变形导向段A的范围内，在轧制过程中始终保持旋压轮(3)与新型内旋压模(7)轴向位置相对固定，以轧制线为中心并与三个旋压轮外切的圆和新型内旋压模(7)变形导向段外径就决定了轧制出的管材(5)的内外径，即形成一个轧制孔型，轧制出的管材(5)外径由旋压轮(3)成形，内径由新型内旋压模(7)成形，固定的带旋转头的主轴箱(6)夹持冷轧管坯(1)旋转。旋压过程如下，当连接体中新型内旋压模(7)导入段快速向左进入冷轧管坯(1)右端内孔后，带旋转头的主轴箱(6)夹持冷轧管坯(1)旋转，连接体转为工作速度进给，当旋压轮(3)接触到旋转的冷轧管坯(1)右部(头部倒了导入角N)后轧制开始，轧制过程中，在轧制中心线方向冷轧管坯(1)受连接体的推力作用以工作进给速度不断进入由旋压轮(3)和新型内旋压模(7)组成的旋压区，在圆周方向上(M-M向视图)冷轧管坯(1)带作新型内旋压模(7)和顶杆(8)旋转，而旋压轮(3)在冷轧管坯(1)外表面作旋压旋转，在旋压轮(3)和新型内旋压模(7)变形导向段的轧制压力下，利用金属的可塑性，由点到线，由线到面轴向逐点将冷轧管坯(1)加工成轧制出的管材(5)。 
本发明实施例3如图5所示，冷轧管坯(1)内部旋压变形工具由新型内旋压模(7)和与之相连的顶杆(8)组成，顶杆(8)尾部在轧制过程中固定并不作旋转，如图5M-M向视图所示，旋压轮(3)以轧制中心线为中心均匀分布安装在旋压轮固定座(4)上，而旋压轮固定座(4)又安装在旋压座(12)中，旋压轮固定座(4)可在旋 压座(12)中以轧制中心线为中心旋转，而旋压座(12)是固定的，图示共分布了三个旋压轮(3)(也可是其它旋压轮分布数量)，以轧制线为中心并与三个旋压轮外切的圆决定轧制出的管材(5)的外径，旋压轮(3)的轴向位置始终在新型内旋压模(7)的变形导向段A的范围内，在轧制过程中始终保持旋压轮(3)与新型内旋压模(7)轴向位置相对固定，以轧制线为中心并与三个旋压轮外切的圆和新型内旋压模(7)变形导向段外径就决定了轧制出的管材(5)的内外径，即形成一个轧制孔型，轧制出的管材(5)外径由旋压轮(3)成形，内径由新型内旋压模(7)成形，轴向移动夹头(11)夹持冷轧管坯(1)可轴向移动但不旋转。旋压过程如下，当轴向移动夹头(11)夹持冷轧管坯(1)轴向向右快速移动，当冷轧管坯(1)右端内孔进入新型内旋压模(7)导入段后，轴向移动夹头(11)夹持冷轧管坯(1)转为工作速度进给，旋压轮固定座(4)带作旋压轮(3)开始旋转，当旋压轮(3)接触到旋转的冷轧管坯(1)右部(头部倒了导入角N)后轧制开始，轧制过程中，在轧制中心线方向冷轧管坯(1)受轴向移动夹头(11)的推力作用以工作进给速度不断进入由旋压轮(3)和新型内旋压模(7)组成的旋压区，在圆周方向上(M-M向视图)冷轧管坯(1)和新型内旋压模(7)及顶杆(8)都不作旋转，而旋压轮(3)在冷轧管坯(1)外表面作旋压旋转，在旋压轮(3)和新型内旋压模(7)变形导向段的轧制压力下，利用金属的可塑性，由点到线，由线到面轴向逐点将冷轧管坯(1)加工成轧制出的管材(5)。 
尽管本发明根据三个实施例加以图示和描述，目的是通过文字和图示来进行解释，而不在于限定权利要求的保护范围。说明书所述具体实施方式上的各种变化，对于本领域普通技术人员来说是显而易见的，并处于权得要求及其等同技术的保护范围内，例如如图2M-M向视图所示，旋压轮(3)以轧制中心线为中心均匀分布安装在旋压轮固定座(4)上，图示共分布了三个旋压轮(3)，也可是分布其它数量的旋压轮数。任何不脱离本发明权利要求的变更、修改均属于本发明保护的内容。 

Claims (1)

1.一种利用无缝管旋压装置制备无缝管的方法，其特征在于，所述的无缝管旋压装置包括带旋转头的主轴箱(6)、三个以轧制线为中心均匀分布安装在旋压轮固定座(4)上的旋压轮(3)、与旋压轮(3)组成旋压区的内旋压模(7)、以及顶杆(8)和顶杆支承座(9)，顶杆(8)一端与内旋压模(7)固定连接，另一端与顶杆支承座(9)中心的转孔配合，所述的内旋压模(7)由头部的导入段(B)、中部的变形导向段(A)和尾部的导出段(C)组成，旋压轮(3)的轴向位置相对内旋压模(7)固定，并始终处于变形导向段(A)的范围内；
所述的方法包括：冷轧管坯(1)右部头部有导入角(N)，轧制前，带旋转头的主轴箱(6)夹持冷轧管坯(1)向内旋压模(7)轴向移动；当冷轧管坯(1)右端内孔进入内旋压模(7)的导入段(B)后，带旋转头的主轴箱(6)夹持冷轧管坯(1)旋转并转为工作速度进给；当旋压轮(3)接触到冷轧管坯(1)右部后轧制开始；轧制过程中，在轧制中心线方向冷轧管坯(1)受带旋转头的主轴箱(6)的旋转推力以工作进给速度不断进入由旋压轮(3)和内旋压模(7)组成的旋压区，在圆周方向上冷轧管坯(1)带动内旋压模(7)和顶杆(8)旋转，而旋压轮(3)在冷轧管坯(1)外表面作相对转动，在旋压轮(3)和内旋压模(7)的变形导向段(A)的轧制压力下，利用金属的可塑性，由点到线，由线到面轴向逐点将冷轧管坯(1)轧制成管材(5)。
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