CN85105250A - 纵-旋轧制方法及轧管(棒)机 - Google Patents

Abstract

本发明是一种纵-旋轧制方法及轧管(棒)机，属于金属管(棒)的轧制方法和轧制机械。所说轧制方法是将纵轧、斜轧两种不同的工艺组合在一起的新方案，它通过纵-旋轧管(棒)机实现。轧机主要由纵轧、旋轧、推进机构和直流电机组成。采用上述方法和设备适合于钢或其它金属管(棒)材的轧制，具有结构简单、制造容易、生产效率高、可实现连续化生产、轧件尺寸精确、表面质量好的优点，对中小型自动轧管机组的改造更具有投资少、经济效益显著的特点。

Description

本发明属于金属管（棒）的轧制方法和轧制机械范畴。

目前常用的轧管（棒）的方法有纵轧和斜轧之分，纵轧，是将被轧物体通过两个反方向转动的轧辊得到加工的轧制方法，轧件前进方向与轧辊轴线垂直，用自动轧管机、连续轧管机生产无缝钢管便是纵轧的典型例子，自动轧管机组、连续轧管机组轧件的前进速度快（相应道次进、出口速度2.5～5米/秒），生产效率较一般斜轧机高，但是，轧出的钢管外径和壁厚偏差较大。斜轧，是被轧物体在两个或三个旋转方向相同的轧辊间得到加工的轧制方法，轧辊轴线与轧制轴线呈异面直线关系，三辊行星斜轧机是西德Schloemann-Siemag公司研制的一种大压下量的最新轧制设备，可以轧棒材和空心管坯。它的优点是：压下量大（最大延伸率可达16、钢管长度达100米），轧件外径和壁厚偏差小（壁厚公差±5%）。但是，钢管前进速度较慢（进、出口速度0.8～2米/秒）。

本发明的目的是将纵轧、斜轧两种不同的轧制方法组合在一起，发挥纵轧轧件前进速度快，斜轧（特别是三辊行星斜轧）轧件精度高，延伸率大的优点，制造一种高效率、大压下量的新型轧管（棒）设备，生产高精度的无缝钢管及其它金属棒材。这种将纵轧和斜轧工艺组合在一起的方案，称为纵-旋轧制方法。

本发明首先简化现有三辊行星斜轧机，以便同纵轧机组合。因为三辊斜轧机轧件是在一个连续的变形区内均匀碾轧，可以获得内外表面质量好、尺寸精度高的钢管，但是，轧件的入、出口速度均没有像纵轧那样高，因此，问题的焦点是如何提高三辊斜轧机轧件的轴向分速度，来和纵轧轧件的出口速度相匹配。简化后的方案省去了复杂的传动机构，使转动惯量大大减小，从而可得到极高的公转速度和自转速度。由于轴向分速度与公转速度成正比，轧件即可获得较大的轴向分速度，满足旋轧的咬入速度应等于或大于纵轧的出口速度的条件。新的斜轧方法称为旋轧。

纵-旋轧制的速度匹配问题解决后，轧制可以实现，但是在纵-旋轧两个变形区之间，轧件有一段受扭区，处理不当，会破坏轧制的进行。

本发明在轧机结构上采取了紧凑的布局，纵轧和旋轧之间限定变形总长度稍大于纵轧轧辊的直径，而且在纵轧机构、旋轧机构之间增加了一个导架，在导架上安装与纵轧孔型相同的导向套，特别是旋轧锥形轧辊的布置方式和一般三辊轧机相反，是使金属从轧辊的小头开始咬入，从大头均整段轧出。这些措施将最大限度地减小了轧件的受扭区，提高了轧件的抗扭刚度。这样，一方面使得轧件在纵、旋轧制过程中不会产生因失稳现向而引起的扭转变形另一方面在轧件离开纵轧变形后，又由导向套承受轧件的扭转力矩，使失控段尽量减小，从而降低了管材的切尾损失。

纵-旋轧制方法是通过纵-旋轧机实现的。纵-旋轧机的构造如附图1所示，它由纵轧机构、导向套、行星辊系、公转本体、中间轴、移动轴、主机架、主传动系统、端盖、推进空心轴、移动机架、蜗轮、蜗杆、传动丝杆、轴承、机座、直流电机组成。

所述的纵轧机构，相当于已有技术中的单机座自动轧管机〔1〕纵轧机构和旋轧行星辊系紧密串接。

所述的行星辊系，是由三个在垂直于轧制方向的平面内、互成120°角的自由锥辊系统组成，每个自由锥辊系统包括锥形轧辊、旋转轴套、轧辊座、埋头螺丝、底座、轴承、拉杆、顶杆螺钉、螺母、拱架等另件，详见附图2。锥形轧辊〔2〕由工作部分和连接部分组成，工作部分的锥形辊面从小头至大头分为咬入段〔Ⅰ〕、碾轧段〔Ⅱ〕、均整段〔Ⅲ〕三个区域。均整段可以做成和碾轧段之间有相对转动的形式。连接部分的园轴沿轴线有三条滑槽，互成120°角，在端部有一段调节轧辊伸出量用的螺纹，见附图1、3。旋转轴套〔4〕的一端与轧辊轴的螺纹配合，另一端在垂直于轴线方向钻有相间120°角的三个螺孔。轧辊座〔5〕和旋转轴套间装有滚动轴承〔6〕，有同旋转轴套配钻的三个通孔（稍大于轴套的螺孔）。当轧制时，用三个埋头螺丝〔3〕分别穿过轧辊座上的三个通孔，埋入旋转轴套螺孔内，并压紧在轧辊轴的滑槽之中，锥形轧辊和旋转轴套可一起转动。当需要调节压下量时，将轧辊座上的通孔对准旋转轴套螺孔，用丝锥刀把螺钉拧出一半进入轧辊座的通孔中，起到阻止轴套转动的作用，这时螺丝与轧辊轴脱离，轧辊可以转动靠连接段螺纹出入来调节压下量（见附图1的F-F剖面）。调节压下量操作是用一根标准芯轴，插入轧辊锥形区内，转动辊轴，使芯轴和锥辊的均整段接触后，将螺丝再拧回轧辊轴的滑槽中（即埋入旋转轴套内），由于螺丝在滑槽中沿轧辊轴向位置有了变化，所以压下量得到调节。

拉杆、顶杆螺钉、螺母、底座、拱架等另件的构成，可以实现轧辊轴线与轧制轴线之间的交叉角的调节，可变的交叉角能使一种辊形设计满足更大尺寸范围轧件的要求，使辊形的均整段能和轧件表面很好吻合，轧出表面光洁的成品，所述的底座〔12〕和轧辊座用螺钉联接，底座尾部呈凸半园柱面形状，并与拱架〔9〕的凹园柱面吻合，底座的中央有螺孔，拉杆〔10〕穿过拱架中心孔和底座螺纹配合，并用螺母〔11〕固紧，顶杆螺钉〔7〕穿过位于底座轮缘的螺孔和拱架接触，并用螺母〔8〕拧紧防止松动，交叉角的调节操作如下：松开拉杆螺母，旋转顶杆螺钉，使底座与拱架脱离，这时拉杆可带动整个自由锥辊系统绕底座尾部的半园柱面中心，在拱架内摆动。当轧辊均整段表面和调试用的标准芯轴表面吻合时，旋转顶杆螺钉，将顶杆复位，再拧紧螺母以防松动。然后紧固拉杆螺母，调节完毕。

轧辊摆角调节机构是由中间轴、销钉、移动轴、球键、公转本体、轴承、推进空心轴、移动机架、蜗轮、蜗杆传动机构等组成。中间轴〔15〕用销钉〔34〕固定在自由辊系的拱架上，三个中间轴在公转本体〔14〕的横截面内呈120°角均布，位于公转本体和移动轴〔17〕之间，移动轴靠中间轴和公转本体联接在一起作公转运动，中间轴上固定有球键〔16〕，移动轴上有螺旋槽，当移动轴前后运动时，球键沿螺旋槽移动，带着中间轴和行星辊系一起摆动，实现了摆角的调节（见附图1的D-D剖面、E-E剖面）。

移动轴和推进空心轴〔19〕用螺纹联接，推进空心轴用轴承〔21〕装在移动机架〔20〕上，蜗轮〔26〕，蜗杆〔25〕减速机壳体与机座〔28〕做成一体，移动机架可在该机座的导轨上移动。调节摆角前，应将推进空心轴和移动轴固接，通过马达带动蜗杆、蜗轮、传动丝杆〔27〕来移动机架，使推进空心轴推拉移动轴前后运动，因为蜗轮蜗杆传动和丝杆传动的传动比很大，转动平稳，并可以自锁，所以移动的位置精度高，同时可以快速开启，便于事故处理。

所述的导出管〔29〕是按装在转动本体的中央，两端用滚针轴承〔33〕与调心轴承〔18〕支承，因此它可以不随公转本体转。当轧制时，轧件沿导出管前进，可以避免轧件和高速旋转的本体接触，防止管材表面划伤。

所述的导向套〔36〕用螺钉〔37〕紧固在导架〔35〕上，导向套的孔型和纵轧辊的孔型尺寸一致，均设计成八角形或六角形（见附图1的B-B剖面），使轧件在周向受到约束。

所述的限动芯棒〔39〕，是轧管时使用的重要工具，它装卡在限动横梁〔41〕上，限动横梁可以在前台架〔40〕上运动，前台架又固定在纵轧机架上，采用限动芯棒可以用短芯棒轧制出较长的钢管，限动芯棒的工作段根据轧制特点，在全长内分为不同截面的三段，大园柱段〔Ⅰ〕有千分之五的锥度，园锥段〔Ⅱ〕的锥度根据成品管径和壁厚来确定，小园柱段〔Ⅲ〕直径可根据轧件的内孔和壁厚尺寸来决定，见附图4，芯棒工作段的总长度〔Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ〕等于纵轧到旋轧变形区的长度，稍大于纵轧轧辊的直径尺寸。它与芯棒接杆〔Ⅳ〕用螺纹联接，便于更换。

公转本体用两个大型向心推力轴承〔13〕安装在主机架〔32〕上。

所述的主传动系统，可以做成一对齿轮啮合机构，从动齿轮〔31〕安装在公转本体上。

纵-旋轧机的轧制过程：轧件被送进纵轧轧辊孔型后，先被延伸，然后通过导向套进入旋轧机构的三个自由（空转）锥辊所形成的变形区，公转本体将园周力传给行星辊系，当自由锥辊与轧件接触后，产生自转，由于轧件受到纵轧轧辊孔型周向的约束，在和轧辊之间产生了足以使轧件压缩变形的旋轧力而被轧制。纵-旋轧制后的轧件，沿不转动的导出管直线前进，轧件头部离开导出管之后，继续前进，进入二辊牵引定径机构，当轧件离开纵轧变形之后，牵引定径机和导向套共同作用，将轧件尾部轧完，此时旋轧辊系迅速张开，放过轧件的尾三角，尾三角根据工艺不同，可用一般热锯或者飞锯切除，整个轧件进入后步工序。

纵-旋轧机比现有三辊行星轧机结构简单、制造容易、轧件前进速度快、生产效率高、轧件的尺寸精确、表面质量好。与一般纵轧、斜轧机相比，不但轧制速度快，而且压下量大，能使整个轧制工艺流程实现一火成型，连续化生产，即不需要在穿孔与轧管工序之间再次加热，从而可节省能源，提高效率。同时旋轧辊可以进行交叉角的调节，使得辊形尺寸适应范围广。另外，因旋轧能力高，可以适应较大温度范围的轧制。当低温轧制合金钢时，既可以获得表面光洁的轧件，又可以细化晶粒，提高钢材的强度与韧性，有效地进行控制轧制。

由于纵-旋轧管机是以普遍应用的纵轧管机和简单的三辊行星旋轧机的组合，适合于各类纵轧机组的改造，特别适于小型自动轧管机组的改造。投资少、见效快。

一个对φ76自动轧管机组改造的实施方案：

现有φ76自动轧管机（我国有35套），是将直径为75毫米的钢坯先经过二辊斜轧穿孔机穿孔，由自动轧管机轧制成φ72×4的毛管，然后再经过六道冷拔工序才能得到φ25×3的成品钢管。金属总收得率仅为50～70%。采用纵-旋轧管方案，可在原有自动轧管机之后，紧密串接一台旋轧机构。主要设计参数：纵轧与旋轧变形区长度为400毫米，旋轧自由辊大端直径为150毫米，主电机功率35瓩。这样，只要一道旋轧就可以得到φ25×3的钢管，旋轧延伸系数为4.12，旋轧切尾损耗小于3%，金属总收得率可提高到90%以上，其钢管壁厚公差可达±5%，省去了冷拔工序。

附图说明：

图1    纵-旋轧管（棒）机

1-纵轧轧辊    2-锥形轧辊

3-埋头螺丝    4-旋转轴套

5-轧辊座    6-滚动轴承

7-顶杆螺钉    8-螺母

9-拱架    10-拉杆

11-拉杆螺母    12-底座

13-向心推力轴承    14-公转本体

15-中间轴    16-球键

17-移动轴    18-调心轴承

19-推进空心轴    20-移动机架

21-轴承    22-机盖

23-飞锯    24-牵引定径机

25-蜗杆    26-蜗轮

27-传动丝杆    28-机座

29-导出管    30-端盖

31-齿轮    32-主机架

33-滚针轴承    34-销钉

35-导架    36-导向套

37-螺钉    38-毛管

39-限动芯棒    40-前台架

41-限动横梁

图2    旋轧部分

图3    锥形轧辊

Ⅰ-咬入段

Ⅱ-碾轧段

Ⅲ-均整段

图4    限动芯棒

Ⅰ-大园柱段    Ⅱ-园锥段

Ⅲ-小园柱段    Ⅳ-接杆

Claims (15)

1、一种包括前台架、限动横梁、限动芯棒、纵轧机构、行星辊系、公转本体、主机架、主传动系统、直流电机、定径机构、飞锯的轧制金属管(棒)的方法及设备，其特征在于所述的轧制方法是将纵轧、斜轧两种不同的工艺组合在一起的纵-旋轧制方法和实现本方法的纵-旋轧管(棒)机，即将轧件先在纵轧机构的孔型内得到延伸，然后再通过导向套进入旋轧机构的三个自由(空转)锥辊所形成的变形区，由公转本体将园周力传给行星辊系，辊系的自由锥辊和轧件接触后产生自转，因轧件受到纵轧孔型周向力的约束，在与轧辊之间产生足以使轧件压缩变形的旋轧力而被轧制，经过纵-旋轧制后的轧件，沿不转动的导出管直线前进，轧件头部离开导出管之后，继续向前，进入二辊牵引定径机构，当轧件离开纵轧变形区后，牵引定径机构和导向套共同作用，将轧件尾部轧完，此时旋轧辊系迅速张开，放过轧件的尾三角，用一般热锯或飞锯切除尾部废料，轧件进入后步工序。

2、按照权利要求1所述的纵-旋轧管（棒）机，其特征在于所述的轧管（棒）机纵轧机构和旋轧行星辊系紧密串接，变形区之间有固定在旋轧机架上的导向套，行星辊系用销钉联接在中间轴上，行星辊系有轧辊压下量调节和轧辊轴线与轧件轴线交叉角的调节机构，三个中间轴在公转本体的横截面内呈120°角均布，位于公转本体和移动轴之间，移动轴靠中间轴与公转本体联接在一起转动，移动轴和推进空心轴用螺纹联接，推进空心轴用轴承安装在移动机架上，蜗轮、蜗杆减速机壳体与机座做成一体，移动机架可在该机座的导轨上移动，公转本体用两个大型轴承安装在主机架上，从动齿轮安装在公转本体上。

3、按照权利要求2所述的行星辊系，其特征在于所述的行星辊系是由三个在垂直于轧制方向的平面内、互成120°角的自由锥辊系统组成，每个自由锥辊系统包括：锥形轧辊、旋转轴套、轧辊座、埋头螺丝、底座、轴承、拉杆、顶杆螺钉、螺母、拱架。

4、按照权利要求3所述的锥形轧辊，其特征在于所述的锥形轧辊是由工作部分和连接部分组成，工作部分从小头至大头分为咬入段、碾轧段、均整段三个区域，均整段可做成和碾轧段有相对转动的形式。

5、按照权利要求3、4所述的锥形轧辊，其特征在于所述的锥形轧辊其连接部分沿轴线有三条滑槽，互成120°角，在端部有一段用来调节轧辊伸出量的螺纹。

6、按照权利要求3所述的旋转轴套，其特征在于所述的旋转轴套一端和轧辊轴的螺纹相配合，另一端在垂直于轴线方向上钻有为装埋头螺丝的相间120°角的三个螺孔。

7、按照权利要求3所述的轧辊座，其特征在于所述的轧辊座和旋转轴套间装有滚动轴承，一端在同旋转轴套一样的位置上有三个孔。

8、按照权利要求3所述的埋头螺丝，其特征在于所述的埋头螺丝有三个，分别穿过轧辊座上的通孔，可埋入旋转轴套的螺孔内压紧在轧辊轴的滑槽中。

9、按照权利要求3所述的拉杆、顶杆螺钉、螺母、底座、拱架，其特征在于所述的底座与轧辊座用螺钉联接，底座尾部呈凸半园柱面形状，并与拱架的半园柱面吻合，底座的中央有螺孔，拉杆穿过拱架中心孔同底座螺纹配合，并用拉杆螺母固紧，顶杆螺钉穿过位于底座轮缘的螺孔与拱架接触，并用螺母拧紧。

10、按照权利要求2所述的中间轴、移动轴，其特征在于所述的中间轴上装有球键，移动轴上有螺旋槽，移动轴的前后运动可以使球键沿螺旋槽滑移，拨动中间轴与行星辊系一起摆动。

11、按照权利要求2所述的导出管，其特征在于所述的导出管为了不随转动本体旋转，两端用滚针轴承和调心轴承联接。

12、按照权利要求2所述的导向套，其特征在于所述的导向套用螺钉紧固在导架上，为了约束轧件的旋转，导向套的孔型和纵轧辊的孔型尺寸一致，均设计成八角形或六角形。

13、按照权利要求1所述的限动芯棒，其特征在于所述的限动芯棒当轧制管坯时，可装卡在限动横梁上，横梁可在前台架上运动，前台架又与纵轧机架联接。

14、按照权利要求1、13所述的限动芯棒，其特征在于所述的限动芯棒在全长内分为不同截面的三段，即大园柱段有千分之五的锥度园锥段的锥度根据成品管径和壁厚来确定，小园柱段根据轧件的内孔直径与壁厚尺寸来决定。

15、按照权利要求1、13、14所述的限动芯棒，其特征在于限动芯棒的工作段长度稍大于纵轧轧辊的直径尺寸，工作段尾部有螺纹与芯棒接杆联接。

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