一种冷轧管的轧制方法与流程

本发明涉及冷加工金属管材的加工工艺，具体涉及一种冷轧管的轧制方法。

背景技术：

冷轧管机是采用无切屑加工工艺在冷状态下生产高精度金属无缝管材的专用设备，也是生产航空、航天、原子能、无线电等高科技领域所需精密管材的关键设备。

目前，国内外使用最普遍的管材冷轧设备主要有两种，即多辊式冷轧管机和两辊式冷轧管机。前者如我国的LD型冷轧管机，是采用小直径等断面孔型的轧辊来生产高精度薄壁管材，轧制时，管坯是在圆柱形芯棒和三个以上带有等断面孔型的轧辊之间实现变形的。由于其轧辊孔型的尺寸与成品管材的外径相同，使其从管坯到成品管材的直径变形量受到限制，因而产量较低，主要用于精轧工序。多辊式冷轧管机的轧辊型式与工作原理如图1所示，以三辊轧机为例，其特征在于轧机的辊系由三个互成120°布置的轧辊101构成。

后者如我国的LG型冷轧管机，管坯是在锥形芯棒和两个带有环形轧槽块的轧辊之间实现轧制变形的，环形轧槽块的圆周上开有截面不断变化的孔型，孔型入口处的尺寸大于管坯外径，孔型出口处的尺寸与成品管的外径相当。尽管其变形工具的设计和制造较困难，需要配备专用的轧辊孔型加工机床，但是，由于其具有减径、减壁量大，产量高等显著的优点，因而仍被得到最广泛的应用。两辊式冷轧管机的轧辊型式与工作原理如图2所示，其特征在于轧机的辊系由两个互成180°布置的轧辊201构成。

无论是多辊式冷轧管机还是两辊式冷轧管机，当传动机构通过连杆带动装有轧辊的工作机架往复运动时，都是通过轧辊(外模)和芯棒(内模)迫使被轧管坯的直径和壁厚产生变形的。因为被轧金属在纵向延伸的同时也会产生横向流动，从而在两个轧辊的辊缝之间会形成“耳子”(即管坯表面沿长度方向出现的条状凸起)。如果不能有效地消除“耳子”，就无法保证管坯在轧制后的外径尺寸和形状公差(圆柱度)。

为了得到质量合格的成品管材，冷轧管机均配置有间歇工作的回转与送进装置。以两辊式冷轧管机为例，回转送进装置的工作原理如图3所示。

当工作机架运行到后极限位置附近时，利用轧辊301孔型与管坯303脱离接触的瞬间，由送进装置带动床身上的丝杠，驱动送进小车沿轧制方向把管坯303向前送进一定的距离(即“后送进量”)；同时，由回转装置带动芯棒卡盘、送进小车、入口和出口卡盘，使芯棒302和管材303同时回转一个角度(即“后回转角”)。当工作机架向前移动时，已送进的一段管坯303在由轧辊301的孔型和芯棒302所构成的逐渐变小的环形间隙中实现减径和减壁厚变形。

同样，当工作机架运行到前极限位置附近时，利用轧辊301的孔型与管坯303脱离接触的瞬间，由送进装置使管坯303向前送进一定的距离(即“前送进量”)，同时，由回转装置使芯棒302和管材303同时转过一个角度(即“前回转角”)。当工作机架向后返回时，已送进的一段管坯受到再次压延或均整。

机架往复运动一次就完成了一个轧制周期，在其前后极限位置之间就形成了一个金属变形工作锥。周而复始，就实现了对管坯的周期式轧制过程。

由此可见，冷轧管机的回转送进装置是周期式冷轧管机必不可少的组成部分，其可靠性、稳定性与合理性直接影响轧机的产品精度和产量。回转送进装置在轧制过程中必须严格地与工作机架的往复运动同步，即在机架的前、后极限位置附近，使管坯和芯棒旋转一定的角度并将管坯沿轧制方向送进一定长度。当轧机工作机架作不间断的往复运动时，就实现了对管坯的有效轧制。可以说，管坯在冷轧过程中，如何协调机架的往复运动和管坯的间歇式回转与送进运动是冷轧管机正常稳定运行的首要条件。

随着技术的发展，冷轧管机的回转送进装置历经机械传动结构、液压传动结构、已发展到目前普遍采用的伺服电机传动的结构。以往的回转送进装置由于受机械或液压传动的结构限制，一直采用单回转、单送进的传动方式，直到20世纪90年代出现了伺服电机传动的回转送进装置后，才实现了双回转、单送进和双回转、双送进的轧制工艺。双回转是在机架每个往复行程的前后极限位置附近各回转一次管坯和芯棒，优点是显著地改善了产品质量；而双送进的优点是充分利用了材料的塑性，在机架每个往复行程的前后极限位置附近各向前送进一次管坯，从而增加了机架每个往复行程内轧制金属的总量，即提高了轧机的产量。

现在的问题是，截至目前为止，国内外冷轧管机的回转送进装置，无论是机械传动、液压传动还是伺服电机传动的回转送进装置，也无论是采用单回转单送进、双回转单送进还是双回转双送进方式的轧机，其管坯和芯棒的回转角都是某一特定的值，如37、43、51、54和57等值中的一个。

实际上，只要两辊轧机的回转角不是180的约数，三辊轧机的回转角不是120的约数，四辊轧机的回转角不是90的约数……，以此类推，只要回转角不是轧机辊系中轧辊夹角的约数，即可有效地消除“耳子”现象。

现有技术的缺点是，目前每台轧机的回转角都是一个固定值，这就意味着变形区内的管坯在轧制后所产生的“耳子”都被回转到孔型上对应这一固定回转角的位置，这势必造成轧辊孔型的这一部位磨损较快，影响轧辊孔型的使用寿命，而轧辊孔型局部的快速磨损不仅会造成管坯各处的变形产生差异，影响管件的加工精度，而且因轧制时管坯受力不均匀，导致管件局部摩擦力较大，影响轧后管材表面的粗糙度。

技术实现要素：

本申请提供一种冷轧管轧制受力更为均匀、轧辊孔型使用寿命更长且轧制精度更高的轧制方法。

一种实施例中提供的一种冷轧管的轧制方法，包括管坯周期性的轧制和回转送进，管坯依次或随机地按照预设角度数组中的角度值进行回转，并循环角度数组的角度值，角度数组包括若干个互不相同的角度值。

进一步地，角度数组中的角度值至少有一个不是轧辊夹角的约数。

进一步地，角度数组中的角度值均小于90。

进一步地，管坯回转通过回转送进装置驱动，回转送进装置包括伺服电机，伺服电机根据预设的角度数组驱动管材回转。

进一步地，管坯与芯棒同步回转。

依据上述实施例的冷轧管的轧制方法，由于多次周期性轧制的过程中，管坯依次或随机地按照角度数组中的一个角度值回转，并循环该角度数组中的角度值，即在数组的一次循环内，每次回转的角度不同，从而管材每次产生的“耳子”回转后位于轧辊孔型的不同位置，从而管材每次因轧制变形产生的“耳子”被回转到轧辊孔型中的不同位置，使得管材在被轧辊往复轧制的过程中可将“耳子”消除在轧辊孔型中不同的位置，不会造成轧辊孔型某个固定位置的过度磨损，因此，不仅可延长轧辊孔型的使用寿命，而且改善了管材冷轧时的受力状况，使生产出的管材尺寸更为均匀，精度也更高。

附图说明

图1为三辊冷轧管机冷轧变形的截面示意图；

图2为两辊冷轧管机冷轧变形的截面示意图；

图3为两辊冷轧管机轧制和回转送进的原理示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

在本实施例中提供了一种冷轧管的轧制方法，本轧制方法使用的加工设备与现有设备相同，即通过两辊或多辊轧机对管坯进行周期性的轧制和回转送进，本实施例以两辊轧机轧制为例进行说明。

本实施例的冷轧管通过两辊轧机轧制而成，两辊轧机包括两个互成180°夹角的轧辊，在两个轧辊的孔型中心设有芯棒，轧辊作为外模，芯棒作为内模，对位于轧辊和芯棒之间的管坯进行轧制，并且两辊轧机上安装有回转送进装置，回转送进装置的驱动件为伺服电机，回转送进装置用于驱动管坯和芯棒的回转和管坯的送进。从而本冷轧管的轧制方法步骤包括：两辊轧机周期性的轧制和回转送进管坯，最终制成冷轧管。

本实施例的轧制方法在轧制过程中，管坯的每次回转不是固定的一个回转角度，而是依次或随机地按照预设角度数组中的角度值进行回转，并且循环角度数组的角度值，角度数组包括若干个互不相同的角度值，即在一个数组循环内，管坯每次回转不同的角度，从而管材每次因轧制变形产生的“耳子”被回转到轧辊孔型中的不同位置，在回转送进后再次轧制时，“耳子”接触在轧辊孔型不同的位置，而不会始终磨损同一位置，不会造成轧辊孔型上某一固定位置的过度磨损，因此，不仅可延长轧辊孔型的使用寿命，而且改善了管材冷轧时的受力状况，使生产出的冷轧管材尺寸更为均匀，精度也更高。

具体的，将若干角度数组信息输入到控制器中，控制器根据角度数组控制伺服电机的驱动，由伺服电机驱动回转送进装置实现管材和芯棒的回转，当依次或随机执行完角度数组的各个角度值后，再重新开始，形成循环。角度数组中的角度值个数及数值可根据实际情况设置，但本实施例中的角度数组以选择小于90的角度值，甚至小于60为宜，避免间歇式的回转运动产生较大的冲击，例如角度数组为{37、41、45、49、53、57}。本实施例由于通过一个角度数组来控制管坯和芯棒的回转，故数组内的角度值可包含轧辊夹角的约数，原则上有一个不是轧辊夹角的约数即可，但为了得到更好的产品质量，本实施例采用若干不是轧辊夹角约数的角度值，以提高冷轧管的均匀度。

两辊冷轧管机的轧制和回转送进的原理如图3所示。

当工作机架运行到后极限位置附近时，利用轧辊301孔型与管坯303脱离接触的瞬间，由送进装置带动床身上的丝杠，驱动送进小车沿轧制方向把管坯303向前送进一定的距离；同时，由回转装置带动芯棒卡盘、送进小车、入口和出口卡盘，使芯棒302、管坯303和成品管304同时转过一个角度。当工作机架向前移动时，已送进的一段管坯303在由孔型和芯棒302所构成的逐渐变小的环形间隙中实现减径和减壁厚变形。

同样，当工作机架运行到前极限位置附近时，利用轧辊301的孔型与管坯303脱离接触的瞬间，由送进装置使管坯303向前送进一定的距离，同时，由回转装置使芯棒302、管坯303和成品管304同时转过另一个角度。当工作机架向后返回时，已送进的一段管坯受到再次压延或均整。

机架往复运动一次就完成了一个轧制周期，在其前后极限位置之间就形成了一个金属变形工作锥。下一个周期中，芯棒302、管坯303和成品管304先后以角度数组中的另外两个角度值回转，周而复始，就实现了对管坯的周期式轧制过程。

本实施例提供的一种的冷轧管的轧制方法，由于每次回转送进的过程中依次或随机地按照预设角度数组中的角度值回转，并循环该角度数组中的角度值，即在数组的一次循环内，每次回转的角度不同，从而管材每次因轧制变形产生的“耳子”被回转到轧辊孔型中的不同位置，使得管材在周期性的轧制过程中将“耳子”消除在轧辊孔型不同的位置，不会造成轧辊孔型上某一固定位置的过度磨损，不仅可延长轧辊孔型的使用寿命，而且改善了管材冷轧时的受力状况，使生产出的管材尺寸更为均匀，精度也更高。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。