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CN111495976A - 一种超大口径的冷轧管机、一种无缝管及其生产工艺 - Google Patents

一种超大口径的冷轧管机、一种无缝管及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种超大口径的冷轧管机、一种无缝管及其生产工艺，该冷轧管机包括机头、轧辊保持架、主驱动机构、主传动机构和三个轧辊，主传动机构将主驱动机构的动力传递给机头和轧辊保持架，以带动两者沿轴向往复移动，主驱动机构为液压驱动机构，轧制孔为横截面面积沿轴向逐渐变化的变截面轧制孔。该冷轧管机不存在一阶、二阶惯性力很难平衡的问题，所以能够用于轧制大直径的无缝管，在轧制大直径的无缝管时不会产生振动、异响以及产品平整度差的问题，而且能够在不牺牲压下量和延伸率的前提下保证产品的表面光洁度。该无缝管基于预定生产工艺用上述冷轧管机轧制而成，该无缝管重量轻、具有超高强度和超大直径、内外表面平整度好、表面光洁度高。

Description

一种超大口径的冷轧管机、一种无缝管及其生产工艺
技术领域
本发明涉及轧制生产技术领域，特别是涉及一种超大口径的冷轧管机、一种无缝管及其生产工艺。
背景技术
目前工业领域，对于超大口径、超高强度的无缝管的需求量特别大，比如，仅海底油气管道领域每年就有超40万吨的需求量。
冷轧是形成无缝管的一种常用工艺，用到的设备是冷轧管机。冷轧管机包括轧辊组件、轧辊保持架、机头、主驱动机构和主传动机构，主传动机构将主驱动机构的动力传递给机头和轧辊保持架，以带动机头和轧辊保持架沿轴向往复移动，轧辊组件安装于轧辊保持架，从而随轧辊保持架一并沿轴向往复移动，实现对管坯的轧制。
传统的冷轧管机的主驱动机构采用的是伺服电机驱动机构，由伺服电机带动机头和轧辊保持架沿轴向往复移动。传统的冷轧管机仅适用于轧制外径小于350mm的小口径无缝管，而不适用于轧制外径大于350mm的超大口径无缝管。
有鉴于此，如何开发一种适用于轧制外径大于350mm的超大口径无缝管的冷轧管机，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种超大口径的冷轧管机，所述冷轧管机包括机头、轧辊保持架、主驱动机构和主传动机构，所述主传动机构将所述主驱动机构的动力传递给所述机头和所述轧辊保持架，以带动所述机头和所述轧辊保持架沿轴向往复移动，所述主驱动机构为液压驱动机构。
该冷轧管机将主驱动机构设置为液压驱动机构，利用液压给机头和轧辊保持架提供沿轴向往复移动的动力，这样不存在一阶惯性力和二阶惯性力很难平衡的问题，所以这种结构的冷轧管机能够用于轧制大直径的无缝管，在轧制大直径的无缝管时不会产生振动、异响以及轧制出的无缝管的内外表面平整度差的问题。
可选地，所述主传动机构为摇臂连杆机构，所述摇臂连杆机构的摇臂与所述液压驱动机构的液压缸的活塞杆相连，所述摇臂连杆机构包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆连接所述摇臂和所述机头，所述第二连杆连接所述摇臂和所述轧辊保持架。
可选地，所述冷轧管机还包括用于带动管坯回转前进的回转送进机构，所述回转送进机构包括动力部和传动部，所述动力部包括回转伺服电机和送进伺服电机，所述传动部包括用于将所述回转伺服电机的动力传递给管坯卡盘的回转传动部，以带动管坯卡盘绕轴向回转，所述传动部还包括用于将所述送进伺服电机的动力传递给所述管坯卡盘的送进传动部，以带动管坯卡盘沿轴向移动。
可选地，所述冷轧管机还包括轧辊组件，所述轧辊组件安装于所述轧辊保持架，所述轧辊组件包括三个轧辊，所述三个轧辊沿圆周方向依次间隔120°排布，所述三个轧辊的轧制槽围合成轧制孔，所述三个轧辊的轧制槽均为断面半径沿周向先逐渐增大再逐渐减小的变径槽，使所述轧制孔为横截面面积沿轴向逐渐变化的变截面轧制孔。
可选地，所述冷轧管机的出口端、进口端以及所述轧制孔(b)的最大直径为1200mm。
本发明还提供一种无缝管生产工艺，包括以下步骤：
a.铸造形成铝合金管坯并对其进行均匀化处理，所述铝合金管坯的屈服强度为515MPa-965MPa，外径为400mm-1200mm，壁厚为20mm-80mm，长度为5.5m～10m，外径理论公差值为-5um～0um，端面斜切度±2mm/m；
b.利用上述冷轧管机对所述铝合金管坯进行轧制，成型出无缝管，所述无缝管的外径为300mm～1050mm，壁厚为8mm～50mm；
c.对所述无缝管进行热处理。
采用该生产工艺生产出的无缝管重量轻、具有超高强度和超大直径、内外表面平整度好、表面光洁度高。
本发明还提供一种无缝管，所述无缝管是上述生产工艺生产出的无缝管。
该无缝管重量轻、具有超高强度和超大直径内外表面平整度好、表面光洁度高。
附图说明
图1为本发明提供的冷轧管机的主驱动机构和主传动机构的部分结构示意图；
图2为本发明提供的冷轧管机的回转送进机构的部分结构示意图；
图3为图2中液压缸和摇臂连杆机构的简示图；
图4为本发明提供的冷轧管机的轧辊组件的示意图；
图5为图4中一个轧辊的示意图。
附图标记说明如下：
1机头；
2轧辊保持架，
3轧辊组件，31轧辊，a轧制槽，b轧制孔，32支架，33齿条，34齿轮；
4主驱动机构的液压缸；
51摇臂连杆机构的摇臂，52摇臂连杆机构的第一连杆，53摇臂连杆机构的第二连杆，
61回转伺服电机，62送进伺服电机，63回转传动部，64送进传动部；
7管坯卡盘。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
如图所示，该冷轧管机包括机头1、轧辊保持架2、轧辊组件3、主驱动机构、主传动机构、回转送进机构、管坯卡盘7等部件。
主传动机构将主驱动机构的动力传递给机头1和轧辊保持架2，以带动机头1和轧辊保持架2沿轴向往复移动，轧辊组件3安装在轧辊保持架2上，随轧辊保持架2同步移动，从而实现对管坯的轧制。
回转送进机构用于带动管坯卡盘7绕轴向回转和沿轴向移动，管坯卡装在管坯卡盘7的内孔中，从而随管坯卡盘7同步回转和移动。当完成一次生产后，回转送进机构将空的管坯卡盘7带回冷轧管机的进口端，以备下一次生产。
传统的冷轧管机的主驱动机构采用的是伺服电机驱动机构，用这种结构的冷轧管机轧制大直径的无缝管时，由于管坯直径增大，轧制孔b变形区速度差随之增大，导致伺服电机驱动机构的一阶惯性力和二阶惯性力很难平衡，因而会出现严重的振动、异响，而且会导致轧制出的无缝管的内外表面的平整度差致使后续的机械加工难度很高。因此，传统的冷轧管机不适于轧制大直径的无缝管。
为解决该技术问题，本方案将主驱动机构设置为液压驱动机构，利用液压给机头1和轧辊保持架2提供沿轴向往复移动的动力，这样不存在一阶惯性力和二阶惯性力很难平衡的问题，所以这种结构的冷轧管机能够用于轧制大直径的无缝管，在轧制大直径的无缝管时不会产生振动、异响以及轧制出的无缝管的内外表面平整度差的问题。
具体的，液压驱动机构包括液压缸4、用于给液压缸4供给加压液体的液压主泵、控制液压主泵运转的主泵电机以及控制元件等。
本方案中，主传动机构为摇臂连杆机构，摇臂连杆机构包括摇臂51、第一连杆52和第二连杆53。如图1和图2所示，液压缸4的活塞杆与摇臂51相连，活塞杆伸缩时带动摇臂51绕其固定点顺时针或逆时针转动。第一连杆52的一端与摇臂51相连、另一端与机头1相连，第二连杆53的一端与摇臂51相连、另一端与轧辊保持架2相连。摇臂51转动时，通过第一连杆52和第二连杆53带动机头1和轧辊保持架2往复移动。这种结构的主传动机构结构简单、稳定性好。需要说明的是，实际实施时，主传动机构也可采用其他形式。
本方案中，如图3所示，回转送进机构包括动力部和传动部，动力部包括回转伺服电机61和送进伺服电机62。传动部包括用于将回转伺服电机61的动力传递给管坯卡盘7的回转传动部63，以带动管胚卡盘和管胚绕轴向回转。传动部还包括用于将送进伺服电机62的动力传递给管坯卡盘7的送进传动部64，以带动管胚卡盘7和管胚一起移向冷轧管机的出口端，或者仅带动空的管坯卡盘7复位到冷轧管机的进口端。
具体的，回转传动部63可以是齿轮传动结构、带传动结构等，送进传动部64可以是齿轮齿条传动机构或者丝杠螺母传动机构等。
本方案中，如图4所示，轧辊组件3包括三个轧辊31，三个轧辊31沿圆周方向依次相隔120°排布。三个轧辊31的外周面设有轧制槽a，三个轧制槽a围合成圆形的轧制孔b。
如图5所示，轧制槽a为断面半径先增大后减小的变径槽。详细来说，轧制槽a的断面型线是弧度为120°圆弧线，该圆弧线的半径为轧制槽a的断面半径，轧制槽a任意位置的断面半径均不同，以断面半径最小的位置(即图中断面半径为R1的位置)为第一位置，与第一位置呈180度的位置(即图中断面半径为R2的位置)为第二位置，自第一位置沿顺时针方向至第二位置，轧制槽a的断面半径逐渐增大，自第二位置沿顺时针方向至第一位置，轧制槽a的断面半径逐渐减小。
由于轧制槽a为断面半径沿周向先增大后减小的变径槽，所以围合成的轧制孔b为横截面面积沿轴向逐渐变化的变截面轧制孔，也就是说，轧制孔b任意位置的横截面面积不同。
传统的冷轧管机一般也设置三个轧辊，但是三个轧辊的轧制槽任意位置的断面半径相同，当然，也有一些冷轧管机采用使轧辊的轧制槽任意位置的断面半径不同的设计，但是，采用这种设计的都是仅设置两个轧辊的冷轧管机。简言之，传统的冷轧管机要么采用三轧辊、等截面轧制孔结构，要么采用两轧辊、变截面轧制孔结构，而这两种结构均需要牺牲压下量和延伸率两者是常用的轧制参数，才能保证轧制出的管件的表面光洁度。
相比而言，本方案采用三轧辊、变截面轧制孔结构，既能够保证轧制出的管件的表面光洁度，也不需要牺牲压下量和延伸率。
具体的，如图4所示，轧辊组件3还包括三个支架32、三组齿轮34和三组齿条33。三组齿条33分别安装在三个支架32上并均沿径向延伸，三组齿轮34固套在三个轧辊31的中心轴一端，分别与三组齿条33啮合。这样设计，轧辊31在转动的同时能够沿径向移动，从而能够适应轧辊31的轧制槽a的变径设计。
具体的，可以对冷轧管机的固有参数进行合理设置，以便轧制大直径的无缝管。
一种实施例中，将冷轧管机的固有参数设置为：进口端最大直径、出口端最大直径和轧制孔的最大直径均为1200mm；额定轧制力为3×35000KN；最大轧制速度为1700mm/s；额定牵引力为2900KN；轧辊保持架2的行程为1400mm；机头1的行程为2283mm；轧制行程次数为10～20次/分；最大轧制延伸系数为3；送进量为3mm～30mm；送进时间≤0.5秒；管坯卡盘7返回速度7.5m/min；回转时间为≤0.5秒；回转角度为43.3°±3°；最大装机容量为7600kW。
另外，本发明提供的无缝管的生产工艺，包括以下步骤：
a.铸造形成铝合金管坯并对其进行均匀化处理，所述铝合金管坯的屈服强度为515MPa-965MPa，外径为400mm-1200mm，壁厚为20mm-80mm，长度为5.5m～10m，外径理论公差值为-5um～0um，端面斜切度±2mm/m；
b.利用上述冷轧管机对上述铝合金管坯进行轧制，成型出无缝管，成型出的所述无缝管的外径为300mm～1050mm，壁厚为8mm～50mm。
c.对所述无缝管进行热处理。
采用该生产工艺生产出的无缝管重量轻、具有超高强度和超大直径、内外表面平整度好、表面光洁度高。
另外，本发明提供的无缝管是按照上述生产工艺生产而成的无缝管，因而也具有上述优势。
以上对本发明所提供的大口径的冷轧管机、无缝管及其生产工艺进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种超大口径的冷轧管机，其特征在于，所述冷轧管机包括机头(1)、轧辊保持架(2)、主驱动机构和主传动机构，所述主传动机构将所述主驱动机构的动力传递给所述机头(1)和所述轧辊保持架(2)，以带动所述机头(1)和所述轧辊保持架(2)沿轴向往复移动，所述主驱动机构为液压驱动机构。
2.根据权利要求1所述的冷轧管机，其特征在于，所述主传动机构为摇臂连杆机构，所述摇臂连杆机构的摇臂(51)与所述液压驱动机构的液压缸(4)的活塞杆相连，所述摇臂连杆机构包括第一连杆(52)和第二连杆(53)，所述第一连杆(52)连接所述摇臂(51)和所述机头(1)，所述第二连杆(53)连接所述摇臂(51)和所述轧辊保持架(2)。
3.根据权利要求1所述的冷轧管机，其特征在于，所述冷轧管机还包括用于带动管坯回转前进的回转送进机构，所述回转送进机构包括动力部和传动部，所述动力部包括回转伺服电机(61)和送进伺服电机(62)，所述传动部包括用于将所述回转伺服电机(61)的动力传递给管坯卡盘(7)的回转传动部(63)，以带动管坯卡盘(7)绕轴向回转，所述传动部还包括用于将所述送进伺服电机(62)的动力传递给所述管坯卡盘(7)的送进传动部(64)，以带动管坯卡盘(7)沿轴向移动。
4.根据权利要求1-3任一项所述的冷轧管机，其特征在于，所述冷轧管机还包括轧辊组件(3)，所述轧辊组件(3)安装于所述轧辊保持架(2)，所述轧辊组件(3)包括三个轧辊(31)，所述三个轧辊(31)沿圆周方向依次间隔120°排布，所述三个轧辊(31)的轧制槽(a)围合成轧制孔(b)，所述三个轧辊(31)的轧制槽(a)均为断面半径沿周向先逐渐增大再逐渐减小的变径槽，使所述轧制孔(b)为横截面面积沿轴向逐渐变化的变截面轧制孔。
5.根据权利要求4所述的冷轧管机，其特征在于，所述冷轧管机的出口端、进口端以及所述轧制孔(b)的最大直径为1200mm。
6.一种无缝管生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
a.铸造形成铝合金管坯并对其进行均匀化处理，所述铝合金管坯的屈服强度为515MPa-965MPa，外径为400mm-1200mm，壁厚为20mm-80mm，长度为5.5m～10m，外径理论公差值为-5um～0um，端面斜切度±2mm/m；
b.利用权利要求5所述的冷轧管机对所述铝合金管坯进行轧制，成型出无缝管，所述无缝管的外径为300mm～1050mm，壁厚为8mm～50mm；
c.对所述无缝管进行热处理。
7.一种无缝管，其特征在于，所述无缝管是按照权利要求6所述的生产工艺生产出的无缝管。
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