CN104307875B - 一种四辊旋转轧机 - Google Patents

Abstract

该四辊旋转轧机的特征在于有较小的辗轧角，一般为0°～10°，轧件由轧辊的小端咬入，从轧辊的大端轧出。区别于现有行星轧机由于结构所限必须采用大辗轧角，一般为35°～60°，轧件由轧辊的大端咬入，从小端轧出。该四辊旋转轧机的轧件内部材料流动与工具线速度方向相同。由于轧件是从轧辊小端咬入，从轧辊大端轧出，轧制过程轧辊表面线速度逐渐增大，与轧件材料随着延伸线速度越来越大的变化相一致，削弱了轧件材料内部的滑移和对工具的磨损，更有利于金属的流动和延伸。该四辊旋转轧机的轧辊可根据理想工艺改变辊型曲线，精整段可达到2.5～3倍轧件直径。有利于消除轧件表面螺纹，提高尺寸精度。

Description

一种四辊旋转轧机

技术领域

本发明属于无缝钢管行星斜轧技术领域，具体涉及一种四辊旋转轧机。

背景技术

目前在无缝钢管生产领域广泛采用的生产设备是三辊行星斜轧机和四辊行星斜轧机。

一、三辊行星斜轧机

三辊行星斜轧机使用三个间隔120°分布的锥形轧辊对轧件进行轧制。轧辊环绕轧件公转，从而它们的内表面形成一个锥形的变形区，由于轧辊倾斜布置，在它旋转的同时使轧件产生进给运动并通过变形区，因而不需要咬入及导向装置。连续作业中，这种轧机一个道次轧制可获得相当于5至8个机架的连轧机的延伸率。轧辊由主电机通过一个行星齿轮系驱动。轧辊可以绕大盘上的行星轮轴线偏转，以获得产生进给运动所需要的轧辊偏角，另一台电机用于叠加传动，它驱动行星轮系中的太阳轮，用于消除轧件的任何轻微转动。三辊行星斜轧机可对轧件成品断面尺寸在很大的范围内无级调整，而无需改变轧辊的孔型设计。不同的断面要求可以简单地通过同步调整三个锥形轧辊的位置获得。

三辊行星斜轧机能在质量指标要求下，对于所有件获得和其他轧制方法一样或更好的结果。被轧材料的组织及晶粒流向表明，三辊行星斜轧机的轧制结果与传统轧制方法的结果相比没什么区别。

三辊行星斜轧机轧得的轧件有不同程度的螺旋道，它的高度与轧辊有关，但是不会影响后续轧制或剥皮的质量。三辊行星斜轧机轧得的轧件直径公差可达其尺寸的0．75％。

特点综合： l 、大压下量，单道次经济延伸率可达5～8； 2、 轧件不旋转或微转，轧机具有良好的连轧性能； 3、 无导卫，轧制稳定。 4、能轧制难变形的材料； 5、升温轧制，保证后续工序的温度要求。

与其他斜轧机相比，除了在运动方式上不同，即轧辊绕着轧件旋转外，这项技术的想法也是很独特的，轧件与轧辊的轴线可以成很大的角度，这会产生如下效果：

1）、材料在变形过程中不发生扭转。这对于断面收缩率大，以及轧制薄壁管时是很必要的。

2）、可以实现大送进角。传统轧机的送进角为6°～12°，而三辊行星轧机为30°～40°，因而大大提高斜轧工艺的变形效率，可以得到和纵轧同样的效果。

二、四辊行星斜轧机

四辊行星轧机轧管生产新工艺的主要特点是连轧，即将延伸工序（四辊行星轧机）和精轧工序（定径或张力减径）结合起来，形成一套连续的操作系统。

四辊行星轧机轧管生产工艺汇集了传统延伸方式的优点，其生产工艺如下：将空心管坯送到四辊行星轧机的入口处，插上芯棒，然后送入四辊行星轧机成形区，将芯棒位置确定后，空心荒管轧成，已达到很高的延伸系数。

在四辊行星轧机的出口，轧后的荒管自动脱离芯棒，并可直接进入定径机或张力减径机，轧成一定外径和壁厚的成品管。由于四辊行星轧机不采用浮动芯棒，并且延伸系数很高，因此它所用坯料的重量比传统轧机大3～4倍。坯料质量的增加也就意味着轧管机组的成材率提高。

四辊行星轧机的生产效果：

1）、管子的壁厚尺寸范围比所有的传统工艺都广。

2）、四辊行星轧机的一个重要的优点就是坯料质量很大。如可将8m长的空心管坯轧成50m长的荒管，这种情况下（如油田管），成材率可达90%～92%。

3）、四辊行星轧机比传统的三辊、双辊轧机生产率高。其原因之一是轧制速度高，四辊延伸机要高于三辊或双辊延伸机，因为喂入速度可以随辊子数量的增加而提高。通过尽量减小转动质量，轧辊的速度可以明显提高，从而提高生产率。

4）、生产薄壁钢管是斜轧延伸轧机的瓶颈。四辊行星轧机与传统的斜轧延伸轧机相比，在生产薄壁钢管方面，由于轧辊数量多，解决了尾三角的问题而具有不可替比拟的优点。

管子的生产长度是评价轧管机组的重要标志。四辊行星轧机不仅使产品规格变换灵活，而且可生产长管，到目前为止，用其他方法还不可能达到这样的长度。目前生产管子的最大长度主要取决于延伸机，一般在15～40m。而采用四辊行星轧机时，管子长度取决于穿孔工序。使用四辊行星轧机，管子的延伸系数可达到12，而且管长不受工具（芯棒）的限制。例如，可将10m的空心管坯轧成120m长的荒管。

当前三辊行星轧机和四辊行星轧机轧机的缺点：

1、效率低，即轧制速度低。理论上轧制速度可达1m/s，一般实际轧制速度在0.5m/s左右。

2、对于大型三辊行星轧机轧机和四辊行星轧机，由于其回转大盘较大，旋转时要消耗一部分能量，而且远离轧制中心线的回转部分其线速度是非常高的。因此在设计中对回转部分润滑系统要求严格。同时要加强结构的可靠性，避免在生产时发生灾难性事故。

3、在轧制难变形材料时，由于轧辊呈锥形，精整段很“薄”，轧辊磨损严重。

4、在实际生产中，当轧制某些难变形、可轧温度范围窄的特殊钢时。会发生轧件被前面精整拉断。尾三角留在轧辊内，造成轧机卡死想象。造成这种现象的原因是由于三辊行星轧机轧机轧制时变形后区存在后滑。当轧件即将轧完时，轧件后部形成凹腔，当轧件继续咬入时，凹腔部分被压扁，摩擦力减少，轧件出口速度降低，轧件尾部温度迅速降低，变形抗力迅速增大，从而造成轧机咬死现象。

5、轧件表面易产生螺旋纹，影响表面质量。三辊行星轧机轧机在一般情况下，当后面配有精整机组时，轧件表面质量是不成为题的。对于三辊行星轧机轧管机如果压下量过大，轧件表面螺旋纹在定径机上也是不易消除的。影响表面螺旋纹的原因很多，如轧件材质，轧制温度，摩擦力大小及压下量等，对螺纹深度均有影响，如果对轧件质量不加以控制，会造成不可挽回的悲局，美国亨特公司轧管车间的倒闭就是一例。

以上这两种轧机的轧制方向都是管坯从锥形轧辊的大端咬入，经过辗轧从小端轧出。由于轧机结构需要布置传动齿轮，必须采用较大的辗轧角。导致轧辊大小头的直径相差很多。轧制过程中轧辊旋转的线速度延长度方向逐渐变小，变化幅度很大，而轧件的线速度随直径减小却逐渐变大，变化幅度也很大。这就造成了轧辊与轧件之间的滑移摩擦。轧制力增大，设备功率增大，工具磨损增快，寿命降低。

由于成形过程工具阻碍了材料的流动 ，这个致命的缺点导致这两种轧机大部分只能轧制有色金属管，而且轴承寿命短，轧辊磨损快，工具成本非常高。即便有个别生产黑色金属管的工厂，产量也是很低的。

发明内容

本发明的目的是提供一种四辊旋转轧机。

本发明四辊旋转轧机，其特征在于由齿轮箱轴承座、齿轮箱箱体、中心齿轮、辅助驱动电机、齿轮箱轴承盖、行星齿轮、连接法兰、第一联轴器、第二联轴器、轧机轴承盖、压下装置、支承辊、轧机机架、主驱动电机、轧辊、轧机轴承座构成；

所述齿轮箱轴承座和齿轮箱轴承盖可沿水平剖分面上下分离；

所述轧机轴承盖和轧机轴承座可沿水平剖分面上下分离；

齿轮箱轴承座两端滚动轴承支承齿轮箱箱体；轧机轴承座两端滚动轴承支承轧机机架；齿轮箱箱体中心两端滚动轴承支承中心齿轮；齿轮箱箱体两端沿中心均匀分布滚动轴承支承的4个行星齿轮；

轧机机架中心均匀分布4个与端面倾斜的矩形导向槽，所述矩形导向槽安装轧辊、压下装置、支承辊；

齿轮箱箱体、轧机机架、连接法兰、第一联轴器用高强度螺栓连接为一个整体回转体；

4个行星齿轮与输出轴轧辊与第二联轴器连接为4个回转体，4中心齿轮与4个7行星齿轮啮合传动；

4中心齿轮行星齿轮、轧辊形成行星轮系传动；

辅助驱动电机、齿轮箱轴承座、齿轮箱轴承盖固定连接，辅助驱动电机中心齿轮键连接；

主驱动电机、轧机轴承座、轧机轴承盖固定链接，主驱动电机、轧机机架固定连接，主驱动电机带动齿轮箱箱体、连接法兰、第一联轴器、第二联轴器、轧机机架旋转。

该四辊旋转轧机的特征在于有较小的辗轧角，一般为0°～10°，轧件由轧辊的小端咬入，从轧辊的大端轧出。区别于现有行星轧机由于结构所限必须采用大辗轧角，一般为35°～60°，轧件由轧辊的大端咬入，从小端轧出。该四辊旋转轧机的轧件内部材料流动与工具线速度方向相同。由于轧件是从轧辊小端咬入，从轧辊大端轧出，轧制过程轧辊表面线速度逐渐增大，与轧件材料随着延伸线速度越来越大的变化相一致，削弱了轧件材料内部的滑移和对工具的磨损，更有利于金属的流动和延伸。

该四辊旋转轧机的轧辊可根据理想工艺改变辊型曲线，精整段可达到2.5～3倍轧件直径。有利于消除轧件表面螺纹，提高尺寸精度。

该四辊旋转轧机的轧辊有较长的规圆段。有利于提高轧件几何精度。

（1）该四辊旋转轧机由主驱动永磁同步力矩电机、辅助驱动永磁同步力矩电机、齿轮箱、圆形轧机机架、轧辊装置、压下装置、支承辊装置、联轴器装置组成（参见图1四辊旋转轧机）；

（2）该四辊旋转轧机两端中安装有两台永磁同步力矩电机，一台为主驱动电机，用来驱动齿轮箱箱体和圆形轧机机架旋转，继而带动四个轧辊的自转，另一台为辅助驱动电机，用来调整轧辊转速，以保证在轧制过程中轧件不转；

（3）该四辊旋转轧机中齿轮箱由一个中心齿轮和四个行星齿轮组成一个行星轮系；

（4）该四辊旋转轧机中四个轧辊和支承辊的轴承座分别安装在机架的四个滑动导向槽内，使轧制过程更加稳定；

（5）该四辊旋转轧机中的四个压下装置可调整四个轧辊形成的喉孔大小；

（6）该四辊旋转轧机中齿轮箱的行星齿轮轴与轧辊轴用联轴器连接；

（7）该四辊旋转轧机的齿轮箱与圆形轧机机架用联轴器连接；

（8）该四辊旋转轧机的主驱动电机与圆形轧机机架直接连接，辅助驱动电机与齿轮箱中心齿轮直接连接；

（9）该四辊旋转轧机的齿轮箱和圆形轧机机架两端有轴承，在主驱动电机的带动下可同步旋转；

（10）该四辊旋转轧机的四个轧辊通过齿轮箱轮系传动，在辅助电机的带动下可同步旋转；

（11）该四辊旋转轧机的辗轧角为0°～10°，轧件由轧辊的小端咬入，从轧辊的大端轧出；

（12）该四辊旋转轧机的轧辊可根据理想工艺改变辊型曲线，精整段可达到2.5～3倍轧件直径；

（13）该四辊旋转轧机的轧辊有较长的规圆段；

（14）该四辊旋转轧机的结构紧凑，外形尺寸小，所有轴承都可选用标准轴承；

（15）该四辊旋转轧机的轧辊压下量可单独精确调整，轧件的尺寸精度不受每个轧辊磨损不一致带来的影响。

附图说明

图1 本发明四辊旋转轧机剖面图。

图2 本发明四辊旋转轧机立体示意图。

具体实施方式

下面给出的实施例拟对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，本领域技术人员根据本发明内容对本发明的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

四辊旋转轧机，如图1，图2所示。四辊旋转轧机由齿轮箱轴承座1齿轮箱箱体2轧件中心齿轮4辅助驱动电机5齿轮箱轴承盖6行星齿轮7连接法兰8第一联轴器9第二联轴器10轧机轴承盖11压下装置12支承辊13轧机机架14主驱动电机15轧辊16轧机轴承座17构成。

轧件的中心轴线为轧制中心线。齿轮箱箱体2是一个以轧制中心线为轴的圆柱形壳体。轧机机架14是一个以轧制中心线为轴的圆柱形壳体。齿轮箱轴承座1和齿轮箱轴承盖6可沿水平剖分面上下分离。轧机轴承盖11和轧机轴承座17可沿水平剖分面上下分离。齿轮箱箱体2连接法兰8第一联轴器9第二联轴器10轧机机架14将以往整体回转轮体分成若干个零件。齿轮箱轴承座1两端滚动轴承支承齿轮箱箱体2。轧机轴承座17两端滚动轴承支承轧机机架14。齿轮箱箱体2中心两端滚动轴承支承中心齿轮4。齿轮箱箱体2两端沿中心均匀分布4对滚动轴承支承、4个行星齿轮7。行星齿轮7与输出轴键连接。轧机轴承座17两端滚动轴承支承轧机机架14。轧机机架14中心均匀分布4个与端面倾斜的矩形导向槽。槽内安装轧辊16压下装置12支承辊13。轧辊16与输出轴键连接。齿轮箱箱体2轧机机架14连接法兰8第一联轴器9用高强度螺栓连接为一个整体回转体。4个行星齿轮7与输出轴轧辊16与输出轴第二联轴器10连接为4个回转体。中心齿轮4与4个行星齿轮7啮合传动。轧辊16与轧件摩擦传动。中心齿轮4行星齿轮7轧辊16轧件形成行星轮系传动。辅助驱动电机5齿轮箱轴承座1齿轮箱轴承盖6固定连接。辅助驱动电机5中心齿轮4键连接。主驱动电机15轧机轴承座17轧机轴承盖11固定链接。主驱动电机15轧机机架14固定连接。主驱动电机15带动齿轮箱箱体2连接法兰8第一联轴器9第二联轴器10轧机机架14旋转。辅助驱动电机5带动中心齿轮4旋转。继而由于行星齿轮7围绕中心齿轮4公转自转而产生轧辊16对轧件进行螺旋辗轧。适当调整主驱动电机15辅助驱动电机5的转速实现轧件不旋转。轧件由轧辊16台阶锥形辊型小端轧入从大端轧出。轧件可沿轧制中心线连续不间断无扭转延伸进入精整轧机实现连续轧制。

轧辊16沿轧制方向线速度逐渐增大。轧件沿轧制方向线速度逐渐增大。这个轧制方法对金属流动成形极为有利。这是与该项技术其他行星轧制技术最大的区别。

Claims (1)

1.一种四辊旋转轧机，其特征在于由齿轮箱轴承座、齿轮箱箱体、中心齿轮、辅助驱动电机、齿轮箱轴承盖、行星齿轮、连接法兰、第一联轴器、第二联轴器、轧机轴承盖、压下装置、支承辊、轧机机架、主驱动电机、轧辊、轧机轴承座构成；

所述齿轮箱轴承座和齿轮箱轴承盖可沿水平剖分面上下分离；

所述轧机轴承盖和轧机轴承座可沿水平剖分面上下分离；

齿轮箱轴承座两端滚动轴承支承齿轮箱箱体；轧机轴承座两端滚动轴承支承轧机机架；齿轮箱箱体中心两端滚动轴承支承中心齿轮；齿轮箱箱体两端沿中心均匀分布滚动轴承支承的4个行星齿轮；

轧机机架中心均匀分布4个与端面倾斜的矩形导向槽，所述矩形导向槽安装轧辊、压下装置、支承辊；

齿轮箱箱体、轧机机架、连接法兰、第一联轴器用高强度螺栓连接为一个整体回转体；

4个行星齿轮与输出轴轧辊与第二联轴器连接为4个回转体，中心齿轮与4个行星齿轮啮合传动；

所述中心齿轮、行星齿轮、输出轴轧辊形成行星轮系传动；

辅助驱动电机、齿轮箱轴承座、齿轮箱轴承盖固定连接，辅助驱动电机中心齿轮键连接；

主驱动电机、轧机轴承座、轧机轴承盖固定链接，主驱动电机、轧机机架固定连接，主驱动电机带动齿轮箱箱体、连接法兰、第一联轴器、第二联轴器、轧机机架旋转。