CN110052503B - 一种无缝矩形钢管成型装置及成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无缝矩形钢管成型装置及成型方法，该装置包括定型芯块、滚压单元、定位单元和拉拔单元，定型芯块由定型段以及位于其两端的倒角段和倒锥段组成；滚压单元包括第一基座、四个滚轮和机架，四个滚轮可转动安装在机架上，四个滚轮两两正对的圆周面合围形成矩形模孔以同时利用四个滚轮转动的圆周面对坯管从四个方向进行滚压；定位单元和拉拔单元分别位于矩形模孔的前后侧，定型芯块的定型段设于矩形模孔内，定型芯块的倒锥段通过固定杆与定位单元固定连接以将定型芯块固定；拉拔单元与坯管一端固定连接；矩形模孔中心线、定型芯块中心线、拉拔单元中心线和定位单元中心线位于同一直线。该装置减少了对坯管的损害，能有效提高加工效率。

Description

一种无缝矩形钢管成型装置及成型方法

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，特别涉及一种无缝矩形钢管成型装置及成型方法。

背景技术

无缝矩形钢管是一种具有中空截面周边没有接缝的长条钢材。现有的矩形无缝钢管主要采用拉拔成型的方法加工而成，拉拔是将金属坯料通过拉拔模的模孔使其变形的塑性加工方法。拉拔过程中坯料在拉拔模内产生塑性变形，通过拉拔模后，坯管的截面形状和尺寸与拉拔模模孔出口相同。因此，改变拉拔模模孔的形状和尺寸，即可得到相应的拉拔成形的产品。

但是在拉拔成型的过程中，坯管和拉拔模的剧烈摩擦会对坯管的内外表面造成损害，同时由于拉拔机的中心线和拉拔模的中心线存在不重合的现象，拉拔模本身的几条角边有可能不平行或者是不对称，这样都会造成坯料变形扭曲或者尺寸不符合产品要求。特别对于高合金材料、不锈钢材料来说，变形后再进行校直是一件非常困难的事情，所以加工这类材料的无缝矩形钢管一次性准确成型非常重要。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的就在于提供一种能有效减少对坯管的摩擦，避免了对坯管的损害，同时能一次加工成型，并能有效提高加工效率的无缝矩形钢管成型装置及成型方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种无缝矩形钢管成型装置，包括定型芯块、滚压单元、定位单元和拉拔单元，所述定型芯块由定型段、倒角段和倒锥段组成，所述定型段为矩形块，其横截面与拟成型无缝矩形钢管横截面的矩形内表面一致；所述倒角段和倒锥段均为横截面为矩形的锥形块且分别位于定型段的两端，所述倒角段一端与定型段一端对应连接，倒角段另一端为沿远离定型段缩小的矩形Ⅰ；所述倒锥段一端与定型段另一端对应连接，倒锥段另一端为沿远离定型段缩小的矩形Ⅱ。

所述滚压单元包括第一基座、四个滚轮和机架，所述机架固定设置在第一基座的上表面，所述机架为矩形框架结构，所述四个滚轮可转动安装在机架上，其中两个滚轮竖直正对设置并位于机架上下侧，该两滚轮构成竖直滚轮；另外两个滚轮水平正对设置在机架的左右侧，该两滚轮构成水平滚轮；两竖直滚轮的间距与拟成型无缝矩形钢管的长度对应；两水平滚轮的间距与拟成型无缝矩形钢管的宽度对应；两竖直滚轮的圆心连线与两水平滚轮的圆心连线垂直且相交；四个滚轮两两正对的圆周面合围形成矩形模孔以同时利用四个滚轮转动的圆周面对坯管从四个方向进行滚压，矩形模孔的长为机架上下侧的两滚轮间距，矩形模孔的宽为机架左右侧的两滚轮间距。

所述定位单元和拉拔单元分别位于矩形模孔的前后侧，所述定型芯块的定型段对应设于矩形模孔内，所述定型芯块的倒锥段通过固定杆与定位单元固定连接以将定型芯块固定；所述拉拔单元用于与坯管一端固定连接，便于对坯管拉拔成形；所述矩形模孔中心线、定型芯块中心线、拉拔单元中心线和定位单元中心线位于同一直线。

进一步地，两竖直滚轮分别对拟成型无缝矩形钢管上下两个面及四个倒角进行滚压，两水平滚轮分别对拟成型无缝矩形钢管两个侧面进行滚压，两竖直滚轮的圆周面上设有沿圆周闭合的凹槽，凹槽横截面为U型以构成U型凹槽，U型凹槽的底部与两侧壁圆滑过渡且与拟成型无缝矩形钢管的四角对应。

进一步地，所述定位单元包括第二基座和定位小车，所述固定杆与定位小车固定连接，所述第二基座表面设有与定位小车运行轨道对应的轨道Ⅰ，所述定位小车可在轨道Ⅰ上往复移动并能锁紧固定。

进一步地，所述固定杆和定位小车之间设有连接杆，所述连接杆一端与固定杆固定连接，另一端与定位小车固定连接。

进一步地，所述倒锥段与固定杆之间还设有连接段，所述连接段一端与倒锥段对应固定连接，另一端与固定杆对应固定连接。

进一步地，所述拉拔单元包括第三基座和拉拔小车，所述坯管一端与拉拔小车固定连接，所述第三基座表面设有与拉拔运行轨道对应的轨道Ⅱ，所述拉拔小车可在轨道Ⅱ上往复移动，重复将坯管拉拔成矩形钢管。

进一步地，所述拉拔小车上设有夹钳，用于夹持固定坯管。

进一步地，所述定型段、倒角段、倒锥段和连接段一体成型构成定型芯块。

进一步地，所述滚轮通过轴承座固定在机架上。

一种无缝矩形钢管成型方法，该方法是利用前面所述的无缝矩形钢管成型装置进行拉拔成型，具体包括以下步骤：

（1）在第一基座的机架将四个滚轮的位置调整精确，将固定杆一端与定型芯块固定连接，固定杆另一端与定位单元固定连接上，移动定位单元，调整定型芯块的位置，使得定型芯块的定位段置于矩形模孔内并与矩形模孔对应，使得定型段和矩形模孔之间的缝隙距离正好为坯管的壁厚，同时保证矩形模孔中心线、定型芯块中心线和固定杆中心线位于同一条直线，记录此时定位单元所在位置A；

（2）定位单元沿远离滚压单元方向移动，当定位单元距离矩形模孔的距离大于拟成型无缝矩形钢管长度和定位单元到定位芯块远端的距离之和时，记录此时定位小车所在位置B；将坯管的一端使用工具扎尖，使其能从矩形模孔中顺利通过，然后从定位单元一侧穿过矩形模孔与拉拔单元固定连接，然后移动定位单元，使得定型芯块从坯管的另一端进入坯管内，当定位单元到达位置A后，锁紧固定定位单元，此时矩形模孔中心线、定型芯块中心线、固定杆中心线和拉拔中心线位于同一条直线；

（3）拉拔单元沿远离滚压单元方向移动，此时四个滚轮对坯管进行滚压，从而完成一根矩形钢管的加工，取下加工完成好的矩形钢管，移动拉拔单元使其靠近滚压单元，如此重复步骤（2）~（3）完成同规格无缝矩形钢管的拉拔成型。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明定型芯块的设置，在四个滚轮对坯管进行滚压过程中，只有定型段与坯管进行接触，而定型段的长度较短，从而对减少了对坯管的摩擦，进而避免了对坯管的损害。

2、本发明采用四个滚轮一次滚压成型，只要四个滚轮形成的矩形模孔的尺寸准确，形成的无缝矩形钢管的尺寸就符合要求；同时是利用滚轮的圆周面对坯管进行滚压，对滚轮的损伤较小，可以重复多次使用。

附图说明

图1-本发明结构示意图。

图2-定型芯块结构示意图。

图3-定型芯块定型段的横截面图。

图4-滚压单元剖面结构示意图。

图5-拉拔小车结构示意图。

其中：1-定型芯块；11-定型段；12-倒角段；13-倒锥段；14-连接段；21-第一基座；22-滚轮；23-机架；24-轴承座；31-第二基座；32-定位小车；33-连接杆；41-第三基座；42-拉拔小车；43-夹钳；5-坯管；6-拟成型无缝矩形钢管；7-固定杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

参见图1~图5，一种无缝矩形钢管成型装置，包括定型芯块1、滚压单元、定位单元和拉拔单元，所述定型芯块1由定型段11、倒角段12和倒锥段13组成，所述定型段11为矩形块，其横截面外表面与拟成型无缝矩形钢管6横截面的矩形内表面一致；所述倒角段12和倒锥段13均为横截面为矩形的锥形块且分别位于定型段11的两端，所述倒角段12一端与定型段11一端对应连接，倒角段12另一端为沿远离定型段缩小的矩形Ⅰ；所述倒锥段13一端与定型段11另一端对应连接，倒锥段13另一端为沿远离定型段11缩小的矩形Ⅱ。

所述滚压单元包括第一基座21、四个滚轮22和机架23，所述机架23固定设置在第一基座21的上表面，所述机架23为矩形框架结构，所述四个滚轮22可转动安装在机架23上，其中两个滚轮22竖直正对设置并位于机架23上下侧，该两滚轮构成竖直滚轮；另外两个滚轮22水平正对设置在机架23的左右侧，该两滚轮构成水平滚轮；两竖直滚轮的间距与拟成型无缝矩形钢管6的长度对应；两水平滚轮的间距与拟成型无缝矩形钢管6的宽度对应；两竖直滚轮的圆心连线与两水平滚轮的圆心连线垂直且相交；四个滚轮两两正对的圆周面合围形成矩形模孔以同时利用四个滚轮转动的圆周面对坯管5从四个方向进行滚压，矩形模孔的长为机架上下侧的两滚轮间距，矩形模孔的宽为机架左右侧的两滚轮间距。

所述定位单元和拉拔单元分别位于矩形模孔的前后侧，所述定型芯块1的定型段11对应设于矩形模孔内，所述定型芯块1的倒锥段13通过固定杆7与定位单元固定连接以将定型芯块1固定；所述拉拔单元用于与坯管5一端固定连接，便于对坯管5拉拔成形；所述矩形模孔的中心线、定型芯块中心线、拉拔单元中心线和定位单元中心线位于同一直线。

这里的定型段也称为定径段，其宽度大约为5~6mm，并且定型段的外表面与待加工矩形钢管截面的矩形内表面一致，定型段放置在矩形模孔后，定型段的中心线和矩形模孔的中心线重合，定型段和矩形模孔之间的缝隙距离正好为坯管的壁厚。在利用四个滚轮对坯管滚压过程中，定型段对坯管进行支撑，防止坯管在滚压过程中弯曲变形，便于在矩形模孔和定型段的协同作用下拉拔，使得四个滚轮转动，从而实现对矩形钢管的四个面进行滚压。定型段的宽度比较小，在拉拔过程中，对坯管内表面的摩擦小，避免了对坯管的伤害，同时拉拔也比较容易。同时，在拉拔成型过程中，四个滚轮顺着拉拔方向转动，矩形孔型形状不变，减少了拉拔所需的力量，避免了定型段和四个滚轮对坯管内外表面的摩擦，拉拔成型后，得到的无缝矩形钢管的内外表面质量较好。

在定型段的两端设置的倒角段和倒锥段在一定程度上对定型段起了支撑作用，增强了定型段的承压强度。同时，所述的倒锥段沿远离定型段方向逐渐缩小，这样倒锥段不与坯管发生摩擦，减少对坯管的损害；倒锥段用来与固定杆连接，然后通过固定杆固定在定位单元上，从而实现对定型芯块的固定定位，而定型段到定位单元之间的长度空间用来容纳坯管，所以需要设置足够长的固定杆来与定位单元固定；并且给坯管向矩形模孔方向移动起到导向的作用。所述的倒角段是在拉拔过程中，便于完成滚压的部分矩形钢管沿着倒角段方向运动，起到导向的作用，同时也能减少对矩形钢管的阻力。

两竖直滚轮分别对拟成型无缝矩形钢管6上下两个面及四个倒角进行滚压，两水平滚轮分别对拟成型无缝矩形钢管6两个侧面进行滚压，两竖直滚轮的圆周面上设有沿圆周闭合的凹槽，凹槽横截面为U型以构成U型凹槽，U型凹槽的底部与两侧壁圆滑过渡且与拟成型无缝矩形钢管的四角对应。

所述定位单元包括第二基座31和定位小车32，所述固定杆7与定位小车32固定连接，所述第二基座31表面设有与定位小车32运行轨道对应的轨道Ⅰ，所述定位小车32可在轨道Ⅰ上往复移动并能锁紧固定。本实施例是通过设置链条来实现定位小车在轨道Ⅰ上往复移动和固定的。

所述固定杆7和定位小车32之间设有连接杆33，所述连接杆33一端与固定杆7固定连接，另一端与定位小车32固定连接。

所述倒锥段13与固定杆7之间还设有连接段14，所述连接段14一端与倒锥段13对应固定连接，另一端与固定杆7对应固定连接。设置连接段，便于进一步缩小倒锥段的尺寸，进而与固定杆的尺寸相差不大，有利于与固定杆固定连接。也可以在连接段上设一与固定杆对应的孔，固定杆一端插入连接段的孔内，然后再固定连接。固定杆和定型芯块是刚性连接的方式进行固定连接的。

所述定型段、倒角段、倒锥段和连接段一体成型构成定型芯块。这里所述定型芯块采用YG8硬质合金制备而成，硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度。

所述拉拔单元包括第三基座41和拉拔小车42，所述坯管一端与拉拔小车42固定连接，所述第三基座41表面设有与拉拔运行轨道对应的轨道Ⅱ，所述拉拔小车可在轨道Ⅱ上往复移动，重复将坯管拉拔成矩形钢管。本实施例是通过链条牵引实现拉拔小车在在轨道Ⅱ上往复移动，重复将坯管拉拔成矩形钢管。

所述拉拔小车42上设有夹钳43，用于夹持固定坯管。所述夹钳是一种用于夹持、紧固的工具。

所述坯管为圆形钢管或者椭圆形钢管，所述圆形钢管的圆形周长或者椭圆形钢管的椭圆形周长与待加工矩形钢管的矩形周长相等。因为椭圆形钢管和圆形钢管的加工相对容易，矩形钢管的四个角变形量较大，加工难度较高。优选椭圆形钢管，椭圆形钢管的长轴和短轴相对于矩形钢管的长和宽，加工过程中变形量小，而圆形钢管作为坯管来加工矩形钢管，其变形量比椭圆形钢管加工矩形钢管的大。所以这里可以预先根据矩形钢管的矩形尺寸通过技术计算出所需椭圆形钢管的尺寸，然后再对该椭圆形钢管进行加工，最后再将加工好的椭圆形钢管作为坯管用来加工无缝矩形钢管，这样在拉拔过程中变形量更小，拉拔更加容易。

所述滚轮通过轴承座固定在机架上。便于通过调节轴承座来调节滚轮，从而利于精确调节矩形模孔的尺寸。

一种无缝矩形钢管成型方法，该方法是利用前面所述的无缝矩形钢管成型装置进行拉拔成型，具体包括以下步骤：

（1）在第一基座的机架将四个滚轮的位置调整精确，将固定杆一端与定型芯块的连接段固定连接，固定杆另一端与连接杆一端固定连接，同时连接杆另一端与定位小车固定连接上，移动定位小车，调整定型芯块的位置，使得定型芯块的定位段置于矩形模孔内并与矩形模孔对应，使得定型段和矩形模孔之间的缝隙距离正好为坯管的壁厚，同时保证矩形模孔中心线、定型芯块中心线和固定杆中心线位于同一条直线，记录此时定位小车所在位置A；

一般地，一根矩形钢管的长度为4~5m长，定位小车在位置A时，其距离矩形模孔的距离大于拟成型无缝矩形钢管的长度。

（2）定位小车沿远离滚压单元方向移动，当定位小车距离矩形模孔的距离大于拟成型无缝矩形钢管长度和定位小车到定位芯块远端的距离之和时，记录此时定位小车所在位置B；将坯管的一端使用专用工具扎尖，使其能从矩形模孔中顺利通过，然后从定位单元一侧穿过矩形模孔通过夹钳与拉拔小车固定连接，然后移动定位小车，使得定型芯块从坯管的另一端进入坯管内，当定位小车到达位置A后，锁紧固定定位小车，此时矩形模孔中心线、定型芯块中心线、固定杆中心线和拉拔中心线位于同一条直线；

（3）拉拔小车沿远离滚压单元方向移动，此时四个滚轮对坯管进行滚压，从而完成一根矩形钢管的加工，取下加工完成好的矩形钢管，移动拉拔小车使其靠近滚压单元，如此重复步骤（2）~（3）完成同规格矩形钢管的拉拔成型。

当需要加工另一规格的无缝矩形钢管时，更换四个滚轮和定型芯块后，按照上述步骤操作即可。

最后需要说明的是，本发明的上述实施例仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种无缝矩形钢管成型装置，其特征在于，包括定型芯块、滚压单元、定位单元和拉拔单元，所述定型芯块由定型段、倒角段和倒锥段组成，所述定型段为矩形块，其横截面与拟成型无缝矩形钢管横截面的矩形内表面一致；所述倒角段和倒锥段均为横截面为矩形的锥形块且分别位于定型段的两端，所述倒角段一端与定型段一端对应连接，倒角段另一端为沿远离定型段缩小的矩形Ⅰ；所述倒锥段一端与定型段另一端对应连接，倒锥段另一端为沿远离定型段缩小的矩形Ⅱ；所述定型段的宽度为5~6 mm；

所述滚压单元包括第一基座、四个滚轮和机架，所述机架固定设置在第一基座的上表面，所述机架为矩形框架结构，所述四个滚轮可转动安装在机架上，其中两个滚轮竖直正对设置并位于机架上下侧，该两滚轮构成竖直滚轮；另外两个滚轮水平正对设置在机架的左右侧，该两滚轮构成水平滚轮；两竖直滚轮的间距与拟成型无缝矩形钢管的长度对应；两水平滚轮的间距与拟成型无缝矩形钢管的宽度对应；两竖直滚轮的圆心连线与两水平滚轮的圆心连线垂直且相交；四个滚轮两两正对的圆周面合围形成矩形模孔以同时利用四个滚轮转动的圆周面对坯管从四个方向进行滚压，矩形模孔的长为机架上下侧的两竖直滚轮间距，矩形模孔的宽为机架左右侧的两水平滚轮间距；

所述定位单元和拉拔单元分别位于矩形模孔的前后侧，所述定型芯块的定型段对应设于矩形模孔内，所述定型芯块的倒锥段通过固定杆与定位单元固定连接以将定型芯块固定；所述拉拔单元用于与坯管一端固定连接，便于对坯管拉拔成形；所述矩形模孔中心线、定型芯块中心线、拉拔单元中心线和定位单元中心线位于同一直线；

两竖直滚轮分别对拟成型无缝矩形钢管上下两个面及四个倒角进行滚压，两水平滚轮分别对拟成型无缝矩形钢管两个侧面进行滚压，两竖直滚轮的圆周面上设有沿圆周闭合的凹槽，凹槽横截面为U型以构成U型凹槽，U型凹槽的底部与两侧壁圆滑过渡且与拟成型无缝矩形钢管的四角对应。

2.根据权利要求1所述的一种无缝矩形钢管成型装置，其特征在于，所述定位单元包括第二基座和定位小车，所述固定杆与定位小车固定连接，所述第二基座表面设有与定位小车运行轨道对应的轨道Ⅰ，所述定位小车可在轨道Ⅰ上往复移动并能锁紧固定。

3.根据权利要求2所述的一种无缝矩形钢管成型装置，其特征在于，所述固定杆和定位小车之间设有连接杆，所述连接杆一端与固定杆固定连接，另一端与定位小车固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种无缝矩形钢管成型装置，其特征在于，所述倒锥段与固定杆之间还设有连接段，所述连接段一端与倒锥段对应固定连接，另一端与固定杆对应固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种无缝矩形钢管成型装置，其特征在于，所述拉拔单元包括第三基座和拉拔小车，所述坯管一端与拉拔小车固定连接，所述第三基座表面设有与拉拔运行轨道对应的轨道Ⅱ，所述拉拔小车可在轨道Ⅱ上往复移动，重复将坯管拉拔成无缝矩形钢管。

6.根据权利要求5所述的一种无缝矩形钢管成型装置，其特征在于，所述拉拔小车上设有夹钳，用于夹持固定坯管。

7.根据权利要求4所述的一种无缝矩形钢管成型装置，其特征在于，所述定型段、倒角段、倒锥段和连接段一体成型构成定型芯块。

8.根据权利要求1所述的一种无缝矩形钢管成型装置，其特征在于，所述滚轮通过轴承座固定在机架上。

9.一种无缝矩形钢管成型方法，其特征在于，该方法是利用权利要求1~8任一所述的无缝矩形钢管成型装置进行拉拔成型，具体包括以下步骤：

（1）在第一基座的机架将四个滚轮的位置调整精确，将固定杆一端与定型芯块固定连接，固定杆另一端与定位单元固定连接上，移动定位单元，调整定型芯块的位置，使得定型芯块的定型段置于矩形模孔内并与矩形模孔对应，使得定型段和矩形模孔之间的缝隙距离正好为坯管的壁厚，同时保证矩形模孔中心线、定型芯块中心线和固定杆中心线位于同一条直线，记录此时定位单元所在位置A；

（2）定位单元沿远离滚压单元方向移动，当定位单元距离矩形模孔的距离大于拟成型无缝矩形钢管长度和定位单元到定位芯块远端的距离之和时，记录此时定位小车所在位置B；将坯管的一端使用工具扎尖，使其能从矩形模孔中顺利通过，然后从定位单元一侧穿过矩形模孔与拉拔单元固定连接，然后移动定位单元，使得定型芯块从坯管的另一端进入坯管内，当定位单元到达位置A后，锁紧固定定位单元，此时矩形模孔中心线、定型芯块中心线、固定杆中心线和拉拔中心线位于同一条直线；

（3）拉拔单元沿远离滚压单元方向移动，此时四个滚轮对坯管进行滚压，从而完成一根无缝矩形钢管的加工，取下加工完成好的无缝矩形钢管，移动拉拔单元使其靠近滚压单元，如此重复步骤（2）~（3）完成同规格无缝矩形钢管的拉拔成型。