專利名稱：軋管機(jī)芯棒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)在芯棒上滾軋空心料坯的軋管機(jī)用芯棒。
這類型的芯棒用于管的熱軋，尤其在所謂的復(fù)式軋管機(jī)(MPM-multiplepipemill)方法中，并可用于頂管法和連續(xù)軋管機(jī)(所謂的連續(xù)軋機(jī)機(jī)組)，在芯棒上滾軋空心料坯。(本文中空心料坯應(yīng)理解為制管過程中的空心圓柱形中間產(chǎn)品)。芯棒頭部可為圓形，或設(shè)一個(gè)同直徑的牽引頭。用相對(duì)橫豎放置的若干軋輥對(duì)，將空心料坯的壁墊在芯棒上滾壓。在全部輥軋作業(yè)中，隨空心料坯活動(dòng)的芯棒處在空心料坯中，由料坯及輥軋過程的溫度加熱。輥軋后將芯棒從空心料坯中抽出，冷卻備用。隨后作業(yè)中用另一已冷卻的芯棒。
這種類型的滾軋空心料坯的芯棒，與另一種僅用于空心料坯在上面滾軋的牽引芯棒不同。那種芯棒軋機(jī)用的芯棒的直徑小于牽引頭，因此不與空心料坯接觸，而不吸收徑向輥軋力。
對(duì)于上述類型的芯棒，在其滾軋表面硬度，平直性，表面質(zhì)量和不變形等，有很高的質(zhì)量要求。在滾軋作業(yè)中，芯棒必須能抵抗大徑向壓力。芯棒的直徑可達(dá)幾十厘米，至今還是通過輥軋或鍛造成為實(shí)心圓棒，表面經(jīng)過處理(精加工并硬化處理)，鉆出軸向孔供冷卻劑通過。有要求的質(zhì)量和長度(超過十米)的圓棒的生產(chǎn)及加工的費(fèi)用很高。
本發(fā)明的目的，是提出一種經(jīng)濟(jì)，不變形，質(zhì)輕而穩(wěn)定的芯棒。
本發(fā)明的芯棒可達(dá)到上述目的。
發(fā)明涉及一種軋管機(jī)用的芯棒，用芯棒將空心料坯滾軋，該芯棒特點(diǎn)為至少有兩根套放的管子。
套置管子最好是鋼制。套置管之間最好用至少一個(gè)中間間隙徑向分離，中間空間中放傳力材料，將在外管上作用的滾壓力傳遞至內(nèi)管上，使外管受內(nèi)管支持。并且，互相套置的管子最好同心，外管內(nèi)徑與內(nèi)管外徑的差別和傳力材料的膨脹系數(shù)經(jīng)選定，因此，在滾軋時(shí)由于在外管上作用的熱造成管子的膨脹，和外管向傳力材料傳導(dǎo)的熱造成傳力材料的膨脹大致相同。
最好傳力材料為熱固性塑料，至少局部充填中間空間。最好傳力材料是一種環(huán)氧樹脂或呋喃樹脂。最好在傳力材料中摻入一種添加劑，對(duì)其導(dǎo)熱性和/或膨脹系數(shù)起影響。最好添加劑為無機(jī)纖維或金屬粉末。
最好外管的硬度及質(zhì)量比內(nèi)管高。最好外管高合金鋼制造，最好是鎳鋼，內(nèi)管用普通鋼(tonnagesteel)。最好有一個(gè)冷卻管放在內(nèi)管或最內(nèi)管中。最好有冷卻通道在中間空間中，或至少在一個(gè)中間空間中。
從本發(fā)明可特別看到的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，是制造芯棒的管子，可用壁厚相當(dāng)薄的管子軋制，簡單而經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)。這里，外管可用有均勻結(jié)構(gòu)的高質(zhì)鋼制造，內(nèi)管可用不具特殊用途或質(zhì)量的普通鋼制造。外管的合金鋼可選擇，使之最適合表面加工和回火或淬火，并對(duì)高滾軋力顯現(xiàn)高硬度。外管質(zhì)輕便利對(duì)其外表面加工。
將套置的管子適當(dāng)同心放置，至少用一個(gè)中間空間(環(huán)形間隙)在徑向上隔離，其中放彈性傳力材料，將在外管上作用的力向內(nèi)管傳遞，使內(nèi)管支持外管。芯棒的這種夾層結(jié)構(gòu)的額外優(yōu)點(diǎn)，是各管的剛度有累積的作用。中間空間的間隙寬和傳力材料的膨脹系數(shù)最好經(jīng)選定，使在滾軋時(shí)由于在外管上作用的熱造成管子的膨脹，和外管向傳力材料傳導(dǎo)的熱造成傳力材料的膨脹大致相同，傳力材料的彈性吸收夾層材料熱膨脹時(shí)的剩余差異。對(duì)傳力材料適當(dāng)選擇，使其膨脹系數(shù)為管材膨脹系數(shù)的一個(gè)倍數(shù)。
也可將管子在另一管子上收縮配合，從而在最高加熱下和冷卻后，互相不緊密套置，但其生產(chǎn)比夾層結(jié)構(gòu)復(fù)雜而價(jià)昂貴。
可用諸如環(huán)氧樹脂或呋喃樹脂等熱固性塑料作傳力材料，加入一種或多種添加劑對(duì)膨脹系數(shù)值及導(dǎo)熱性起影響。最好摻入諸如碳纖維或碳化硅纖維之類的無機(jī)纖維，或如鐵粉或鋼粉之類的金屬粉末，使用量有選擇，以期一方面在內(nèi)外管間不發(fā)生或最少地發(fā)生熱變形，另一方面求得材料的良好粘滯性。
傳力材料可以是熱絕緣的彈性材料，因而沒有熱量，或僅有可忽略的量的熱，從外管向內(nèi)管傳遞。于是內(nèi)管保持恒溫，并對(duì)整個(gè)芯棒起機(jī)械穩(wěn)定因素。
與內(nèi)管比較，外管最好有高表面硬度和質(zhì)量。壁厚適當(dāng)選擇，有足夠的大小，永遠(yuǎn)保持內(nèi)表面溫度約在作傳力材料的熱固性塑料的分解溫度(玻璃化轉(zhuǎn)變溫度)以下有足夠公差。
外管可用高合金鋼制造，最好用高硬度鉻合金鋼，內(nèi)管用低價(jià)普通鋼，例如St-37鋼，為提高表面硬度，外管可包覆硬質(zhì)層，最好用鉻包層。
內(nèi)管或最內(nèi)管可將其前端封閉，其后端敞開，為了進(jìn)行冷卻，冷卻劑管路可從管的空間中通過，將冷卻劑輸送到內(nèi)管前端，從內(nèi)管前端再流向后端，同時(shí)冷卻內(nèi)管的內(nèi)壁。
在另一實(shí)施方案中，冷卻通道處在管子之間的中間空間中。例如，可將細(xì)小的冷卻管插入中間空間，中間空間可用熱固性塑料密封。
現(xiàn)對(duì)本發(fā)明芯棒實(shí)施方案，以附圖
作基礎(chǔ)詳細(xì)敘述如下圖中簡示本發(fā)明芯棒的剖視圖，有輥?zhàn)幼幱谕ǔ５膶⒖招牧吓鳚L軋的狀態(tài)。
芯棒1有外管2及與外管同心的內(nèi)管3。在兩管2及3之間有環(huán)形間隙4，作充注一種塑料的中間空間。用互相相對(duì)的橫臥及直立的工作輥6及7，將空心料坯5壓在芯棒1上。芯棒1的滾軋方向上的前端封閉。
芯棒1的外管2為高合金鋼滾軋管，最好為鉻合金鋼管。合金可增高硬度。管的外表面鍍鉻，使之盡可能堅(jiān)硬而光滑，在喂送時(shí)有決定作用。外管2的堅(jiān)硬而光滑的表面在滾軋作業(yè)中減少磨損。管壁厚舉例為25mm。
內(nèi)管3也是滾軋管，用低價(jià)的普通鋼，諸如ST-37鋼。內(nèi)管的目的如下所述，利用環(huán)形間隙4中的塑料作傳力材料，支持外管2。對(duì)于內(nèi)管3的材料，除要求有作支持的機(jī)械堅(jiān)固性外沒有其它要求。壁厚舉例為20mm。
環(huán)形間隙4寬度數(shù)毫米，如上面已說明，充滿熱固性塑料，牢實(shí)粘附外管2的內(nèi)表面和內(nèi)管3的外表面。從下面解說的原因可見，最好用一種環(huán)氧樹脂，摻入無機(jī)纖維或金屬粉末作添加劑。
內(nèi)管3內(nèi)一個(gè)冷卻管9在芯棒1后端附近固定(方法未示)。冷卻管9的終點(diǎn)，離心棒1前面幾厘米。其前端開口，朝向前壁，后端上有一個(gè)冷卻劑接頭(未示)，和冷卻劑循環(huán)(未示)的熱交換器(未示)出口連接。冷卻劑最好是水或油，在往前壁的方向在冷卻管9中，并在冷卻管9外壁與內(nèi)管3的被冷卻的內(nèi)壁間流動(dòng)。芯棒1的后端安裝另一接頭(未示)，用以將受熱的回流冷卻劑送入熱交換器(未示)。
制造芯棒1時(shí)，可將外管及內(nèi)管2及3同心垂直套置，環(huán)形間隙4在兩者其間，其下端可液密密封。然后在環(huán)形間隙4中充填熱固性塑料，而添加劑可隨意摻入。充填操作可將熱固性塑料，例如澆鑄或注射進(jìn)行。熱固性塑料固化，插入冷卻管9，芯棒1即可使用。
滾軋時(shí)，外管2外側(cè)與空心料坯5熱的內(nèi)側(cè)(約1200℃)緊密接觸，由于管材的導(dǎo)熱率和熱容量外管2的內(nèi)壁溫度上升(約達(dá)200℃，最高達(dá)500℃)，而顯然低于約400℃的外管2的內(nèi)壁附近熱固性塑料分解溫度(玻璃轉(zhuǎn)變溫度)。在下一次滾軋作業(yè)開始前，將芯棒1再冷卻(約為90℃)。
在滾軋階段的加熱及冷卻循環(huán)中，和中間儲(chǔ)藏階段，外管2外表面的溫度變化約攝氏數(shù)百度(約在780°及880℃之間)，內(nèi)側(cè)溫度取決于壁厚及滾軋時(shí)間(數(shù)秒鐘)，變化約大于二百度(在200°至350°和80℃之間)。與之對(duì)比，內(nèi)管3的溫度，由于熱固性塑料的導(dǎo)熱性很小，并且環(huán)形間隙4僅為數(shù)毫米，溫度幾乎恒定(大約是80℃至150℃)。
由于溫度幾乎恒定，內(nèi)管3尺寸大致恒定，而外管2的縱向及徑向尺寸變化相當(dāng)大，使環(huán)形間隙4的高度也相應(yīng)變化。利用前述添加劑調(diào)節(jié)熱固性塑料的膨脹系數(shù)，使熱固性塑料在其可達(dá)到的溫度的熱膨脹范圍內(nèi)，永遠(yuǎn)完全填滿環(huán)形間隙4。摻添加劑的熱固性塑料的膨脹系數(shù)，比鋼的膨脹系數(shù)大一個(gè)倍數(shù)。膨脹誤差由熱固性塑料的彈性平衡。添加劑用量經(jīng)選定，適宜在重量的10%至70%之間，最好為重量的40%至50%之間，添加劑的量增加使粘滯性增高，添加劑的上限決定于最大容許粘滯性。
外管2的壁厚經(jīng)選定，因而在滾軋作業(yè)中，與環(huán)形間隙4中機(jī)械性較軟熱固性塑料比較，有足夠的機(jī)械剛性，硬度，和抗彎形能力，也就是將相當(dāng)高的輥6及7的表面壓力，傳遞到熱固性塑料的足夠大表面上。并且厚度還要求能將熱從管2的外側(cè)向內(nèi)側(cè)傳導(dǎo)，使內(nèi)側(cè)上的溫度永遠(yuǎn)保持在熱固性塑料的分解溫度(玻璃轉(zhuǎn)變溫度)以下有足夠的公差。但選用足夠的薄壁，使外管2可通過滾軋經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)而有良好質(zhì)量。
內(nèi)管3的壁厚取決于必須由芯棒1吸收的最大徑向滾軋力。在外管2上作用的滾軋力，用熱固性塑料作傳力材料，向內(nèi)管3傳遞，力的傳遞如上述，可保證在全部溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。管2及3共同吸收滾軋力。環(huán)形間隙4不充滿時(shí)，外管2可能彎曲，便不可能令人滿意的滾軋。
滾軋管的質(zhì)量尤其決于其平直性，于是取決芯棒的平直性及無熱變形性能。用標(biāo)準(zhǔn)實(shí)心芯棒便可做到無變形，然而需付出大代價(jià)(保證全部芯棒材料的均勻結(jié)構(gòu)，均勻冷卻及回火)。局部不對(duì)稱徑向加熱或冷卻時(shí)，和在實(shí)心堅(jiān)硬芯棒中一樣，造成外管2中的熱應(yīng)力，熱應(yīng)力包括徑向應(yīng)力，切向及軸向應(yīng)力。徑向應(yīng)力與切向及軸向應(yīng)力比較，尤其在內(nèi)外表面上有溫度變化的管中，徑向應(yīng)力很小，在側(cè)表面上切向及軸向應(yīng)力達(dá)到峰值。如仍不對(duì)稱，則切向及軸向應(yīng)力導(dǎo)致管或芯棒的變形，材料成分或不均勻加熱或冷卻的最小差異，可能導(dǎo)致不對(duì)稱。出乎意料的是本發(fā)明的芯棒1，比標(biāo)準(zhǔn)型實(shí)心芯棒有相當(dāng)大的變形穩(wěn)定性。這效果可歸功于本發(fā)明的芯棒1，其內(nèi)管3因熱固性塑料層熱絕緣，在全部滾軋和隨后的冷卻儲(chǔ)藏循環(huán)中幾乎保持溫度穩(wěn)定。由于生產(chǎn)方法，外管2質(zhì)地均勻，于是在很大程度上無變形，但即使發(fā)生不均勻冷卻或加熱，穩(wěn)定的內(nèi)管3可消除外管2上可能產(chǎn)生的變形力。但在相同的條件下，標(biāo)準(zhǔn)芯棒將發(fā)生很大的變形。
如上面已解說，芯棒1上的滾軋力由外管及內(nèi)管2及3吸收。并且，除有可能變形外，單管由于不能通過滾軋生產(chǎn)要求的壁厚故不能使用。用滾軋產(chǎn)生的管子作芯棒1的優(yōu)點(diǎn)，是芯棒可經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生有要求的均勻性和表面質(zhì)量。
也可使用若干管而不用兩根管2及3，相鄰管間用環(huán)形空間隔離，其中充填熱固性塑料。用兩根以上的管子的優(yōu)點(diǎn)，是可用較薄壁的管子，薄壁的生產(chǎn)甚至更簡單而經(jīng)濟(jì)，但缺點(diǎn)是芯棒生產(chǎn)費(fèi)用增加，外管的間隙中，需用有高溫度穩(wěn)定性熱固性塑料。
不用冷卻管9，還可在管3中，在熱固性塑料中埋入若干細(xì)管。不用這些管子而使內(nèi)管的形狀在表面上有膠粘或焊接的突耳，當(dāng)插入外管2和以后加襯時(shí)，形成作冷卻劑循環(huán)的空間。
環(huán)形空間4中可不填充熱固性塑料而注入液體?？捎脧椥酝欢С止茏?，環(huán)形空間的兩端液密密封?？蓪⒁粋€(gè)原料容器與環(huán)形空間連接?？蛇x擇彈性力，使之至少有力支持各管子的重量。滾軋時(shí)用這液體傳力。
管子間的間隙可不填充，而互相收縮配合。收縮配合從最內(nèi)管開始，然后，用稍高于運(yùn)轉(zhuǎn)溫度的溫度加熱下一管，套在里面的一根管子上。然后將其冷卻。完全冷卻后將下一個(gè)外側(cè)管加熱并套上。但收縮配合的管制造的芯棒的缺點(diǎn)，是各管間不互相熱絕緣。生產(chǎn)費(fèi)用也非常昂貴，因?yàn)樘咨系墓茏颖砻姹仨毦_加工，對(duì)長度大的管子便極為困難而昂貴。
權(quán)利要求
1.在芯棒上滾軋空心料坯(5)的軋管機(jī)用的芯棒(1)，其特征在于芯棒(1)由至少兩根管子(2，3)套放構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯棒(1)，其特征為兩套放的管用鋼制造。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的芯棒(1)，其特征為至少用一個(gè)中間空間(4)，將互相套放的管子互相徑向分隔，空間中放置傳力材料，傳遞在外管(2)或內(nèi)管(3)上作用的力，從而用內(nèi)管(3)支持外管(2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的芯棒(1)，其特征為管(2，3)互相同心套放，外管內(nèi)徑與內(nèi)管外徑的差異，以及傳力材料的膨脹系數(shù)大小經(jīng)選定，從而通過傳力材料的膨脹，將滾軋時(shí)作用在外管(2)和從外管向傳力材料傳導(dǎo)的熱造成的管(2，3)膨脹的變化平衡。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的芯棒(1)，其特征為傳力材料為熱固性塑料，至少充填中間空間(4)的一部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的芯棒(1)，其特征為傳力材料為熱固性塑料，至少充填中間空間(4)的一部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的芯棒(1)，其特征為傳力材料為環(huán)氧樹脂或呋喃樹脂。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的芯棒(1)，其特征為傳力材料為環(huán)氧樹脂或呋喃樹脂。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的芯棒(1)，其特征為傳力材料中摻入添加劑，影響其導(dǎo)熱和/或膨脹系數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的芯棒(1)，其特征為傳力劑為無機(jī)纖維或金屬粉末。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的芯棒(1)，其特征為外管(2)與內(nèi)管(3)比較，有較高的外部硬度和質(zhì)量。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的芯棒(1)，其特征為外管(2)用高合金鋼制造，最好用鎳鋼，內(nèi)管(3)用普遍鋼制造。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的芯棒(1)，其特征為有冷卻管(9)放在內(nèi)管或最內(nèi)管(3)內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求3所述的芯棒(1)，其特征為中間空間中，或至少一個(gè)中間空間中有冷卻通道。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的芯棒(1)，其特征為中間空間中，或至少一個(gè)中間空間中有冷卻通道。
16.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的芯棒(1)，其特征為互相套放的管(2，3)用至少一個(gè)中間空間(4)互相分隔，空間中放傳力材料傳遞在外管(2)或內(nèi)管(3)上的力，從而內(nèi)管(3)支持外管(2)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的芯棒(1)，其特征為外管(2)與內(nèi)管(3)比較，有較高的外部硬度和質(zhì)量。
18.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的芯棒(1)，其特征為外管(2)用高合金鋼制造，最好用鎳鋼，內(nèi)管(3)用普通鋼制造。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯棒(1)，其特征為有一根冷卻管(9)放在內(nèi)管或最內(nèi)管(3)中。
全文摘要
軋管機(jī)用的芯棒，將空心料坯在芯棒上滾軋，芯棒用套放的管(2，3)制造。管(2，3)間的中間空間中充填熱固性塑料，塑料膨脹系數(shù)經(jīng)選定，即使管(2，3)間的溫度差異，熱固性塑料完全填滿中間空間環(huán)形間隙。
文檔編號(hào)B21B25/00GK1040747SQ8910696
公開日1990年3月28日 申請(qǐng)日期1989年8月25日 優(yōu)先權(quán)日1988年8月31日
發(fā)明者弗朗西斯·費(fèi)希爾, 讓-保羅·卡爾米斯, 阿倫·克龍 申請(qǐng)人:隆扎甘普爾-瓦萊斯(方向.巴塞爾)有限公司