CN117161096A - 一种轧制周向波纹管的组合式三辊轧制装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轧制周向波纹管的组合式三辊轧制装置和方法，属于波纹管轧制技术领域。针对目前波纹管的单个波纹轧制无法对工件矫正、操作复杂、效率低、精度差的问题，本发明将装有芯棒的管坯通过装有波纹轧辊的三辊轧机；三辊轧机是由三个轧辊形成圆孔，且辊面刻有波纹的轧机，三辊轧机的粗轧部分轧辊的波纹辊面与波纹管坯接触，轧制出具有波纹形状的波纹管材；将轧机粗轧部分轧制出的波纹管材通过轧机精轧部分，去除波纹管材表面杂质，并轧制到所需直径，得到波纹管；将精轧得到的波纹管切头尾，热处理矫直。使得波纹管的轧制操作简便，减轻了工人劳动强度，且能在轧制的同时对工件进行矫正，提高了工效，提高工件精度和质量。
Description
技术领域
本发明属于波纹管轧制技术领域，具体涉及一种轧制周向波纹管的组合式三辊轧制装置和方法。
背景技术
波纹管是金属管在外力作用下外表面形成波纹的一种金属管。和单一金属管相比，波纹管利用表面的波纹，具有更好的耐腐蚀、耐高压、耐冲击等性能，适用于航空航天、水电工程、核电工程、化工等领域。现有的波纹管的轧制方法是单个波纹轧制，不能对工件矫正，并且操作复杂，效率低，精度差。为此，我们提出一种轧制周向波纹管的三辊轧制工艺。
发明内容
针对目前波纹管的单个波纹轧制无法对工件矫正、操作复杂、效率低、精度差的问题，本发明提供了一种轧制周向波纹管的组合式三辊轧制装置和方法。
为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
一种轧制周向波纹管的组合式三辊轧制装置，包括粗轧组件和精轧组件；所述粗轧组件与精轧组件内部均设有三个轧辊且三个轧辊呈120°间隔绕圆心排列；在所述粗轧组件与精轧组件的底部均固定连接有安装底座；
所述粗轧组件包括三个轧辊以及与安装底座一体连接的支撑外壳；在粗轧组件中每个轧辊配有一个活动转轴、两个连接块、两个液压推杆；在每个轧辊两侧的支撑外壳内侧开设有活动槽，在活动槽两侧设置有滑轨；所述活动槽的内部滑动连接有活动转轴，在活动转轴的外周面固定安装有轧辊；所述活动转轴的两端转动连接有连接块；所述连接块的一侧开设有位移槽，所述位移槽与滑轨滑动连接，用于将活动转轴固定在活动槽上一固定位置；所述液压推杆分为固定端和活动端，所述固定端固定连接在支撑外壳上，活动端连接在连接块上；在粗轧组件中底部轧辊的活动转轴的一侧与联轴器的一端连接，所述联轴器的另一端穿过减速箱体与粗轧机驱动电机相连；所述活动转轴的两端固定安装有锥形齿轮，所述锥形齿轮与相邻活动转轴上的锥形齿轮相啮合；驱动电机带动其中一根活动转轴转动，转动的活动转轴通过两端的锥形齿轮啮合传动，带动其他两根活动转轴转动，使得三根轧辊同步转动；所述连接块、液压推杆和锥形齿轮均设置在支撑外壳的夹层内；
所述精轧组件包括三个轧辊以及与安装底座一体连接的固定外壳；所述固定外壳的内侧贯穿转动连接有固定转轴，所述固定转轴的外周面固定安装有位于固定外壳内部的轧辊，所述固定外壳的外部固定安装有转动电机，一根所述固定转轴的一端贯穿固定外壳与转动电机的输出端固定安装；所述固定转轴的两端固定安装有位于固定外壳内部的锥形齿轮，所述锥形齿轮与相邻的固定转轴安装的锥形齿轮啮合；进行传动在使得三根轧辊同步转动。
进一步，包括两个相同的粗轧组件。通过组合式三辊轧制装置上多个粗轧组件与精轧组件轧制出具有波纹形状的波纹管材，使得波纹管的轧制操作简便，减轻了工人劳动强度，且能在轧制的同时对工件进行矫正提高了工效，提高工件精度和质量。
进一步，所述粗轧组件与精轧组件内部的三个轧辊相错60°设置。
进一步，所述轧辊包括与转轴固定安装的弧形辊，所述弧形辊的弧形面开设有轧制凹槽，所述弧形辊的弧形面开设有与轧制凹槽交替设置的轧制凸起。
一种轧制周向波纹管的组合式三辊轧制方法，包括以下步骤：
步骤S1，将符合加工要求的波纹管坯料准备好；
步骤S2，将装有芯棒的管坯通过装有波纹轧辊的三辊轧机，其中芯辊的直径略小于管坯的内径；所述三辊轧机是由三个轧辊形成圆孔，且辊面刻有波纹的轧机，三辊轧机的粗轧部分轧辊的波纹辊面与波纹管坯接触，轧制出具有波纹形状的波纹管材；
步骤S3，将轧机粗轧部分轧制出的波纹管材通过轧机精轧部分，轧机精轧部分与轧机粗轧部分同为三辊轧机，去除波纹管材表面杂质，并轧制到所需直径，得到波纹管；
步骤S4，将精轧得到的波纹管切头尾，热处理，矫直。
进一步，所述步骤S1中波纹管坯料在加工前进行正火处理，将波纹管坯料送入酸洗设备进行酸洗，去除波纹管坯料内外的氧化铁皮后，进行回火处理。
进一步，所述步骤S2中三辊轧机的粗轧部分波纹辊的波纹截面形状为正弦波型，正弦波型函数表达式为其中，A1为正弦波的振幅，ω1为正弦波的角函数，/>为正弦波的相角，根据成形的波纹管表面波纹的形状规定波纹辊的波纹截面的正弦波型函数。波纹辊在三辊轧机装配的时候，要保证轧机内部的三个波纹轧辊各自对应的圆心角为120°，同时保证相邻的轧辊之间的凸台端面的锥形齿轮之间要相互啮合，保证没有缝隙，这样可以有效避免轧制过程中金属材料由于波纹辊截面的波纹形状出现撕裂，从而造成金属材料的流失，同时凸台的侧面与凸台和轧辊相接触的面之间的角度为60°，凸台的高度的设计要保证三个波纹辊的辊颈不会出现干涉。
进一步，所述步骤S3中三辊轧机的精轧部分的波纹辊的波纹截面形状同样为正弦波型，正弦波型函数表达式为其中，A2为正弦波的振幅，A2＞A1，保证波纹管通过精轧部分后出口可以达到规定的直径，ω2为正弦波的角函数，ω2＝ω1，/>为正弦波的相角，/>在由粗轧部分进入精轧部分时候要保证精轧组件中轧辊的波峰与粗压组件粗轧后管坯的波谷相结合，这样出口的波纹管的波纹就可以保证连贯性，不会出现错乱的情况。
与现有技术相比本发明具有以下优点：
1、本发明将管坯通过装有波纹轧辊的三辊轧机，通过三辊轧机上多个粗轧组件与精轧组件轧制出具有波纹形状的波纹管材，使得波纹管的轧制操作简便，减轻了工人劳动强度，且能在轧制的同时对工件进行矫正，提高了工效，提高工件精度和质量。
2、本发明设置粗轧组件，将处理好的波纹管坯料经过粗轧组件，随着液压推杆的不断推动，使得轧辊不断靠近，进而对波纹管坯料进行不断挤压，使得波纹管坯料形成波纹管材粗坯，进而使得波纹管的轧制更加简便。
3、本发明设置精轧组件，将通过粗轧组件的轧制的波纹管材粗坯通过三个轧辊进行精轧，精轧组件中的三个轧辊的弧形面形成一个圆形，将波纹管材粗坯通过滚动的精轧轧辊进行精轧，在精轧组件4中的三个精轧辊通过锥形齿轮43的相互啮合进行传动连接，使得三根轧辊同步转动，进而对波纹管材粗坯进行修整精轧。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的精轧组件的结构示意图；
图3为本发明的粗轧组件的结构示意图；
图4为本发明的连接块、液压推杆的结构示意图；
图5为本发明的滑轨、位移槽的结构示意图；
图6为本发明的轧辊的结构示意图；
图7为本发明的轧后产品图及剖面图；
图8为本发明轧后波纹管结构示意图；
图9为本发明波纹管有限元模拟结果示意图。
图中：1、管材；2、安装底座；3、粗轧组件；31、支撑外壳；32、活动槽；33、活动转轴；34、连接块；35、液压推杆；36、滑轨；37、位移槽；4、精轧组件；41、固定外壳；42、固定转轴；43、锥形齿轮；5、轧辊；51、弧形辊；52、轧制凹槽；53、轧制凸起；6、转动电机；7、粗轧机驱动电机；71、减速箱体；72、联轴器。
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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
一种轧制周向波纹管的组合式三辊轧制装置，包括粗轧组件3和精轧组件4；所述粗轧组件3与精轧组件4内部均设有三个轧辊5且三个轧辊呈120°间隔绕圆心排列；在所述粗轧组件3与精轧组件4的底部均固定连接有安装底座2；
所述粗轧组件3包括三个轧辊5以及与安装底座2一体连接的支撑外壳31；在粗轧组件3中每个轧辊5配有一个活动转轴33、两个连接块34、两个液压推杆35；在每个轧辊5两侧的支撑外壳31内侧开设有活动槽32，在活动槽32两侧设置有滑轨36；所述活动槽32的内部滑动连接有活动转轴33，在活动转轴33的外周面固定安装有轧辊5；所述活动转轴33的两端转动连接有连接块34；所述连接块34的一侧开设有位移槽37，所述位移槽37与滑轨36滑动连接，用于将活动转轴33固定在活动槽32上一固定位置；所述液压推杆35分为固定端和活动端，所述固定端固定连接在支撑外壳31上，活动端连接在连接块34上；在粗轧组件3中底部轧辊5的活动转轴33的一侧与联轴器72的一端连接，所述联轴器的另一端穿过减速箱体71与粗轧机驱动电机7相连；所述活动转轴33的两端固定安装有锥形齿轮43，所述锥形齿轮43与相邻活动转轴33上的锥形齿轮43相啮合；驱动电机7带动其中一根活动转轴33转动，转动的活动转轴33通过两端的锥形齿轮43啮合传动，带动其他两根活动转轴33转动，使得三根轧辊同步转动；所述连接块34、液压推杆35和锥形齿轮43均设置在支撑外壳31的夹层内；
所述精轧组件4包括三个轧辊5以及与安装底座2一体连接的固定外壳41；所述固定外壳41的内侧贯穿转动连接有固定转轴42，所述固定转轴42的外周面固定安装有位于固定外壳41内部的轧辊5，所述固定外壳41的外部固定安装有转动电机6，一根所述固定转轴42的一端贯穿固定外壳41与转动电机6的输出端固定安装；所述固定转轴42的两端固定安装有位于固定外壳41内部的锥形齿轮43，所述锥形齿轮43与相邻的固定转轴42安装的锥形齿轮43啮合；进行传动在使得三根轧辊同步转动。
进一步，包括两个相同的粗轧组件3。
进一步，所述粗轧组件3与精轧组件4内部的三个轧辊相错60°设置。
进一步，所述轧辊5包括与转轴固定安装的弧形辊51，所述弧形辊51的弧形面开设有轧制凹槽52，所述弧形辊51的弧形面开设有与轧制凹槽52交替设置的轧制凸起53。
请参阅图1至图6，一种轧制周向波纹管的组合式三辊轧制方法，包括以下步骤：
S1：备料
将符合加工要求的波纹管坯料准备好；
S2：粗轧
将装有芯棒的管坯通过装有波纹轧辊5的三辊轧机，其中芯辊的直径略小于管坯的内径。三辊轧机是三个轧辊5形成圆孔，且辊面刻有波纹的轧机，轧机粗轧部分轧辊5的波纹辊面与波纹管坯接触，波纹管坯内表面与芯轴表面接触，轧制出具有波纹形状的波纹管材1；
S3：精轧
将轧机粗轧部分轧制出的波纹管材1通过轧机精轧部分，轧机精轧部分与轧机粗轧部分同为三辊轧机，将管坯坯轧制到所需直径，得到波纹管；
S4：精整
将精轧得到的波纹管切头尾，热处理，矫直。
步骤S1中波纹管坯料在加工前进行正火处理，去除波纹管坯料内外的氧化铁皮后,进行回火处理。
实施例1
以轧制材质为45钢的波纹管为例说明一种轧制周向波纹管的组合式三辊轧制方法，包括以下步骤：
S1：备料
将符合加工要求的材质为45钢的波纹管坯料准备好，管坯的外径为20cm，壁厚为2cm。波纹管坯料在加工前进行正火处理，去除波纹管坯料内外的氧化铁皮后,进行回火处理；
S2：粗轧
将装有芯棒的45钢管坯通过装有波纹轧辊5的三辊轧机，其中芯辊的直径略小于管坯的内径。三辊轧机是由三个轧辊5组合形成圆孔，且辊面刻有波纹的轧机，轧机粗轧部分由粗轧组件3组成，轧机粗轧部分轧辊5的波纹辊面与波纹管坯接触，轧辊5包括与转轴固定安装的弧形辊51，弧形辊51的弧形面开设有轧制凹槽52，弧形辊51的弧形面开设有与轧制凹槽52交替设置的轧制凸起53，轧制出具有波纹形状的波纹管材1，波纹高度为波纹管坯料厚度的2倍，波纹宽度是波纹高度的5倍，波纹截面形状为正弦波型；
通过设置粗轧组件3，将处理好的装有芯棒的45钢波纹管坯料经过粗轧组件3，随着液压推杆35的不断推动，使得轧辊5不断靠近，进而对45钢波纹管坯料进行不断挤压，波纹管坯料可以完全与轧辊5接触，金属材料可以完全填充到轧辊5的凹槽内，使得波纹管坯料形成45钢波纹管材1粗坯，进而使得波纹管的轧制更加简便，增加了工效。
S3：精轧
将轧机粗轧部分轧制出的45钢波纹管材1通过轧机精轧部分，轧机精轧部分与轧机粗轧部分同为三辊轧机，轧机精轧部分由精轧组件4组成，使波纹管材1轧制到所需直径16cm，得到45钢波纹管，粗轧组件3与精轧组件4的底部固定连接有三辊轧机固定安装的安装底座2，精轧组件4中的三个轧辊5与粗轧组件3的三个轧辊5同圆心交错设置，通过将管坯通过装有波纹轧辊5的三辊轧机，通过三辊轧机上多个粗轧组件3与精轧组件4轧制出具有波纹形状的波纹管材1，使得波纹管的轧制操作简便，减轻了工人劳动强度，且能在轧制的同时对工件进行矫正，提高了工效，提高工件精度和质量；
通过设置精轧组件4，将通过粗轧组件3的轧制的45钢波纹管材1粗坯通过三根轧辊5进行精轧，精轧组件4中的三个轧辊5的弧形面形成一个圆形，将45钢波纹管材1粗坯通过滚动的精轧轧辊5进行精轧，在精轧组件4中的三个精轧辊通过锥形齿轮43的相互啮合进行传动连接，使得三根轧辊5同步转动，进而对45钢波纹管材1粗坯进行修整精轧。精轧组件和粗轧组件设置合适距离，粗轧辊与管壁接触，在摩擦力和压力的作用下轧出若干个一道次周向波纹，管坯沿轴向进给一段距离，而后，二道次精轧辊的波峰与一道次所形成的管坯波纹接触，在一道次波纹的基础上对45钢波纹管精轧。
S4：精整
将精轧得到的45钢波纹管切头尾，热处理，矫直。
利用有限元模拟软件对本发明提出的一种轧制周向波纹管的三辊轧制方法进行模拟验证，如图9模拟结果所示，可以看出模拟轧制后的45钢波纹管外面的剖面图呈现良好的连续波纹形状，内表面保持良好的平滑状态，整体45钢波纹管外表面的轧制凸起和凹槽效果明显，产品的总体成形效果良好，证明本发明方法的准确性与可靠性，对轧制一种轧制周向波纹管提供了一种新的方法与工艺，减轻了工人劳动力，提高了生产效率，便于得到更适用于实际要求的产品。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (9)
1.一种轧制周向波纹管的组合式三辊轧制装置，其特征在于：包括粗轧组件(3)和精轧组件(4)；所述粗轧组件(3)与精轧组件(4)内部均设有三个轧辊(5)且三个轧辊呈120°间隔绕圆心排列；在所述粗轧组件(3)与精轧组件(4)的底部均固定连接有安装底座(2)；
所述粗轧组件(3)包括三个轧辊(5)以及与安装底座(2)一体连接的支撑外壳(31)；在粗轧组件(3)中每个轧辊(5)配有一个活动转轴(33)、两个连接块(34)、两个液压推杆(35)；在每个轧辊(5)两侧的支撑外壳(31)内侧开设有活动槽(32)，在活动槽(32)两侧设置有滑轨(36)；所述活动槽(32)的内部滑动连接有活动转轴(33)，在活动转轴(33)的外周面固定安装有轧辊(5)；所述活动转轴(33)的两端转动连接有连接块(34)；所述连接块(34)的一侧开设有位移槽(37)，所述位移槽(37)与滑轨(36)滑动连接，用于将活动转轴(33)固定在活动槽(32)上一固定位置；所述液压推杆(35)分为固定端和活动端，所述固定端固定连接在支撑外壳(31)上，活动端连接在连接块(34)上；在粗轧组件(3)中底部轧辊(5)的活动转轴(33)的一侧与联轴器(72)的一端连接，所述联轴器的另一端穿过减速箱体(71)与粗轧机驱动电机(7)相连；所述活动转轴(33)的两端固定安装有锥形齿轮(43)，所述锥形齿轮(43)与相邻活动转轴(33)上的锥形齿轮(43)相啮合；驱动电机(38)带动其中一根活动转轴(33)转动，转动的活动转轴(33)通过两端的锥形齿轮(43)啮合传动，带动其他两根活动转轴(33)转动，使得三根轧辊同步转动；所述连接块(34)、液压推杆(35)和锥形齿轮(43)均设置在支撑外壳(31)的夹层内；
所述精轧组件(4)包括三个轧辊(5)以及与安装底座(2)一体连接的固定外壳(41)；所述固定外壳(41)的内侧贯穿转动连接有固定转轴(42)，所述固定转轴(42)的外周面固定安装有位于固定外壳(41)内部的轧辊(5)，所述固定外壳(41)的外部固定安装有转动电机(6)，一根所述固定转轴(42)的一端贯穿固定外壳(41)与转动电机(6)的输出端固定安装；所述固定转轴(42)的两端固定安装有位于固定外壳(41)内部的锥形齿轮(43)，所述锥形齿轮(43)与相邻的固定转轴(42)安装的锥形齿轮(43)啮合；进行传动在使得三根轧辊同步转动。
2.根据权利要求1所述的一种轧制周向波纹管的组合式三辊轧制装置，其特征在于：包括两个相同的粗轧组件(3)。
3.根据权利要求1所述的一种轧制周向波纹管的组合式三辊轧制装置，其特征在于：所述粗轧组件(3)与精轧组件(4)内部的三个轧辊相错60°设置。
4.根据权利要求1所述的一种轧制周向波纹管的组合式三辊轧制装置，其特征在于：所述轧辊(5)包括与转轴固定安装的弧形辊(51)，所述弧形辊(51)的弧形面开设有轧制凹槽(52)，所述弧形辊(51)的弧形面开设有与轧制凹槽(52)交替设置的轧制凸起(53)。
5.一种轧制周向波纹管的组合式三辊轧制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，将符合加工要求的波纹管坯料准备好；
步骤S2，将装有芯棒的管坯通过装有波纹轧辊(5)的三辊轧机，其中芯棒的直径小于管坯的内径；所述三辊轧机是由三个轧辊(5)形成圆孔，且辊面刻有波纹的轧机，三辊轧机的粗轧部分轧辊(5)的波纹辊面与波纹管坯接触，轧制出具有波纹形状的波纹管材(1)；
步骤S3，将轧机粗轧部分轧制出的波纹管材(1)通过轧机精轧部分，轧机精轧部分与轧机粗轧部分同为三辊轧机，去除波纹管材(1)表面杂质，并轧制到所需直径，得到波纹管；
步骤S4，将精轧得到的波纹管切头尾，热处理，矫直。
6.根据权利要求5所述的一种轧制周向波纹管的组合式三辊轧制方法，其特征在于：所述步骤S1中波纹管坯料在加工前进行正火处理，将波纹管坯料送入酸洗设备进行酸洗，去除波纹管坯料内外的氧化铁皮后，进行回火处理。
7.根据权利要求5所述的一种轧制周向波纹管的组合式三辊轧制方法，其特征在于：所述步骤S2中三辊轧机的粗轧部分波纹辊的波纹截面形状为正弦波型，正弦波型函数表达式为其中，A1为正弦波的振幅，ω1为正弦波的角函数，/>为正弦波的相角，根据成形的波纹管表面波纹的形状规定波纹辊的波纹截面的正弦波型函数。
8.根据权利要求5所述的一种轧制周向波纹管的组合式三辊轧制方法，其特征在于：所述步骤S3中三辊轧机的精轧部分的波纹辊的波纹截面形状同样为正弦波型，正弦波型函数表达式为其中，A2为正弦波的振幅，A2＞A1，保证波纹管通过精轧部分后出口可以达到规定的直径，ω2为正弦波的角函数，ω2＝ω1，/>为正弦波的相角，n＝0,1,2…，在由粗轧部分进入精轧部分时候需保证精轧组件中轧辊的波峰与粗压组件粗轧后管坯的波谷相结合。
9.一种如权利要求5～8任意一种轧制方法制得的波纹管。
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