CN112077322A - 钢管外壁旋压半固态金属粉末成型双金属复合管装置 - Google Patents

钢管外壁旋压半固态金属粉末成型双金属复合管装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钢管外壁旋压半固态金属粉末成型双金属复合管装置，包括进给装置、夹紧装置、旋压辊、热熔头、电机、升降装置、工作台、缓冲轴承组、尾架支撑装置和保温装置。通过采用三个旋压辊，增加了旋压的效率，同时也保证受力均匀，将半固态粉末均匀的旋压在金属管外壁；旋压辊的设计是锥度设计，可有效降低旋压装置轴向移动过程的成型阻力并保证半固态粉末均匀覆盖在钢管外壁；增加了升降装置可以根据管径的不同进行调节以加工不同的金属管；在第一轴承座底部加装了弹簧，以避免及减小旋压过程中钢管与旋压辊之间的刚性冲击，保证旋压层的表面形貌及组织均匀；此外装置本身通过电机驱动，利用丝杠带动框架进行轴向匀速平移。

Description

钢管外壁旋压半固态金属粉末成型双金属复合管装置
技术领域
本发明涉及双金属管复合的技术领域，尤其涉及一种钢管外壁旋压半固态金属粉末成型双金属复合管装置。
背景技术
双金属复合管因其优越的防腐、抗氧化性能，在海洋工程、能源、化工及机械制造行业得到了广泛应用。随着复合管的应用领域越来越广泛，对金属特性以及双金属结合面性能和强度的要求也越来越高，因此对双金属复合管的加工制造工艺提出了更高的要求。
双金属复合管一般是由两种物理及机械性能特性相差较大的金属复合而成，因此双金属管复合成型的难度较大，因此双金属管的复合工艺一直在不断发展。目前双金属管复合主要分为固-固加工工艺，固-液加工工艺。固-固生产工艺主要包括：外覆焊接轧制生产工艺、双金属套管轧制生产工艺、双金属铸套管挤压生产工艺、双金属铸套管行星轧制生产工艺。固-液生产工艺采用的是铸造原理，主要包括填芯连铸复合生产工艺、双结晶器连续铸造生产工艺。其中固-液生产工艺。固-固工艺生产出的复合管性能受两种双金属复合管物理、机械性能影响较大，结合面强度不好保证，而液-固生产工艺设备占地面积大，设备投入及维护费用很高。而本发明提出将半固态金属粉末旋压在钢管外壁成型双金属复合管，综合了固-固生产工艺及液-固生产工艺的优点，设备操作简单灵活，资金投入少，双金属结合面为近冶金结合，结合致密性好、结合强度高，两种不同金属性能差异对双金属复合管性能的影响很小，尤其适合生产两种物理机械性能差异很大的双金属复合管。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足，本发明提供一种钢管外壁旋压半固态金属粉末成型双金属复合管装置，其通过采用了三个旋压辊，增加了旋压的效率，同时也保证受力均匀，将半固态粉末均匀的旋压在金属管外壁。
本发明提供一种钢管外壁旋压半固态金属粉末成型双金属复合管装置，其包括进给装置、夹紧装置、升降装置、旋压装置、热熔头、缓冲轴承组、尾部支撑装置和保温罩，所述进给装置包括进给电机、轴承座、第一联轴器、第一丝杠和第一丝杠螺母，所述进给电机通过第一联轴器与第一丝杠相连，第一丝杠的两端通过轴承支撑，第一丝杠与工作台相连，进给电机驱动第一丝杠转动，带动第一丝杠螺母与工作台进行轴向平移；所述工作台上安装有升降装置、充有保护气体的隔离罩及旋压装置，所述旋压装置包括旋压辊、电磁感应加热装置和缓冲轴承座，以将半固态粉末均匀地旋压在金属管外壁；所述升降装置包括升降电机、上轴承座、第二联轴器、第二丝杠、上框架、下轴承座、第二丝杠螺母和板，第二丝杠与升降电机间通过第二联轴器相连，通过升降电机驱动，第二丝杠带动第二丝杠螺母和框架上下移动，以此来实现加工不同管径的钢管安装和调试；所述缓冲轴承组包括轻弹簧、第一轴承、防松螺栓、缓冲轴承座和轴承端盖，缓冲轴承座通过防松螺栓与工作台固连，轻弹簧套与防松螺栓同轴线套合，缓冲轴承座的底部设有与弹簧相对应的槽，缓冲轴承座内安装有第一轴承，并由轴承端盖进行轴向定位及固定；所述尾部支撑装置包括尾部支撑架、尾部轴承座、尾部支撑的辊子和第二轴承，尾部支撑的辊子的两端通过第二轴承支撑，第二轴承安装在尾部轴承座内部，尾部支撑架与工作台固连，尾部轴承座与尾部支撑架固连；所述保温罩通过滑轮与导轨相连。
优选地，所述升降装置中，第二丝杠两端通过上轴承座、下轴承座进行支撑，下轴承座为承载端、上轴承座为支撑端，下轴承座处设置角接触轴承，上轴承座处设置深沟球轴承。
优选地，所述旋压装置采用三个旋压辊，呈倒三角形设置，以减小旋压过程中钢管与旋压辊之间的刚性冲击，所述旋压辊采用锥度设计，使得半固态粉末沿轴向充分的涂覆在钢管上；粉末通过热熔头加热至半固态，均匀地涂覆在匀速旋转的钢管上，三个旋压辊采用电磁感应加热，以防止在加工过程中半固态粉末和旋压辊发生黏连。
优选地，所述电磁感应加热装置与旋压辊分别和框架、工作台固连，防松螺栓能满足因应力缓冲而平移的工作需求，热熔头与框架固连，旋压辊通过缓冲轴承座进行支撑。
优选地，所述尾部轴承座与尾部支撑架上下连接，与第二轴承进行过盈配合，尾部支撑装置设有两组尾部支撑的辊子，以保证加工钢管时的稳定性。
优选地，所述夹紧装置设置有夹紧电机，所述夹紧电机与夹紧装置间通过蜗轮蜗杆传动结构相连，以实现自锁。
与现有技术相比具有这样的有益效果：
(1)本发明通过采用了三个旋压辊，增加了旋压的效率，同时也保证受力均匀，将半固态粉末均匀的旋压在金属管外壁；
(2)旋压辊采用锥度设计，可有效降低旋压装置轴向移动过程的成型阻力并保证半固态粉末均匀覆盖在钢管外壁；增加了升降装置可以根据管径的不同进行调节以加工不同的金属管；
(3)两个上旋压辊轴承座底部加装了弹簧，以避免及减小旋压过程中钢管与旋压辊之间的刚性冲击，保证旋压层的表面形貌及组织均匀；此外装置本身通过电机驱动，利用丝杠带动旋压装置进行轴向匀速平移；
(4)旋压辊表面采用电磁感应加热，钢管外壁采用线圈加热，外有保温罩以降低残余应力并避免旋压层因快速冷却而发生相变，内部加保护气体防止旋压复合层氧化，保证双金属复合管的机械性能及结合强度。
附图说明
图1为本发明用半固态粉末对金属管外壁进行旋压覆管或修复的立体图；
图2为本发明用半固态粉末对金属管外壁进行旋压覆管或修复的侧视图；
图3(a)为本发明电机、升降装置、旋压辊、旋压装配体的立体图；
图3(b)为本发明电机、升降装置、旋压辊、旋压装配体的爆炸图；
图4为本发明的旋压装置的立体图；
图5为本发明的热熔头的立体图；
图6为本发明的夹紧装置的立体图；
图7为本发明的缓冲轴承组的爆炸图；
图8为本发明的升降装置的立体图；
图9(a)是尾部支撑装置的立体图；
图9(b)是尾部支撑装置的爆炸图；
图10为本发明的保温装置的立体图；以及
图11为本发明的保温装置轴向平移原理图。
附图标记：
1、升降电机；2、热熔头；3、旋压辊；4、加热线圈；5、夹紧装置；6、夹紧电机；7、进给电机；8、进给装置；9、滑轮；10、保温罩；11、尾架支撑装置；12、工作台；13、隔离罩；14、缓冲轴承组；15、轻弹簧；16、液压升降装置；17、电磁感应加热装置；18、升降装置；19、尾部支撑架；20、尾部轴承座；21、尾部支撑的棍子；22、滑轮的导轨；23、第一轴承；24、防松螺栓；25、缓冲轴承座；26、第二轴承；27、上轴承座；28、第二联轴器；29、第二丝杠；30、上框架；31、下轴承座；32、第二丝杠螺母；33、板；34、轴承端盖。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的为，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
下面结合附图与具体实施方式对本发明提出的钢管外壁旋压半固态金属粉末成型双金属复合管装置及检测装置作进一步详细说明。
如图1～图3所示，一种钢管外壁旋压半固态金属粉末成型双金属复合管装置，其主要包括进给装置8、夹紧装置5、升降装置18、旋压装置、热熔头2、缓冲轴承组、尾部支撑装置和保温罩10。
进给装置8包括进给电机7、轴承座、第一联轴器、第一丝杠、第一丝杠螺母，进给电机7通过第一联轴器与第一丝杠相连，第一丝杠与工作台12相连，第一丝杠的两端通过轴承支撑，进给电机7驱动第一丝杠转动，第一丝杠螺母与工作台12进行轴向平移，工作台12上安装有升降装置18、充有保护气体的隔离罩13及旋压装置，将半固态粉末均匀地旋压在金属管外壁。
升降装置18包括升降电机1、上轴承座27、第二联轴器28、第二丝杠29、上框架30、下轴承座31、第二丝杠螺母32和板33，第二丝杠29两端通过上轴承座27、下轴承座31进行支撑，第二丝杠29与升降电机1间通过第二联轴器28相连，承载端选角接触轴承，支撑端选深沟球轴承。通过升降电机1驱动，第二丝杠29带动第二丝杠螺母32和框架上下移动，以此来实现加工不同管径钢管的安装和调试过程简单，增强自身的适应性。升降装置18采用上下结构，这样的设计方便装置的安装以及操作的简便性。
如图4、图5所示，本发明的旋压装置包括旋压辊3、电磁感应加热装置17和缓冲轴承座25，旋压装置采用三个旋压辊，呈倒三角形，以减小或避免旋压过程中钢管与旋压辊之间的刚性冲击，保证旋压层的表面形貌及组织均匀，旋压辊3采用锥度设计，使得半固态粉末沿轴向充分的涂覆在钢管上，保证半固态粉末较高的利用率。此外加工的粉末通过热熔头2加热至半固态均匀的涂覆在匀速旋转的钢管上，三个旋压辊采用电磁感应加热，以防止在加工过程中半固态粉末和旋压辊发生黏连，以提高旋压辊的使用寿命，减少设备的运行维护时间。电磁感应加热装置17与旋压辊3分别和框架、工作台12固连，防松螺栓24可满足因应力缓冲而平移的工作需求。热熔头2与框架固连，旋压辊3通过缓冲轴承座25进行支撑。
如图6所示，加工的钢管通过夹紧装置5夹紧后，在夹紧电机6的驱动下匀速旋转，保证半固态粉末的涂覆均匀。夹紧电机6与夹紧装置5间采用蜗轮蜗杆的驱动形式，具有自锁、噪音少和振动小的优点。
如图4、图7所示，缓冲轴承组14包括轻弹簧15、第一轴承23、防松螺栓24、缓冲轴承座25和轴承端盖34，缓冲轴承座25的底部设有与弹簧相对应的槽，以保证在安装加工过程中轻弹簧的准确定位，缓冲轴承座25底部都安装了弹簧以保证在加工钢管时缓冲应力，缓冲轴承座25通过防松螺栓24与工作台12固连，轻弹簧15套在防松螺栓24且存在一定间隙，缓冲轴承座25内安装有第一轴承23，并由轴承端盖34进行轴向定位及固定。
如图4、图8所示，液压升降装置16嵌入工作台12中，与工作台12固联，液压升降装置16配合图3的升降装置实现对不同管径的钢管进行加工。在加工管径较大的钢管时，图3的升降装置进行上升的操作，液压升降装置16进行液压下降，在加工管径较小的钢管时，图3的升降装置进行下降的操作，液压升降装置16进行液压下降。
如图9(a)、图9(b)所示，尾部支撑装置11包括尾部支撑架19、尾部轴承座20、尾部支撑的辊子21和第二轴承26，尾部支撑的辊子21的两端通过第二轴承26支撑，第二轴承26安装在尾部轴承座20内部，尾部轴承座20与尾部支撑架19上下连接，便于第二轴承26的安装与拆卸，尾部支撑装置11设有两组尾部支撑的辊子21。尾部支撑装置11保证了在加工钢管时的稳定性，加工过程中不发生晃动以保证加工的精度，尾部支撑装置的设计大大的增加了可加工钢管的长度范围，增强了设备的适应性。尾部支撑架19与工作台12固连，尾部轴承座20与尾部支撑架19固连，尾部支撑的辊子21可进行径向转动。
如图10、图11所示，通过保温罩10实现加工过程中的保温以降低残余应力，并避免旋压层因快速冷却而发生相变，隔离罩13内部加保护气体防止旋压复合层氧化，保温罩10通过滑轮9和滑轮的导轨22实现其轴向平移，保温罩10的移动方式减少了加工操作时间，方便了其他装置的安装和后期的维护，大大的增加了设备整体的操作的实用性。保温罩10属于一种很薄的保温材料质量较轻，易手动沿滑轨进行推拉。
本发明的操作过程如下：
通过夹紧装置5实现对钢管的夹持，夹紧电机6的驱动实现钢管的匀速旋转，实现了工作台上的主要结构进行轴向移动，进给电机7实现工作台匀速的进行轴向进给，然后通过升降电机1的驱动丝杠带动框架上下移动，调节加工高度来适应不同的加工钢管的管径，减少了加工的难度和时间，提高了加工效率，以及加工管径的范围，调试工作更为简单。
加工过程中保温罩10的位置如图10所示，隔离罩13中充有保护气体防止旋压复合层氧化，保证双金属复合管的机械性能及结合强度。加工所用的粉末通过热熔头2加热至半固态涂覆在匀速旋转的钢管上，此时的钢管已经经过加热线圈4加热，三个旋压辊3也已经经过电磁感应加热装置加热，做这样的预热处理是为了增加双金属复合管结合强度。两个上旋压辊3的缓冲轴承座25底部加装了轻弹簧，以避免及减小旋压过程中钢管与旋压辊3之间的刚性冲击，保证旋压层的表面形貌及组织均匀。尾部的支撑装置11保证了钢管在加工过程中的稳定。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
以上所述各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应该理解：其依然能对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种钢管外壁旋压半固态金属粉末成型双金属复合管装置，其包括进给装置、夹紧装置、升降装置、旋压装置、热熔头、缓冲轴承组、尾部支撑装置和保温罩，其特征在于，
所述进给装置包括进给电机、轴承座、第一联轴器、第一丝杠和第一丝杠螺母，所述进给电机通过第一联轴器与第一丝杠相连，第一丝杠的两端通过轴承支撑，第一丝杠与工作台相连，进给电机驱动第一丝杠转动，带动第一丝杠螺母与工作台进行轴向平移；
所述工作台上安装有升降装置、充有保护气体的隔离罩及旋压装置，所述旋压装置包括旋压辊、电磁感应加热装置和缓冲轴承座，以将半固态粉末均匀地旋压在金属管外壁；
所述升降装置包括升降电机、上轴承座、第二联轴器、第二丝杠、上框架、下轴承座、第二丝杠螺母和板，第二丝杠与升降电机间通过第二联轴器相连，通过升降电机驱动，第二丝杠带动第二丝杠螺母和框架上下移动，以此来实现加工不同管径的钢管安装和调试；
所述缓冲轴承组包括轻弹簧、第一轴承、防松螺栓、缓冲轴承座和轴承端盖，缓冲轴承座通过防松螺栓与工作台固连，轻弹簧套与防松螺栓同轴线套合，缓冲轴承座的底部设有与弹簧相对应的槽，缓冲轴承座内安装有第一轴承，并由轴承端盖进行轴向定位及固定；
所述尾部支撑装置包括尾部支撑架、尾部轴承座、尾部支撑的辊子和第二轴承，尾部支撑的辊子的两端通过第二轴承支撑，第二轴承安装在尾部轴承座内部，尾部支撑架与工作台固连，尾部轴承座与尾部支撑架固连；
所述保温罩通过滑轮与导轨相连。
2.根据权利要求1所述的钢管外壁旋压半固态金属粉末成型双金属复合管装置，其特征在于，所述升降装置中，第二丝杠两端通过上轴承座、下轴承座进行支撑，下轴承座为承载端、上轴承座为支撑端，下轴承座处设置角接触轴承，上轴承座处设置深沟球轴承。
3.根据权利要求2所述的钢管外壁旋压半固态金属粉末成型双金属复合管装置，其特征在于，所述旋压装置采用三个旋压辊，呈倒三角形设置，以减小旋压过程中钢管与旋压辊之间的刚性冲击，所述旋压辊采用锥度设计，使得半固态粉末沿轴向充分的涂覆在钢管上；金属粉末通过热熔头加热至半固态，均匀地涂覆在匀速旋转的钢管上，三个旋压辊采用电磁感应加热，以防止在加工过程中半固态粉末和旋压辊发生黏连。
4.根据权利要求1所述的钢管外壁旋压半固态金属粉末成型双金属复合管装置，其特征在于，所述电磁感应加热装置与旋压辊分别和框架、工作台固连，热熔头与框架固连，旋压辊通过缓冲轴承座进行支撑。
5.根据权利要求3所述的钢管外壁旋压半固态金属粉末成型双金属复合管装置，其特征在于，所述尾部轴承座与尾部支撑架上下连接，与第二轴承进行过盈配合，尾部支撑装置设有两组尾部支撑的辊子，以保证加工钢管时的稳定性。
6.根据权利要求1所述的钢管外壁旋压半固态金属粉末成型双金属复合管装置，其特征在于，所述夹紧装置设置有夹紧电机，所述夹紧电机与夹紧装置间通过蜗轮蜗杆传动结构相连，以实现自锁。
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