CN204182677U - 一种四辊斜轧穿孔机 - Google Patents

Abstract

本实用新型四辊斜轧穿孔机，该四辊斜轧穿孔机布置有四个锥形轧辊，四个锥形轧辊沿轧件中心90°均匀分布；四个锥形轧辊中每两个锥形轧辊组成一对工作锥形轧辊；两对作锥形轧辊辊面之间距离比为1.06～1.09，四个锥形轧辊有各自单独的驱动动力装置；四个锥形轧辊的旋转方向相同。锥形轧辊连接联轴器，联轴器连接齿轮箱，齿轮箱连接电机，锥形轧辊通过压下装置，连接机架。驱动动力装置由永磁同步力矩电机和锥齿轮箱组成。该四辊旋转穿孔机有主动旋转的顶头。

Description

一种四辊斜轧穿孔机

技术领域

本发明属于无缝钢管斜轧穿孔技术领域，具体涉及四辊斜轧穿孔机。

背景技术

目前在无缝钢管生产领域广泛采用的生产设备是二辊斜轧穿孔机和三辊斜轧穿孔机。

二辊斜轧穿孔机按其辊形不同可分为桶形辊（辊式）穿孔机、锥形辊（菌式）穿孔机和盘形辊（盘式）穿孔机三种（参看图1）。二辊斜轧穿孔机一般在辊缝之间配置导板或导盘，形成封闭的变形区。但不管采用哪种形式的轧辊，在穿孔过程中轧件的中心部位都可能出现孔腔现象。孔腔的出现和继续扩展是产生内部缺陷的主要原因。这些缺陷在后续的工序中不但难以消除，而且还会进一步扩大，甚至导致金属完全破坏,致使一些薄壁管、低塑性钢管和合金管难以在二辊穿孔机上穿孔。

通过对轧件在这三种辊形系统中的受力状态分析，都是在两个方向相反的径向压力和顶头轴向力作用下，其直径方向受到反复压缩和扩张，中心部分材料受到反复拉、压和剪切应力作用，当达到剪切屈服极限时便产生塑性变形，当超过剪切强度极限时，便引起破裂而产生孔腔。

三辊斜轧穿孔机与二辊斜轧机穿孔的区别是在顶头前管坯中心部分只承受三向压应力而不存在交变的拉应力和压应力，因此消除了管坯中心被撕裂的趋势。在三辊穿轧机上，轧辊形成一个近似封闭的圆孔型（参看图2)，不需要像在二辊穿孔轧机上为保持管坯在中心线上和限制金属切向流动，必须装设导板或导盘。因此采用三辊穿孔机穿孔就消除了现有二辊穿孔机存在的缺点，不仅消除了不利的金属应力状态，而且还取消了阻止管坯旋转所引起轴向滑移增加和过大能量消耗的导板与导盘。

三辊轧制过程中，轧件变形实际上是从圆到圆三角形再规圆的过程。三辊轧机不像二辊安装有导板，因此它不具有封闭的变形区。在坯料通过轧辊进行轧制的过程中，要产生交变的弯曲应力。这个弯曲应力使金属在各轧辊之辊缝间产生凸胀，使坯料断面周期性地形成三角形。根据分析，在轧制力作用下，辊缝间管壁的弯曲力与壁厚的平方成反比，与管子的平均直径成正比。在相同的压力作用下，直径与壁厚比值D/S大的，也就是相对壁厚较薄的管子，在辊缝处的管壁弯曲应力值要比厚壁管大，因此易于达到塑性弯曲值。另外，在相同的轧制力作用下，比值越大，单位压力也越大。因此， D/S比值越大，管尾三角形效应也越显著。实践证明，当D/S比值超过11～12时，便会形成严重的管尾三角（参看图3）。三角形的管尾会引起轧卡、管壁层裂和环状层裂。严重时卡在辊缝间造成轧卡。三辊穿孔机由于轧件在中心部分不存在交变的拉应力和压应力，轧件中心不会产生疏松区，不利于提高穿孔速度、减少力能消耗和工具磨损。

综上所述，斜轧穿孔技术是利用了轧辊通过碾轧揉搓对轧件施加交变的拉压应力，使轧件中心出现组织结构疏松状态，顶杆顺势顶穿实心管坯完成穿孔工作。但如何既能合理利用这一成形原理，又能有效抑制孔腔和有效避免分层，提高毛管质量和成材率是多年来一直困扰该领域的主要技术难题之一。曾经也有不少通过控制送进角或轧辊转速来避免孔腔和分层发生的成功案例，但带来的问题是要么规圆不足，毛管内外表面出现严重的螺纹缺陷，要么轧速过低，不能适应热成形温区窄的材料对轧速的要求。实践证明，二辊斜轧穿孔机不能抑制孔腔和分层，三辊斜轧穿孔机能避免孔腔，但问题是轧件中心材料无疏松区容易造成顶头过快磨损，而且薄壁毛管容易产生管尾三角形甚至造成轧卡，外表面折叠也时有发生。

二辊、三辊斜轧穿孔机主要缺陷分析：

1、咬入困难——二辊斜轧穿孔机由于咬入角过大，咬入条件不好，当管坯接触到顶头时轧件与轧辊打滑，造成轧卡。三辊斜轧穿孔机由于轧件只承受三向压应力，中心组织不会出现疏松状态，当管坯接触到顶头时，过大的轴向压力也会使轧件与轧辊产生打滑，造成顶头磨损过快。

2、孔腔——二辊斜轧穿孔机由于是两个轧辊对轧件进行辗轧穿孔，交变拉压应力使轧件中心疏松，由于材料扭转变形过大，不能对产生的裂纹及时焊合，中心组织撕裂，形成孔腔。

3、内折——孔腔形成后，由于材料扭转变形过大，不能对产生的裂纹及时焊合，穿孔毛管孔内表面材料产生折叠。

4、内分层——是由二辊斜轧穿孔机穿孔时，穿孔毛管与顶头接触的内表面和与轧辊接触的外表面的材料密度不同而产生扭转变形量严重不一致，又不能对其剪切界面及时焊合，穿孔毛管产生内表面部分或全部与基体分离。

5、外折——是由三辊斜轧穿孔机穿孔时，穿孔毛管受周期性三个轧辊施加交变的弯曲应力作用，产生环状孔腔，又不能对其进行及时焊合，穿孔毛管孔外表面材料产生折叠。

6、外分层——是由三辊斜轧穿孔机穿孔时，穿孔毛管受周期性三个轧辊施加交变的弯曲应力作用，产生环状孔腔，穿孔毛管外表面与基体产生扭转变形量严重不一致，又不能对其剪切界面及时焊合，穿孔毛管产生外表面部分或全部与基体分离。

发明内容

本发明的目的是提供一种四辊斜轧穿孔机。

本发明四辊斜轧穿孔机，该四辊斜轧穿孔机布置有四个锥形轧辊，四个锥形轧辊沿轧件中心90°均匀分布；四个锥形轧辊中每两个锥形轧辊组成一对工作锥形轧辊；两对作锥形轧辊辊面之间距离比为1.06～1.09，四个锥形轧辊有各自单独的驱动动力装置；四个锥形轧辊的旋转方向相同。

锥形轧辊连接联轴器，联轴器连接齿轮箱，齿轮箱连接电机，锥形轧辊通过压下装置，连接机架。驱动动力装置由永磁同步力矩电机和锥齿轮箱组成。该四辊旋转穿孔机有主动旋转的顶头。

该四辊斜轧穿孔机布置有四个轧辊，四个轧辊沿轧件中心90°均匀分布，四个轧辊都有各自单独的驱动装置，动力装置由永磁同步力矩电机和锥齿轮箱组成，四个轧辊中每两个轧辊组成一对工作轧辊，两对工作轧辊的喉孔开口度（内侧间距尺寸）各不相同，由此形成一个近似封闭的椭圆孔型，所形成近似封闭椭圆孔型的椭圆系数（长宽比）在1.06～1.09之间，该四辊旋转穿孔机还布置有主动旋转的顶头，在两对工作轧辊与顶头对轧件形成的辗轧关系中，其中有一对工作轧辊和顶头对轧件进行的轧制相当于带芯轧制，另一对工作轧辊对轧件的轧制相当于空轧，而且轧件材料在与轧辊、顶头接触处的变形流动方向与轧辊、顶头的旋转方向相同，使轧制过程轧件材料组织内部所产生的交变应力得到合理有效控制，进而使得该四辊斜轧穿孔机既克服了以往二辊穿孔机穿孔毛管孔腔、内折、分层的缺陷，又克服了三辊穿孔机无孔腔顶头压力过大形成轧件外折、尾三角的缺陷，并且由于轧辊数量的增多所致轧速有较大幅度提高，在同样的轧辊辊径和前进角条件下，该四辊斜轧穿孔机的轧速是传统二辊和三辊穿孔机的2～3倍，有效解决了热加工温区窄和高温变形抗力大的难轧金属穿孔的技术难题。

该四辊斜轧穿孔机具有如下特点：

（1）该四辊斜轧穿孔机内部具有四个轧辊，其中两个轧辊相当于带芯轧制，另外两个轧辊相当于空轧。用压下装置调整两对轧辊的喉孔大小，将四个轧辊组合成一个近似封闭的椭圆孔型，椭圆系数（长宽比）在1.06～1.09之间。使轧件中心部位的组织具有垂直的拉压交变应力。由于每个轧辊都有辗轧角和送进角，使薄壁管、低塑性钢管和合金管等难穿品种的穿孔成为可能；

（2）该四辊斜轧穿孔机通过转鼓可根据轧件不同材质、不同规格、不同温度、不同轧速对送进角任意调整，通过变换不同的轧辊曲线可适应不同的轧件材料穿孔工艺的要求；

    （3）该四辊斜轧穿孔机将主驱动设备安装在机架上，结构紧凑，重量轻，减振性能好，缩短了机组长度，方便前后台设备的安排布置；

    （4）该四辊斜轧穿孔机用永磁同步力矩电机作为主驱动动力，实现了轧辊独立调速和恒定的转矩输出，每个轧辊独立控制，使设备更接近于复杂的理想轧制工况；

    （5）该四辊斜轧穿孔机为主动旋转顶杆，使轧件材料流动方向与工具运动方向相一致，既消除了孔腔和分层缺陷，又减少了工具与轧件的摩损；

（6）在同样的轧辊辊径和前进角条件下，该四辊斜轧穿孔机的轧速是传统二辊和三辊穿孔机的2～3倍，有效解决了热加工温区窄和高温变形抗力大的难轧金属穿孔的技术难题。

附图说明

图1 本发明四辊斜轧穿孔机锥形轧辊布局图。

图2 本发明四辊斜轧穿孔机锥形轧辊及顶头布局图。

图3 本发明四辊斜轧穿孔机立体示意图。

图4 本发明四辊斜轧穿孔机锥形轧辊连接结构示意图。

具体实施方式

下面给出的实施例拟对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，本领域技术人员根据本发明内容对本发明的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

四辊斜轧穿孔机，如图1，图2，图3，图4所示。该四辊斜轧穿孔机布置有四个锥形轧辊1，四个锥形轧辊1沿轧件2中心90°均匀分布；四个锥形轧辊1中每两个锥形轧辊组成一对工作锥形轧辊1；两对作锥形轧辊1辊面之间距离比为1.06～1.09，四个锥形轧辊1有各自单独的驱动动力装置；四个锥形轧辊1的旋转方向相同。该四辊旋转穿孔机有主动旋转的顶头3。锥形轧辊1连接联轴器8，联轴器8连接齿轮箱7，齿轮箱7连接电机5，锥形轧辊1通过压下装置4，连接机架6。

Claims (3)

1.一种四辊斜轧穿孔机，其特征在于该四辊斜轧穿孔机布置有四个锥形轧辊，四个锥形轧辊沿轧件中心90°均匀分布；四个锥形轧辊中每两个锥形轧辊组成一对工作锥形轧辊；两对作锥形轧辊辊面之间距离比为1.06～1.09，四个锥形轧辊有各自单独的驱动动力装置；四个锥形轧辊的旋转方向相同。

2.根据权利要求1所述四辊斜轧穿孔机，其特征在于锥形轧辊连接联轴器，联轴器连接齿轮箱，齿轮箱连接电机，锥形轧辊通过压下装置，连接机架。

3.根据权利要求1所述四辊斜轧穿孔机，其特征在于该四辊斜轧穿孔机有主动旋转的顶头。