CN104525571A - 金属变径管轧制用轧机机头轧制直径调节装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属变径管轧制用轧机机头轧制直径调节装置及方法，其装置包括套装在轧机机头内部且位于上轧辊和下轧辊的外围的调节块，调节块内部设置有与上轧辊相配合的第一斜面和与下轧辊相配合的第二斜面，轧机机头上螺纹连接有连接块，调节块与连接块固定连接，轧机机头顶部设置有伺服电机和伺服电机控制器，伺服电机的输出轴上固定连接有第一齿轮，连接块上固定连接有第二齿轮，第一齿轮和第二齿轮上连接有皮带；其方法包括步骤：一、参数设置，二、参数计算，三、轧机机头轧制直径的调节。本发明实现方便，适用范围广，用于轧制金属变径管，轧制出的管材尺寸长、精度高、表面质量好、力学性能优良、组织结构均匀。

Description

金属变径管轧制用轧机机头轧制直径调节装置及方法

技术领域

本发明属于金属管材成型技术领域，具体涉及一种金属变径管轧制用轧机机头轧制直径调节装置及方法。

背景技术

金属变径管材是通过冷加工或热加工使管材两端或管材各个直径点尺寸大小不同的管，在自行车架、空调管路、驱动半轴、水龙头、钓鱼竿等很多行业产品都有广泛的应用。目前加工金属变径管材的方法有铸造、模具气压成型、模具液压成型、模轧、旋锻、卷焊等方法，其中最主要的还是铸造、旋锻和卷焊金属变径管材，但是这些方法对控制高性能，保证高质量的金属变径管材都有很大的难度，铸造变径管是通过定型的模腔实现管材变径，但其未进行压力变形，使内部组织晶粒粗大，管材强度低、塑性差；旋锻变径管是通过旋压机约束锻压成型管材，优点是可以成型各种常规或复杂的变径管材，但其存在管材表面质量差、材料损耗大、不能旋锻薄壁管材且加工管材的长度受限制；卷焊变径管是卷焊机将板材或箔材通过焊接成型管材，特点是成型速度快、尺寸调节便利，但由于其有焊缝，使得管材组织不均匀和不耐腐蚀等。

轧管机是金属无缝管材加工中最主要的设备之一，目前有两辊轧机、三辊轧机和多辊轧机，原理是由两辊或多辊轧辊，在设定的轨迹中通过往复挤压运动，最终使管材发生塑性变形，轧制的管材表面质量好，尺寸精度高，晶粒细化均匀，可加工尺寸范围广，有着很好的综合力学性能。因此，如果能在轧管机上设计装置，轧制出直径不同的变径管材，对有质量要求的变径管加工有着非常重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单、设计新颖合理、加工制造方便、使用操作便捷、适用于各种规格和各种变径差的金属无缝管材轧制的金属变径管轧制用轧机机头轧制直径调节装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种金属变径管轧制用轧机机头轧制直径调节装置，所述轧机机头内部设置有上轧辊、下轧辊、供上轧辊运动的上轨道和供下轧辊运动的下轨道，所述上轧辊和下轧辊对称设置，所述上轧辊向下倾斜设置，所述下轧辊向上倾斜设置，所述上轧辊与轧机机头的轴线之间的夹角等于下轧辊与轧机机头的轴线之间的夹角；其特征在于：所述轧机机头轧制直径调节装置包括能够在轧机机头的轴线方向上运动以调节上轧辊与轧机机头的轴线之间的夹角以及下轧辊与轧机机头的轴线之间的夹角的调节块，所述调节块套装在轧机机头内部且位于上轧辊和下轧辊的外围，所述调节块内部设置有与上轧辊相配合的第一斜面和与下轧辊相配合的第二斜面，所述轧机机头上螺纹连接有用于带动调节块在轧机机头的轴线方向上运动的连接块，所述调节块与连接块固定连接，所述轧机机头顶部设置有用于给连接块提供动力的伺服电机和用于控制所述伺服电机的伺服电机控制器，所述伺服电机的输出轴上固定连接有第一齿轮，所述连接块上固定连接有第二齿轮，所述第一齿轮和第二齿轮上连接有皮带。

上述的金属变径管轧制用轧机机头轧制直径调节装置，其特征在于：所述调节块通过螺栓与连接块固定连接。

上述的金属变径管轧制用轧机机头轧制直径调节装置，其特征在于：所述第一齿轮通过第一销钉与伺服电机的输出轴固定连接，所述第二齿轮通过第二销钉与连接块固定连接。

上述的金属变径管轧制用轧机机头轧制直径调节装置，其特征在于：所述伺服电机控制器包括微控制器模块以及与微控制器模块相接的人机交互设备、伺服电机驱动器和用于与轧机控制系统连接并通信的通信电路模块，所述伺服电机与伺服电机驱动器相接。

本发明还提供了一种方法步骤简单，实现方便，轧制出的管材尺寸长、精度高、表面质量好、力学性能优良、组织结构均匀的轧机机头轧制直径调节方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、参数设置：在伺服电机控制器上设置金属变径管的参数和伺服电机的位置精度s，所述金属变径管的参数包括金属变径管的成品长度L、大端直径D1和小端直径D2；

步骤二、参数计算：首先，所述伺服电机控制器根据公式ΔD＝D1-D2计算得到金属变径管的变径差ΔD，接着，所述伺服电机控制器根据公式计算得到轧机机头变径的间隔长度ΔL，然后，所述伺服电机控制器根据公式计算得到旋转圈数N，其中，所述旋转圈数N为轧机机头每变径一个位置精度s时伺服电机的旋转圈数，P为轧机机头和连接块螺纹连接的螺纹的螺距；

步骤三、轧机机头轧制直径的调节：当轧机机头从金属变径管的大端到小端轧制金属变径管时，所述金属变径管每进给一个ΔL长度，所述伺服电机控制器控制伺服电机顺时针旋转N圈，伺服电机通过第一齿轮、皮带和第二齿轮带动连接块顺时针旋转N圈，连接块带动调节块在轧机机头的轴线方向上顺着金属变径管的进给方向运动，使上轧辊与轧机机头的轴线之间的夹角以及下轧辊与轧机机头的轴线之间的夹角减小，从而使轧机机头的轧制直径减小一个位置精度s；当轧机机头从金属变径管的小端到大端轧制金属变径管时，所述金属变径管每进给一个ΔL长度，所述伺服电机控制器控制伺服电机逆时针旋转N圈，伺服电机通过第一齿轮、皮带和第二齿轮带动连接块逆时针旋转N圈，连接块带动调节块在轧机机头的轴线方向上逆着金属变径管的进给方向运动，使上轧辊与轧机机头的轴线之间的夹角以及下轧辊与轧机机头的轴线之间的夹角增大，从而使轧机机头的轧制直径增大一个位置精度s。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明轧机机头轧制直径调节装置的结构简单，设计新颖合理、加工制造方便。

2、本发明轧机机头轧制直径调节装置的使用操作便捷，适用于目前市场中所有两辊轧机、三辊轧机和多辊轧机，适用于各种规格和各种变径差的金属无缝管材的轧制，且生产效率高、适合批量化生产。

3、本发明轧机机头轧制直径调节方法的方法步骤简单，实现方便。

4、采用本发明的轧机机头轧制直径调节方法轧制金属变径管，轧制出的管材尺寸长、精度高、表面质量好、力学性能优良、组织结构均匀。

综上所述，本发明实现方便，适用范围广，用于轧制金属变径管，  轧制出的管材尺寸长、精度高、表面质量好、力学性能优良、组织结构均匀。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明轧机机头轧制直径调节装置的结构示意图。

图2为本发明调节块、连接块与轧机机头内部各元件的连接关系示意图。

图3为本发明伺服电机控制器的电路原理框图。

图4为本发明轧机机头轧制直径调节方法的方法流程图。

附图标记说明:

1—伺服电机；          2—伺服电机控制器；    2-1—微控制器模块；

2-2—人机交互设备；    2-3—伺服电机驱动器；  2-4—通信电路模块；

3—第一齿轮；          4—第一销钉；          5—第二齿轮；

6—皮带；              7—连接块；            8—轧机机头；

9—第二销钉；          10—上轧辊；           11—下轧辊；

12—调节块；           13—螺栓；             14—上轨道；

15—下轨道；    16—金属变径管。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明的金属变径管轧制用轧机机头轧制直径调节装置，所述轧机机头8内部设置有上轧辊10、下轧辊11、供上轧辊10运动的上轨道14和供下轧辊11运动的下轨道15，所述上轧辊10和下轧辊11对称设置，所述上轧辊10向下倾斜设置，所述下轧辊11向上倾斜设置，所述上轧辊10与轧机机头8的轴线之间的夹角等于下轧辊11与轧机机头8的轴线之间的夹角；其特征在于：所述轧机机头轧制直径调节装置包括能够在轧机机头8的轴线方向上运动以调节上轧辊10与轧机机头8的轴线之间的夹角以及下轧辊11与轧机机头8的轴线之间的夹角的调节块12，所述调节块12套装在轧机机头8内部且位于上轧辊10和下轧辊11的外围，所述调节块12内部设置有与上轧辊10相配合的第一斜面和与下轧辊11相配合的第二斜面，所述轧机机头8上螺纹连接有用于带动调节块12在轧机机头8的轴线方向上运动的连接块7，所述调节块12与连接块7固定连接，所述轧机机头8顶部设置有用于给连接块7提供动力的伺服电机1和用于控制所述伺服电机1的伺服电机控制器2，所述伺服电机1的输出轴上固定连接有第一齿轮3，所述连接块7上固定连接有第二齿轮5，所述第一齿轮3和第二齿轮5上连接有皮带6。

本实施例中，所述调节块12通过螺栓13与连接块7固定连接。所述第一齿轮3通过第一销钉4与伺服电机1的输出轴固定连接，所述第二齿轮5通过第二销钉9与连接块7固定连接。

如图3所示，本实施例中，所述伺服电机控制器2包括微控制器模块2-1以及与微控制器模块2-1相接的人机交互设备2-2、伺服电机驱动器2-3和用于与轧机控制系统连接并通信的通信电路模块2-4，所述伺服电机1与伺服电机驱动器2-3相接。具体实施时，所述微控制器模块2-1为单片机，所述人机交互设备2-2为触摸式液晶显示屏。

如图4所示，本发明的轧机机头轧制直径调节方法，包括以下步骤：

步骤一、参数设置：在伺服电机控制器2上设置金属变径管16的参数和伺服电机1的位置精度s，所述金属变径管16的参数包括金属变径管16的成品长度L、大端直径D1和小端直径D2；具体实施时，可以采用伺服电机控制器2中的人机交互设备2-2，如触摸式液晶显示屏进行参数设置；

本实施例中，所加工的金属变径管16为钛变径管，钛变径管的成品长度L为400mm，大端直径D1为3.4mm，小端直径D2为3.0mm，伺服电机1的位置精度s为0.01mm；

步骤二、参数计算：首先，所述伺服电机控制器2根据公式ΔD＝D1-D2计算得到金属变径管16的变径差ΔD，接着，所述伺服电机控制器2根据公式计算得到轧机机头8变径的间隔长度ΔL，然后，所述伺服电机控制器2根据公式计算得到旋转圈数N，其中，所述旋转圈数N为轧机机头8每变径一个位置精度s时伺服电机1的旋转圈数，P为轧机机头8和连接块7螺纹连接的螺纹的螺距；

本实施例中，P为0.75mm，根据公式ΔD＝D1-D2计算得到金属变径管16的变径差ΔD为0.4mm，根据公式计算得到轧机机头8变径的间隔长度ΔL为10mm，根据公式计算得到轧机机头8每变径0.01mm时伺服电机1的旋转圈数N为

步骤三、轧机机头8轧制直径的调节：当轧机机头8从金属变径管16的大端到小端轧制金属变径管16时，所述金属变径管16每进给一个ΔL长度，所述伺服电机控制器2控制伺服电机1顺时针旋转N圈，伺服电机1通过第一齿轮3、皮带6和第二齿轮5带动连接块7顺时针旋转N圈，连接块7带动调节块12在轧机机头8的轴线方向上顺着金属变径管16的进给方向运动，使上轧辊10与轧机机头8的轴线之间的夹角以及下轧辊11与轧机机头8的轴线之间的夹角减小，从而使轧机机头8的轧制直径减小一个位置精度s；当轧机机头8从金属变径管16的小端到大端轧制金属变径管16时，所述金属变径管16每进给一个ΔL长度，所述伺服电机控制器2控制伺服电机1逆时针旋转N圈，伺服电机1通过第一齿轮3、皮带6和第二齿轮5带动连接块7逆时针旋转N圈，连接块7带动调节块12在轧机机头8的轴线方向上逆着金属变径管16的进给方向运动，使上轧辊10与轧机机头8的轴线之间的夹角以及下轧辊11与轧机机头8的轴线之间的夹角增大，从而使轧机机头8的轧制直径增大一个位置精度s。

本实施例中，当轧机机头8从金属变径管16的大端到小端轧制金属变径管16时，所述金属变径管16每进给10mm，所述伺服电机控制器2控制伺服电机1顺时针旋转圈，从而使轧机机头8的轧制直径减小0.01mm；当从小端到大端加工金属变径管16时，所述金属变径管16每进给10mm，所述伺服电机控制器2控制伺服电机1逆时针旋转圈，从而使轧机机头8的轧制直径增大0.01mm；能够加工出高质量的钛变径管。

本发明适用于目前市场中所有两辊轧机、三辊轧机和多辊轧机，根据轧机型号的不同可以相应装配适合其动能的伺服电机1，根据金属变径管16成品的尺寸，可以完成直径为3mm～45mm，大头与小头变径差为0.1mm～10mm的金属变径管16成品，能够加工出锥度管、倒锥度管、锥度管和直管复合连接管以及多锥度复合连接管等。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种金属变径管轧制用轧机机头轧制直径调节装置，所述轧机机头(8)内部设置有上轧辊(10)、下轧辊(11)、供上轧辊(10)运动的上轨道(14)和供下轧辊(11)运动的下轨道(15)，所述上轧辊(10)和下轧辊(11)对称设置，所述上轧辊(10)向下倾斜设置，所述下轧辊(11)向上倾斜设置，所述上轧辊(10)与轧机机头(8)的轴线之间的夹角等于下轧辊(11)与轧机机头(8)的轴线之间的夹角；其特征在于：所述轧机机头轧制直径调节装置包括能够在轧机机头(8)的轴线方向上运动以调节上轧辊(10)与轧机机头(8)的轴线之间的夹角以及下轧辊(11)与轧机机头(8)的轴线之间的夹角的调节块(12)，所述调节块(12)套装在轧机机头(8)内部且位于上轧辊(10)和下轧辊(11)的外围，所述调节块(12)内部设置有与上轧辊(10)相配合的第一斜面和与下轧辊(11)相配合的第二斜面，所述轧机机头(8)上螺纹连接有用于带动调节块(12)在轧机机头(8)的轴线方向上运动的连接块(7)，所述调节块(12)与连接块(7)固定连接，所述轧机机头(8)顶部设置有用于给连接块(7)提供动力的伺服电机(1)和用于控制所述伺服电机(1)的伺服电机控制器(2)，所述伺服电机(1)的输出轴上固定连接有第一齿轮(3)，所述连接块(7)上固定连接有第二齿轮(5)，所述第一齿轮(3)和第二齿轮(5)上连接有皮带(6)。

2.按照权利要求1所述的金属变径管轧制用轧机机头轧制直径调节装置，其特征在于：所述调节块(12)通过螺栓(13)与连接块(7)固定连接。

3.按照权利要求1所述的金属变径管轧制用轧机机头轧制直径调节装置，其特征在于：所述第一齿轮(3)通过第一销钉(4)与伺服电机(1)的输出轴固定连接，所述第二齿轮(5)通过第二销钉(9)与连接块(7)固定连接。

4.按照权利要求1所述的金属变径管轧制用轧机机头轧制直径调节装置，其特征在于：所述伺服电机控制器(2)包括微控制器模块(2-1)以及与微控制器模块(2-1)相接的人机交互设备(2-2)、伺服电机驱动器(2-3)和用于与轧机控制系统连接并通信的通信电路模块(2-4)，所述伺服电机(1)与伺服电机驱动器(2-3)相接。

5.一种利用如权利要求1所述调节装置对轧机机头轧制直径进行调节的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、参数设置：在伺服电机控制器(2)上设置金属变径管(16)的参数和伺服电机(1)的位置精度s，所述金属变径管(16)的参数包括金属变径管(16)的成品长度L、大端直径D1和小端直径D2；

步骤二、参数计算：首先，所述伺服电机控制器(2)根据公式ΔD＝D1-D2计算得到金属变径管(16)的变径差ΔD，接着，所述伺服电机控制器(2)根据公式计算得到轧机机头(8)变径的间隔长度ΔL，然后，所述伺服电机控制器(2)根据公式计算得到旋转圈数N，其中，所述旋转圈数N为轧机机头(8)每变径一个位置精度s时伺服电机(1)的旋转圈数，P为轧机机头(8)和连接块(7)螺纹连接的螺纹的螺距；

步骤三、轧机机头(8)轧制直径的调节：当轧机机头(8)从金属变径管(16)的大端到小端轧制金属变径管(16)时，所述金属变径管(16)每进给一个ΔL长度，所述伺服电机控制器(2)控制伺服电机(1)顺时针旋转N圈，伺服电机(1)通过第一齿轮(3)、皮带(6)和第二齿轮(5)带动连接块(7)顺时针旋转N圈，连接块(7)带动调节块(12)在轧机机头(8)的轴线方向上顺着金属变径管(16)的进给方向运动，使上轧辊(10)与轧机机头(8)的轴线之间的夹角以及下轧辊(11)与轧机机头(8)的轴线之间的夹角减小，从而使轧机机头(8)的轧制直径减小一个位置精度s；当轧机机头(8)从金属变径管(16)的小端到大端轧制金属变径管(16)时，所述金属变径管(16)每进给一个ΔL长度，所述伺服电机控制器(2)控制伺服电机(1)逆时针旋转N圈，伺服电机(1)通过第一齿轮(3)、皮带(6)和第二齿轮(5)带动连接块(7)逆时针旋转N圈，连接块(7)带动调节块(12)在轧机机头(8)的轴线方向上逆着金属变径管(16)的进给方向运动，使上轧辊(10)与轧机机头(8)的轴线之间的夹角以及下轧辊(11)与轧机机头(8)的轴线之间的夹角增大，从而使轧机机头(8)的轧制直径增大一个位置精度s。