CN103894437A - 一种连续挤压机和连续包覆机的主轴系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及连续挤压机和连续包覆机。一种连续挤压机和连续包覆机用的主轴系统，包括芯轴、轴套、液压螺母、挤压轮和侧轮零部件，A、挤压轮及侧轮内表面有流动冷却水对挤压轮和侧轮进行冷却，在挤压轮内表面附有一层导热系数低于1瓦/（米·℃）的温度缓冲层，温度缓冲层厚度小于2毫米；B、在挤压轮与侧轮接触端面之间设有一层有色金属膜，该有色金属膜优选铝、铜或者铝合金、铜合金，该有色金属膜的厚度为0.001到0.3毫米。本发明改变挤压轮的热流走向及温度分布，降低挤压轮因温度分布不均匀导致的温度应力，提高挤压轮的使用寿命。

Description

一种连续挤压机和连续包覆机的主轴系统

所述领域：

本发明涉及连续挤压机和连续包覆机，连续挤/包覆压机主要用于有色金属的连续挤压和连续包覆，也用于电线电缆行业的线缆制造。

技术背景：

连续挤压机和连续包覆机工作原理为：挤压轮由电机带动旋转，金属杆坯进入挤压轮轮槽，由于轮槽槽壁的摩擦力作用，金属杆坯被牵引到由挤压轮和腔体形成的弧形挤压腔内，在摩擦力产生的高压和高温作用下，金属杆坯通过模口挤出，形成管材、型材产品或者电缆包覆产品。

由于工作时挤压轮受到挤压力作用的同时，并且由于挤压轮与坯料间的摩擦作用使得挤压轮沟槽附近及挤压轮外表面还处于高温状态，同时为了控制挤压温度，挤压轮内部进行通水冷却。挤压轮受力状况十分复杂，不但受到挤压力的作用，还受到主轴预紧压力的作用，同时由于挤压轮温度分布极不均匀，会导致巨大的温度应力。挤压轮在工作一段时间后，会从内表面向外表面逐渐开裂，当完全裂开时，挤压轮报废，这是挤压轮报废的主要方式之一。挤压轮是连续挤压生产过程中的主要易损件，其成本占到连续挤压工装模具总成本的30%以上。因此有必要采取技术措施来提高挤压轮的寿命，降低生产成本。

发明内容：

本发明的目的是提高挤压轮的使用寿命，降低连续挤压包覆生产线的运行成本。本发明的技术原理是通过改变主轴系统中挤压轮、侧轮的温度分布和受力状态，降低挤压轮危险破坏点的应力值，进而提高挤压轮的使用寿命。

1.本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种连续挤压机和连续包覆的主轴系统，包括芯轴、轴套、液压螺母、挤压轮和侧轮零部件，轴套外分别安装有轴承，靠近轴套安装有侧轮，两个侧轮中间安装有挤压轮，其特征在于：

    A、挤压轮及侧轮内表面有流动冷却水对挤压轮和侧轮进行冷却，在挤压轮内表面附有一层导热系数低于1瓦/（米·℃）的温度缓冲层，温度缓冲层厚度小于2毫米；

    B、在挤压轮与侧轮接触端面之间设有一层有色金属膜，该有色金属膜优选铝、铜或者铝合金、铜合金，该有色金属膜的厚度为0.001到0.3毫米。

所述温度缓冲层是刷涂或者喷涂到挤压轮内表面的隔热涂层，或者粘黏到挤压轮内表面的胶带。

所述温度缓冲层材料的隔热系数为0.05-1瓦/（米·℃），所述温度缓冲层采用非金属隔热涂层，优选陶瓷涂层或者聚四氟乙烯涂层；所述温度缓冲层胶带，优选聚四氟乙烯耐热胶带和聚酰亚胺胶带。

所述有色金属膜设置在挤压轮上，挤压轮与侧轮接触的端面上喷涂或者镀有有色金属膜；或者有色金属膜设置在侧轮上，侧轮与挤压轮接触的端面上喷涂或者镀有有色金属膜；或者有色金属膜是一个软金属垫片，设置在挤压轮和侧轮相互接触的端面中间。

  所述侧轮与轴套制造成一个整体零件。

所述挤压轮上设置有止口，止口在距离挤压轮内表面10mm到40mm的端面上，止口为环形凹槽。

所述挤压轮与侧轮之间带有端面销，优选的端面销为圆柱销。所述挤压轮与芯轴之间带有传动键，优选的传动键为圆柱销或者花键。

所述在芯轴上有两个轴向水孔，其中一个水孔为进水孔，另一个为回水孔。在芯轴上还有两个与轴向进水孔和回水孔相连通的基本垂直于进水孔和回水孔的配水孔，与进水孔相同的配水孔内的冷却水直接进入侧轮与芯轴之间的环形空间，并通过挤压轮内表面与芯轴之间形成的环形空间，流动到回水配水孔，通过回水孔流出。

本发明挤压机通过对液压螺母充入高压油，使得液压螺母的环形油缸产生主轴预紧力，当预紧力达到预定值时，用环形垫片垫入液压螺母的外螺母体与内螺母体之间，使得主轴系统的轴向预紧力在液压油压撤掉之后得以保持。在轴向预紧力作用下，芯轴被拉长，轴套、侧轮挤压轮被压缩，在预紧力作用下，轴套与侧轮、侧轮与挤压轮，轴套与芯轴端面，产生摩擦力。通过预紧力产生的上述摩擦力，来传递挤压所需要的扭矩和承受挤压过程中所产生的径向负荷。

由于挤压轮一般为热作模具钢经过淬火处理，具有较高的硬度，高硬度的挤压轮与侧轮之间的摩擦系数一般不超过0.13。

本发明为了提高摩擦传递扭矩和摩擦力承受径向负荷的效果，在挤压轮和侧轮之间，通过一个有色金属膜来提高摩擦系数，通常有色金属膜的材料为铜或者铝，铜或者与钢的摩擦系数可以比钢对钢的摩擦系数提高20%到200%。

为了提高相互接触零件的表面摩擦系数，本发明采用了以下三种实施方式：

1.所述两个侧轮上，侧轮与挤压轮接触的端面有一层有色金属膜，该有色金属膜通常为铝、铜或者铝合金、铜合金，但不限于铝、铜及其合金，该有色金属膜的厚度小于0.5毫米，优选有色金属膜厚度为0.002到0.3毫米。

  2.所述挤压轮上，挤压轮与侧轮接触的两个端面上有一层有软属膜，该有色金属膜通常为铝和铜或者铝合金、铜合金，该层有色金属膜的厚度小于0.3毫米。

  3.所述挤压轮和侧轮之间，在挤压轮和侧轮相互接触的端面中间设置一个有色金属垫片，该垫片的厚度小于0.3mm，优选有色金属垫片厚度为0.008到0.3毫米。

在芯轴上有两个轴向水孔，其中一个水孔为进水孔，另一个为回水孔。在芯轴上还有两个与轴向进水孔和回水孔相连通的基本垂直于进水孔和回水孔的配水孔，与进水孔相同的配水孔内的冷却水直接进入侧轮与芯轴之间的环形空间，并通过挤压轮内表面与芯轴之间形成的环形空间，流动到回水配水孔，通过回水孔流出。

如上所述的冷却水冷却过程和结构，在挤压轮内表面附有一层导热系数低于1瓦/（米·℃）的温度缓冲层，优选的隔热系数为0.05到0.5瓦/（米·℃），其中为温度缓冲层承受150℃以上的温度，温度缓冲层的厚度小于2毫米。具体实施过程中，可有以下2种实施方式：

1. 挤压轮内表面的温度缓冲层采用刷上或者喷涂导热系数低于1瓦/（米·℃）的非金属隔热涂层，优选陶瓷涂层或者聚四氟乙烯涂层。

2. 挤压轮内表面的温度缓冲层采用粘黏导热系数低于1瓦/（米·℃）的胶带，优选聚四氟乙烯耐热胶带和聚酰亚胺胶带。

本发明为了改变挤压轮的温度分布，减少挤压轮内外表面的温度差，进而降低挤压轮因温度分布不均匀导致的温度应力。在挤压轮完成机械加工后，在挤压轮内表面增加一层低导热系数的温度缓冲层材料，提高挤压轮内表面的温度。同时，在挤压轮和侧轮相互接触的端面，在挤压轮端面或者侧轮端面喷涂一层有色金属膜，或者在挤压轮端面和侧轮端面之间设置一个有色金属垫片，通过主轴轴向预紧力，将该有色金属膜压变形，使得该有色金属膜可以与挤压轮和侧轮完全接触，提高实际导热面积，通过挤压轮与侧轮端面热传导的热量增加，降低挤压轮高温区域的温度。

采取上述措施后，不但提高了挤压轮内表面的温度，还降低了挤压轮外表面的温度，这样大大降低了挤压轮内外表面温度差，降低温度分布的不均匀性，进而降低了温度应力，有效提高挤压轮的使用寿命。

在挤压轮和侧轮相互接触的端面，增加一个有色金属膜，还可以有效提高挤压轮与侧轮之间的摩擦系数。由于整个连续挤压的主轴系统是通过主轴对挤压轮及侧轮施加轴向预紧压力，通过摩擦力来承受机械载荷，因此在挤压轮和侧轮端面增加一个有色金属膜（例如铝或者铜），可提高挤压轮和侧轮间的端面摩擦系数，使得挤压轮承受机械载荷能力进一步提高，进而提高挤压轮的使用寿命，同时由于摩擦系数得到提高，靠摩擦传动已经足以承受连续挤压的负荷，可以免除传统连续挤压机主轴系统的传动花键或者传动销，不但减少挤压轮的应力集中，还降低了制造成本。

附图说明：

图1是本发明连续挤压机主轴系统结构示意图。

图2是带端面销并去除芯轴的挤压轮、侧轮装配结构放大示意图。

图3是带传动销的芯轴、挤压轮侧轮装配局部结构放大示意图。

图中：1挤压轮； 2挤压轮内表面；3温度缓冲层；4止口；5侧轮；6侧轮与挤压轮接触的端面；7有色金属膜；8环形凸台；9挤压轮与侧轮接触的端面；10端面销；11 芯轴；12A轴套；13轴承；14B轴套；15压套；16液压螺母充油孔；17液压螺母外体；18液压螺母间隔垫；19液压螺母内体；20轴向进水孔；21轴向出水孔；22径向进水孔；23径向回水孔；24液压螺母密封圈；25传动销。

具体实施方式：

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于具体实施例。

实施例１

如图1所示，一种连续挤压机的主轴系统，芯轴11外侧安装有A轴套12和B轴套14，在A轴套和B轴套外面安装有轴承13，在A轴套和B轴套内侧安装有侧轮5，在两个侧轮中间，安装有挤压轮1，在B轴套外侧安装有压套15，在压套15外侧安装有液压螺母。液压螺母与芯轴之间通过螺纹副连接。

液压螺母外体17，液压螺母内体19，液压螺母密封圈24及液压螺母间隔垫18组成了了一个完整的液压螺母。

挤压轮1为热作模具H13钢制造，在经过淬火和回火热处理后进行精密机械加工，使得挤压轮几何尺寸达到设计要求。

在挤压轮内表面2上，有一层温度缓冲层3，在本实施方案中，温度缓冲层为厚度为0.2毫米的聚四氟乙烯高温胶带，该聚四氟乙烯胶带将挤压轮内表面的圆柱孔面全部覆盖。聚四氟乙烯高温胶带的导热系数为0.24瓦/（米·℃）。

在挤压轮与侧轮接触的端面9上，有一层有色金属膜。在本实施方案中，有色金属膜为热喷涂在挤压轮两个端面的铝膜或者铜膜，该膜的厚度为0.1毫米。

通过液压螺母充油孔16对液压螺母充油，达到主轴系统设计要求的预紧力后，用液压螺母间隔垫18来保持主轴系统通过液压螺母产生的轴向预紧力，撤除液压螺母油压。

液压螺母充压完成后，芯轴受到拉力，压套15、B轴套、侧轮、挤压轮、A轴套受到压力，这个压力在芯轴与轴套A的接触端面，A轴套与侧轮的接触端面，侧轮与挤压轮的接触端面等所有相互接触的端面上产生摩擦力，最大摩擦力为预紧力乘以摩擦系数。

挤压机所需要的扭矩，通过芯轴依次通过如上所述的摩擦力，来传递扭矩并承受挤压轮工作工程中所受到的径向负荷。

芯轴上的轴向进水孔20与芯轴上的径向进水孔22相互连通。

芯轴上的轴向出水孔21与芯轴上的径向出水孔23相互连通。

冷却水通过芯轴轴向进水孔和径向进水孔流动到侧轮内表面，通过侧轮内表面与芯轴之间的环形间隙，流动到挤压轮内表面，通过挤压轮内表面和芯轴内表面的间隙流动到另一个侧轮内表面和芯轴之间形成的间隙，通过芯轴上的径向回水孔和芯轴上的轴向回水孔流出。完成对整个主轴系统的冷却过程。

在挤压轮1的内表面2半径向外15毫米的位置，在挤压轮两侧端面各有一个环形的止口4，该环形止口的尺寸与侧轮5上的环形凸台8的尺寸台相互配合，起到挤压轮安装定位和承受径向负荷的作用。

为了更清楚表述出挤压轮1和侧轮5之间的相互装配关系及冷却水流动过程，图2为挤压轮和侧轮装配的独立放大图。

在图2中，侧轮5在经过热处理后进行精密机械加工，使得侧轮的几何尺寸达到设计要求，然后在两个侧轮与挤压轮接触的端面6上喷涂一层有色金属膜7（一般为铝或者铜）。该有色金属膜7，应具有与钢较大的摩擦系数，同时具有比钢更好的导热系数。这一有色金属膜的厚度应该小于0.5毫米。

在图2中，挤压轮与侧轮装配在一起时，应保持挤压轮与侧轮接触的端面9和侧轮有色金属膜7的端面没有任何油污，以保证挤压轮和侧轮之间有足够大的摩擦系数和良好的热传导性能。

实施例２

如图1所示，一种连续挤压机的主轴系统，芯轴11外侧安装有A轴套12和B轴套14，在A轴套和B轴套外面安装有轴承13，在A轴套和B轴套内侧安装有侧轮5，在两个侧轮中间，安装有挤压轮1，在B轴套外侧安装有压套15，在压套15外侧安装有液压螺母。液压螺母与芯轴之间通过螺纹副连接。

直径为400毫米挤压轮和侧轮，挤压轮两端装配侧轮，挤压轮和侧轮结构如图2所示。

挤压轮的材质是H13热作模具钢，热处理后的硬度为HRC48-52，在挤压轮的两个端面，采用热喷涂方式喷涂有0.1毫米的铝膜，铝与淬火硬钢的摩擦系数为0.18，比硬钢对硬钢的摩擦系数0.12提高了50%。

在挤压轮内表面上粘贴有聚四氟乙烯高温胶带，聚四氟乙烯的导热系数为0.24瓦/（米·℃）。

侧轮挤压轮的材质是5CrMnMo热作模具钢，热处理后的硬度为HRC32-36。

芯轴传递的扭矩约为15吨·米，挤压机所采用的原材料为直径20mm的铜杆，生产的产品为导电铜排。

液压螺母的轴向预紧力为1100吨。

主轴冷却水为循环使用的蒸馏水，流量为8吨/小时。

采样上述技术方案，挤压轮的寿命从原来的平均80-130吨，提高到154到261吨，寿命提高了92%到101%，即挤压轮的使用寿命比原来提高了一倍。

在本实施实例中，挤压轮与侧轮之间没有传动销，挤压轮和芯轴之间没有传动用的键，因此挤压轮、侧轮及芯轴的加工制造成本比原来都有所下降。

实施例３

如图1所示，一种连续挤压机的主轴系统，芯轴11外侧安装有A轴套12和B轴套14，在A轴套和B轴套外面安装有轴承13，在A轴套和B轴套内侧安装有侧轮5，在两个侧轮中间，安装有挤压轮1，在B轴套外侧安装有压套15，在压套15外侧安装有液压螺母。液压螺母与芯轴之间通过螺纹副连接。

直径为350毫米挤压轮和侧轮，挤压轮两端装配侧轮，挤压轮和侧轮结构如图2所示。

挤压轮的材质是H13热作模具钢，热处理后的硬度为HRC42-46，在挤压轮的两个端面，采用电镀方式镀有0.1毫米的铜膜，铜与淬火硬钢的摩擦系数为0.17，比硬钢对硬钢的摩擦系数0.12提高了42%。

在挤压轮内表面上涂有0.3毫米厚环氧树脂，环氧树脂的导热系数为0.26瓦/（米·℃）。

侧轮挤压轮的材质是5CrMnMo热作模具钢，热处理后的硬度为HRC32-36。

芯轴传递的扭矩约为6.4吨·米，挤压机所采用的原材料为2根直径9.5mm的铜杆，生产的产品为包覆电缆铝护套。

液压螺母的轴向预紧力为860吨。

主轴冷却水为循环使用的蒸馏水，流量为6吨/小时。

采样上述技术方案，挤压轮的寿命从原来的平均40-70吨，提高到79到151吨，寿命提高了97%到115%，即挤压轮的使用寿命比原来提高了一倍。

在本实施实例中，挤压轮与侧轮之间没有传动销25，挤压轮和芯轴之间没有传动用的键，因此挤压轮、侧轮及芯轴的加工制造成本比原来都有所下降。

在使用时，对于载荷特重的连续挤压机，在驱动侧，挤压轮1与侧轮5之间还增加了一个可以传递扭矩的端面销10，一般采用8个在圆周方向均匀分布的传动销。

对于载荷特重的连续挤压机，在挤压轮1与芯轴12之间还增加了一个可以传递扭矩的传动销25，传动销25可以是花键、圆柱键、矩形平键等任何形式的键。

Claims (9)

1.一种连续挤压机和连续包覆的主轴系统，包括芯轴、轴套、液压螺母、挤压轮和侧轮零部件，轴套外分别安装有轴承，靠近轴套安装有侧轮，两个侧轮中间安装有挤压轮，其特征在于：

    A、挤压轮及侧轮内表面有流动冷却水对挤压轮和侧轮进行冷却，在挤压轮内表面附有一层导热系数低于1瓦/（米·℃）的温度缓冲层，温度缓冲层厚度小于2毫米；

    B、在挤压轮与侧轮接触端面之间设有一层有色金属膜，该有色金属膜优选铝、铜或者铝合金、铜合金，该有色金属膜的厚度为0.001到0.3毫米。

2.根据权利要求1所述的一种连续挤压机和连续包覆机的主轴系统，其特征是：所述温度缓冲层是刷涂或者喷涂到挤压轮内表面的隔热涂层，或者粘黏到挤压轮内表面的胶带。

3.根据权利要求1所述的一种连续挤压机和连续包覆机的主轴系统，其特征是：所述温度缓冲层材料的隔热系数为0.05-1瓦/（米·℃），所述温度缓冲层采用非金属隔热涂层，优选陶瓷涂层或者聚四氟乙烯涂层；所述温度缓冲层胶带，优选聚四氟乙烯耐热胶带和聚酰亚胺胶带。

4.根据权利要求1所述的一种连续挤压机和连续包覆机的主轴系统，其特征是：所述有色金属膜设置在挤压轮上，挤压轮与侧轮接触的端面上喷涂或者镀有有色金属膜；或者有色金属膜设置在侧轮上，侧轮与挤压轮接触的端面上喷涂或者镀有有色金属膜；或者有色金属膜是一个软金属垫片，设置在挤压轮和侧轮相互接触的端面中间。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种连续挤压机和连续包覆的主轴系统，其特征是：侧轮与轴套制造成一个整体零件。

6.根据权利要求1-4任一所述的一种连续挤压机和连续包覆的主轴系统，其特征是：所述挤压轮上设置有止口，止口在距离挤压轮内表面10mm到40mm的端面上，止口为环形凹槽。

7.根据权利要求1-4任一所述的一种连续挤压机的主轴系统，其特征是：挤压轮与侧轮之间带有端面销，优选的端面销为圆柱销。

8.根据权利要求1-4任一所述的一种连续挤压机和连续包覆的主轴系统，其特征是：挤压轮与芯轴之间带有传动键，优选的传动键为圆柱销或者花键。

9.根据权利要求1-4任一所述的一种连续挤压机和连续包覆的主轴系统，其特征是：在芯轴上有两个轴向水孔，其中一个水孔为进水孔，另一个为回水孔，在芯轴上还有两个与轴向进水孔和回水孔相连通的基本垂直于进水孔和回水孔的配水孔，与进水孔相同的配水孔内的冷却水直接进入侧轮与芯轴之间的环形空间，并通过挤压轮内表面与芯轴之间形成的环形空间，流动到回水配水孔，通过回水孔流出。

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