CN215467044U - 一种用于无缝钢管冷轧机的芯棒尾部导向锥 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于无缝钢管冷轧机的芯棒尾部导向锥，包括导向锥本体、定距环以及柔性垫圈；所述定距环套设与所述导向锥本体上；所述柔性垫圈套设于所述导向锥本体上，该柔性垫圈由所述定距环与所述导向锥本体贴合夹持。本本实用新型的用于无缝钢管冷轧机的芯棒尾部导向锥，整体设计合理、结构紧凑，安全可靠、实用高效，从源头上减少了无缝钢管冷轧制管生产中管坯内壁擦伤的问题，促进了设备功能精度建设，满足高合金无缝钢管多品种、多规格冷轧生产的技术要求，促进了企业的核心竞争力。

Description

一种用于无缝钢管冷轧机的芯棒尾部导向锥

技术领域

本实用新型涉及冶金、机械行业用于无缝钢管的冷轧制管加工工序，更具体地说，涉及一种用于无缝钢管冷轧机的芯棒尾部导向锥，特别适用于成品直径25mm以上的无缝钢管冷轧变形制管加工中的管坯与芯棒防擦伤技术。

背景技术

无缝钢管是常见的冶金金属制品，由于冷轧变形加工具有轧制精度高、速度快、产能大、成材率高，易于生产组织与工艺技术调整等特点，目前已成为无缝钢管生产制管加工的主要方式。按照轧辊形制(数量)无缝钢管冷轧机分为两辊周期式和多辊周期式两大类，其中两辊周期式无缝钢管冷轧机因轧制变形区间长、稳定性好、轧制速度快、产能高等特点，成为应用最为广泛的无缝钢管冷轧设备。两辊周期式无缝钢管冷轧机的结构主要由轧制机构、进给回转机构、传动机构、芯棒卡盘机构、床身支承机构、授料落料机构和液压系统、工艺润滑系统、电气自动化控制系统、气动系统和辅助机构等组成。

两辊周期式无缝钢管冷轧机是通过安装在轧辊装置上的变形工具(孔型)与安装在芯棒端部的顶头所组成的封闭圆环(无数个直径不同有大至小的连续封闭圆环)，对管坯实施金属变形加工；因此环孔型与芯棒(顶头)所组成的变形工具的工况状态，直接影响到无缝钢管冷轧变形的生产质量与成本消耗；由于一台无缝钢管冷轧机需要轧制多种规格的管坯，形成与之相适应的成品管，均需要通过更换相应的环孔型与芯棒(顶头)实现，因此单台无缝钢管冷轧机一般都配套4种以上的轧制规格；如图1所示，芯棒4是一细长型芯部为圆形通孔的圆钢，前后两端加工螺纹孔，长度可有若干段圆钢依靠螺纹孔拼接而成(一般长度为17米，由4～5支芯棒圆钢拼接而成)，完成拼接的芯棒最前端螺纹孔安装顶头，尾部螺纹孔安装导向锥9(简称尾椎)；顶头是一圆锥形圆钢，表面经过淬火热处理，如图2中(a)、(b)所示，尾椎9是一芯部加工圆形通孔的圆锥体；

无缝钢管轧制时，管坯6在推料机构的作用下，管坯6内孔套装在芯棒4外圆周表面，水平运动到轧制机构中，此时芯棒4被进给回转机构中的芯棒卡盘装置所夹持，管坯6外径被芯棒卡盘装置所夹持，管坯6尾部被设置在中间床身内的送进卡盘的顶门导口顶撑，由送进卡盘的匀速水平运动，并顶送管坯6进入轧制机构，在环孔型与顶头的作用下实现金属变形加工，当一支管坯轧制接近尾声时，加料送入第二支管坯连续轧制(参见图10)。在无缝钢管轧制进程中，授料机构是将经检验合格的管坯6从授料机构的授料台架上输送到中间床身后进入轧制机构，目前业内广泛采用的两辊周期式无缝钢管冷轧机大多采用后端加料的结构，就是将授料机构的授料台架置于冷轧机的末端一侧，通过授料槽承载并输送管坯，并由推料小车带动推料管，将管坯6从授料槽穿越进给回转齿轮箱的芯棒卡盘装置的轴芯部通孔，直达中间床身中，最终在进给卡盘的作用下输送进入轧制机构实现常温状况下的变形加工。

表1无缝钢管冷轧制管加工时的管坯与成品管参数(单位mm)

其中无缝钢管冷轧制管用的芯棒是随管坯与成品管的不同规格参数制备，如表1中所示的部分无缝钢管冷轧制管加工时的管坯与成品管参数；后端授料加料技术的特点就是管坯的长度不受中间床身长度的制约，可最大限度的满足长度较长的无缝钢管轧制，但由于管坯6从冷轧机末端的授料台架→授料槽→进给回转齿轮箱的芯棒卡盘轴装置→中间床身等构件中连续的传输，管坯的内外表面易受到传输过程中的异常工况影响，导致外圆周表面和内壁的损伤(擦伤、划伤等)。随着近年来核电管、镍基合金油井管、航天航空管等高端高合金无缝钢管的产业化生产，对冷轧无缝钢管的内外表面质量十分严苛，因此在无缝钢管生产实践中，对内外表面质量，尤其是内壁质量的控制，是作为主要的技术要求之一。

在目前后端授料的两辊周期式无缝钢管冷轧制管生产加工中，造成内外表面质量，尤其是内壁划伤的主要因素就是在管坯从授料槽向进给回转齿轮箱的芯棒卡盘轴芯运行时，芯棒尾椎对管坯的内壁的划伤，究其原因主要是：

1)芯棒尾部稳定性不足：芯棒4为细长型金属圆棒，长度在15米以上，自重较大，故受到自重的影响，芯棒4会产生下沉，尤其是向末端的歪斜状态下沉，虽然可通过中间床身内的管坯6与芯棒支承装置5进行支承，但是不能实现芯棒4的轴心线与轧制中心线，以及管坯轴心线完全重合，加之芯棒4尾部的导向锥9是圆锥角，虽然可便于导向插入管坯芯部圆孔中，但也易留下了内壁划伤隐患，参见图3中(a)、(b)所示。

2)管坯轴心线偏离：根据轧制要求，待轧制无缝钢管的管坯6会有多种规格，因此在授料之前应根据实际规格进行授料台架垂直高度的调整，保证管坯6的轴心线与轧制中心线的重合度。但在生产实践中，因受管坯6规格、重量以及推料杆等诸多因素的影响，轧制中心线的重合度不高，参见图3中(a)、(b)所示，如此就给管坯进料(加料)时与芯棒尾部导向锥撞击碰擦创造了条件。

综上所述，无缝钢管管坯一旦出现内壁表面质量损伤，就需要增加修磨作业工序，耗工费时增加企业生产成本，影响重点合同的顺利完成。因此，对芯棒尾部导向锥几经改善，如改进导向锥角度，改进导向锥材质等，但均未能从根本上解决导向锥与管坯内壁的碰擦损伤问题。故针对目前芯棒尾部导向锥实施相应的技术仍需进一步改进，以满足高合金无缝钢管轧制的技术要求，减少冷轧制管生产中的质量损失，降低生产运营成本，提高企业的核心竞争力。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本实用新型的目的是提供一种用于无缝钢管冷轧机的芯棒尾部导向锥，是针对两辊周期式无缝钢管冷轧机的技术改进，本实用新型的用于无缝钢管冷轧机的芯棒尾部导向锥采用整体式结构，在导向锥本体上设置定距环，在定距环与导向锥本体之间设置柔性垫圈；通过设置的柔性垫圈，避免管坯内壁出现划伤，通过设置的定距环与导向锥本体可避免柔性垫圈的歪斜倒伏，实现对导向锥的对中修正功能；整体设计合理、结构紧凑，安全可靠、实用高效，从源头上减少了无缝钢管冷轧制管生产中管坯内壁擦伤的问题，促进了设备功能精度建设，满足高合金无缝钢管多品种、多规格冷轧生产的技术要求，促进了企业的核心竞争力。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种用于无缝钢管冷轧机的芯棒尾部导向锥，与冷轧机的芯棒连接，包括导向锥本体、定距环以及柔性垫圈；

所述定距环套设与所述导向锥本体上；

所述柔性垫圈套设于所述导向锥本体上，该柔性垫圈由所述定距环与所述导向锥本体贴合夹持。

优选地，所述导向锥本体的芯部设有通孔，该导向锥本体包括圆锥体部、与所述圆锥体部连接的等径圆柱体部以及与所述等径圆柱体部连接的小径圆柱体部；

所述通孔的轴心线与所述圆锥体部、等径圆柱体部以及小径圆柱体部的轴心线重合；

所述小径圆柱体部上设有螺纹段，该螺纹段远离所述等径圆柱体部设置。

优选地，所述圆锥体部的圆锥角为45°～50°。

优选地，所述等径圆柱体部的外径与所述圆锥体部的直径相同；

所述等径圆柱体的外径为：d₃＝D—L/2；

式中，d₃为等径圆柱体的外径，单位：mm；

D为无缝钢管管坯的内径，单位：mm；

L为无缝钢管管坯的壁厚，单位：mm。

优选地，所述等径圆柱体部的端面设置45°倒角。

优选地，所述螺纹段的长度为所述小径圆柱体部的总长度的1/2～4/7。

优选地，所述定距环的外径d₁为所述等径圆柱体部外径d₃加1mm，即d₁＝d₃+1。。

优选地，所述定距环的两端面设有45°倒角。

优选地，所述柔性垫圈的内径与螺纹段的外径相同，所述柔性垫圈的外径为无缝钢管管坯内径减去0.5mm，即柔性垫圈的外径d₂＝无缝钢管管坯内径D-0.5。

优选地，所述导向锥本体的材质为42CrMo；和/或

所述定距环的材质为铜质合金；和/或

所述柔性垫圈的材质为高分子聚合材料。

本实用新型所提供的一种用于无缝钢管冷轧机的芯棒尾部导向锥，具有以下几点有益效果：

1)采用整体式结构，由导向锥本体、定距环、柔性垫圈三部分组成，设计合理、结构紧凑，安全可靠、实用高效，从源头上减少了无缝钢管冷轧制管生产中管坯内壁擦伤的问题，促进了设备功能精度建设，满足高合金无缝钢管多品种、多规格冷轧生产的技术要求，促进了企业的核心竞争力；

2)导向锥本体承担连接芯棒的功能，定距环外径可根据不同管坯的内孔直径进行合理修正，起到对中补偿的功能，防止芯棒尾部圆锥角碰擦管坯内壁作用良好；

3)柔性垫圈由导向锥本体的轴肩与定距环贴合夹持，通过管坯外径适度柔性变形对芯棒尾部导向锥与管坯内孔对中时，起到修正与纠偏作用，防止内壁擦伤效果持续稳定；

4)定距环一方面与导向锥轴肩对柔性垫圈起到夹持作用，避免柔性垫圈的歪斜倒伏，另一方面因外径略大于导向轴直径，减少对管坯内壁的摩擦损伤，实现对芯棒尾部导向锥的对中修正功能；

5)计算模型设计合理，满足高合金无缝钢管多品种、多规格的轧制技术要求，安全可靠、实用高效，从源头上减少了无缝钢管冷轧制管生产中管坯内壁擦伤的问题，提高冷轧制管成材率，具有良好的经济效益和社会效益；

6)通用性强，对业内采用后端授料技术的两辊周期式冷轧机芯棒装置的技术改进，具有一定的借鉴与应用价值。

附图说明

图1是现有技术中，无缝钢管冷轧机用芯棒的结构示意图；

图2是现有技术中，芯棒尾部导向锥的结构示意图；

图3是现有技术中管坯歪斜进入芯棒卡盘轴的示意图；

图4是本实用新型的用于无缝钢管冷轧机的芯棒尾部导向锥的结构示意图；

图5是图4的M向示意图；

图6是本实用新型的用于无缝钢管冷轧机的芯棒尾部导向锥的截面示意图；

图7是本实用新型的导向锥本体的结构示意图；

图8是本实用新型的定距环的结构示意图；

图9是本实用新型的用于无缝钢管冷轧机的芯棒尾部导向锥的装配关系示意图；

图10是本实用新型的用于无缝钢管冷轧机的芯棒尾部导向锥的工作状态示意图。

具体实施方式

为了能更好地理解本实用新型的上述技术方案，下面结合附图和实施例进一步说明本实用新型的技术方案。

实施例

如图4、图5、图6所示，一种用于无缝钢管冷轧机的芯棒尾部导向锥10，主要针对两辊式无缝钢管冷轧机的技术改进，其安装在冷轧机的芯棒4的尾部，该用于无缝钢管冷轧机的芯棒尾部导向锥10采用整体式结构，由导向锥本体11、定距环12和柔性垫圈13三部分构成，定距环12、柔性垫圈13均套设在导向锥本体11上，其中柔性垫圈13由定距环12与导向锥本体11贴合夹持，避免柔性垫圈13出现歪斜倒伏等情况；

如图4、图7所示，导向锥本体11的材质采用42CrMo，是一个芯部加工有通孔115的同心异径圆柱和圆锥的复合体(参见图7中(c)所示)，具体的，该导向锥本体11包括圆锥体部111、与圆锥体部111连接的等径圆柱体部112以及与等径圆柱体部112连接的小径圆柱体部113；通孔115的轴心线与圆锥体部111、等径圆柱体部112以及小径圆柱体部113的轴心线重合；小径圆柱体部113上设有螺纹段114，该螺纹段114远离等径圆柱体部112设置。其中圆锥体部111的圆锥角β根据不同规格的无缝钢管管坯6的内径D和壁厚L而定，尤以45°～50°为宜；如图9中(b)所示，等径圆柱体部112的外径d₃与圆锥体部111的直径相同，且与无缝钢管管坯6的内径D和壁厚L相关，等径圆柱体部112的外径d₃为无缝钢管管坯6的内径D-无缝钢管管坯6的壁厚L的一半，即d₃＝D-L，等径圆柱体部112的外径、无缝钢管管坯6的内径、无缝钢管管坯6的壁厚的单位为mm；等径圆柱体部112的两端面加工45度倒角。小径圆柱体部113的螺纹段114为三角螺纹，其中螺纹段114的长度为小径圆柱体部113的总长度的1/2～4/7，主要用于连接并固定在芯棒4的尾部，小径圆柱体部113的外径与螺纹段114的外径需要根据不同规格的芯棒4采用相匹配的参数。

如图4、图8所示，定距环12的材质采用铜制合金，是一个同心异径的圆环(参见图8中(b)所示)，其外径d₁为等径圆柱体部112外径d₃加1mm，即d₁＝d₃+1(参见图9中(b)所示)；定距环12的两端面均加工45°倒角(参见图8中(a)所示)，定距环12的外径主要根据不同规格的芯棒4采用相匹配的外径参数。

如图4和图5所示，柔性垫圈13的材质采用高分子聚合材料，是一个同心异径的圆环，柔性垫圈13的内径与小径圆柱体部113的螺纹段114外径相同，柔性垫圈13的内径d₂为无缝钢管管坯6的内径D减去0.5mm，即d₂＝D-0.5，柔性垫圈13可根据不同规格的导向锥本体11相匹配(参见图9中(b)所示)。

上述的用于无缝钢管冷轧机的芯棒尾部导向锥10可以在无缝钢管冷轧机上使用，比如在上海某钢铁公司钢管厂的无缝钢管冷轧产线上的LG-220H和LG-150H、LG-110H、LG-60H两辊周期式无缝钢管冷轧机以及国外引进的SKW-75和KPW-50等高速冷轧机上使用，用于高合金奥氏体和双相不锈钢等高端无缝管冷轧制管生产加工。

如图9中(a)、(b)所示，该用于无缝钢管冷轧机的芯棒尾部导向锥10在使用时，需要先进行装配，将柔性垫圈13内孔与导向锥本体11的小径圆柱体部113的螺纹段114对齐后定向装配，并将柔性垫圈13的前侧端面与等径圆柱体部112的端面相贴合，之后将定距环12内孔与导向锥本体11的小径圆柱体部113的螺纹段114对齐后定向装配，并将定距环12前侧端面与柔性垫圈13后侧端面贴合，这样就完成了一种用于无缝钢管冷轧机的芯棒尾部导向锥10的部件装配组合，可上机使用投入无缝钢管的冷轧制管加工生产。其在现场使用时，可根据需要轧制的无缝钢管管坯6的参数与成品的技术要求，选定相匹配的芯棒，制备参数(定距环12外径d₁、柔性垫圈13外径d₂、导向锥外径d₃和圆锥角β)符合相应技术要求的各元件，通过导向锥本体11的螺纹段114连接并固定在芯棒尾部；在管坯6授料时，导向锥本体11的圆锥角起到导向作用，整个设计中，外径最大的是柔性垫圈13，通过柔性垫圈13外径的柔性变形在管坯6通过时起到支承与修正纠偏功能；定距环12外圆周表面在柔性垫圈13失效后起到二次支承作用，从而避免导向锥与管坯6内壁的摩擦损伤。

如图10所示，本实施例中的用于无缝钢管冷轧机的芯棒尾部导向锥10在工作时，管坯6在推料机构8退料杆7的作用下，经用于无缝钢管冷轧机的芯棒尾部导向锥10套装在芯棒4外圆周表面，并由推料机构8水平运动到轧制机构中，其中芯棒支承装置5用于支承芯棒4的尾端，此时芯棒4被进给回转机构2中的芯棒卡盘装置3所夹持，管坯6外径被芯棒卡盘装置3的入口卡盘装置所夹持，管坯6尾部被设置在中间床身内的送进卡盘的顶门导口顶撑，由送进卡盘的匀速水平运动，顶送管坯6进入轧制机构，在环孔型与顶头的作用下实现金属变形加工，当一支管坯轧制接近尾声时，加料送入第二支管坯连续轧制。在无缝钢管轧制进程中，授料机构8是将经检验合格的管坯6从授料机构8的授料台架上输送到中间床身1后进入轧制机构，最终实现无缝钢管管坯6在常温状况下的变形加工。

综上所述，本实用新型一种用于无缝钢管冷轧机的芯棒尾部导向锥，采用整体式结构，由导向锥本体、定距环、柔性垫圈三部分组成，设计合理、结构紧凑，安全可靠、实用高效，从源头上减少了无缝钢管冷轧制管生产中管坯内壁擦伤的问题，促进了设备功能精度建设，满足高合金无缝钢管多品种、多规格冷轧生产的技术要求，促进了企业的核心竞争力；其导向锥本体承担连接芯棒的功能，定距环外径可根据不同管坯的内孔直径进行合理修正，起到对中补偿的功能，防止芯棒尾部圆锥角碰擦管坯内壁作用良好；其柔性垫圈由导向锥本体的轴肩与定距环贴合夹持，通过管坯外径适度柔性变形对芯棒尾部导向锥与管坯内孔对中时，起到修正与纠偏作用，防止内壁擦伤效果持续稳定；其定距环一方面与导向锥轴肩对柔性垫圈起到夹持作用，避免柔性垫圈的歪斜倒伏，另一方面因外径略大于导向轴直径，减少对管坯内壁的摩擦损伤，实现对芯棒尾部导向锥的对中修正功能；用于无缝钢管冷轧机的芯棒尾部导向锥的计算模型设计合理，满足高合金无缝钢管多品种、多规格的轧制技术要求，安全可靠、实用高效，从源头上减少了无缝钢管冷轧制管生产中管坯内壁擦伤的问题，提高冷轧制管成材率，具有良好的经济效益和社会效益；用于无缝钢管冷轧机的芯棒尾部导向锥通用性强，对业内采用后端授料技术的两辊周期式冷轧机芯棒装置的技术改进，具有一定的借鉴与应用价值。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围内。

Claims (10)

1.一种用于无缝钢管冷轧机的芯棒尾部导向锥，与冷轧机的芯棒连接，其特征在于，包括导向锥本体、定距环以及柔性垫圈；

所述定距环套设与所述导向锥本体上；

所述柔性垫圈套设于所述导向锥本体上，该柔性垫圈由所述定距环与所述导向锥本体贴合夹持。

2.根据权利要求1所述的用于无缝钢管冷轧机的芯棒尾部导向锥，其特征在于，所述导向锥本体的芯部设有通孔，该导向锥本体包括圆锥体部、与所述圆锥体部连接的等径圆柱体部以及与所述等径圆柱体部连接的小径圆柱体部；

所述通孔的轴心线与所述圆锥体部、等径圆柱体部以及小径圆柱体部的轴心线重合；

所述小径圆柱体部上设有螺纹段，该螺纹段远离所述等径圆柱体部设置。

3.根据权利要求2所述的用于无缝钢管冷轧机的芯棒尾部导向锥，其特征在于，所述圆锥体部的圆锥角为45°～50°。

4.根据权利要求2所述的用于无缝钢管冷轧机的芯棒尾部导向锥，其特征在于，所述等径圆柱体部的外径与所述圆锥体部的直径相同；

所述等径圆柱体的外径为：d₃＝D—L/2；

式中，d₃为等径圆柱体的外径，单位：mm；

D为无缝钢管管坯的内径，单位：mm；

L为无缝钢管管坯的壁厚，单位：mm。

5.根据权利要求2所述的用于无缝钢管冷轧机的芯棒尾部导向锥，其特征在于，所述等径圆柱体部的端面设置45°倒角。

6.根据权利要求2所述的用于无缝钢管冷轧机的芯棒尾部导向锥，其特征在于，所述螺纹段的长度为所述小径圆柱体部的总长度的1/2～4/7。

7.根据权利要求2所述的用于无缝钢管冷轧机的芯棒尾部导向锥，其特征在于，所述定距环的外径d₁为所述等径圆柱体部外径d₃加1mm，即d₁＝d₃+1。

8.根据权利要求7所述的用于无缝钢管冷轧机的芯棒尾部导向锥，其特征在于，所述定距环的两端面设有45°倒角。

9.根据权利要求2所述的用于无缝钢管冷轧机的芯棒尾部导向锥，其特征在于，所述柔性垫圈的内径与螺纹段的外径相同，所述柔性垫圈的外径为无缝钢管管坯内径减去0.5mm，即柔性垫圈的外径d₂＝无缝钢管管坯内径D-0.5。

10.根据权利要求1～9任一项所述的用于无缝钢管冷轧机的芯棒尾部导向锥，其特征在于，

所述导向锥本体的材质为42CrMo；和/或

所述定距环的材质为铜质合金；和/或

所述柔性垫圈的材质为高分子聚合材料。

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