CN1052804A - 摩擦-挤压方法及挤压机 - Google Patents
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Abstract
摩擦挤压法和挤压机是生产无缝钢管的新工艺
和新设备。此法是摩擦表面所产生的摩擦热相当于
热轧法生产无缝钢管的环形加热炉其特点管坯沿螺
旋曲线相对运动冷锭进，热材出，可生产钢带有色金
属特殊型材和多种用途的复合材料，多种搪瓷坯料通
管道。挤压机是由加压系统通过推力轴承与转子部
相结的旋转部分连，以使直流电机带动旋转，转子部
分又和成型部分相连，与成型部分的拉管油缸拉管
时，定径机构起作用，上述部分依加压，旋转，电机，转
子，成型，顺序固定在机架上。
Description
本发明涉及一种用轧制的方式生产金属板、线、棒、管成型材料的方法及其设备，特别是涉及一种用摩擦-挤压的方法生产金属板、线、棒、管（尤其无缝钢管）成型材及其生产设备。
目前，世界上生产无缝钢管可用热轧和热挤压方法生产，现西德用热轧法能生产当前世界上最薄壁厚为2.25mm的无缝钢管。但是无论热轧生产还是热挤压生产黑色制品时都需要大型的加热设备，如用热轧法生产无缝钢管必须用环形加5热炉穿孔机、二次加热设备、矫直机、精整机等，这些设备不仅消耗了大量的热能、电能，而且生产时需要较大的场地，这些无疑使成本大大增加。另外这种加工对纵向裂纹，比如锅炉无缝钢管纵向裂纹一直是个难题。
本发明的目的在于提供一种生产高热效率、高精度的无缝钢管的方法和设备，用摩擦的方法代替热轧、热挤压所普遍采用的环形加热炉、穿孔机、二次加热设备、矫直机、精整机等。这就大大降低了热能和电能，从而大大降低了生产无缝钢管的成本，同时也攻克了多年来无缝钢管纵向裂纹的难关。
本发明是这样实现的：把摩擦加热法和金属热挤压方法结合在一起（其方法称为摩擦挤压法）发挥摩擦加热局部温升快，金属挤压法产品精度高的特点。首先使管坯由内花键主轴在直流电动机带动下高速旋转，同时带动由大型推力轴承和外花键组成的转子部分也高速旋转，管坯螺旋曲线相对运动，冷绽进，热材出。然后管坯施以大的压力，并使管坯的端面与外模接触，在加压油缸的压力下，转子部分又沿内花键主轴作直线运动，转子参与沿径向高速旋转和轴向直线运动，当转子沿螺旋运动时，由转子带动顶杆推动坯料沿螺旋运动。这时管坯端面的摩擦表面就产生坯料高温变形区，温度升到1125℃-1300℃在一定压力的作用下被挤压的坯料在变形后沿180℃方向变形在导向套上。内径（由内模控制），外径（由外模控制）。形成所需要的形状和尺寸的无缝管。此管在压力油缸的作用下，通过定径环进一步精整，摩擦挤压过程完成，此管进入后一步工序。
摩擦挤压法生产无缝钢管工艺流程图是：清除氧化皮→摩擦挤压→空冷→切头→检验→入库。
摩擦挤压的过程是金属在一定的空间和时间内，金属状态和性能发生变化的过程，以生产40X0.5的A3无缝钢管为例：管坯为16MM、A3圆钢，首先车去外表面氧化皮，平端面，选用摩擦挤压参数如下：
转速：1000（γ/min）
摩擦压力：8.6（MPa）
摩擦加热时间：0.7（S）
无缝钢管成型速度：20mm/s
主电机功率：15千瓦
本发明把大压力下，由摩擦表面所产生的摩擦热作为一种热源应用于金属压力加工中来，因为这个摩擦热源相当于热轧法与热挤压法生产无缝管环形加热炉，省去了热轧法与热挤压法生产无缝管中环形加热炉、穿孔机、二次加热设备，从而降低了生产成本。由于本工艺有一次成型无缝钢管的特点，所以在模具的控制下，能够达到生产薄壁无缝管的目的。
摩擦挤压法生产效率高，设备投资少，由于采用了摩擦加热方式，去掉了传统加热设备;由于采用180°变形方式和在内、外模控制下生产无缝钢管，去掉了穿孔机，由于摩擦挤压法是一种局部连续加热的方法，又在内模和外模的控制下，所以能够一次成型，达到无缝管要求的壁厚，去掉了二次加热设备。由于摩擦挤压法有导向套和定经结构，这部分代替了矫直机和精整机。总之，摩擦挤压法能节省能源和成本，并同时提高质量。例如：锅炉无缝钢管纵向裂纹问题一直无法解决，用本工艺生产无缝钢管就能克服这个质量问题。
本方法生产的型材质量好，无论是型材金属内部组织，型材的尺寸精度都可以通过压力、温度和金属变形量的控制达到使用要求。
本方法的主要特征是摩擦热源、冷锭进，热材出，可以生产钢带。如：适于生产大型钢厂不易生产的或成本效率高的壁厚0.01～1.00mm宽、1～20mm的钢带;适用生产有色金属特殊型材和多种特殊用途的复合材料;可生产民用多种搪瓷、坯料、通风管道和包装用金属筒。
在主电机功率允许范围内转数：500～2000（γ/min）摩擦压力：20～100（MPa）因此，本方法工艺参数范围广，容易控制，容易实现朵械化，自动化，操作技术简单，容易掌握。
本方法工作场地卫生，无火花，弧光及有害气体，有利于环境保护。
附图1是摩擦挤压机（又叫挤管机）构造图。
1-加压油缸 2-机架 3-轴承盖 4-毡封 5-圆锥滚子轴承 6-轴承座 7-轴挡 8-主轴 9-传动齿轮 10-平键 11-土退环 12-顶头 13-压盘 14-推力轴承 15-轴子套筒16-料筒（导几套） 17-顶杆 18-无缝管 19-固定支座 20-定径环 21-冷却系统 22-内模 23-坯料 24-外模 25-滑动支座 26-拉管油缸
摩擦挤压法生产无缝钢管工艺是通过摩擦挤压机来实现的。摩擦挤压机的构造图如图1所示，它是由加压系统，旋转部分，转子部分，成型部分，机架部分，直流电机，定径机构组成，加压系统通过推力轴承和旋转部分相连，旋转部分和转子部分是通过内外花键结合达到直流电机带动旋转部分旋转，从而使转子部分也随之旋转。转子部分通过螺栓和成型部分相联接，当成型部分中的拉管油缸拉管时，定径机构达到定径作用，这些部分都按照加压系统，旋转部分，直流电机，转子部分，成型部分的顺序固定在机架上。加压系统用螺栓固定在机架上，加压系统中油缸1的活塞杆与转子部分螺纹联接;旋转部分中轴承座6用螺栓与机架2固定，旋转部分中主轴8与转子部分中转子套15内外花键联接;成型部中导向套16与旋转部分轴承座法兰螺栓联接，成型部分中定径机构固定又座19与机架2螺栓固定，成型部分中滑动支座2与机架2用导轨联接，成型部分中拉管油缸26活塞杆与外模螺纹联接，油缸26用螺栓固定在机架2上。
加压系统是由高压油推动油缸1来实现的。油缸1用螺栓固定在机架2上。
旋转部分是由直流电动机带动传动齿轮9，平键10把传动齿轮9与内花键主轴8联接在一起，由圆锥滚子轴承5，轴承盖3，毡封4组成。旋转部分通过轴承座6与机架2用螺栓固定。
转动部分是由外花键转子套筒15与推力轴承14、压盖13、顶头12、土退环11组成。顶头12用螺纹与加压油缸1联接，在高轴8高速旋转时，因内花键主轴和外花键转子是动配合的转子部分也高速旋转，并在油缸1的压力下运动，则转子部分沿螺旋曲线运动，即轴向运动，也可在直流电动机驱动下沿径向高速旋转。转子套筒5顶杆17螺纹联接，顶杆17前端又与坯料23用内六方联接，因此当转子部分沿螺旋线运动时，由转子带动的顶杆推动坯料23也沿螺旋曲线前进。与坯料接触外模时发生摩擦，同时产生坯料高温度形区，被挤压的坯料在变形区沿180°方向变形，在导向管，内模，外模控制下形成无缝钢管，当无缝钢管在压力油缸的作用下通过定径环进一步精整。此时整个摩擦挤压过程完成。
成型部分是由料筒（导向套）16、顶杆17、固定支座19、定径环20，冷却系统21，内模22、坯料23、外模24、滑动支座25、拉管油缸26组成，料筒（导向套）16与轴承座6通过法兰螺栓联接，顶杆17与转子套筒15螺纹联接。固定支座19用螺栓固定在机架2上，定径20与固定支座19昆本合联接。冷却系统21与外模22过渡配合联接。内模22与导向套16螺纹联接。坯料23与顶杆内六方联接。外模24与导向套螺纹联接。滑动支座25与机架2导轨联接。拉管油缸26与机架2螺栓联接。外模控制无缝钢管外径，内模控制内径在主电机拒矩可以满足情况下改变内外模尺寸可以在同一设备上生产较多品种的无缝钢管。
摩擦挤压机工作过程是：拉管油缸26联接的滑动支座25和外模24沿机架2导轨运动，当外模24运动到料筒16前端用螺纹联接的内模22时，根据生产无缝钢管的规格控制外模的轴向距离，开动主电机，开动液压系统驱动油缸1运动，则坯料23沿螺旋曲线运动，并和外模24接触，开动冷却系统21，这时在外模24与内模22之间坯料23产生150～1300℃的高温区，在油缸1压力作用下生产出无缝钢管18。当无缝钢管18的尺寸达到要求时，主电机停止，拉管油缸26退回，加压油缸1进给，这时无缝钢管18通过定径环230，整个生产过程结束。
本发明可以生产的无缝钢管产品尺寸由10～200，壁厚0.3～3mm长度6mm～12m，这些无缝钢管成本低于同材质的焊接钢管，因为焊接管是用钢板卷焊而成，而摩擦挤压法生产无缝钢管是用同材质的圆钢锭一次成型。
由于摩擦挤法生产的无缝钢管成本低，质量好，不但在工业领域广泛应用，在民用领域也可广泛应用。
现用主电机37千瓦生产60～120壁厚0.1～3mm的无缝钢管。以生产108壁厚为0.1～3mm的无缝钢管为例，不需加热设备，一次成型金属收率90%以上，钢管壁厚公差可达到5%，省去了加热穿孔、2次加热热轧，精整工序。
Claims (8)
1、一种摩擦挤压无缝钢管的方法其特征在于：把摩擦加热法和金属热挤压方法结合发挥局部摩擦加热局部温升快，金属挤压法产品精度高的特点，首先使管坯由内花键主轴在直流电机带动下高速旋转，同时带动由大型推力轴承和外花键组成的转子部分也高速旋转，管坯沿螺旋曲线相对运动，冷锭进，热材出，然后管坯施以大的压力，并使管坯的端面与外模接触，在加压油缸的压力下，转子部分又沿内花键主轴作直线运动，转子参与沿径向高速旋转和轴向直线运动，当转子沿螺旋运动时，由转子带动顶杆推动坯料沿螺旋运动，这时管坯端面的摩擦表面就产生摩擦热，当坯料接触外模时发生摩擦，同时产生坯料高温变形区，温度升高到1150～130℃在一定压力作用下被挤压的坯料在变形后沿180°方向变形在导向套上，内径(由内模控制)外径(由外模控制)形成所需的形状和尺寸的无缝钢管。此管在压力油缸的作用下通过定径环进一步精整。
2、按照权利要求1所述的方法其特征在于这个方法的工艺流程是：清除氧化皮→摩擦挤压→空冷→切头→检验→入库。具有一次成型无缝钢管的特点。
3、按照权利要求1所述的方法其特征在于：这个方法生产过程中省却了环形加热炉，穿孔机，二次加热设备，矫直朵，精整机。
4、按照权利要求1所述的方法其特征在于摩擦热源和冷锭进热材出可以生产带钢，复合金属板材有色金属特殊型材和多种特殊用途的复合材料，生产民用多种搪瓷坯料，通风管道和包装用金属筒。
5、按照权利要求1所述的方法其特征在于此方法能解决无缝钢管纵向裂纹的问题，对型材质量，型材金属内部组织，尺寸精度可以通过压力温度和金属变形量的控制达到使用要求。
6、一种采用摩擦挤压法的设备-摩擦挤压机其特征在于：加村系统通过推力轴承与转子部分相结合的旋转部分相连，以使直流电机带动旋转部分旋转，转子部分通过螺栓和成型部分相联，当成型部分中的拉管油缸拉管时，定径机构起定径作用，这些部分都按加压系统，旋转部分，直流电机，转子部分，成型部分的顺序固定在机架上。
7、根据权利要求6所述的设备其特征在于：内花键主轴在直流电动机带动下高速旋转并带动由大型推力轴承，外花键转子套筒压盘顶头土退环组成的转子部分也高度旋转，外花键转子套筒与内花键主轴是动配合，在加压油缸的压力下转子部分又沿轴向作直线运动，转子因而也是沿螺旋曲线运动，由转子带动的顶杆推动坯料也沿螺旋曲线前进。
8、根据权利要求6所述的设备其特征在于：摩擦挤压机的成型部分由料筒（导向套），顶杆，固定支府，定径环，冷却系统，内模，坯料，外模，滑动支座，拉管油缸组成，料筒和轴承座，法尘螺栓联接，外模控制无缝钢管外径，内模控制无缝钢管内径，在主电机拒矩可以满足的条件下改变内外模具尺寸可以在同一设备上生产较多品种的无缝钢管。
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