CN1090065C - 使用轧辊的成形用机架和成形方法 - Google Patents

使用轧辊的成形用机架和成形方法 Download PDF

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Abstract

用于将制管钢板通过支撑在间隔开的上轴和下轴上的分开的成形轧辊连续地成形为钢管的成形机架，成形轧辊具有两部分，一部分固定地连结在轴的一侧，套筒可滑动地连结在轴的另一侧并固定地连结在轧辊的另一部分上，可相对于该轴滑动。一侧轴承箱用于支撑相连结的轴的一端；另一侧轴承箱通过套筒支撑相连结的轴的另一端。上下支持架用于支撑两侧的轴承箱在轴向移动。连续实测形成钢管的力并调节成形操作，使实测值不超过预置值。

Description

使用轧辊的成形用机架和成形方法
本发明涉及辊轧成形用机架，具体地说，涉及适于这样一种辊轧成形用机架，将加热到温热温度范围的制管钢板，即作为管原材料的带钢类的异幅材料、异厚材料连续地辊轧成形为管状。
焊接钢管过去大致分为锻接管和电阻焊接管。
锻接管的制管工序是将制管钢板用加热炉连续加热至1350℃-1400℃，用成形轧辊成形为具有V形开口部的管状，通过吹氧产生的氧化热进一步升温作为开口部两端的边缘部之后，用锻接轧辊将V形开口部端部处加压而接合。作为成形轧辊，一般使用2根一组的孔型轧辊，为防止热损伤，通常在操作时从外部向轧辊浇冷却水。由于锻接管为1350℃以上的赤热状态，所以有些冷却水浇到成形轧辊上，也不会冷到不能锻接的地步。
另一方面，电阻焊接管的制管工序是将常温的制管钢板用成形装置连续成形为具有V形开口部的管状，将作为开口部两端的边缘部通过高频感应加热或通电加热到熔点以上的温度范围之后，用挤干辊将V形开口部端部处加压而接合。成形装置由普通的十几段成形用轧辊(初期成形用的开坯轧辊，中期成形用的边辊和/或笼辊，终期成形用带刺面孔型轧辊等)构成，将制管钢板在宽度方向逐渐弯曲而最终成形为圆筒状的开口管。
锻接管的制管速度在300米/分以上时速度快，所以生产率高，由于加热到1350℃以上的高温，所以制管钢板的边缘部容易残留氧化皮，接缝部的强度比起母材部来相当差，并且在管表面生成氧化皮而使表皮变差，所以不能用于要求JIS的STK等的强度可靠性或表面品质的高级钢管。
电阻焊接管由于是在常温下制管，所以接缝品质·表皮良好，能适用于高级钢管，但由于需要在线切削制管钢板边缘由于熔融·加压而生成的接缝部的大焊道，所以制管速度最多只能达到100米/分的程度，生成效率差。
根据本发明的发明者们完成的新的制管法(暂称为电阻焊接型固相压焊制管法)能一举解决这些问题。这种新的制管法是将制管钢板加热到氧化皮生成量少的温热温度范围(例如600℃前后)之后，与电阻焊接管同样进行成形，在边缘部不会产生大的焊道的不到熔点的温度范围进行高频加热并加压·接合的方法。
然而，在这种制管法中，由于用成形装置对处于温热温度范围的制管钢板进行成形，由于从与高温的制管钢板相接触的轧辊来的热传导，成形用轧辊的轧辊轴轴承会上升到超过使用可能温度的温度范围而使成形加工精度变差。另外，随着时间的继续，由于成形用轧辊的温度上升而使轧辊热膨胀，上下轧辊的间隙就会变窄，有制管钢板的连续成形变得困难的问题。因为随着时间的继续，由于成形用轧辊的温度上升而使轧辊热膨胀，上下轧辊的间隙就会变窄，有制管钢板的连续成形变得困难的问题。为防止这种现象，虽然需要对轧辊进行水冷，但与锻接管的情况不同，进行外部水冷时，浇到制管钢板上的冷却水降低了制管钢板的温度，通过对边缘部高频加热而保持在稍低于熔点的固相压焊可能温度范围内变得较难。
另外，随着钢管制品的多样化，强烈要求能高效率地进行多品种小批量的生产。为了适应这种需求，制管钢板中异幅材料和/或异厚材料的连续制管不可缺少。并且，成形装置中，开坯轧机的水平轧辊的上下间隔需要能变动，并且上下各水平轧辊能左右分开，分开的轧辊的左右间隔也要能变动。
有关变动水平轧辊的上下间隔这一点，公知有升降在两侧支撑轴(轧辊轴)的轴承箱的机构。
有关变动分开轧辊的左右间隔这一点，公知有这样的机构，使用油压心轴，使轴具有直径扩大和缩小的机能，使轴的直径缩小，分开轧辊在轴方向自由地移动并定位后，使轴的直径扩大并锁定分开轧辊。但是，由于油压心轴在轴内部内装有油压机构，所以，设置内部水冷机构极为困难。
这样，在使用过去的辊轧成形用机架时，上述电阻焊接型固相压焊制管法较难适应多品种小批量的生产。
本发明是具有上下一对水平配置并通过轴来支撑的成形轧辊的辊轧成形用机架(进一步特定为边缘挠曲用辊轧机架)，其特征在于，采用左右分开的成形轧辊，一侧的成形轧辊固定地嵌合在轴的一端侧；另一侧的成形轧辊能滑动地嵌合在轴的另一端侧；轴的一端侧用一侧的轴承箱支撑，轴的另一端侧通过轴向能移动地嵌合的套筒用另一侧的轴承箱来支撑；该套筒与另一侧的成形轧辊固定地连结；轴承箱用机架的支持架来支撑，在轴向能移动。
能在轴的端部设置出口和入口，设置从轴内部到达左右两侧的成形轧辊内部的冷却水的水路。
另外，本发明是具有上下一对水平配置并通过轴(shafts)来支撑的成形轧辊的辊轧机架，包括：升降上轧辊的马达；配置在上轧辊的支撑部上并连续地输出成形力的测力传感器；驱动该马达来调节上轧辊的高度位置的轧辊间隙控制装置，将该测力传感器的输出和既定的上限值进行比较，使测力传感器的输出不超过上述上限值。
另外，本发明的使用具有上下一对水平配置并通过轴来支撑的成形轧辊的辊轧机架的辊轧成形方法中，连续地实测成形力；一边调节轧辊的间隔，一边对制管钢板连续成形，使该实测值不超过既定的上限值。
另外，本发明包括使用上述装置的方法，用上述装置制造的制品和包括上述装置的设备系列。
根据以下的说明、实施例和附图，本发明更加详细的内容可以变得明了。
根据本发明，实现了轧辊宽度可变机构和根据需要而具有内部水冷机构的辊轧成形用机架。因此，能高效率地生产接缝品质和表皮优异的钢管的电阻焊接型固相压焊制管法可以适用于多品种小批量的生产。
另外，根据本发明，能抵消轧辊的温度影响，将上下轧辊间隔保持一定。因此，在根据电阻焊接型固相压焊制管法的温热制管钢板的辊轧成形阶段，即使成形轧辊热膨胀，也能对该制管钢板进行连续成形，能高效率地生产接缝品质和表皮优异的钢管。
图1是示出本发明实施例的正面端面图。
图2A和图2B是表示图1详细部分的图解图。
图3A和图3B是表示使相互移动的两部件中的水路连通的形态说明图。
图4是表示由于内部水冷而抑制轧辊温度上升的例子的图。
图5A是本发明的辊轧成形机架的一例的图解正面图，图5B是表示图5A的AA向视图。
图6是示出了本发明的实施形态的一例的时序流程图。
本发明在将上下一对水平配置的成形轧辊左右分开并通过轴来支撑的辊轧成形用机架中，一侧的成形轧辊固定地嵌合在轴的一端侧；另一侧的成形轧辊能移动地嵌合在轴的另一端侧；轴的一端侧用一侧的轴承箱支撑，轴的另一端侧通过轴向能移动地嵌合的套筒用另一侧的轴承箱来支撑；该套筒与另一侧的成形轧辊固定地连结；轴承箱用机架的支持架来支撑，在轴向能移动。所以通过左右的轴承箱在轴向的移动，左右的成形轧辊的间隔能自如地变动。
根据需要，上述能在轴的一端侧设置出入口，设置从轴内部到达两侧的成形轧辊内部的冷却水的水路，所以，对成形轧辊能内部水冷。
根据本发明，实现了轧辊宽度可变机构和内部水冷机构兼备的辊轧成形用机架。因此，能高效率地生产接缝品质和表皮优异的钢管的电阻焊接型固相压焊制管法可以适用于多品种小批量的生产。
下面，说明本发明的另一个实施例。
在对高温制管钢板连续成形时，过去，由于轧辊温度上升，轧辊热膨胀，上下轧辊间隙变窄，作用在制管钢板上的上下轧辊的夹压力增大，最后制管钢板变得不通行，出现所谓制管钢板不通行的现象。
针对这个问题，在本发明中，在上轧辊的支撑部设置测力传感器连续地实测成形力即制管钢板的夹压反力，一边随时调节上轧辊的高度一边成形，使该实测值不超过既定值。所以，通过将该既定值设定为制管钢板可能成形范围内的适当的值，例如上限附近的值，例如在成形力的实测值就要超过既定值的时候，使上轧辊上升，该实测值返回初期预置值等对上轧辊的位置进行动态控制，就不会出现因制管钢板不通行引起的成形中断问题，能进行连续的成形。因此，不一定要进行轧辊水冷。
实施例1
图5A和图5B示出了本发明的辊轧成形机架的一例。图5A是图解正视图，图5B是图5A的AA向视图。在本实施例中并没有特别的限定，成形制管钢板S的水平配置的上轧辊101和下轧辊102是左右分开型，上轧辊101的构成为左右独立，和轴承箱3在轴方向能连动，左右的轴承箱3、3分别相互反向地螺纹结合在左右的上支持架104、104上，通过宽度变动传动杆9而同步转动，因而，能变动左右的轧辊间隔。下轧辊102的左右轴承箱3、3支持在下支持架107、107上，在轴方向能移动。
上支持架104、下支持架107通过在基座11上直立的支柱12被支撑成能上下滑动。带有蜗轮13的梁架110固定在支柱12上，位于上支持架104的上方，上支持架104具有升降传动杆112，与蜗轮13相啮合，通过这种啮合支撑为能调节高度位置。用升降用马达的交流伺服马达14来驱动蜗轮13的转动。下支持架107通过固定在基座11上的起重器109能调节高度位置。
在本实施例中，作为上轧辊101的支撑部的上支持架104上配置了成形力检测用的测力传感器114，轧辊间隙控制装置115连续地读入测力传感器114的输出。轧辊间隙控制装置115将读入的测力传感器的输出和既定的上限值进行比较，使交流伺服马达14随时转动来调节上轧辊101的高度位置，使该测力传感器的输出不超过上限值。
图6示出了本发明的实施形态的一例的时序流程图。由于在对制管钢板成形前加热到600℃前后，所以随着轧辊温度随时间继续而上升，上下轧辊热膨胀，制管钢板来的反力逐渐增大，因此，测力传感器的输出从预置值开始逐渐上升，在即将超过预置值之前进行调节，通过使交流伺服马达14转动既定量，上轧辊101的高度位置变高，即扩大上轧辊101和下轧辊102的轴间距离，测力传感器的输出又置成预置值。因此，能相应于制管钢板厚度将轧辊间隙控制成一定的值，不会发生制管钢板不通过而使成形中断的问题。
由于钢种、制管钢板厚度、成形量(管外径)等因素的影响，能够作为预置值使用的成形力的上限值在变化，最好通过预备实验或操作实际分析等预先掌握与这些因素的关系，然后根据这种关系来选定适当的值。
实施例2
图1示出了本发明的实施例的正面断面图。图2A和图2B是其详细部分的图解图。上下一对水平配置并左右分开的成形轧辊1、1通过轴2(2A，2B)被支撑着。左侧的成形轧辊1A固定地嵌合在上轴2A上，右侧的成形轧辊1B能滑动地嵌合在上轴2A上。上轴2A的左端侧用左侧的轴承箱3A直接支撑，套筒4通过键结合而嵌合在轴的右端侧，在轴向能够移动。套筒4和右侧的成形轧辊1固定地连结。
通过配设在机架左右的支持架5，左右轴承箱3被支撑为在轴向能够移动。图1中，只结合上轧辊示出了支撑轴承箱3的支撑结构，其中轴承箱3能在轴向移动，对于下轧辊也能进行同样的设置。该支撑结构中，轴承箱3通过螺纹部6螺纹结合在支持架5上，并且，设置在轴承箱3外周的齿部7和设置在支持架5上的齿轮8的齿相啮合。通过转动齿轮8而使轴承箱3绕轴2一起转动，轴承箱3就在轴向移动。正反向的移动方向与正反向的转动方向相对应。
随着左侧的轴承箱3在轴向移动，轴2也追随该动作，固定地嵌合在轴2上的左侧的成形轧辊1也同时在轴向移动。另一方面，随着右侧的轴承箱3在轴向移动，套筒4也追随该动作，能滑动地嵌合在轴2上且固定地连结在套筒4上的右侧的成形轧辊1也同时在轴向移动。
在该实施例中，螺纹部6的螺纹在左右是相反方向切制的，所以，左右的齿轮8在相同方向一起转动的情况下，左右的轴承箱3通过在正向或反向的转动，能够接近或离开。齿轮8的转动是用轧辊宽度调整用马达10驱动具有和齿轮8的齿相啮合的齿的传动杆9来实现的。
因此，通过使轧辊宽度调整用马达10正反转动，就能扩大和缩小左右成形轧辊1、1的间隔。
在调整高度方向的轧辊间隔时，支持架5与立设在基座11上的支柱12螺纹结合，用升降用马达14通过蜗轮13使该螺纹结合部转动，使上成形轧辊1、1随支持架5，5升降。
根据该结构，轴2的内部没有复杂的机构。轴2和其它部件的连结形式是，左侧的成形轧辊1固定地嵌合，右侧的成形轧辊1能滑动地嵌合，右侧端通过轴承箱3被支撑在支持架5上。因此，为了通过轴2的内部在成形轧辊1的内部和外部之间循环冷却水，能形成维护容易的简单结构。
在该实施例中，在与图中未示的轴驱动马达相连结的轴的左侧位置，在左侧的支持架的左端伸出部分5A设置冷却水的入口和出口。设置有冷却水的水路15，从入口开始，顺次贯通左侧支持架5的部件壁、左侧轴承箱3的部件壁而到达轴2内部，向右奔流经过轴2内部后到达右侧的成形轧辊1的内部，从该内部经过轴2内部而到达左侧的成形轧辊1的内部，再从该内部向左奔流经过轴2的内部，再顺次贯通到左侧的轴承箱5的部件壁、左侧的支持架5的部件壁而到达出口。
支持架5和左侧的轴承箱3、左侧的轴承箱3和轴2的左端部、轴2和右侧的成形轧辊1对于隔着界面滑动、转动等相互移动的两部件，需要使横断该界面的水路15连通。因此，为了不使水路15因这种相互移动而被遮断，例如图3所示那样，在界面两侧相互移动的部件M、N的单侧或两侧(在图3中是部件N侧)设置超过该相互移动范围20的尺寸的水路连结部21。
将加热到600℃的厚4.5毫米×宽270毫米制管钢板(带钢)用图1所示的辊轧成形机架连续地进行弯曲成形，这时，将在水路15通以5升/分的冷却水进行内部水冷的情况和不通水的情况下，在成形轧辊1的轧辊表面及轧辊轴侧所测定的轧辊温度的推移图示在图4中。温度测定是用接触温度计按压在左右的成形轧辊1、1的表面即轧辊表面，和其根部附近的轴2的部分即轧辊轴侧而进行的。图4中示出了轧辊表面、轧辊轴侧中左右测温数据中较高的数据。
如图4所示，内部进行水冷情况下轧辊表面的温度被控制在内部无水冷场合的约1/2，轧辊轴侧的温度被控制在比轴承可能使用温度上限的200℃低很多的120℃左右，本发明的效果十分明显。
在本说明书和权利要求书中，所谓“制管钢板”应泛指供给用作钢管的材料的带钢类。制管钢板通常卷成卷状，在制管生产线中从卷料拉出而供料。本发明中，将原材料称为制管钢板，并不是增加任何限定。

Claims (13)

1.一种使用轧辊的成形用机架，是具有上下一对水平配置并通过轴(2A，2B)来支撑的成形轧辊的辊轧成形机架，包括：a.左右分开的成形轧辊中的一侧的成形轧辊(1A)，固定地嵌合在上轴(2A)的一端侧；b.能滑动地嵌合在该轴的另一端侧的套筒(4)；c.与该套筒固定地连结并相对于该上轴(2A)能滑动的另一侧的成形轧辊(1B)；d.支撑上轴(2A)的一端侧的轴承箱(3A)；e.通过该套筒(4)来支撑所述上轴(2A)另一端侧的位于另一端侧的轴承箱(3B)；f.能轴向移动地支撑两侧的轴承箱的机架支持架(5)；及g.支撑该机架支持架的支柱(22)。
2.如权利要求1所述的使用轧辊的成形用机架，其特征在于，在辊轧成形机架中，在轴内部和轧辊内部还具有冷却水水路。
3.如权利要求2所述的使用轧辊的成形用机架，其特征在于，在辊轧成形机架中，该冷却水水路是以轴端部的一端侧作为出入口，从轴内部到达左右两侧的成形轧辊内部的冷却水水路。
4.如权利要求1所述的使用轧辊的成形用机架，其特征在于，在辊轧成形机架中，在能轴向移动地被支撑的该轴承箱的外周设置齿部；在该支持架上配置和该齿部相啮合的齿轮；在该轴承箱外侧设置使该轴承箱和该支持架螺纹结合的螺纹部。
5.如权利要求4所述的使用轧辊的成形用机架，其特征在于，在辊轧成形机架中，在轴向移动该轴承箱的驱动力是通过具有与该齿轮的齿相啮合的齿的传动杆，由将驱动力赋予该传动杆的马达提供的。
6.如权利要求1所述的使用轧辊的成形用机架，其特征在于，在辊轧成形机架中，具有：赋予用于上下移动上部支持架的驱动力的驱动马达；将该驱动力传递到该支柱的蜗轮；螺纹结合于该支柱的该上部支持架；通过上部支持架的上下移动，能调整上轧辊的高度位置。
7.如权利要求6所述的使用轧辊的成形用机架，其特征在于，在辊轧成形机架中，具有：配置在上轧辊的支撑部上并连续地输出成形力的测力传感器；驱动该驱动马达来调节上轧辊的高度位置的轧辊间隙控制装置，将该测力传感器的输出和既定的上限值进行比较，使测力传感器的输出不超过上述上限值。
8.使用轧辊的成形用机架，是具有上下一对水平配置并通过轴来支撑的成形轧辊的辊轧成形机架，包括：升降上轧辊的驱动马达；配置在上轧辊的支撑部上并连续地输出成形力的测力传感器；驱动该驱动马达来调节上轧辊的高度位置的轧辊间隙控制装置，将该测力传感器的输出和既定的上限值进行比较，使测力传感器的输出不超过上述上限值。
9.一种成形方法，在使用具有上下一对水平配置并通过轴来支撑的成形轧辊的辊轧成形机架来对制管钢板连续成形的成形方法中，连续地实测成形力；一边调节轧辊的间隔，一边连续成形，使该实测值不超过既定的上限值。
10.一种成形方法，使用如权利要求1所述的辊轧成形机架，对制管钢板连续成形。
11.一种钢管，使用如权利要求1所述的辊轧成形机架，对制管钢板连续成形而得到。
12.一种电阻焊接管制造用设备系列，是将制管钢板连续成形为管状并焊接的电阻焊接管制造用设备系列，包括：弯曲如权利要求1所述的制管钢板的边缘部的辊轧成形机架；将弯曲的制管钢板继续成形为大致管状的辊轧成形机架；将成形的制管钢板的宽度方向边缘部继续加热到不到钢的熔点的温度范围的加热装置；将该边缘部继续加压并接合的装置。
13一种电阻焊接管制造方法，是将制管钢板连续成形为管状的电阻焊接管制造方法，包括：使用如权利要求1所述的辊轧成形机架，弯曲制管钢板的边缘部；接着，再将弯曲的制管钢板进行辊轧成形，成形为大致管状；接着，将成形的制管钢板的边缘部加热到不到熔点的温度范围；将加热的边缘部加压并接合的工序。
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