管坯滚压旋锻机的制作方法

本发明属于管件加工技术领域，具体涉及一种余热管坯旋压成型的管坯生产线成型机。

背景技术：

在电解铝领域铝包使用大直径无缝轧制管件，传统的管坯生产工艺为采用圆柱形坯料加热后冲孔，再加热，穿入芯棒，放到两侧支撑点位置，锻压同时转动坯料，需多次加热锻造，效率较低且浪费能源，采用锻造机锻造出的产品壁厚不均匀，精度不高，加工量大。

技术实现要素：

针对现有管件生产工艺存在效率低和工作量大的问题，本发明提供一种在离心制管坯环节直接将含有余热的管坯旋压成型的设备，达到高效制管和节能目的。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种管坯滚压旋锻机，包括机架、驱动机构、传动机构和滚轧机构等。

所述的滚轧机构的辊架包括左右两侧壁(或架)，两侧壁对称位置分别设置有竖向滑孔，位于上侧的工作辊的两端通过升降轴承盒匹配套装在对应竖向滑孔内，位于下侧的芯辊的两端分别通过活动轴承盒和固定轴承盒匹配套装在对应竖向滑孔内。

在位于活动轴承盒一侧的机架上安装有芯辊移出装置，在位于固定轴承盒一侧的机架上安装有芯辊安装装置，其中芯辊移出装置的伸缩推送端固定于活动轴承盒上，芯辊安装装置的伸缩推送端支撑于芯辊的下方(芯辊安装装置的伸缩端固定有两根平行支撑杆，形成叉状支撑体，该叉状支撑体用于支撑在芯辊两侧对称位置并对其托起平移)，芯辊移出装置和芯辊安装装置交替工作完成芯辊的装卸过程；所述工作辊的一端通过传动机构与驱动机构传动连接。

在位于辊架左右两侧壁的上方分别安装有可控提升机构，左右可控提升机构分别驱动所述升降轴承盒同步升降运动。

在辊架左右两侧壁之间的底部设置有定尺装置。例如：定尺装置包括固定在底板上的可控竖向推拉杆，可控竖向推拉杆的伸缩端向上连接有支座，该支座上侧有v形槽，v形槽的两侧侧面上分别安装有辊轮，支座向下固定有导向杆，各导向杆匹配套装且贯穿于底板上设置的导向套，v形槽的中心位于所述芯辊的正下方。在可控竖向推拉杆的伸缩端与支座连接处安装有压力传感器。

在位于辊架左右两侧壁的侧面设置有滚压支撑装置。例如：滚压支撑装置包括可控外延推拉杆，其伸缩端安装有横置的轮架，轮架内安装有侧滚轮，可控外延推拉杆的后端通过后座安装于l形侧翻架侧面，同时在l形侧翻架于轮架之间设置有平行导向机构。平行导向机构是在l形侧翻架侧面固定有导向套，在轮架后侧固定有导向杆，导向杆匹配套装于导向套内能够滑动。

在位于辊架左右两侧壁的侧面设置有侧翻压紧机构，该机构包括一个l形侧翻架，其一侧架末端通过销轴铰接于辊架上固定座，其拐角处设置铰接座并通过销轴铰接可控翻转推拉杆，该可控翻转推拉杆的末端通过销轴铰接于下辊架上固定座；在l形侧翻架的另一侧架下缘设置有滚压支撑装置。滚压支撑装置包括可控外延推拉杆，其伸缩端安装有横置的轮架，轮架内安装有侧滚轮，可控外延推拉杆的后端通过后座安装于l形侧翻架侧面，同时在l形侧翻架于轮架之间设置有平行导向机构。

所述的可控提升机构是在辊架左右两侧壁上方分别安装有伺服电机和蜗轮箱，在左右竖向滑孔顶部中心安装有竖向的提升杆，伺服电机转轴与蜗轮箱输入端传动连接，蜗轮箱输出端与提升杆顶部传动连接，左右提升杆的下端分别孤独于相应的升降轴承盒。进一步地，又在左右蜗轮箱的输出轴同时传动连接有同步轴。

芯辊拖辊装置包括沿竖向安装在机架上的可控推送机构，其顶部通过轴架安装有上滑轮，上滑轮上缘高度与芯辊下缘高度一致，当芯辊外或向内移动时能支撑在上滑轮上侧。

本发明的有益效果：本设备采用离心浇铸管坯为原材料，利用铸件700℃-800℃余热再二次加热至锻造温度，用操作机将工件放入旋压成型机，通过上辊旋压，使产品达到所需尺寸。旋压成型机一次旋压就能成型，效率高，节省能源且产品壁厚均匀，加工余量小。

附图说明

图1是本发明整机侧面结构图。

图2是本发明整机立体结构图之一。

图3是图2的左视图。

图4是上下辊与管坯配合示意图。

图5是图4的立体状态示意图。

图6是与本发明管坯滚压旋锻机结合的管坯旋压工艺流程图。

图7是上下辊与定尺装置配合示意图。

图8是本发明整机立体结构图之二。

图9是侧翻压紧机构的结构示意图。

图10是与整机结合的控制系统框图。

图11是管件坯料旋压前后尺寸对比示意图。

图中标号：1-电机，2-变速箱，3-万向联轴器，4-伺服电机，5-工作辊，6-辊架，7-芯辊移出装置，8-芯辊安装装置，9-芯辊，10-定尺装置，11-滚压支撑装置，12-芯辊拖辊装置，13-机架，14-基座，15-侧翻架，16-电机座，17蜗轮箱，18-提升杆，19-同步轴，20-升降轴承盒，21-活动轴承盒，22-固定轴承盒，23-管坯，24-竖向滑孔，25-上滑轮，26-上固定座，27-下固定座，28-可控翻转推拉杆，29-铰接座，30-底板，101-可控竖向推拉杆，102-导向套，103-导向杆，104-支座，105-v形槽，106-辊轮，111-可控外延推拉杆，112-后座，113-轮架，114-侧滚轮，115-导向套，116-导向杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1：采用一种如图1所示的管坯滚压旋锻机，该机主要包括机架、驱动机构、传动机构和滚轧机构等，其中驱动机构和传动机构为：电机1、变速箱2和万向联轴器3。

其中，滚轧机构包括辊架6、工作辊5、芯辊9、伺服电机提升机构、滚压支撑装置和定尺装置等。

辊架6的结构如图3所示，辊架6包括左右两侧壁(或架)，两侧壁对称位置分别设置有竖向滑孔24。如图4所示，工作辊5及其轴承盒位于上侧、芯辊9及其轴承盒位于下侧。

如图2和图5所示，位于上侧的工作辊5的两端通过升降轴承盒20匹配套装在对应竖向滑孔24内，位于下侧的芯辊9的两端分别通过活动轴承盒21和固定轴承盒22匹配套装在对应竖向滑孔24内，热管坯23套装在芯辊9外侧，工作辊5和芯辊9构成对热管坯对压关系。轴承盒内含有冷却通道，向冷却通道内注入循环的冷却水，当各压辊工作时保持循环冷却水对相应轴承盒进行持续冷却，确保各压辊可靠运行。同时设置有驱动各压辊两端轴承盒沿竖向移动的调节机构。

如图2和图5所示，在位于活动轴承盒21一侧的机架上安装有芯辊移出装置7，在位于固定轴承盒22一侧的机架上安装有芯辊安装装置8，其中芯辊移出装置7的伸缩推送端固定于活动轴承盒21上，芯辊安装装置8的伸缩推送端支撑于芯辊9的下方，芯辊移出装置7和芯辊安装装置8交替工作完成芯辊9的装卸过程。其中，芯辊安装装置8的伸缩端固定有两根平行支撑杆，形成叉状支撑体，该叉状支撑体用于支撑在芯辊9两侧对称位置并对其托起平移。

如图8所示，工作辊5的一端通过传动机构与驱动机构传动连接，即电机1通过变速箱2和万向联轴器3驱动工作辊5转动。

另外，该机还设置了芯辊拖辊装置，如图2中，该装置包括沿竖向安装在机架上的可控推送机构，其顶部通过轴架安装有上滑轮25，上滑轮25上缘高度与芯辊9下缘高度一致，当芯辊9外或向内移动时能支撑在上滑轮25上侧。

如图2中，在位于辊架6左右两侧壁的上方分别安装有可控提升机构，左右可控提升机构分别驱动所述升降轴承盒20同步升降运动。具体地，如图4和图5，可控提升机构是在辊架6左右两侧壁上方分别安装有伺服电机4和蜗轮箱17，在左右竖向滑孔24顶部中心安装有竖向的提升杆18，伺服电机4转轴与蜗轮箱17输入端传动连接，蜗轮箱17输出端与提升杆18顶部传动连接，左右提升杆18的下端分别孤独于相应的升降轴承盒20。为提高可控提升机构对工作辊5驱动的一致性，还可以进一步在左右蜗轮箱17的输出轴同时传动连接有同步轴，如图2中，在左右蜗轮箱17的输出端还传动有横转轴，左右横转轴通过联轴器固定在一起构成同轴。上述蜗轮箱内包括蜗轮蜗杆啮合组件或者同时含有变速直齿轮，蜗轮箱还可以为锥齿轮轮变速箱。

在位于辊架6左右两侧壁的侧面设置有滚压支撑装置11。

在辊架6左右两侧壁之间的底部设置有定尺装置10。定尺装置10的一种形式是在底板30(如图2所示底板30固定于基座14)中心设孔并固定可控竖向推拉杆101。如图7，可控竖向推拉杆101的伸缩端向上连接有支座104，且在连接处安装有压力传感器，该支座104上侧有v形槽105，v形槽105的两侧侧面上分别安装有辊轮106，支座104向下固定有导向杆103，各导向杆103匹配套装且贯穿于底板30上设置的导向套，v形槽105的中心位于所述芯辊9的正下方。

该机工作过程该机是在离心制管坯基础上进行的后续制管设备，离心制管过程管坯温度达到1150℃，将热管坯其转移至本机后仍然具有余热温度可达700-800℃。从而只需对离线制管过程加热一次，本机利用热管坯余热制管，节省了对管坯加热的环节，提高制管效率和降低能耗，降低因燃料燃烧造成的环节污染，符合环保要求，在将余热温度700-800℃的热管坯移至本机加工过程中，对本机设置后，旋压制管过程只需3分钟即可成型，效率高且节省人力。

如图6所示，芯辊移出装置7的伸缩端向外收缩，拉动芯辊9向外移动脱离辊架6左右两侧壁。芯辊安装装置8的伸缩端也向外收缩，使叉状支撑体脱离辊架6左右两侧壁。利用吊具转移热管坯至左右两侧壁之间位置，芯辊安装装置8的伸缩端向内移动，使叉状支撑体穿过热管坯后支撑在芯辊下方，托起芯辊。此时芯辊移出装置7的伸缩端向内推送、芯辊安装装置8的伸缩端向外移动，两者同步推送，使芯辊穿过热坯料，且使芯辊9的一轴端插入固定轴承盒22内，芯辊9另一端安装的活动轴承盒匹配套装于竖向滑孔24内底部。从而完成热坯料的装配和芯辊的推送。在整个移送过程中，芯辊拖辊装置顶部的上滑轮能够支撑在芯辊的下表面，保持芯辊稳定平移。

然后控制侧翻压紧机构向内收缩，以及控制滚压支撑装置11向外伸出，顶压在热坯料侧面。

如图10，之后由plc控制器控制电机1通过变速箱2和万向联轴器3驱动工作辊5转动。工作辊5转动的同时，再由plc控制器控制伺服电机4同步转动，提供给工作辊两端升降轴承盒20缓慢向下的压力，即工作辊5转动的同时逐渐提供对热管坯压力。工作辊5转动后通过热管坯传递给芯辊9转动动力，工作辊5和芯轴9在持续转动后，热管坯直径不断变大。侧翻压紧机构及滚压支撑装置11逐渐向外展开但侧滚轮始终支撑在管坯外表面，配合直径变大的管坯转动并提供支撑。

以上辊轧过程中，定尺装置10可以保持固定位置，即保持设置高度(或者也可以提供给热管坯支撑作用，如实施例2)，当管坯直径增大至设置值后，管坯外径下侧位支撑在定尺装置10的辊轮106上，进而使压力传感器提供相应信号，控制器接收压力传感器信号后控制电机停止工作。

电机停止后，芯辊移出装置7的伸缩端向外收缩，拉动芯辊9向外移动脱离辊架6左右两侧壁。芯辊安装装置8的伸缩端向内推送，使叉状支撑体支撑在芯辊9下方并推送其脱离辊架6左右两侧壁之外。然后芯辊安装装置8的伸缩端也向外收缩，使叉状支撑体脱离辊架6左右两侧壁，再利用吊具转移辊轧后的管件脱离两侧壁。

实施例2：在实施例1基础上，可以提供给热管坯支撑作用，此时，工作辊5和芯轴9在持续转动后，随着热管坯直径不断变大，定尺装置10的可控竖向推拉杆101的伸缩端向下逐渐移动，进而使支座104携带辊轮106向下逐渐移动，配合直径变大的管坯转动并提供支撑，防止其变形。通过对定尺装置10的支座104设置位置传感器，当其到达设定位置后，控制器接收位置传感器信号后控制电机停止工作。

实施例3：在实施例1基础上，在位于辊架6左右两侧壁的侧面设置有侧翻压紧机构，该机构包括一个l形侧翻架15，其一侧架末端通过销轴铰接于辊架上固定座26，其拐角处设置铰接座并通过销轴铰接可控翻转推拉杆28，该可控翻转推拉杆28的末端通过销轴铰接于下辊架上固定座27；在l形侧翻架15的另一侧架下缘设置有滚压支撑装置11。

所述的滚压支撑装置11包括可控外延推拉杆111，其伸缩端安装有横置的轮架113，轮架113内安装有侧滚轮114，可控外延推拉杆111的后端通过后座112安装于l形侧翻架15侧面，同时在l形侧翻架15于轮架113之间设置有平行导向机构。平行导向机构是在l形侧翻架15侧面固定有导向套115，在轮架113后侧固定有导向杆116，导向杆匹配套装于导向套内能够滑动。

实施例4：在实施例1基础上，该机还适用于管坯二次加热的应用，操作流程描述：

1.二次加热后的管坯件，用操作机将其放入旋压成型机机架内；

2.芯辊安装装置动作，将支撑芯辊的拖杆送入机架内；

3.芯辊拖辊装置动作，由液压缸将其移动部件送至工作位置；

4.芯辊移出装置动作，带动芯辊将其送至工作位置(芯辊拖辊装置协同动作)；

5.芯辊拖辊装置与芯辊安装装置恢复原位，且芯辊移出装置与芯辊脱离；

6.蜗轮箱动作，通过丝杠带动工作辊向下移动，接触到管坯外表面；

7.检查各装置无异常后，电机启动，联轴器带动工作辊动作，进行滚压锻造；

8.管坯滚压到要求尺寸后，主电机停止，工作辊上移；

9.操作机将抓取工件，各装置协同动作将下轧辊移出，再由操作机将工件取出。

实施例5：在以上任一实施例基础上，如图11所示管件坯料旋压前后尺寸对比，控制器控制伺服液压缸以递进式提供一个旋压进量，每次旋压后的管件尺寸数据都是以旋压前管件尺寸和进量为基准，计算管件的圆周。

管坯总重g＝(πr1²-πr2²)hρ＝(πr’1²-πr’2²)h’ρ→(r1²-r2²)h＝(r’1²-r’2²)h’；

忽略轴向延展性：

r1²-r2²＝r’1²-r’2²-------------------------------------------------①；

r1＝r2+△d1；------------------------------------------------------②；

r’1＝r’2+△d1’；---------------------------------------------------③。

已知数：r1为旋压前管件外径；r2为旋压前管件内径；△d1......△dn’为旋压前管件壁厚；△d1’......△dn’为旋压后管件壁厚(即工作辊与芯辊之间的间距，该间距随着旋压次数增多而逐渐缩小，为设置的固定值，n为旋压圈数)，根据私服液压缸行程可确定工作辊与芯辊之间的距离，或者在工作辊与芯辊之间增设位置测距仪。

从而由①②③得：r’2＝(△d1/△d1’)*r2+△d²/2△d1’-1/2△d1’²，从而旋压后内径周长＝2πr’2。

芯轴半径r0，芯轴周长2πr0，则旋压后芯轴应当旋转圆周及弧度为：2πr’2/2πr0＝r’2/r0＝((△d1/△d1’)*r2+△d1²/2△d1’-1/2△d1’²)/r0。

在芯轴上安装编码器并将编码器信号线引入控制器信号输入端，控制器接收到该编码器采集芯轴旋转圆周及弧度不小于r’2/r0时(即旋压后的管件旋转不小于一周)，控制伺服液压缸向下推进一个旋压进量。管坯用料量大于成品管件，旋压后管件壁厚略大于成品管件壁厚，预留加工余量。