CN104384192B - 拉管机和无缝管轧制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种拉管机和无缝管轧制方法，用于将毛管轧制成荒管，所述拉管机包括：床身(5)，布置在轧制线上；多个辊模，并列设置在床身(5)内；缩口机(4)，位于所述床身(5)的入口；受料前台(3)，位于缩口机(4)的上游，承受待轧的毛管的前台支撑面；拉管后台(6)，位于所述床身的出口，所述拉管后台(6)支撑芯棒和毛管；齿轮齿条传动系统(7)，位于所述拉管后台(6)的下游；芯棒，连接所述齿轮齿条传动系统(7)，并且所述芯棒能在受料前台(3)、缩口机(4)和床身(5)、辊模(30)、和拉管后台(6)之间进行往复直线移动。无缝管轧制方法采用上述拉管机。本发明床身系数更小且没有压杆稳定性问题。

Description

拉管机和无缝管轧制方法

技术领域

本发明涉及冶金领域，具体涉及一种用于轧制无缝钢管的三辊轧机，尤其是一种拉管机和无缝管轧制方法。

背景技术

目前无缝钢管轧制按传动型式可分为主动轧制和被动轧制，其中主动轧制机组包括MPM、PQF等两辊或三辊多机架的连续纵轧以及ASSEL三辊单机架斜轧、AccuRoll两辊单机架斜轧等机组；被动轧制主要是CPE法(Cross-rollPiercingandElongating)，是一种用穿孔斜轧出毛管经过缩口后进行顶管得到荒管、并经张减制得成品钢管的轧管工艺方法。此种方法关键是顶制，电动机通过减速机驱动齿条，带动推杆推着芯棒，顶制得荒管。

对应上述CPE主要压力加工变形设备之一是顶管机，由于压杆稳定性原因，此机型的芯棒长径比(长度与直径的比值)往往受到限制，匹配的推杆的长径比也同样受到限制，在一定程度上影响床身系数。

由于最大顶推力的限制，同时咬入机架(辊模)数不能过多，轧制辊模较大间距布置，考虑到压杆稳定性因素，间距又不能太大，但轧制道次(在线辊模总数)必须保证工艺要求，往往将床身加长，由此致使芯棒或推杆做长，顶管齿条也相应增长，从而使得设备和工具制造以及生产备件都不够经济。

综上所述，现有技术中存在以下问题：目前无缝钢管轧制中，存在芯棒或推杆受力稳定性差而影响芯棒长径比的问题。

发明内容

本发明提供一种拉管机和无缝管轧制方法，以解决无缝钢管轧制中，存在芯棒或推杆受力稳定性差而影响芯棒长径比的问题。

为此，本发明提出一种拉管机，用于将毛管轧制成荒管，所述拉管机包括：

床身，布置在轧制线上，起到底座的作用，支撑各辊模；

多个辊模，并列设置在床身内；

缩口机，位于所述床身的入口；

受料前台，位于缩口机的上游，承受待轧的毛管；

拉管后台，位于所述床身的出口，所述拉管后台支撑芯棒和毛管；

齿轮齿条传动系统，位于所述拉管后台的下游；

芯棒，连接所述齿轮齿条传动系统，并且所述芯棒能在受料前台、缩口机和床身、辊模、和拉管后台之间进行往复直线移动，并且，

当芯棒穿棒到毛管中到位后，所述齿轮齿条传动系统拉动芯棒，使所述芯棒拉动所述毛管沿着同一轧制方向移动，将所述毛管拉制成型，轧制成荒管。

进一步地，所述拉管机还包括：设置在所述受料前台上游的定位挡板。

进一步地，所述拉管机还包括：设置在所述定位挡板上游的升降辊道，所述定位挡板连接在所述升降辊道与所述受料前台之间。

进一步地，所述齿轮齿条传动系统包括：传动电机、与所述传动电机连接的齿轮、与所述齿轮啮合的齿条，其中，所述齿条与所述芯棒连接。

进一步地，所述芯棒包括：依次连接的头部、棒身和尾部，所述芯棒的棒身包括两段，分别是相互连接的粗段和细段，粗段为芯棒工作段，细段的长度大于床身长度，粗段与细段轴肩处为芯棒的缩口位，芯棒的头部位于粗段端头呈锥形，所述芯棒的尾部是与齿条联接的夹持头，并且所述夹持头与所述细段连接。

进一步地，所述齿条包括：与齿轮啮合的齿条主体、以及与所述齿条主体连接的齿条头部，所述齿条头部与所述芯棒连接，其中，所述齿条头部位于所述齿条主体之下，沿着齿条的长度方向，所述齿条主体的顶部具有咬合齿，所述齿条头部的底面为平直的。

进一步地，所述拉管后台具有V型辊道，在垂直齿条长度方向的断面上，所述齿条头部的底面为V型。

进一步地，每个辊模包括三个轧辊，三个轧辊分别绕各自的自转轴线从动旋转，三个轧辊的旋转轴线之间的夹角为60°，相邻的辊模中的轧辊呈60°相位角交错布置，实现毛管圆周方向上60°错位轧制。

进一步地，每个辊模包括三个轧辊，三个轧辊分别绕各自的自转轴线从动旋转，三个轧辊的旋转轴线之间的夹角为60°，相邻辊模采用45°相位角错位布置，实现毛管圆周方向上45°和30°交替的错位轧制。

本发明还提出一种无缝管轧制方法，所述无缝管轧制方法包括：

步骤A:芯棒前进并穿棒到毛管中到位；

步骤B：然后，通过齿轮齿条传动系统拉动芯棒回退，使所述芯棒拉动所述毛管沿着同一轧制方向进入各辊模中，各辊模中的轧辊从动旋转，将所述毛管拉制成型，轧制成荒管。

进一步地，所述无缝管轧制方法还包括步骤C：所述荒管带棒拨出拉管后台，进行松棒脱管工序，步骤C发生在步骤B之后。

本发明在芯棒穿棒到毛管中到位后，所述齿轮齿条传动系统拉动芯棒，使所述芯棒拉动所述毛管沿着同一轧制方向移动，将所述毛管拉制成型，轧制成荒管。本发明用“拉”替代“推”的方式来进行轧管生产，这样避开了芯棒等生产工具的压杆稳定性的问题，芯棒承受的拉力远大于其能承受的推力，从而使得同时要咬入机架数(辊模)大为增加，辊模采用紧贴布置，床身做得更短更经济，床身系数更小，拉管机最大延伸系数可比顶管机还大，为大延伸轧管机。

因为芯棒直径可以做的更小，所以可以生产比现有的顶管更小直径的荒管，由于不需要像顶管那样的在床身底部留出齿条的轨道空间(齿条不用穿过床身)，因此床身更低，与基础连接后机架刚性更强。因由“推”变成“拉”，相应保证推杆和芯棒稳定性的扣瓦工具亦可以省去，也大大节省了换产品规格的生产时间。

同规格情况下，本发明能提供比顶管机更大的轧制力，同时咬入机架数更多，提供更大延伸率，且没有压杆稳定性问题。

附图说明

图1为本发明的工作原理示意图；

图2为本发明的轧制线的结构示意图；

图3是本发明的齿条和芯棒的连接方式示意图；

图4是本发明的齿条和芯棒的打开方式示意图；

图5是本发明的受料前台的结构示意图；

图6是本发明的辊模与床身的结构示意图；

图7是本发明的六方辊模示意图；

图8是本发明的八方辊模示意图；

图9是本发明实施例的第一种齿条的结构示意图；

图10是本发明实施例的第二种齿条的结构示意图；

图11是本发明实施例的第三种齿条的结构示意图；

图12是本发明的齿条头部的剖面图。

附图标号说明：

1升降辊道2定位挡板3受料前台4缩口机5床身6拉管后台7齿轮齿条传动系统8齿条轨道9芯棒10压轮摇柄11锁杆12碟簧(叠簧)13齿条14导板16长管扣瓦17中管扣瓦18短管扣瓦20辊模21中吊环22左吊环23右吊环24辊模25正吊环26侧吊环27压块29侧齿板30辊模31轧辊32轧辊33轧辊131齿条主体133齿条头部50轧制方向60毛管65V型辊道

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明。

如图1所示，本发明轧辊机架(辊模)采用惰辊轧制(亦即被动轧制)，芯棒拉动毛管沿着轧制方向50共同移动，芯棒9和毛管60穿过各辊模30，轧制成所需的荒管。芯棒头部采取倒角设计，便于穿棒，芯棒尾部有夹持端，用于芯棒的锁扣固定。

如图2所示，本发明提出一种拉管机，用于将毛管轧制成荒管，拉管机包括：

床身5(或者称为底座)，布置在轧制线上；

多个辊模30(三辊轧机)，并列设置在床身5内；

缩口机4，位于所述床身5的入口，对毛管头部进行收口，作为较佳选择，缩口机4在线对毛管60进行收口，其中心与毛管中心共线，在同一轧线上，采用毛管轧线缩口，缩短毛管穿孔至轧管间隔时间，减少散热，利于拉管顺利进行；

受料前台3，位于缩口机4的上游，承受待轧的毛管保证轧线对中，毛管从侧向(侧向为图2中的上下方向，轧制线为图2中的左右方向)进入受料前台3，受料前台3高度可调，使承受待轧的毛管保证轧线对中；

拉管后台6，位于所述床身的出口，所述拉管后台6支撑芯棒9和毛管60，拉管后台6轧制前输送芯棒，轧制后运送荒管，其两侧分别预热芯棒上料，带芯棒轧制的荒管出料；拉管后台6的辊道可以升降，用来承接不同直径的芯棒和不同直径的荒管，此谓小幅度升降，此动作由螺旋升降机统一调整实现(也可通过其它机构实现)；当齿条13过来后，需要避让，实现大幅度升降，此动作由单独液压缸实现；

齿轮齿条传动系统7，位于所述拉管后台6的下游，作为轧制的动力来源；

芯棒9，连接所述齿轮齿条传动系统7，并且所述芯棒能在受料前台3、缩口机4和床身5、辊模30、和拉管后台6之间进行往复直线移动，如图1所示，当芯棒穿棒到毛管中到位后，所述齿轮齿条传动系统7拉动芯棒，使所述芯棒拉动所述毛管沿着同一轧制方向移动，将所述毛管拉制成型，轧制成荒管。

其中，本申请中，齿条夹持着芯棒送进，穿过床身5，往毛管穿棒，此时的穿棒与传统的顶管轧制的穿棒对于芯棒的直径、穿棒的力量等方面相同。本申请中，定位挡板2止挡毛管尾部，并有受料前台的三个扣瓦(长管扣瓦16、中管扣瓦17和短管扣瓦18)来对毛管进行固定，进而实现毛管静态下穿棒到位，这种穿棒方式与以前顶管在毛管静态下芯棒穿入毛管到位的预穿工序是相同的。

进一步地，如图2所示，所述拉管机还包括：设置在所述受料前台3上游的定位挡板2。定位挡板2定位止挡不同毛管长度，通过控制液压缸行程将毛管推至缩口位固定挡板并紧贴毛管。

进一步地，如图2所示，所述拉管机还包括：设置在所述定位挡板2上游的升降辊道1，所述定位挡板2连接在所述升降辊道1与所述受料前台3之间。升降辊道1实时调整高度承接不同直径芯棒，使芯棒中心、毛管中心对准辊模中心。

进一步地，所述齿轮齿条传动系统7包括：传动电机、与所述传动电机连接的齿轮、与所述齿轮啮合的齿条，其中，所述齿条与所述芯棒连接。齿轮齿条传动系统7作为轧制的动力来源，由电机驱动减速机，并带动齿轮齿条，实现芯棒的送进和回退，从而拉制荒管。

进一步地，所述芯棒包括：依次连接的头部、棒身和尾部，所述芯棒的棒身包括两段，分别是相互连接的粗段和细段，粗段为芯棒工作段，细段的长度大于床身长度，粗段与细段轴肩处为芯棒的缩口位，芯棒9的头部位于粗段端头呈锥形，以利于穿棒，所述芯棒9的尾部是与齿条联接的夹持头，并且所述夹持头与所述细段连接。

齿条轨道8位于轧制线最后端或传动系统7的下游，承接运行的齿条，或停靠检修齿条。

如图2所示，本发明轧制工艺是：从穿孔过来的毛管落在受料前台3上，定位挡板2将毛管定位，升降辊道1和拉管后台6的辊道调整到芯棒位，此时传动系统7中的主传动电机驱动齿轮，使齿条轨道8上的齿条夹持着芯棒送进，穿过床身5，往毛管穿棒，到位后，缩口机4对毛管头部进行收口，此后拉管后台6的辊道调整到荒管位，齿轮齿条拽着芯棒回退，拉制荒管。紧接着，荒管带棒拨出拉管后台，进行下道松棒脱管工序。

如图9所示，齿条13采用易加工的直齿，其头部联接芯棒9，齿条13双齿面加工，此种方案需要让拉管后台辊道在轧制的过程中依次避开齿条齿面。

进一步地，如图10所示，所述齿条13包括：与齿轮啮合的齿条主体131、以及与所述齿条主体连接的齿条头部133，所述齿条头部133与所述芯棒9连接，其中，所述齿条头部133位于所述齿条主体131之下，如图10所示，沿着齿条的长度方向，所述齿条主体131的顶部具有与齿轮啮合的咬合齿，齿条主体131的底部也具有与齿轮啮合的咬合齿，所述齿条头部133的底面为平直的。这样可以将齿条13上抬呈卧“L”形，连接芯棒9的齿条头部做适当的优化，从而使拉管后台辊道在轧制的过程中只须承接芯棒或荒管，无须依次避开齿条齿面。

进而，如图11所示，沿着齿条的长度方向，所述齿条主体131的顶部具有与齿轮啮合的咬合齿，齿条主体131的底部则没有与齿轮啮合的咬合齿，即齿条13单齿面加工，齿条主体131的底部为平直的，所述齿条头部133的底面为平直的。当拉管机的拉拔力不用那么高时，可以采用这一优选的方案。齿条13单齿面加工，降低制造成本。

进一步地，如图12所示，所述拉管后台6具有V型辊道65，在垂直齿条长度方向的断面上，所述齿条头部的底面为V型。优化齿条头部的形状，根据芯棒位时辊道的高度，依照拉管后台V型辊道的辊面制作相应的齿条头部，使辊道满足运送芯棒，又不至于和齿条相碰，起到精简辅助动作的效果。

进一步地，如图6至图8所示，每个辊模为三辊轧机，每个辊模包括三个轧辊，三个轧辊分别绕各自的自转轴线从动旋转，各辊模30并列设置在床身内，每个辊模包括三个轧辊，分别为轧辊31、轧辊32、轧辊33，三个轧辊分别绕各自的自转轴线A1、A2、A3从动旋转，三条轴线之间的夹角为60°，相邻的辊模中的轧辊呈60°相位角交错布置。

床身机架两侧设置侧齿板29，当辊模30装入床身后，用压块27固定。如图6所示，圆形模架30，由于相邻辊模错位布置，采用的方式是绕轧线调转180°放置，给车间吊装带来不便。当采用如图7所示的六方辊模24能较好的避免这问题。六方辊模24上装有正吊环25和侧吊环26。若一辊模采用正吊环25朝上，则相邻辊模采用侧吊环26朝上，从而相邻辊模的各轧辊的中心面实现60°错位布置。以上两种辊模形式相当于“六方”受力轧制荒管(即六个方向受力轧制)，优点是有效抑制并消除轧辊间辊缝产生在荒管表面的耳子。

进而，如图8所示，当采用八方(八边)辊模20时，相邻辊模采用45°错位布置，可以得到相当于“九方”受力轧制荒管(九个方向轧制)。八方辊模20上装有中吊环21、左吊环22、右吊环23，若一辊模采用中吊环21朝上，则前相邻辊模采用左吊环22朝上，后相邻辊模采用右吊环23朝上，从而实现圆周方向上45°和30°交替的错位布置。八方辊模20的机架外廓采用八方，从而实现45°错位布置。这样，使毛管轧制圆周方向受力合理，轧制更均匀。其中，相邻3个辊模依次错位45°后叠加效果就是“九方”。

八方辊模20和六方(六边)辊模24使用的轧辊都是一样的，八方辊模20和六方辊模24除了在模架外部轮廓和吊环的数量(分别3个和2个)上有区别外，没有其他区别。

如图3和图4所示，齿条与芯棒采用自动锁扣及打开的连接方式，在齿条13的运行过程中，叠簧12(碟簧)推动锁杆11，将芯棒9的夹持尾端紧紧锁扣固定在齿条13上。当齿条13在芯棒9的起始位或终止位时，齿条进入导向板14，压轮摇柄10受压，推动锁杆11压缩叠簧12，此时齿条13打开，芯棒9可与其脱离并上下料，即轧制起始时单棒上料，轧制终止时棒管下料(芯棒带轧后荒管)，上下料工位分别位于拉管后台的两侧。齿条13在轧制运行过程中，叠簧12推动锁杆11，将芯棒9紧锁在齿条13上，此时压轮摇柄10上扬，直至回到起始位导向板14的下抑。

如图5所示，从穿孔过来的毛管放在管端线A4、管端线A5之内的受料前台3上，受料前台3上等间隔布置长管扣瓦16、中管扣瓦17和短管扣瓦18，这些是拉管机组唯一的扣瓦，目的是扣住毛管，利于穿棒。毛管可长可短，根据其长短有选择地控制扣瓦的动作。当毛管来料是长毛管时，长管扣瓦16、中管扣瓦17、短管扣瓦18同时扣下，定位挡板2到位，贴上毛管尾端，用于穿棒时对毛管的止挡。穿棒完成后，缩口机4对毛管头端进行收口；当毛管来料是中等长度毛管时，长管扣瓦16打开，中管扣瓦17和短管扣瓦18同时扣下，定位挡板2到位止挡，缩口机4收口；当毛管来料是短毛管时，长管扣瓦16和中管扣瓦17打开，短管扣瓦18扣下，定位挡板2到位止挡，缩口机4收口。拉管机的定位挡板2，用于定位止挡不同毛管长度，通过溢流阀控制长行程液压缸，将毛管推至缩口位摆动式固定挡板并紧贴毛管，受料前台3上的扣瓦扣住毛管，然后位于缩口处的固定挡板摆开，等待穿棒。缩口机固定，芯棒缩口位置由编码器计算定位。

本发明在其传动布置、受力方式和工具设计上有显著的区别，属于CPE新方法。电动机通过减速机驱动齿条，拉动芯棒拉制得荒管。同规格情况下，本发明能提供比顶管机更大的轧制力，同时咬入机架数更多，提供更大延伸率。本发明能够提供更为高效经济的更大延伸率轧制的无缝钢管生产方式，辊模紧贴布置，同时咬入辊模数大为增加，床身系数更小，芯棒直径更小，可生产荒管直径更小，且没有压杆稳定性问题，大量节省了扣瓦工具和产品换规格的更换时间。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。为本发明的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (11)

1.一种拉管机，用于将毛管轧制成荒管，其特征在于，所述拉管机包括：

床身(5)，布置在轧制线上；

多个辊模，并列设置在床身(5)内；

缩口机(4)，位于所述床身(5)的入口；

受料前台(3)，位于缩口机(4)的上游，承受待轧的毛管；

拉管后台(6)，位于所述床身的出口，所述拉管后台(6)支撑芯棒和毛管；

齿轮齿条传动系统(7)，位于所述拉管后台(6)的下游；

芯棒，连接所述齿轮齿条传动系统(7)，并且所述芯棒能在受料前台(3)、缩口机(4)和床身(5)、辊模(30)、和拉管后台(6)之间进行往复直线移动，并且，

当芯棒穿毛管到位后，所述齿轮齿条传动系统(7)拉动芯棒，使所述芯棒拉动所述毛管沿着同一轧制方向移动，将所述毛管拉制成型，轧制成荒管。

2.如权利要求1所述的拉管机，其特征在于，所述拉管机还包括：设置在所述受料前台(3)上游的定位挡板(2)。

3.如权利要求2所述的拉管机，其特征在于，所述拉管机还包括：设置在所述定位挡板(2)上游的升降辊道(1)，所述定位挡板(2)连接在所述升降辊道(1)与所述受料前台(3)之间。

4.如权利要求1所述的拉管机，其特征在于，所述齿轮齿条传动系统(7)包括：传动电机、与所述传动电机连接的齿轮、与所述齿轮啮合的齿条，其中，所述齿条与所述芯棒连接。

5.如权利要求4所述的拉管机，其特征在于，所述芯棒包括：依次连接的头部、棒身和尾部，所述芯棒的棒身包括两段，分别是相互连接的粗段和细段，粗段为芯棒工作段，细段的长度大于床身长度，粗段与细段轴肩处为芯棒的缩口位，芯棒(9)的头部位于粗段端头呈锥形，所述芯棒(9)的尾部是与齿条联接的夹持头，并且所述夹持头与所述细段连接。

6.如权利要求4所述的拉管机，其特征在于，所述齿条包括：与齿轮啮合的齿条主体、以及与所述齿条主体连接的齿条头部，所述齿条头部与所述芯棒连接，其中，所述齿条头部位于所述齿条主体之下，沿着齿条的长度方向，所述齿条主体的顶部具有咬合齿，所述齿条头部的底面为平直的。

7.如权利要求4所述的拉管机，其特征在于，所述拉管后台具有V型辊道，在垂直齿条长度方向的断面上，所述齿条头部的底面为V型。

8.如权利要求1所述的拉管机，其特征在于，每个辊模包括三个轧辊，三个轧辊分别绕各自的自转轴线从动旋转，三个轧辊的旋转轴线之间的夹角为60°，相邻的辊模中的轧辊呈60°相位角交错布置，实现毛管圆周方向上60°错位轧制。

9.如权利要求1所述的拉管机，其特征在于，每个辊模包括三个轧辊，三个轧辊分别绕各自的自转轴线从动旋转，三个轧辊的旋转轴线之间的夹角为60°，相邻辊模采用45°相位角错位布置，实现毛管圆周方向上45°和30°交替的错位轧制。

10.一种无缝管轧制方法，其特征在于，所述无缝管轧制方法包括：

步骤A:芯棒前进并穿棒到毛管中到位；

步骤B：然后，通过齿轮齿条传动系统(7)拉动芯棒回退，使所述芯棒拉动所述毛管沿着同一轧制方向进入各辊模中，各辊模中的轧辊从动旋转，将所述毛管拉制成型，轧制成荒管。

11.如权利要求10所述的无缝管轧制方法，其特征在于，所述无缝管轧制方法还包括步骤C：所述荒管带棒拨出拉管后台，进行松棒脱管工序，步骤C发生在步骤B之后。