一种厚壁金属直缝焊管连续渐进式扩径整圆装置及方法
阅读说明：本技术 一种厚壁金属直缝焊管连续渐进式扩径整圆装置及方法 (Continuous progressive diameter-expanding rounding device and method for thick-wall metal straight welded pipe ) 是由 楚志兵 李帅 周新亮 桂海莲 帅美荣 赵晓东 于 2021-11-05 设计创作，主要内容包括：本发明属于直缝焊管扩径整圆技术领域,具体涉及一种厚壁金属直缝焊管连续渐进式扩径整圆装置及方法。一种厚壁金属直缝焊管连续渐进式扩径整圆装置,包括左右两个底座,在左右两个所述底座的顶部分别设置有左机架和右机架,所述左机架与对应的底座铰接,在所述左机架和右机架的上部安装有相互对应的轴承座,在所述两个轴承座内共同安装有变尺寸芯轴；本发明的扩径为管材套在变尺寸芯轴上,在工作过程中管材与工作辊接触,并且工作辊转动,带动管体转动,在变尺寸芯轴与工作辊压力作用下对管材进行圆度处理,在此过程中变尺寸芯轴逐渐打开,实现管材扩径的同时,消除管材内外应力差异,有效降低管材包辛格效应,有效降低管材内部残余应力。(The invention belongs to the technical field of diameter expanding and rounding of straight welded pipes, and particularly relates to a continuous progressive diameter expanding and rounding device and method for thick-wall metal straight welded pipes. A thick-wall metal straight welded pipe continuous progressive expanding rounding device comprises a left base and a right base, wherein the tops of the left base and the right base are respectively provided with a left rack and a right rack; the pipe expanding device comprises a variable-size mandrel, a working roller, a variable-size mandrel and a variable-size mandrel, wherein the variable-size mandrel is sleeved with the variable-size mandrel, the variable-size mandrel is in contact with the working roller in the working process, the working roller rotates to drive a pipe body to rotate, the pipe body is subjected to roundness processing under the pressure action of the variable-size mandrel and the working roller, and the variable-size mandrel is gradually opened in the process, so that the difference of internal and external stresses of the pipe is eliminated while the pipe is expanded, the wrapped-sharp effect of the pipe is effectively reduced, and the residual stress in the pipe is effectively reduced.)
技术领域
本发明属于直缝焊管扩径整圆技术领域，具体涉及一种厚壁金属直缝焊管连续渐进式扩径整圆装置及方法。
背景技术
大口径厚壁直缝焊管,因采用JCOE 成型技术，其端面形状为近似圆的多边形，且管材的内外壁力学性能差异较大，因此会影响在石油化工、海洋工程、油气输送、基建工程等行业广泛应用。目前通用的方法是采用机械扩径机，通过扩径工具逐步的沿着埋弧焊管径向进行扩径，以保证圆度、直度和尺寸精度，但由于扩径头的横截面为圆形，因此扩径为均匀的塑性变形，虽然能够消除部分残余应力，但矫圆效果仍不甚理想，且通过机械扩径机来处理厚壁管材时需要的力能较大，导致设备结构庞大、能耗高、投入高等问题。基于此，发明了一种厚壁金属直缝焊管连续渐进式扩径整圆装置，形成与装置匹配的工艺技术，可以很好的克服上述缺点，实现管体形状与性能提升同时减少设备成本的投入。
发明内容
本发明针对上述问题提供了一种厚壁金属直缝焊管连续渐进式扩径整圆装置及方法。
为达到上述目的本发明采用了以下技术方案：
一种厚壁金属直缝焊管连续渐进式扩径整圆装置，包括左右两个底座，在左右两个所述底座的顶部分别设置有左机架和右机架，所述左机架与对应的底座铰接，在所述左机架的外侧设置有翻转液压缸，所述翻转液压缸的活塞杆通过铰接座与左机架铰接，所述翻转液压缸的缸体通过铰接座与左机架下方的底座铰接，翻转液压缸可以实现左机架的翻转，最终实现管材的快速上料及下料，在左右两个底座的上部共同安装有工作辊，所述工作辊的一端与主传动减速器的输出轴连接，所述主传动减速器的输入轴通过带传动的方式与主传动电机的输出轴连接，所述主传动电机安装在所述主传动减速器的上方，所述主传动减速器设置在安装平台上，所述安装平台位于工作辊的下方，在所述左机架和右机架的上部安装有相互对应的轴承座，在所述两个轴承座内共同安装有变尺寸芯轴；
所述变尺寸芯轴包括空心轴和连接轴，在所述空心轴的内部设置有拉杆，在所述拉杆的左侧设置有轴阶，在所述轴阶上设置有套管，在所述套管的左侧设置有端部挡板，在所述端部挡板的左侧设置有轴端锁紧挡圈，所述轴端锁紧挡圈与拉杆螺纹连接，以实现端部挡板与拉杆的固定，在所述拉杆的右端通过联轴器连接有推动液压缸的活塞杆，在所述空心轴的右端通过螺栓连接有连接套，所述联轴器位于所述连接套的内腔内，所述推动液压缸通过螺栓固定连接在连接套的右端，在所述空心轴的表面均匀设置有三个滑槽，在所述滑槽内设置有连续阶梯状楔形顶条，所述连续阶梯状楔形顶条的左端与端部挡板固定连接，在所述连续阶梯状楔形顶条的外表面设置有与其相对应的连续阶梯状楔形推块，在相邻的所述连续阶梯状楔形推块之间设置有扇形顶块，所述扇形顶块与连续阶梯状楔形推块的接触面为倾斜面，且扇形顶块的倾斜面位于连续阶梯状楔形推块倾斜面的上方，在所述扇形顶块上沿轴线方向均匀设置有多个安装孔，在所述安装孔内设置有碟簧，所述碟簧的固定端穿过扇形顶块与空心轴固定连接，在所述安装孔的上方设置有顶盖，所述顶盖通过沉孔螺钉与扇形顶块连接，且所述顶盖的外表面与扇形顶块的外表面相衔接，以保证扇形顶块表面的平整度，在所述扇形顶块的右侧设置有挡环和套筒，用于实现连续阶梯状楔形推块与扇形顶块右端的限位，所述套筒套设在空心轴上，所述挡环通过螺钉与套筒连接，在所述空心轴的左端设置有三爪限位环，用于实现对扇形顶块左端的限位，所述连接轴通过螺栓与三爪限位环的左侧连接，所述连接轴的右侧设置有空腔，用于为拉杆的右端提供活动空间。
进一步，在所述工作辊前后两侧的斜下方设置有支撑辊，用于与工作辊接触，防止工作辊产生弯曲挠度，消除管材“鼓肚”现象，所述支撑辊安装在两个支撑架之间，所述支撑架设置在安装平台上。
再进一步，在所述支撑架上设置有与支撑辊轴线平行的螺纹孔，在所述螺纹孔内设置有一号丝杠，所述一号丝杠的两端分别安装在两个底座上，所述一号丝杠由一号电机提供动力，带动其转动，所述一号电机固定在安装平台上，所述支撑架的下表面与安装平台的上表面滑动接触，从而根据管材的长度要求，调整支撑架的位置。
更进一步，在所述支撑辊的安装轴上设置有两个支撑轴承，且两个支撑轴承分别位于支撑辊的两侧，在两个支撑架的相对面上设置有上下方向的定位槽，在所述定位槽内设置有支撑座，所述支撑座用于与支撑轴承接触，对支撑辊形成间接支撑，在所述支撑座上设置有横向凹槽和纵向凹槽，所述横向凹槽用于对一号丝杠形成让位，所述纵向凹槽用于对支撑辊形成让位，所述支撑座的下表面为倾斜状，在所述支撑座的下方设置有与之对应的楔形滑块，在所述楔形滑块上螺纹连接有二号丝杠，所述二号丝杠与升降减速器的输出轴连接，所述升降减速器的输入轴与升降电机的输出轴通过带传动连接，所述升降电机与升降减速器均固定安装在滑动板上，所述滑动板滑动安装在安装平台侧面的滑轨上，通过升降电机控制支撑座的升降，以此间接对工作辊进行挠度支撑调节，实现不同管材的挠度调节需求。
更进一步，在所述轴端锁紧挡圈的侧面开有螺纹通孔，在螺纹通孔内装有紧定螺钉，起到锁死轴端锁紧挡圈的作用，在所述轴端锁紧挡圈的端面上设置有注油孔，以便于向空心轴内部注入润滑油。
一种厚壁金属直缝焊管连续渐进式扩径整圆方法，包括以下步骤：首先翻转液压缸缩回，将左机架打开，随后将要加工改的管材套装在变尺寸芯轴上，随后翻转液压缸伸出，左机架闭合，空心轴和连接轴连接在一起，完成上料工作，随后主传动电机通过主传动减速器带动工作辊转动，开始整圆工作，同时在整圆过程中，推动液压缸带动拉杆缩回，拉杆运动带动连续阶梯状楔形顶条缩回，连续阶梯状楔形顶条推动连续阶梯状楔形推块向外运动，连续阶梯状楔形推块推动扇形顶块向外运动，同时碟簧压缩，变尺寸芯轴的尺寸逐渐变大，实现管材的扩径，在扩径整圆过程中，一号电机带动一号丝杠转动，最终带动支撑辊移动，同时支撑座和楔形滑块随支撑架移动，当横向位置调整合适后，升降电机通过升降减速器带动二号丝杠转动最终带动楔形滑块移动，实现对支撑辊的支撑，以此间接对工作辊进行挠度支撑调节，实现不同管材的挠度调节需求；当管材的扩径整圆工作完成后，主传动电机停止工作，同时推动液压缸带动拉杆升出，带动连续阶梯状楔形顶条向左移动，此时碟簧复位，在碟簧的作用下扇形顶块和连续阶梯状楔形推块自动复位，随后翻转液压缸缩回，将左机架打开，从变尺寸芯轴将加工好的管材取出，完成管材的扩径整圆加工。
与现有技术相比本发明具有以下优点：
本发明的扩径为管材套在变尺寸芯轴上，在工作过程中管材与工作辊接触，并且工作辊转动，带动管体转动，在变尺寸芯轴与工作辊压力作用下对管材进行圆度处理，在此过程中变尺寸芯轴逐渐打开，实现管材扩径的同时，消除管材内外应力差异，有效降低管材包辛格效应，有效降低管材内部残余应力；工作辊下设备的两个支撑辊，用于与工作辊接触，可防止工作辊产生挠度或根据生产需求给工作辊提供一些挠度，有效提高了轧制精度。
附图说明
图1为本发明的主视图；
图2为本发明变尺寸芯轴的结构示意图；
图3为本发明变尺寸芯轴横截面的剖视图；
图4为本发明轴端锁紧挡圈的结构示意图；
图5为本发明图1中A-A截面的剖视图；
图6为本发明图1中B-B截面的剖视图；
图7为本发明连接轴的结构示意图；
图8为本发明三爪限位环的结构示意图。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明的技术方案，下面通过实施例对本发明进行进一步说明。
如图1至图8所示，一种厚壁金属直缝焊管连续渐进式扩径整圆装置，包括左右两个底座1，在左右两个所述底座1的顶部分别设置有左机架2和右机架3，所述左机架2与对应的底座1铰接，在所述左机架2的外侧设置有翻转液压缸4，所述翻转液压缸4的活塞杆通过铰接座5与左机架2铰接，所述翻转液压缸4的缸体通过铰接座5与左机架2下方的底座1铰接，翻转液压缸4可以实现左机架2的翻转，最终实现管材的快速上料及下料，在左右两个底座1的上部共同安装有工作辊6，所述工作辊6的一端与主传动减速器7的输出轴连接，所述主传动减速器7的输入轴通过带传动的方式与主传动电机8的输出轴连接，所述主传动电机8安装在所述主传动减速器7的上方，所述主传动减速器7设置在安装平台10上，所述安装平台10位于工作辊6的下方，在所述工作辊6前后两侧的斜下方设置有支撑辊11，用于与工作辊6接触，防止工作辊6产生弯曲挠度，消除管材“鼓肚”现象，所述支撑辊11安装在两个支撑架12之间，所述支撑架12设置在安装平台10上，在所述支撑架12上设置有与支撑辊11轴线平行的螺纹孔，在所述螺纹孔内设置有一号丝杠13，所述一号丝杠13的两端分别安装在两个底座1上，所述一号丝杠13由一号电机14提供动力，带动其转动，所述一号电机14固定在安装平台10上，所述支撑架12的下表面与安装平台10的上表面滑动接触，从而根据管材的长度要求，调整支撑架12的位置，在所述支撑辊11的安装轴上设置有两个支撑轴承15，且两个支撑轴承15分别位于支撑辊11的两侧，在两个支撑架12的相对面上设置有上下方向的定位槽16，在所述定位槽16内设置有支撑座17，所述支撑座17用于与支撑轴承15接触，对支撑辊11形成间接支撑，在所述支撑座17上设置有横向凹槽18和纵向凹槽19，所述横向凹槽18用于对一号丝杠13形成让位，所述纵向凹槽19用于对支撑辊11形成让位，所述支撑座17的下表面为倾斜状，在所述支撑座17的下方设置有与之对应的楔形滑块20，在所述楔形滑块20上螺纹连接有二号丝杠21，所述二号丝杠21与升降减速器22的输出轴连接，所述升降减速器22的输入轴与升降电机23的输出轴通过带传动连接，所述升降电机23与升降减速器22均固定安装在滑动板24上，所述滑动板24滑动安装在安装平台10侧面的滑轨25上，通过升降电机23控制支撑座17的升降，以此间接对工作辊6进行挠度支撑调节，实现不同管材的挠度调节需求，在所述左机架2和右机架3的上部安装有相互对应的轴承座，在所述两个轴承座内共同安装有变尺寸芯轴9；
所述变尺寸芯轴9包括空心轴901和连接轴917，在所述空心轴901的内部设置有拉杆902，在所述拉杆902的左侧设置有轴阶，在所述轴阶上设置有套管903，在所述套管903的左侧设置有端部挡板904，在所述端部挡板904的左侧设置有轴端锁紧挡圈905，在所述轴端锁紧挡圈905的侧面开有螺纹通孔，在螺纹通孔内装有紧定螺钉915，起到锁死轴端锁紧挡圈905的作用，在所述轴端锁紧挡圈905的端面上设置有注油孔916，以便于向空心轴901内部注入润滑油，所述轴端锁紧挡圈905与拉杆902螺纹连接，以实现端部挡板904与拉杆902的固定，在所述拉杆902的右端通过联轴器912连接有推动液压缸913的活塞杆，在所述空心轴901的右端通过螺栓连接有连接套914，所述联轴器912位于所述连接套914的内腔内，所述推动液压缸913通过螺栓固定连接在连接套914的右端，在所述空心轴901的表面均匀设置有三个滑槽906，在所述滑槽906内设置有连续阶梯状楔形顶条907，所述连续阶梯状楔形顶条907的左端与端部挡板904固定连接，在所述连续阶梯状楔形顶条907的外表面设置有与其相对应的连续阶梯状楔形推块908，在相邻的所述连续阶梯状楔形推块908之间设置有扇形顶块909，所述扇形顶块909与连续阶梯状楔形推块908的接触面为倾斜面，且扇形顶块909的倾斜面位于连续阶梯状楔形推块908倾斜面的上方，在所述扇形顶块909上沿轴线方向均匀设置有多个安装孔，在所述安装孔内设置有碟簧910，所述碟簧910的固定端穿过扇形顶块909与空心轴901固定连接，在所述安装孔的上方设置有顶盖911，所述顶盖911通过沉孔螺钉与扇形顶块909连接，且所述顶盖911的外表面与扇形顶块909的外表面相衔接，以保证扇形顶块909表面的平整度，在所述扇形顶块909的右侧设置有挡环918和套筒919，用于实现连续阶梯状楔形推块908与扇形顶块909右端的限位，所述套筒919套设在空心轴901上，所述挡环918通过螺钉与套筒919连接，在所述空心轴901的左端设置有三爪限位环920，用于实现对扇形顶块909左端的限位，所述连接轴917通过螺栓与三爪限位环920的左侧连接，所述连接轴917的右侧设置有空腔，用于为拉杆902的右端提供活动空间。
一种厚壁金属直缝焊管连续渐进式扩径整圆方法，包括以下步骤：首先翻转液压缸4缩回，将左机架2打开，随后将要加工改的管材套装在变尺寸芯轴9上，随后翻转液压缸4伸出，左机架2闭合，空心轴901和连接轴917连接在一起，完成上料工作，随后主传动电机8通过主传动减速器7带动工作辊6转动，开始整圆工作，同时在整圆过程中，推动液压缸913带动拉杆902缩回，拉杆902运动带动连续阶梯状楔形顶条907缩回，连续阶梯状楔形顶条907推动连续阶梯状楔形推块908向外运动，连续阶梯状楔形推块908推动扇形顶块909向外运动，同时碟簧910压缩，变尺寸芯轴9的尺寸逐渐变大，实现管材的扩径，在扩径整圆过程中，一号电机14带动一号丝杠13转动，最终带动支撑辊11移动，同时支撑座17和楔形滑块20随支撑架12移动，当横向位置调整合适后，升降电机23通过升降减速器22带动二号丝杠21转动最终带动楔形滑块20移动，实现对支撑辊11的支撑，以此间接对工作辊6进行挠度支撑调节，实现不同管材的挠度调节需求；当管材的扩径整圆工作完成后，主传动电机8停止工作，同时推动液压缸913带动拉杆902升出，带动连续阶梯状楔形顶条907向左移动，此时碟簧910复位，在碟簧910的作用下扇形顶块909和连续阶梯状楔形推块908自动复位，随后翻转液压缸4缩回，将左机架2打开，从变尺寸芯轴9将加工好的管材取出，完成管材的扩径整圆加工。
以上显示和描述了本发明的主要特征和优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
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