CN85106452A - 三辊负特征角斜轧轧管机与穿孔机 - Google Patents

Abstract

三辊负特征角斜轧轧管机与穿孔机是生产中小 型无缝钢管的轧制设备。发明这种轧管机与穿孔机 是依据“负特征角斜轧理论”。关键是改变了“传统” 的曼氏斜轧机型的工艺状态，建成具有负特征角斜 轧特点的机型。这种轧管机与穿孔机的主机机型都 是相同的三辊斜轧机，轧管的轧辊与穿孔的轧辊不 同，调整的工艺参数也不同。可以以本发明的轧管机 与穿孔机为主体建立新的轧管机组，以这种方法开 拓和发展中小型无缝钢管工业。

Description

本发明涉及一组斜轧轧机，是生产无缝钢管管材的轧制设备。

轧制无缝钢管的穿孔机和轧管机已有一百多年的发展历史，早在1885年，德国的曼内斯曼（Mannesmann）兄弟就发明了斜轧穿孔机，又于1891年发明了皮尔格轧管机，1906年斯特菲尔（Stiefel）发明了自动轧管机，1936年美国人阿塞尔（Walter·J·Assel）发明了阿塞尔轧管机。近些年，意大利发明了压力穿孔机，德国施洛曼一西马克公司发明了三辊行星斜轧轧管机。利用这些无缝钢管轧机又形成了“自动轧管机组”、“皮尔格轧管机组”、“阿塞尔轧管机组”、“连轧管机组”和“三辊行星斜轧轧管机组”等等的组合型式。尽管无缝钢管的轧制设备不断地更新和发展，但由于轧制理论和由此产生的轧制工艺具有很大的局限性，于是导制了轧制设备的越来越复杂和庞大，轧制效率低，轧制出的产品表面质量不高等问题。

本发明的目的在于从负特征角斜轧理论入手，优化斜轧机型的工艺状态，提出具有负特征角斜轧特点的新机型。

负特征角斜轧理论是本发明的基础，是确定斜轧工艺参数的根据，下面简述之。

斜轧轧辊辊面是一个回绕轧辊轴线的空间回转曲面，通常由一个圆锥面或几个圆锥面联合组成，也可以是一个特殊的回转曲面。对于一个确定的斜轧轧辊辊面，就必定有一个唯一确定的回绕轧制轴线的空间回转曲面与之接触，一般称这一空间回转曲面为斜轧空间曲面，它们之间的接触线是一条空间曲线，被称为接触线。斜轧轧辊辊面与斜轧空间曲面是一对共轭回转面，斜轧空间曲面可视为斜轧轧辊辊面回绕轧制轴线回转的结果，而斜轧轧辊辊面亦可视为斜轧空间曲面回绕轧辊轴线回转的结果。斜轧轧辊辊面可以视为接触线回绕轧辊轴线回转的结果，斜轧空间曲面也可以视为这一接触线回绕轧制轴线回转的结果。任何斜轧轧机，其斜轧过程都是通过上述斜轧空间来实现的，轧件要在该斜轧空间曲面的某一位置与轧辊接触，在该斜轧空间曲面的某一区段上完成它的主要工艺变形，又在该斜轧空间曲面的某一位置轧出。斜轧过程中的各工艺参数都无不与该斜轧空间曲面、斜轧轧辊辊面以及它们之间的接触线的相应参数密切相关。因此对于斜轧空间的分析研究有助于深入认识斜轧过程的内在规律，有助于探索更有利的斜轧方式。

从图1上可知，空间交叉角β和公垂线长A，确定了斜轧轧制轴与轧辊轴之间的空间几何关系，加上斜轧轧辊辊面，就唯一确定了相应的斜轧空间曲面及其与斜轧轧辊辊面的接触线。例如对于由α和R所确定的轧辊圆锥辊面，它的斜轧空间曲面及其与轧辊辊面的接触线就由β、A、α、R所唯一确定。在研究斜轧空间曲面和接触线时，需要引入一个参变量ω，ω的几何意义为斜轧空间曲面和斜轧轧辊辊面的接触点同轧辊轴所确定的平面与过轧辊轴的正垂面之间的夹角，它是与各个接触点相对应的几何参数，反映了斜轧变形空间不同位置的特征，这个角被定义为斜轧特征角。应用ω为参变量，可以对斜轧空间有个统一的描述。通过ω不仅可以描述斜轧空间曲面上各点的有关几何参数，还可以描述斜轧过程中的运动学、动力学中诸工艺参数，描述它们在正个斜轧空间曲面上的变化规律。从普遍的意义上说，为完成斜轧过程各项工艺目的，就要选择在合适的斜轧空间曲面上的合适区段作为其对应的各斜轧工艺段，使之获得较好的斜轧工艺特征。

本发明设想的斜轧空间曲面应该是准对称形或对称形斜轧空间曲面，轧件应该在缩口锥部实现斜轧延伸变形，在喉径点或喉径带得到定径和均正，在扩口锥部得到进一步的均正或完成特殊的斜轧扩径变形。形成这种设想的斜轧空间曲面的斜轧轧辊辊面可以是单圆锥面、多圆锥面或特殊的空间回转面。一般的如图1所示的斜轧轧机，是以轧辊轴和轧制轴的公垂线在轧辊轴上的垂足作为轧辊中心进行轧辊辊形设计的，通常设计为鼓形轧辊，它的斜轧空间曲面为对称的斜轧空间曲面。这种对称形斜轧空间曲面是可以从左右两个方向轧制，它在咬入变形区内各接触点的斜轧特征角全部只可能为正值。由斜轧受力分析知，在各接触点轧辊给轧件的正压力的分量在轧制轴线上的投影全部构成轧制阻力，轧辊给轧件的摩擦力的分量在轧制轴线上的投影亦有一部分构成轧制阻力，只有另一部分构成轧制咬入力。显然，这不是斜轧过程的最佳状态，斜轧工艺参数被限制在一个很小的范围内，如通常斜轧穿孔机实际应用的斜轧角β＝6°～10°，轧辊辊面锥角α＝2°～2.5°，大大限制了斜轧工艺性能的发挥。本发明的轧机选择在更为适合的斜轧空间曲面上来进行斜轧，在正个咬入变形区内各接触点的斜轧特征角均为负值。在这种斜轧工艺状态下，轧辊给轧件的正压力的分量在轧制轴线上的投影仅一部份构成轧制阻力，另一部分变成咬入力，轧辊给轧件的摩擦力的分量在轧制轴线上的投影全部构成了轧制咬入力。显然这样的斜轧工艺条件要有利的多。这就是发明负特征角斜轧机的依据。

本发明的三辊负特征角斜轧轧管机是一种轧制中小型无缝钢管的轧管设备，是用长芯棒轧制钢管，如图2所示。它由主电机1、变速机2、主机3三部分组成。该轧管机的前后台的设备与通常的阿塞尔三辊斜轧轧管机相同。图3是主机的结构图，它有三个斜鼓4，在三个斜鼓上各有一个轧辊5，它们由两段圆锥面组成，α₁＝25°～35°，α₂＝35°～45°，轧辊轴6和外套轴7之间有花键轴8，轧辊轴内有平衡弹簧9和调正压下螺丝10，在外套轴上有传动锥齿轮11，在三个斜鼓上相应有三个蜗杆传动机构12，如图2的3所示，斜鼓转动使其前进角β₀在正20°到0°再到负20°范围内变动，调正轧制工艺参数，以改变轧制的运动条件和受力条件。主机由机架13和圆盘14固定，有水冷管15来冷却，锥齿轮轴16、联合齿轮轴17和三个圆柱齿轮18带动三个锥齿轮轴19转动，进而带动外套轴上的锥齿轮11转动。20是导管，21是被轧制的管材，22是长芯棒。三个轧辊的斜轧角β均为45°。

改变三辊负特征角斜轧轧管机的工艺参数和轧辊的辊型，就可以变成穿孔机。该穿孔机的前后台的设备与通常的曼氏斜轧穿孔机相同。图4是三辊负特征角斜轧穿孔机，23是穿孔轧辊，它们由三段圆锥面组成，α₁＝25°～35°，α₂＝35°～45°，α₃＝45°～50°，不同的穿孔轧辊有不同的斜轧穿孔工艺参数。24、25是穿孔顶头和顶杆，圆钢坯27经穿孔后成为管坯26。三个穿孔轧辊的斜轧角β均为45°。

本发明由于来用了负特征角轧制理论及负特征角的轧制工艺参数，致使其具有如下优点：

新的斜轧机型设备简单，轧制工具也简单，斜轧工艺参数调正方便、快速。由于来用了大斜轧角度，生产效率比较高。轧制出的产品，内外表面的质量很好，还可以轧制管壁较薄的管材。

本发明来用的附图如下：

图1：通常的曼氏斜轧轧机的轧辊工艺配置简图。

图2：三辊负特征角斜轧轧管机。

图3：三辊负特征角斜轧轧管机的主机结构。

图4：三辊负特征角斜轧穿孔机。

下面给出三辊负特征角斜轧轧机的特征参数，做为实施本发明的具体方案。

三辊负特征角斜轧轧管机和穿孔机是具有负特征角斜轧特点的机型，改变了“传统”的曼氏斜轧机型的工艺状态。可以以本轧管机和穿孔机为主体建立一种新的轧管机组，用这种方法开拓和发展中小型无缝钢管工业。

这种穿孔机和轧管机的机型是一样的，三个轧辊的斜轧角β均为45°。三个斜鼓4分别借助于蜗杆机构12旋转，图2的3所示看到斜鼓转动使前进角β₀能在正20°到0°再到负20°范围内变化，以调正轧制的工艺参数，从而可以改变轧制的运动条件和受力条件。穿孔机和轧管机的工艺参数和轧辊辊型不同，穿孔机的轧辊23由三段圆锥面组成，参数为α₁＝25°～35°，α₂＝35°～45°，α₃＝45°～50°。轧管机的轧辊5由二段圆锥面组成，参数有α₁＝25°～35°，α₂＝35°～45°。

Claims (8)

1、一种三辊斜轧穿孔机，由主电机、变速机和主机组成，其特征在于三个轧辊23的斜轧角β均为45°，轧辊通过传动机构16、17、18、19、11绕自身轴线转动，其三个斜鼓4分别借助于蜗杆机构12转动，使其前进角β₀能调正斜轧的工艺参数，轧辊的辊面由三段圆锥面组成。

2、如权利要求1所述的穿孔机，其穿孔机上的斜鼓4借助于蜗杆机构12转动，其前进角β₀可以在正20°到负20°范围内变化，以调正轧制的工艺参数。

3、如权利要求1所述的穿孔机，其轧辊有可调正压下量的螺丝10，并有平衡弹簧9维持平衡。

4、如权利要求1所述的穿孔机，其轧辊辊面的轮廓曲线由负特征角斜轧理论导出，由三段圆锥面组成，α₁＝25°～35°，α₂＝35°～45°，α₃＝45°～50°。

5、一种三辊斜轧轧管机，由主电机、变速机和主机组成，其特征在于三个轧辊5的斜轧角β均为45°，轧辊通过传动机构16、17、18、19、11绕自身轴线转动，其三个斜鼓4分别借助于蜗杆机构12转动，使其前进角β₀能调正斜轧的工艺参数，轧辊的辊面由两段圆锥面组成。

6、如权利要求5所述的轧管机，其轧管机上的斜鼓4借助于蜗杆机构12转动，其前进角β₀可以在正20°到负20°范围内变化，以调正轧制的工艺参数。

7、如权利要求5所述的轧管机，其轧辊有可调正压下量的螺丝10，并有平衡弹簧9维持平衡。

8、如权利要求5所述的轧管机，其轧辊辊面的轮廓曲线由负特征角斜轧理论导出，由两段圆锥面组成，α₁＝25°～35°，α₂＝35°～45°。

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