CN104889195A - 中大口径管材联合成形工艺及成形装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中大口径管材联合成形工艺及成形装置，在采用扩径头对管材进行推进式温扩成形的过程中，同步地采用三套轧拔装置对管体进行减径、减壁轧拔成形，并通过喷雾冷却方式对成形的管材端部进行冷却处理，在管体前端部一定长度完成扩轧减径减壁成形之后，管体的其余部位则主要通过拉拔方式完成扩径、减径和减壁成形。本发明提供的联合成形工艺，在推进式扩管成形后，无需通过后续冷拔加工去改善管材的尺寸精度和组织性能，有助于降低扩径管材壁厚的不均匀性，改善产品的组织性能，省去或至少可减少扩径后管材的后续加工(包括冷拔加工)的工作量，具有流程短、精度高、成本低的相对优势。

Description

中大口径管材联合成形工艺及成形装置

技术领域

本发明涉及一种可用于油气输送、化学反应物输送、复杂服役条件下单相或多相物料输送等多个领域的中大口径管材联合成形工艺及用于该成形工艺的成型装置。

背景技术

随着各类管材部件服役环境的日趋复杂化和恶劣化，对在其中服役的中大口径管材与管部件的尺寸精度、性能、质量稳定性、绿色制造以及延寿等方面都提出了越来越高的要求。在生产中大口径管材与管部件的领域，由我国独创并得到快速推广的推进式扩管技术发挥着独特的作用。采用推进式扩管技术具有一次性投资有限，工艺简约而易于掌握，扩径量大，车间成本较低等优势。采用这一技术生产中大口径钢管的缺点之一是：这种塑型加工成形不具备消差能力，甚至通常会加大壁厚的不均匀性。对于必须采用尺寸精度较高的中高端管材品种的多数应用场合(例如各类高压气瓶管的制造)，直接采用推进式扩管成形的管材是难以满足要求的，必须经过一定程度的后续冷拔(冷轧)加工。这就大大削弱了推进式扩管成形技术及其产品的市场竞争优势，从而也就制约了这一技术的可持续发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中之不足，提供一种能对现有推进式扩管成形技术进行优势替代的、无需后续冷拔(冷轧)加工即可满足使用要求的中大口径管材联合成形工艺以及所使用的成形装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种中大口径管材联合成形工艺，应用于管材外径范围在400～900mm的中大口径钢管的成形加工，其包括如下步骤：

(1)、备料：按技术要求下料制备待成型加工的管材，将管材矫正平整处理后吊运至料台上；

(2)、将管材从料台上传送到位于推料机与拉拔机之间的受料槽，并调整好其成形加工的中心线；

(3)、预热：将扩径杆的推杆从管材一端向推料机方向穿进管材内孔，推料机推动管材移动，感应加热器对管材加热至780～820℃；

(4)、内扩径成形：推料机继续推动管材移动，扩径头对加热后的尚有余热的管材内孔进行温扩成形，其扩径率为35％～45％；

(5)、轧制成形：内扩径成形后的管材由推料机推动继续前移，管材通过轧拔机上的三套依次排列的轧拔装置，此时扩径杆的芯棒支撑在已扩径后的管材内孔部分，并且芯棒与管材内孔具有一定的间隙，每套轧拔装置上周向均布的环形辊配合芯棒对管材进行减径减壁成形处理，减径减壁处理时的变形量为5～15％；

(6)、冷缩处理：扩径、减径减壁成形处理好的管材前端部由安装在轧拔装置后端的冷却器以喷雾方式对其进行快速冷却至80℃以下；

(7)、拉拔成形：拉拔机上的卡头夹住冷却后的管材前端部，推料机停止运动，拉拔机拉动管材移动，按前述方式完成余下管材的扩径、减径减壁成形加工，拉拔机的拉拔速度稍大于推料机的推进速度；

(8)、精整处理：对全部完成扩径、减径减壁成形处理的管材进行矫直精整处理，检测完毕包装入库。

优选地，所述的扩径头对管材内孔进行温扩成形的扩径率为40％。

优选地，所述的轧拔装置对管材减径减壁处理时管材的变形量为7％。

一种用于上述成形工艺的成形装置，用于管材的成形加工，包括相距设置的推动成形前的管材移动的推料机、拉动成形后的管材移动的拉拔机，所述的推料机与拉拔机之间设有伸进管材内的扩径杆，所述的扩径杆具有一体结构依次相连的推杆、对管材内孔进行扩径的扩径头以及间隙支撑于扩径后管材内孔的芯棒，位于芯棒所在位置的管材外周设有轧拔机，所述的轧拔机具有三套在芯棒长度上均分的轧拔装置，所述的轧拔装置具有三个周向均布、外端面压紧贴合在管材外表面且旋转面与管材轴线平行的环形辊，近扩径头侧设有对未扩径的管体外周加热的感应加热器，轧拔机后设有对成形后管材进行冷却处理的冷却器。

进一步地，所述的芯棒为具有1～3度反锥角的锥体，锥体的大端与扩径头相连。

具体说，所述的环形辊外周面具有沿轴线方向贴合于管材表面的内凹弧，所述内凹弧的弧顶边彼此相接构成圆形，三套轧拔装置上环形辊的内凹弧所构成的圆形的直径依次缩小。

为保证三套轧拔装置的环形辊可以沿管材的全周向对管材进行充分拔制，所述的三套轧拔装置上的环形辊的布置为后一套相对于前一套依次错位60°。

所述的轧拔装置还具有基座，基座上设有周向三等分均布的托架，所述的环形辊转动设在托架上。

本发明的有益效果是：本发明提供的联合成形工艺，在推进式扩管成形后，无需通过后续冷拔加工去改善管材的尺寸精度和组织性能，有助于降低扩径管材壁厚的不均匀性，改善产品的组织性能，省去或至少可减少扩径后管材的后续加工(包括冷拔加工)的工作量，具有流程短、精度高、成本低的相对优势。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明成形装置的结构示意图。

图2是本发明所述轧拔装置的结构示意图。

图中1.推料机 2.拉拔机 3.扩径杆 3-1.推杆 3-2.扩径头 3-3.芯棒4.轧拔装置 4-1.环形辊 4-2.内凹弧 4-3.基座 4-4.托架 5.感应加热器6.冷却器 7.管材

具体实施方式

现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

一种中大口径管材的联合成形工艺，应用于管材7外径范围在400～900mm的中大口径钢管的成形加工，具有如下步骤：

(1)、备料：按技术要求下料制备待成型加工的管材7，将管材7矫正平整处理后吊运至料台上；

(2)、将管材7从料台上传送到位于推料机1与拉拔机2之间的受料槽，并调整好其成形加工的中心线；

(3)、预热：将扩径杆3的推杆3-1从管材7一端向推料机1方向穿进管材7内孔，推料机1推动管材7移动，感应加热器5对管材7加热至780～820℃；

(4)、内扩径成形：推料机1继续推动管材7移动，扩径头3-2对加热后的尚有余热的管材7内孔进行温扩成形，其扩径率为35％～45％；

(5)、轧制成形：内扩径成形后的管材7由推料机1推动继续前移，管材7通过轧拔机上的三套依次排列的轧拔装置4，此时扩径杆3的芯棒3-3支撑在已扩径后的管材7内孔部分，并且芯棒3-3与管材7内孔具有一定的间隙，每套轧拔装置4上周向均布的环形辊4-1配合芯棒3-3对管材7进行减径减壁成形处理，减径减壁处理时的变形量为5～15％，在每根管材7扩轧完成之后的间隙期间，对芯棒3-3喷表面喷涂润滑剂，芯棒3-3最前端部位应控制在进入三套轧拔装置4的第三套变形区之前。

(6)、冷缩处理：扩径、减径减壁成形处理好的管材7前端部由安装在轧拔装置4后端的冷却器6以喷雾方式对其进行快速冷却至80℃以下；

(7)、拉拔成形：拉拔机2上的卡头夹住冷却后的管材7前端部，此时推料机2停止运动，拉拔机2拉动管材7移动，按前述拔制方式完成余下管材7的扩径、减径减壁成形加工，拉拔机2的拉拔速度稍大于推料机1的推进速度,以便管体成形控制在微张减的范围内；

(8)、精整处理：对全部完成扩径、减径减壁成形处理的管材7进行矫直精整处理，检测完毕包装入库。

优选地，所述的扩径头3-2对管材7内孔进行温扩成形的扩径率为40％；所述的轧拔装置4对管材7减径减壁处理时管材7的变形量为7％。

如图1、图2所示，一种用于上述成形工艺的成形装置，用于管材7的成形加工，包括相距设置的推动成形前的管材7移动的推料机1、拉动成形后的管材7移动的拉拔机2、位于推料机1与拉拔机2之间伸进管材7内的扩径杆3以及轧拔机。

所述的扩径杆3具有一体结构依次相连的推杆3-1、对管材7内孔进行扩径的扩径头3-2以及间隙支撑于扩径后管材7内孔的芯棒3-3，所述的芯棒3-3为具有2度反锥角的锥体，锥体的大端与扩径头3-2相连。轧拔机位于芯棒3-3所在位置的管材7外周，扩径头3-2的左侧位置设有对未扩径的管体7外周加热的感应加热器5，轧拔机后设有对成形后管材7进行冷却处理的冷却器6。

所述的轧拔机具有三套在芯棒3-3长度上均分的轧拔装置4，所述的轧拔装置4包括基座4-3，基座4-3上设有周向三等分均布的托架4-4，所述托架4-4上转动设有环形辊4-1，所述的环形辊4-1的旋转面与管材7轴线平行，所述的环形辊4-1外周面具有沿轴线方向贴合于管材7表面的内凹弧4-2，所述内凹弧4-2的弧顶边彼此相接构成圆形，三套轧拔装置4上环形辊4-1的内凹弧4-2所构成的圆形的直径依次缩小而实现减径成形。

所述的三套拔制装置4上环形辊4-1的布置方式为：后一套相对于前一套错位一个角度设置，具体说就是第二套拔制装置4上的环形辊4-1相对于第一套拔制装置4上的环形辊4-1错位60°设置，而第三套拔制装置4上的环形辊4-1相对于第二套拔制装置4上的环形辊4-1又错位60°设置，这样，三套拔制装置4上的环形辊4-1可以沿管材7的全周向对管材7进行充分拔制。

扩径头3-2与推杆3-1相交处具有一定的锥度，便于扩径时扩径头3-2循序进入管材7内孔；三套拔制装置4中，第一套拔制装置4的环形辊4-1由动力带动而转动，后二套随管材7移动而跟随转动，在轧制成形时，扩径杆3的芯棒3-3支撑在已扩径后的管材7内孔部分，并且芯棒3-3与管材7内孔具有一定的间隙，每套轧拔装置4上周向均布的环形辊4-1配合芯棒3-3对管材7进行减径减壁成形处理。

实施例：生产的管材品种为转运拖车用高压气瓶管，其规格如下：Φ559×16.4×11000mm，材质：30CrMo。

具体实施工艺过程包括以下工艺步骤：

1、备料：将在连轧机组或皮尔格机组生产的、规格为Ф420×19的30CrMo热轧无缝钢管按照13000mm长度下料，在进行必要的矫正和端头平整处理后将其吊上料台。

2、将所述规格为Ф420×18×13000mm的30CrMo热轧无缝钢管从料台拨入受料槽并调整其扩径成形的中心线。

3、预热：推料机1推动上述管材7，以0.7m/min的速度送至感应加热器5位置，感应加热器5将管体7加热到800℃。

4、内扩径成形：推料机1继续推动管材7移动，扩径头3-2对加热后的尚有余热的管材7内孔进行温扩成形，其扩径率为40％；与此同时管材7的平均壁厚减少0.7mm，且长度相应略有缩短。

5、轧制成形：温热扩径成形后的管体7外径约为588mm，壁厚约为17.3mm。管材7由推料机1推动继续前移，管材7通过轧拔机上的三套依次排列的轧拔装置4，此时芯棒3-3支撑在已扩径后的管材7内孔部分，且芯棒3-3与管材7内孔具有一定的间隙，而芯棒3-3的最前端部位应控制在进入三套轧拔装置4中的第三套变形区之前，每套轧拔装置4的环形辊4-1配合芯棒3-3对管材7进行减径减壁成形处理，减径减壁处理时管材7的变形量为8％，所得管体的外径和壁厚分别约为559mm和16.5mm。每当一根管材7被扩轧完毕后，立即检查芯棒3-3表面状态并喷涂润滑剂以便为下一根管体7进行扩轧成形做好准备。

6、冷缩处理：扩径、减径减壁成形处理好的管材7前端部由安装在轧拔装置4后端150mm处的冷却器6以喷雾方式对其进行快速冷却至80℃以下；

7、拉拔成形：拉拔机2上的卡头夹住冷却后的管材7前端部，此时推料机2停止运动，拉拔机2拉动管材7移动，按前述拔制方式完成余下管材7的扩径、减径减壁成形加工，拉拔机2的拉拔速度约为每分钟0.72米，稍大于推料机1的推进速度,以便管体7成形控制在微张减的范围内。

8、精整处理：对全部完成扩径、减径减壁成形处理的管材7进行矫直精整处理，检测完毕包装入库。

本发明提供的联合成形工艺，在推进式扩管成形后，无需通过后续冷拔加工去改善管材7的尺寸精度和组织性能，有助于降低扩径管材7壁厚的不均匀性，改善产品的组织性能，省去或至少可减少扩径后管材7的后续加工(包括冷拔加工)的工作量，具有流程短、精度高、成本低的相对优势。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种中大口径管材的联合成形工艺，应用于管材(7)外径范围在400～900mm的中大口径钢管的成形加工，其特征是：具有如下步骤：

(1)、备料：按技术要求下料制备待成型加工的管材(7)，将管材(7)矫正平整处理后吊运至料台上；

(2)、将管材(7)从料台上传送到位于推料机(1)与拉拔机(2)之间的受料槽，并调整好其成形加工的中心线；

(3)、预热：将扩径杆(3)的推杆(3-1)从管材(7)一端向推料机(1)方向穿进管材(7)内孔，推料机(1)推动管材(7)移动，感应加热器(5)对管材(7)加热至780～820℃；

(4)、内扩径成形：推料机(1)继续推动管材(7)移动，扩径头(3-2)对加热后的尚有余热的管材(7)内孔进行温扩成形，其扩径率为35％～45％；

(5)、轧制成形：内扩径成形后的管材(7)由推料机(1)推动继续前移，管材(7)通过轧拔机上的三套依次排列的轧拔装置(4)，此时扩径杆(3)的芯棒(3-3)支撑在已扩径后的管材(7)内孔部分，并且芯棒(3-3)与管材(7)内孔具有一定的间隙，每套轧拔装置(4)上周向均布的环形辊(4-1)配合芯棒(3-3)对管材(7)进行减径减壁成形处理，减径减壁处理时的变形量为5～15％；

(6)、冷缩处理：扩径、减径减壁成形处理好的管材(7)前端部由安装在轧拔装置(4)后端的冷却器(6)以喷雾方式对其进行快速冷却至80℃以下；

(7)、拉拔成形：拉拔机(2)上的卡头夹住冷却后的管材(7)前端部，推料机(2)停止运动，拉拔机(2)拉动管材(7)移动，按前述方式完成余下管材(7)的扩径、减径减壁成形加工，拉拔机(2)的拉拔速度稍大于推料机(1)的推进速度；

(8)、精整处理：对全部完成扩径、减径减壁成形处理的管材(7)进行矫直精整处理，检测完毕包装入库。

2.根据权利要求1所述的中大口径管材的联合成形工艺，其特征是：所述的扩径头(3-2)对管材(7)内孔进行温扩成形的扩径率为40％。

3.根据权利要求1所述的中大口径管材的联合成形工艺，其特征是：所述的轧拔装置(4)对管材(7)减径减壁处理时管材(7)的变形量为7％。

4.一种用于权利要求1所述成形工艺的成形装置，用于管材(7)的成形加工，包括相距设置的推动成形前的管材(7)移动的推料机(1)、拉动成形后的管材(7)移动的拉拔机(2)，其特征是：所述的推料机(1)与拉拔机(2)之间设有伸进管材(7)内的扩径杆(3)，所述的扩径杆(3)具有一体结构依次相连的推杆(3-1)、对管材(7)内孔进行扩径的扩径头(3-2)以及间隙支撑于扩径后管材(7)内孔的芯棒(3-3)，位于芯棒(3-3)所在位置的管材(7)外周设有轧拔机，所述的轧拔机具有三套在芯棒(3-3)长度上均分的轧拔装置(4)，所述的轧拔装置(4)具有三个周向均布、外端面压紧贴合在管材(7)外表面且旋转面与管材(7)轴线平行的环形辊(4-1)，近扩径头(3-2)侧设有对未扩径的管体(7)外周加热的感应加热器(5)，轧拔机后设有对成形后管材(7)进行冷却处理的冷却器(6)。

5.根据权利要求4所述的成形装置，其特征是：所述的芯棒(3-3)为具有1～3度反锥角的锥体，锥体的大端与扩径头(3-2)相连。

6.根据权利要求4所述的成形装置，其特征是：所述的环形辊(4-1)外周面具有沿轴线方向贴合于管材(7)表面的内凹弧(4-2)，所述内凹弧(4-2)的弧顶边彼此相接构成圆形，三套轧拔装置(4)上环形辊(4-1)的内凹弧(4-2)所构成的圆形的直径依次缩小。

7.根据权利要求5所述的成形装置，其特征是：所述的三套轧拔装置(4)上的环形辊(4-1)的布置为后一套相对于前一套依次错位60°。

8.根据权利要求4所述的成形装置，其特征是：所述的轧拔装置(4)还具有基座(4-3)，基座(4-3)上设有周向三等分均布的托架(4-4)，所述的环形辊(4-1)转动设在托架(4-4)上。