CN109092899B

CN109092899B - 一种高性能镁合金无缝管材的推管轧制装置

Info

Publication number: CN109092899B
Application number: CN201810592732.2A
Authority: CN
Inventors: 邹景锋; 马立峰; 黄庆学; 王荣军; 朱艳春; 黄志权; 林金宝; 楚志兵; 刘光明; 胡啸
Original assignee: Taiyuan University of Science and Technology
Current assignee: Taiyuan University of Science and Technology
Priority date: 2018-06-11
Filing date: 2018-06-11
Publication date: 2020-10-16
Anticipated expiration: 2038-06-11
Also published as: CN109092899A

Abstract

本发明提供一种高性能镁合金无缝管材的推管轧制装置，结构包括浮动支撑压辊装置、从动轧辊组、推送装置、工字导轨、滑键及加热保温装置；浮动支撑压辊装置具有辅助支撑和对中作用，从动轧辊组依靠管坯上的推送力，对管坯进行轧制；推送装置由步进电机驱动，经锥齿减速齿轮组减速后，由齿轮齿条传动组，带动小车实现管坯的送进；加热保温装置，靠加热线圈产生的焦耳热，对管坯的轧制过程补温或者轧制前的预热；推送装置和浮动支撑压辊装置，由滑块固定在工字导轨上。本发明可显著降低管坯轧制过程中的开裂以及拉断现象，改善轧后管材的组织性能，该装置工艺柔性极大，可实现对不同直径以及长度的镁合金管材的轧制。

Description

一种高性能镁合金无缝管材的推管轧制装置

技术领域

本发明涉及镁合金管材制备领域，具体涉及一种高性能镁合金无缝管材的推管轧制装置。

背景技术

镁合金具有密度小(1.8g/cm³)、比强度高、抗冲击、阻尼减震、电磁屏蔽、导热、导电性好等独特优点，在国民工业中具有重要的应用价值。我国是目前世界上镁生产和出口最大的国家，已探明的镁储量约130亿吨，具有无可比拟的国家战略优势；但我国主要以高污染、高排放的原镁冶炼为主（冶炼1吨镁要排放20.07 吨CO₂），属于以牺牲资源和环境为代价的原料出口型工业。可见，镁深加工技术不突破，就无法将我国的镁资源优势转变为技术、经济优势。因此，镁合金材料制备原理、工艺方法及设备等相关技术的突破，直接决定我国镁资源优势转变的成败。高性能变形镁合金无缝管是航空、航天、汽车、高铁、轮椅、自行车、3C 电子产品等行业急需的基础结构材料，是镁合金材料未来推广应用的发展方向。

现有的管材轧制装置，主要包括：纵轧、周期轧制以及顶管轧制，在轧制镁合金管材时，都存在不同程度的弊端；（一）纵轧，由于轴向的延展变形，使不同道次的辊组间存在速差，镁合金作为低塑性材料，对速差所引起的拉引力或压应力极为敏感，易引起镁合金管材过程中，出现开裂或外表面褶皱现象；（二）周期轧制，成形效率较低，轧制一根镁管需要的时间很长，管材尾部的温降严重，塑性降低，从而致使管材开裂；（三）顶管轧制工艺，很好的克服了速比和效率的问题，但其轧制过程中，需依靠的缩口工序的缩口处的压紧力，拉动管材轧制，费时费力，易从缩口处断裂。且顶管轧制时，金属沿芯棒运动反方向流动，容易引起表面拉应力，影响管材后须性能。

发明内容

针对上述技术情况，本发明的目的在于提供一种高性能镁合金无缝管材的推管轧制装置，其采用推动管坯轧制的方式，对镁合金管坯进行轧制，有效避免了轧制工程中，管坯散热严重，影响管材后续成形性能的问题。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：提供一种高性能镁合金无缝管材的推管轧制装置，其结构包括：浮动支撑压辊装置、从动轧制辊组、推送装置、工字导轨、滑键以及加热保温装置；其中浮动支撑压辊装置和推送装置由滑键固定在工字导轨上，多组浮动支撑压辊装置间的间距，可根据管材推送过程中弯矩峰值点所在位置动态调整；管坯经芯棒推送到从动轧制辊组进行轧制，芯棒的推动力由推送装置提供。

所述浮动支撑压辊装置的结构基于三点对中原理，在机架圆周上均布由弹簧、销轴、碟形弹簧、压辊、辊架、液压油缸、深沟球轴承、导向键、导向键压块、油缸支架以及轴承座组成的组合结构；其中压辊两端装有深沟球轴承，经轴承座固定在辊架；辊架上端外侧套装有弹簧，弹簧由销轴压靠在机架上，弹簧的弹力可将压辊抬起；辊架内装有蝶形弹簧，碟形弹簧上方装有液压油缸，液压油缸由油缸支架固定在机架上，蝶形弹簧压力由液压油缸提供，通过蝶形弹簧和液压油缸对压辊距坯料周线的距离进行调整；辊架左右侧嵌装有导向键，经导向键压块与机架上的键槽导向，对辊架的周向进行定位；该浮动支撑压辊装置，在来料前，压辊受弹簧弹力，远离管坯轴线；当管坯到达后液压油缸工作，推动压辊靠近管坯外壁，压辊的压紧力的大小与碟形弹簧压缩量以及碟形弹簧刚度大小成正比关系，保证管材压紧，且压紧力大小随轧制过程以及工艺参数动态调整，当压紧力达到20MPA时，油缸停止工作并锁死。该装置的优势在于，辊组的压靠兼具一定柔性，可有效缓冲液压油缸伸长过程中的压力冲击以及管坯轧制过程中的径向跳动冲击，避免管坯的开裂。值的强调的是，浮动支撑压辊装置包括多组，固定在滑键上，滑键可沿工字导轨滑动，并调整浮动支撑压辊装置距坯料轴线方向间的距离。

所述浮动支撑压辊在机架圆周上均布的弹簧、销轴、碟形弹簧、压辊、辊架、液压油缸、深沟球轴承、导向键、导向键压块、油缸支架以及轴承座组成的组合结构，优选3～6组。

所述推送装置，包括小车、锥齿减速齿轮组、齿轮齿条传动组、步进电机、三爪卡盘过渡盘及三爪卡盘；其中齿条固定在地基上，齿轮、步进电机以及锥齿减速齿轮组安置在小车内，三爪卡盘经三爪卡盘过渡盘固定在小车上；步进电机传动力矩经锥齿减速齿轮组减速后，齿轮齿条传动组带动小车，沿工字导轨移动。

所述加热装置，由加热线圈、支架及保温管组成；其中加热线圈缠绕在保温管的内部，保温管由支架固定在机架上。

本发明的有益效果是：采用推动管坯轧制的方式，对镁合金管坯进行轧制，具有结构简单，可靠性高的特点；通过浮动支撑压辊装置，在保持对管坯支撑作用的同时，保证管坯可在一定范围的压紧力内进行浮动；并确保管坯平直度较差的情况下，轧制正常进行并实现极佳的对中功能。

附图说明

图1 是推管装置装配示意图；

图2是推送装置装配示意图；

图3是浮动支撑压辊装置装配示意图；

图4是浮动支撑压辊装置I区局部放大图；

图5是浮动支撑压辊装置布置示意图；

图6是压辊装置局部装配示意图；

图7是保温管内部结构示意图；

图8是图7中A向视图；

图中：1、推送装置；2、工字导轨；3、浮动支撑压辊装置；4、从动轧制辊组；5、三爪卡盘；6、三爪卡盘过渡盘；7、小车；8、齿条；9、步进电机；10、齿轮齿条传动组；11、锥齿减速齿轮组；12、芯棒；13、液压油缸；14、油缸支架；15、保温管支架；16、辊架；17、滑键；18、轴承座；19、碟形弹簧；20、销轴；21、弹簧；22、保温管；23、压辊；24、管坯；25、导向键；26、导向键压块；27、机架；28、深沟球轴承；29、加热线圈。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，基于本发明中的方案，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它方案，都属于本发明保护的范围。

下面将结合附图对本发明进行说明，如图1～8所示，本发明提供一种高性能镁合金无缝管材的推管轧制装置，它主要包括推送装置1、工字导轨2、浮动支撑压辊装置3、从动轧制辊组4、滑键17以及加热保温装置，其中，浮动支撑压辊装置3和推送装置1由滑键17固定在工字导轨2上，多组浮动支撑压辊装置3间的间距，可根据管材推送过程中弯矩峰值点所在位置动态调整；管坯经芯棒推送到从动轧制辊组进行轧制，芯棒的推动力由推送装置1提供。如图2所示，推送装置1的结构包括三爪卡盘5、三爪卡盘过渡盘6、小车7、步进电机9、齿轮齿条传动组10及锥齿减速齿轮组11，其中步进电机9固定在小车7上，步进电机9的传动力矩经锥齿减速齿轮组11减速后，由齿轮齿条传动组10带动小车7，沿工字导轨2移动，其中齿条固定在地基上，齿轮传动组以及锥齿减速齿轮组11安置在小车7内。三爪卡盘5经三爪卡盘过渡盘6固定在小车7前端。推送装置1整体由滑键17固定在工字导轨2上。

如图3～6所示，所述的浮动支撑压辊装置3由液压油缸13、油缸支架14、辊架16、碟形弹簧19、销轴20、弹簧21、压辊23、轴承座25、导向键25、导向键压块26、机架27、以及深沟球轴承28组成；其中压辊23两端装有深沟球轴承28，经轴承座25固定在辊架16。辊架16上端外侧套装有弹簧21，弹簧21由销轴20压靠在机架27上，弹簧21的弹力将压辊23抬起。辊架16内装有蝶形弹簧19，碟形弹簧19上方装有液压油缸13，液压油缸13由油缸支架14固定在机架27上，蝶形弹簧19的压力由液压油缸13提供。辊架16左右侧嵌装有导向键25，经导向键压块26与机架27上的键槽导向，对辊架16的周向进行定位。辊架16在机架27圆周上均布三组。浮动支撑压辊装置3，在来料前，压辊23受弹簧弹力，位于远离管坯24轴线方向的位置；当管坯24到达后液压油缸工作，推动压辊23靠近管坯24外壁，压辊的压紧力的大小与碟形弹簧19压缩量以及碟形弹簧刚度大小成正比关系，保证管材压紧，且压紧力大小随轧制过程以及工艺参数动态调整，当压紧力达到一定值时，液压油缸13停止工作并锁死。。值的强调的是，浮动支撑压辊装置包括多组（3~6组），固定在滑键17上，滑键17可沿工字导轨滑动，已调整浮动支撑压辊装置3在坯料轴线方向间的距离。

如图7～8所示，管坯外装有保温管22，保温管22内侧镶装有加热线圈29。通过加热线圈29对管坯24轧制过程中的散热予以补偿，亦可作为加热装置对管坯24轧制前进行预热。保温管22经保温管支架15固定在机架27上。

该推管装置的优势在于，消除传统顶管工艺的缩口工序以及其带来的开裂问题；设置多组浮动支撑压辊，避免管材推送过程中受弯矩产生的弯曲现象；同时，浮动支撑压辊的压靠兼具一定柔性，可有效缓冲液压油缸伸长过程中的压力冲击以及管坯轧制过程中的径向跳动冲击，解决由过大径向应力引起的管坯开裂问题，且避免了由初始管坯平直度较低所引起的卡死现象。

本发明的具体工作过程：轧制开始前，管坯24放置在浮动支撑压辊装置3上，由位置靠下的压辊23支撑；此后3组液压油缸13同步工作，对管坯24进行同步夹紧对中，当达到一定预紧压力后，液压油缸13锁死，并依靠碟形弹簧19的压力，实现管坯24后续的辅助支撑以及对中功能，期间保温管22内的加热线圈29一直保持工作。此后，经三爪卡盘5固定的芯棒12，在小车7的带动下，沿工字导轨2的轴线方向进给，插入管坯24尾部，并推动管坯向从动轧辊组4运动，完成管坯24的轧制工作。推动期间，小车的驱动力由步进电机9提供，步进电机9输出的力矩经锥齿减速齿轮组11减速升矩后，传递给齿轮齿条传动组10，实现管坯24的进给运动。

Claims

1.一种高性能镁合金无缝管材的推管轧制装置，其特征在于，结构包括：浮动支撑压辊装置、从动轧辊组、推送装置、工字导轨、滑键以及加热保温装置；其中浮动支撑压辊装置和推送装置由滑键固定在工字导轨上，多组浮动支撑压辊装置间的间距，可根据管材推送过程中弯矩峰值点所在位置动态调整，管坯经芯棒推送到从动轧制辊组进行轧制，芯棒的推动力由推送装置提供；

所述浮动支撑压辊装置在机架圆周上均布由弹簧、销轴、碟形弹簧、压辊、辊架、液压油缸、深沟球轴承、导向键、导向键压块、油缸支架以及轴承座组成的组合结构；其中压辊两端装有深沟球轴承，经轴承座固定在辊架；辊架上端外侧套装有弹簧，弹簧由销轴压靠在机架上，弹簧的弹力可将压辊抬起；辊架内装有蝶形弹簧，碟形弹簧上方装有液压油缸，液压油缸由油缸支架固定在机架上，蝶形弹簧压力由液压油缸提供，通过蝶形弹簧和液压油缸对压辊距坯料周线的距离进行调整；辊架左右侧嵌装有导向键，经导向键压块与机架上的键槽导向，对辊架的周向进行定位；

所述推送装置，包括小车、锥齿减速齿轮组、齿轮齿条传动组、步进电机、三爪卡盘过渡盘、三爪卡盘；其中齿条固定在地基上，齿轮、步进电机以及锥齿减速齿轮组安置在小车内；三爪卡盘经三爪卡盘过渡盘固定在小车上，步进电机传动力矩经锥齿减速齿轮组减速后，齿轮齿条传动组带动小车，沿工字导轨移动；

所述加热保温装置，由加热线圈、支架、保温管组成；其中加热线圈缠绕在保温管的内部，保温管轴线与压辊孔型的中线重合，并由支架将加热保温装置整体固定在机架上。

2.根据权利要求1所述的一种高性能镁合金无缝管材的推管轧制装置，其特征在于：所述浮动支撑压辊装置，压辊的压紧力的大小与碟形弹簧压缩量以及碟形弹簧刚度大小成正比关系，保证管材压紧，且压紧力大小随轧制过程以及工艺参数动态调整。

3.根据权利要求1所述的一种高性能镁合金无缝管材的推管轧制装置，其特征在于：所述浮动支撑压辊装置的组数为3～6组。

4.根据权利要求1所述的一种高性能镁合金无缝管材的推管轧制装置，其特征在于：所述浮动支撑压辊装置间的距离，可通过滑键，在工字导轨上调整。