一種四輥斜軋穿孔的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明四輥斜軋穿孔機(jī)，該四輥斜軋穿孔機(jī)布置有四個(gè)錐形軋輥，四個(gè)錐形軋輥沿軋件中心90°均勻分布；四個(gè)錐形軋輥中每?jī)蓚€(gè)錐形軋輥組成一對(duì)工作錐形軋輥；兩對(duì)作錐形軋輥輥面之間距離比為1.06～1.09，四個(gè)錐形軋輥有各自單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力裝置；四個(gè)錐形軋輥的旋轉(zhuǎn)方向相同。錐形軋輥連接聯(lián)軸器，聯(lián)軸器連接齒輪箱，齒輪箱連接電機(jī)，錐形軋輥通過壓下裝置，連接機(jī)架。驅(qū)動(dòng)動(dòng)力裝置由永磁同步力矩電機(jī)和錐齒輪箱組成。該四輥旋轉(zhuǎn)穿孔機(jī)有主動(dòng)旋轉(zhuǎn)的頂頭。
【專利說明】—種四輥斜軋穿孔機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無縫鋼管斜軋穿孔【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及四輥斜軋穿孔機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前在無縫鋼管生產(chǎn)領(lǐng)域廣泛采用的生產(chǎn)設(shè)備是二輥斜軋穿孔機(jī)和三輥斜軋穿孔機(jī)。
[0003]二輥斜軋穿孔機(jī)按其輥形不同可分為桶形輥(輥式)穿孔機(jī)、錐形輥(菌式)穿孔機(jī)和盤形輥(盤式)穿孔機(jī)三種(參看圖1)。二輥斜軋穿孔機(jī)一般在輥縫之間配置導(dǎo)板或?qū)ПP，形成封閉的變形區(qū)。但不管采用哪種形式的軋輥，在穿孔過程中軋件的中心部位都可能出現(xiàn)孔腔現(xiàn)象?？浊坏某霈F(xiàn)和繼續(xù)擴(kuò)展是產(chǎn)生內(nèi)部缺陷的主要原因。這些缺陷在后續(xù)的工序中不但難以消除，而且還會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，甚至導(dǎo)致金屬完全破壞，致使一些薄壁管、低塑性鋼管和合金管難以在二輥穿孔機(jī)上穿孔。
[0004]通過對(duì)軋件在這三種輥形系統(tǒng)中的受力狀態(tài)分析，都是在兩個(gè)方向相反的徑向壓力和頂頭軸向力作用下，其直徑方向受到反復(fù)壓縮和擴(kuò)張，中心部分材料受到反復(fù)拉、壓和剪切應(yīng)力作用，當(dāng)達(dá)到剪切屈服極限時(shí)便產(chǎn)生塑性變形，當(dāng)超過剪切強(qiáng)度極限時(shí)，便引起破裂而產(chǎn)生孔腔。
[0005]三輥斜軋穿孔機(jī)與二輥斜軋機(jī)穿孔的區(qū)別是在頂頭前管坯中心部分只承受三向壓應(yīng)力而不存在交變的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，因此消除了管坯中心被撕裂的趨勢(shì)。在三輥穿軋機(jī)上，軋輥形成一個(gè)近似封閉的圓孔型(參看圖2)，不需要像在二輥穿孔軋機(jī)上為保持管坯在中心線上和限制金屬切向流動(dòng)，必須裝設(shè)導(dǎo)板或?qū)ПP。因此采用三輥穿孔機(jī)穿孔就消除了現(xiàn)有二輥穿孔機(jī)存在的缺點(diǎn)，不僅消除了不利的金屬應(yīng)力狀態(tài)，而且還取消了阻止管坯旋轉(zhuǎn)所引起軸向滑移增加和過大能量消耗的導(dǎo)板與導(dǎo)盤。
[0006]三輥軋制過程中，軋件變形實(shí)際上是從圓到圓三角形再規(guī)圓的過程。三輥軋機(jī)不像二輥安裝有導(dǎo)板，因此它不具有封閉的變形區(qū)。在坯料通過軋輥進(jìn)行軋制的過程中，要產(chǎn)生交變的彎曲應(yīng)力。這個(gè)彎曲應(yīng)力使金屬在各軋輥之輥縫間產(chǎn)生凸脹，使坯料斷面周期性地形成三角形。根據(jù)分析，在軋制力作用下，輥縫間管壁的彎曲力與壁厚的平方成反比，與管子的平均直徑成正比。在相同的壓力作用下，直徑與壁厚比值D/S大的，也就是相對(duì)壁厚較薄的管子，在輥縫處的管壁彎曲應(yīng)力值要比厚壁管大，因此易于達(dá)到塑性彎曲值。另外，在相同的軋制力作用下，比值越大，單位壓力也越大。因此，D/S比值越大，管尾三角形效應(yīng)也越顯著。實(shí)踐證明，當(dāng)D/S比值超過11?12時(shí)，便會(huì)形成嚴(yán)重的管尾三角(參看圖3)。三角形的管尾會(huì)引起軋卡、管壁層裂和環(huán)狀層裂。嚴(yán)重時(shí)卡在輥縫間造成軋卡。三輥穿孔機(jī)由于軋件在中心部分不存在交變的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，軋件中心不會(huì)產(chǎn)生疏松區(qū)，不利于提高穿孔速度、減少力能消耗和工具磨損。
[0007]綜上所述，斜軋穿孔技術(shù)是利用了軋輥通過碾軋揉搓對(duì)軋件施加交變的拉壓應(yīng)力，使軋件中心出現(xiàn)組織結(jié)構(gòu)疏松狀態(tài)，頂桿順勢(shì)頂穿實(shí)心管坯完成穿孔工作。但如何既能合理利用這一成形原理，又能有效抑制孔腔和有效避免分層，提高毛管質(zhì)量和成材率是多年來一直困擾該領(lǐng)域的主要技術(shù)難題之一。曾經(jīng)也有不少通過控制送進(jìn)角或軋輥轉(zhuǎn)速來避免孔腔和分層發(fā)生的成功案例，但帶來的問題是要么規(guī)圓不足，毛管內(nèi)外表面出現(xiàn)嚴(yán)重的螺紋缺陷，要么軋速過低，不能適應(yīng)熱成形溫區(qū)窄的材料對(duì)軋速的要求。實(shí)踐證明，二輥斜軋穿孔機(jī)不能抑制孔腔和分層，三輥斜軋穿孔機(jī)能避免孔腔，但問題是軋件中心材料無疏松區(qū)容易造成頂頭過快磨損，而且薄壁毛管容易產(chǎn)生管尾三角形甚至造成軋卡，外表面折疊也時(shí)有發(fā)生。
[0008]二輥、三輥斜軋穿孔機(jī)主要缺陷分析:
1、咬入困難一二輥斜軋穿孔機(jī)由于咬入角過大，咬入條件不好，當(dāng)管坯接觸到頂頭時(shí)軋件與軋輥打滑，造成軋卡。三輥斜軋穿孔機(jī)由于軋件只承受三向壓應(yīng)力，中心組織不會(huì)出現(xiàn)疏松狀態(tài)，當(dāng)管坯接觸到頂頭時(shí)，過大的軸向壓力也會(huì)使軋件與軋輥產(chǎn)生打滑，造成頂頭磨損過快。
[0009]2、孔腔一二輥斜軋穿孔機(jī)由于是兩個(gè)軋輥對(duì)軋件進(jìn)行輾軋穿孔，交變拉壓應(yīng)力使軋件中心疏松，由于材料扭轉(zhuǎn)變形過大，不能對(duì)產(chǎn)生的裂紋及時(shí)焊合，中心組織撕裂，形成孔腔。
[0010]3、內(nèi)折一孔腔形成后，由于材料扭轉(zhuǎn)變形過大，不能對(duì)產(chǎn)生的裂紋及時(shí)焊合，穿孔毛管孔內(nèi)表面材料產(chǎn)生折疊。
[0011]4、內(nèi)分層——是由二輥斜軋穿孔機(jī)穿孔時(shí)，穿孔毛管與頂頭接觸的內(nèi)表面和與軋輥接觸的外表面的材料密度不同而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形量嚴(yán)重不一致，又不能對(duì)其剪切界面及時(shí)焊合，穿孔毛管產(chǎn)生內(nèi)表面部分或全部與基體分離。
[0012]5、外折一是由三輥斜軋穿孔機(jī)穿孔時(shí)，穿孔毛管受周期性三個(gè)軋輥施加交變的彎曲應(yīng)力作用，產(chǎn)生環(huán)狀孔腔，又不能對(duì)其進(jìn)行及時(shí)焊合，穿孔毛管孔外表面材料產(chǎn)生折疊。
[0013]6、外分層一是由三輥斜軋穿孔機(jī)穿孔時(shí)，穿孔毛管受周期性三個(gè)軋輥施加交變的彎曲應(yīng)力作用，產(chǎn)生環(huán)狀孔腔，穿孔毛管外表面與基體產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形量嚴(yán)重不一致，又不能對(duì)其剪切界面及時(shí)焊合，穿孔毛管產(chǎn)生外表面部分或全部與基體分離。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的目的是提供一種四輥斜軋穿孔機(jī)。
[0015]本發(fā)明四輥斜軋穿孔機(jī)，該四輥斜軋穿孔機(jī)布置有四個(gè)錐形軋輥，四個(gè)錐形軋輥沿軋件中心90°均勻分布；四個(gè)錐形軋輥中每?jī)蓚€(gè)錐形軋輥組成一對(duì)工作錐形軋輥；兩對(duì)作錐形軋輥輥面之間距離比為1.06?1.09，四個(gè)錐形軋輥有各自單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力裝置；四個(gè)錐形軋輥的旋轉(zhuǎn)方向相同。
[0016]錐形軋輥連接聯(lián)軸器，聯(lián)軸器連接齒輪箱，齒輪箱連接電機(jī)，錐形軋輥通過壓下裝置，連接機(jī)架。驅(qū)動(dòng)動(dòng)力裝置由永磁同步力矩電機(jī)和錐齒輪箱組成。該四輥旋轉(zhuǎn)穿孔機(jī)有主動(dòng)旋轉(zhuǎn)的頂頭。
[0017]該四輥斜軋穿孔機(jī)布置有四個(gè)軋輥，四個(gè)軋輥沿軋件中心90°均勻分布，四個(gè)軋輥都有各自單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)裝置，動(dòng)力裝置由永磁同步力矩電機(jī)和錐齒輪箱組成，四個(gè)軋輥中每?jī)蓚€(gè)軋輥組成一對(duì)工作軋輥，兩對(duì)工作軋輥的喉孔開口度(內(nèi)側(cè)間距尺寸)各不相同，由此形成一個(gè)近似封閉的橢圓孔型，所形成近似封閉橢圓孔型的橢圓系數(shù)(長(zhǎng)寬比)在1.06?1.09之間，該四輥旋轉(zhuǎn)穿孔機(jī)還布置有主動(dòng)旋轉(zhuǎn)的頂頭，在兩對(duì)工作軋輥與頂頭對(duì)軋件形成的輾軋關(guān)系中，其中有一對(duì)工作軋輥和頂頭對(duì)軋件進(jìn)行的軋制相當(dāng)于帶芯軋制，另一對(duì)工作軋輥對(duì)軋件的軋制相當(dāng)于空軋，而且軋件材料在與軋輥、頂頭接觸處的變形流動(dòng)方向與軋輥、頂頭的旋轉(zhuǎn)方向相同，使軋制過程軋件材料組織內(nèi)部所產(chǎn)生的交變應(yīng)力得到合理有效控制，進(jìn)而使得該四輥斜軋穿孔機(jī)既克服了以往二輥穿孔機(jī)穿孔毛管孔腔、內(nèi)折、分層的缺陷，又克服了三輥穿孔機(jī)無孔腔頂頭壓力過大形成軋件外折、尾三角的缺陷，并且由于軋輥數(shù)量的增多所致軋速有較大幅度提高，在同樣的軋輥輥徑和前進(jìn)角條件下，該四輥斜軋穿孔機(jī)的軋速是傳統(tǒng)二輥和三輥穿孔機(jī)的2?3倍，有效解決了熱加工溫區(qū)窄和高溫變形抗力大的難軋金屬穿孔的技術(shù)難題。
[0018]該四輥斜軋穿孔機(jī)具有如下特點(diǎn):
(1)該四輥斜軋穿孔機(jī)內(nèi)部具有四個(gè)軋輥，其中兩個(gè)軋輥相當(dāng)于帶芯軋制，另外兩個(gè)軋輥相當(dāng)于空軋。用壓下裝置調(diào)整兩對(duì)軋輥的喉孔大小，將四個(gè)軋輥組合成一個(gè)近似封閉的橢圓孔型，橢圓系數(shù)(長(zhǎng)寬比)在1.06?1.09之間。使軋件中心部位的組織具有垂直的拉壓交變應(yīng)力。由于每個(gè)軋輥都有輾軋角和送進(jìn)角，使薄壁管、低塑性鋼管和合金管等難穿品種的穿孔成為可能；
(2)該四輥斜軋穿孔機(jī)通過轉(zhuǎn)鼓可根據(jù)軋件不同材質(zhì)、不同規(guī)格、不同溫度、不同軋速對(duì)送進(jìn)角任意調(diào)整，通過變換不同的軋輥曲線可適應(yīng)不同的軋件材料穿孔工藝的要求；
(3)該四輥斜軋穿孔機(jī)將主驅(qū)動(dòng)設(shè)備安裝在機(jī)架上，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，減振性能好，縮短了機(jī)組長(zhǎng)度，方便前后臺(tái)設(shè)備的安排布置；
(4)該四輥斜軋穿孔機(jī)用永磁同步力矩電機(jī)作為主驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)了軋輥獨(dú)立調(diào)速和恒定的轉(zhuǎn)矩輸出，每個(gè)軋輥獨(dú)立控制，使設(shè)備更接近于復(fù)雜的理想軋制工況；
(5)該四輥斜軋穿孔機(jī)為主動(dòng)旋轉(zhuǎn)頂桿，使軋件材料流動(dòng)方向與工具運(yùn)動(dòng)方向相一致，既消除了孔腔和分層缺陷，又減少了工具與軋件的摩損；
(6)在同樣的軋輥輥徑和前進(jìn)角條件下，該四輥斜軋穿孔機(jī)的軋速是傳統(tǒng)二輥和三輥穿孔機(jī)的2?3倍，有效解決了熱加工溫區(qū)窄和高溫變形抗力大的難軋金屬穿孔的技術(shù)難題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1本發(fā)明四輥斜軋穿孔機(jī)錐形軋輥布局圖。
[0020]圖2本發(fā)明四輥斜軋穿孔機(jī)錐形軋輥及頂頭布局圖。
[0021]圖3本發(fā)明四輥斜軋穿孔機(jī)立體示意圖。
[0022]圖4本發(fā)明四輥斜軋穿孔機(jī)錐形軋輥連接結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]下面給出的實(shí)施例擬對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不能理解為是對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本
【發(fā)明內(nèi)容】
對(duì)本發(fā)明的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0024]四輥斜軋穿孔機(jī)，如圖1，圖2，圖3，圖4所示。該四輥斜軋穿孔機(jī)布置有四個(gè)錐形軋輥1，四個(gè)錐形軋輥I沿軋件2中心90°均勻分布；四個(gè)錐形軋輥I中每?jī)蓚€(gè)錐形軋輥組成一對(duì)工作錐形軋輥I ;兩對(duì)作錐形軋輥I輥面之間距離比為1.06?1.09，四個(gè)錐形軋輥I有各自單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力裝置；四個(gè)錐形軋輥I的旋轉(zhuǎn)方向相同。該四輥旋轉(zhuǎn)穿孔機(jī)有主動(dòng)旋轉(zhuǎn)的頂頭3。錐形軋輥I連接聯(lián)軸器8，聯(lián)軸器8連接齒輪箱7，齒輪箱7連接電機(jī)5，錐形軋輥I通過壓下裝置4，連接機(jī)架6。
【權(quán)利要求】
1.一種四輥斜軋穿孔機(jī)，其特征在于該四輥斜軋穿孔機(jī)布置有四個(gè)錐形軋輥，四個(gè)錐形軋輥沿軋件中心90°均勻分布；四個(gè)錐形軋輥中每?jī)蓚€(gè)錐形軋輥組成一對(duì)工作錐形軋輥；兩對(duì)作錐形軋輥輥面之間距離比為1.06?1.09，四個(gè)錐形軋輥有各自單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力裝置；四個(gè)錐形軋輥的旋轉(zhuǎn)方向相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述四輥斜軋穿孔機(jī)，其特征在于錐形軋輥連接聯(lián)軸器，聯(lián)軸器連接齒輪箱，齒輪箱連接電機(jī)，錐形軋輥通過壓下裝置，連接機(jī)架。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述四輥斜軋穿孔機(jī)，其特征在于該四輥旋轉(zhuǎn)穿孔機(jī)有主動(dòng)旋轉(zhuǎn)的頂頭。
【文檔編號(hào)】B21B19/04GK104259208SQ201410558310
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月21日
【發(fā)明者】王克川, 張志勇 申請(qǐng)人:太原普萊設(shè)工程技術(shù)有限公司