具有两个径向主轧辊的辗环机制造技术

具有两个径向主轧辊的辗环机。属于特种锻压技术。本发明专利技术旨在克服用单径向主轧辊辗环机轧制轴向严重不对称及大型轴向不对称的台阶类环锻件时，存在的摩擦功率损耗大，轧辊磨损严重以及易发生不希望的变形的缺点。主要特征是设置了两个均可输出轧制力矩的径向主轧辊，其中一个配有推力油缸可与芯轴作相向移动，并配有轧辊转速自控和轧辊移动自控系统，保证双筷辊趋于同时打滑及工件各部分变形均匀合理。可轧制大口径高颈法兰等。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于特种锻压技术。现有辗环机的径向主轧辊只有一个。这样的辗环机最适合轧制断面为矩形的环类锻件，也可以轧制一些有复杂形状断面的环件，但对于轴向形状不对称的环件，有时甚至断面仅由两个简单的矩形所组成，如附图说明图1所示，轧制起来也十分困难。对图1所示锻件，按现有技术(参见机械工业出版社78年11月首版的《锻工手册》及国防工业出版社89年9月首版的《锻压技术手册》)，首先利用锻锤将原料制备成图2所示毛坯，其中高颈部分(图中带阴影)与锻件高颈部分(图中带阴影)体积相等;下面法兰部分与锻件法兰部分体积相等，并要求毛坯的高颈部分的外径与下面法兰部分的外径之差等于锻件上高颈部分的外径与其下部法兰外径之差。这个差值在轧制过程中始终不变。其轧制之初时的情形如图3(P1、P2、P3表示各接触面间的轧制力或全反力)所示。这样的轧制在锻件轴向不对称程度严重以及锻件尺寸较大时尤为突出地存在三方面的问题1、摩擦功率损耗大参见图3和图5，工件3和主轧辊1都各是一个整体，由于主轧辊上部直径大，因而上部与工件接触的表面的速度v2大于下部与工件接触的表面的速度v1;而工件上部与主轧辊接触的表面的速度v′2小于其下部与主轧辊接触的表面的速度v′1。这样就存在着工件与主轧辊接触表面间的相对滑动。在主轧辊主动力矩足够大的前提下，打滑的实际发生情况与轧制时轧辊、工件的几何尺寸、轧辊压下量及轧辊两主承压面(图3力P1、P2箭头所指处)的正压力N1、N2(见图21)的比值有关。稳定轧制时可能发生的状态有两种其一，轧辊较大直径工作面处(图3力P1箭头所指处)与工件发生相对滑动，而轧辊较小直径工作面处(图3力P2箭头所指处)与工件不滑动(线速相同);其二，较小直径工作面处发生相对滑动，而较大直径工作面处不滑动。图21及下式有助于对其规律的认识，并可借以对打滑状态进行判断。(N1)/(N2) ≤ (r)/(R) · ((μ滑Cosθ2-Sinθ2))/((μ滑Cosθ1+Sinθ1))说明1、图中N1为较大直径工作面处对工件3的正压力，N2为较小直径工作面处轧辊1对工件3的正压力;2、上式是上述第二种状态可能发生的条件以及图21所示为此状态下作用力的情况;3、μ滑为打滑时轧辊与工件间的滑动摩擦系数;4、分析中忽略了芯轴的摩擦圆(在芯轴以滚动轴承支承，且润滑状态良好时，轴承摩擦系数很小)。如果在正常的轧制工艺参数范围内上式不能被满足，则会发生第一种状态。不论哪种状态发生，滑动摩擦引起的功率损失等于相对滑动速度与滑动摩擦力之乘积。由于轧制时的正压力是巨大的，因此，这个损失是不容忽视的。特别对于大型辗环机，就更是如此。对于图1、图2所示的轧制对象，在材料为25＃钢，以压下量△h＝5mm、主轧辊下部外表面圆周速度v1＝1m/s、轧制温度t＝1150℃进行轧制的过程中，当轧制到如图7所示工件上部外径等于575mm、下部外径等于731mm、内径等于450mm、且芯轴与工件内壁的接触高度达到114mm时，通过计算(见前述《锻压技术手册》)可得P1＝214630(N)、P2＝251109(N)、轧制力矩M轧＝19598(N·m)、轧制功率等于43.550(KW)。并根据前述的方法计算分析，可知，此时轧辊下部不滑动，仅上部滑动。则(参见图5)v1＝1m/s，v2＝1.172m/s，v′2＝0.787m/s，轧辊上部相对滑动速度v2-v′2＝0.385m/s;取轧辊与工件打滑时的摩擦系数μ滑＝0.3，则滑动摩损功率N1·μ滑·(v2-v′2)近似等于P1·μ滑·(v2-v′2)＝24.79(KW)。超过轧制力功率一半以上。2、轧辊摩损严重，寿命降低3、变形不均匀在图1和图2的工件上部的中部画二条线AA和A′A′，可看出，轧制前下侧的金属体积大于上侧金属体积，而轧制后体积相等了。说明上部金属在轧制过程中有严重的轴向单向流动。实际上在轧制过程中上部是从靠近下面法兰处开始向上逐渐进入轧制的，最初上端并未受到轧辊和芯辊的挤压，它的直径是被下部材料拉拽大的。在这种情形下，其上端会产生离开轧辊一个角度的现象(参见图7)。其断面内力沿轴线方向的分布，必然成图6所示意的那样，上端受拉(在图中以负号表示)，下端受压(图中正号表示)。因此最终导致锻件端面翘曲，如图4所示。影响了轧制精度以及锻件内在质量。本专利技术的目的是要提供一种改进的辗环机及相应的工艺以消除上述摩擦损耗、延长轧辊的使用寿命以及克服变形的不均匀性，提高轧制精度。目的是这样实现的设置两个径向主轧辊，其转动由两套动力系统分别驱动。其中一个和常见卧式辗环机的径向主轧辊一样，其轴线相对机架是固定的(简称定轧辊)，另一个通过滑块机构与机架联接并配以一个推力缸使其可与芯轴作相向移动(简称动轧辊)，即在芯轴向定轧辊移近的同时移向芯轴。在轧制过程中，动、定两轧辊的相对转速有一个模拟式反馈控制系统自动调节，以保证正常轧制时两轧辊各自与工件的接触表面间均不出现线速差及轧制动力的最大发挥。动轧辊相对芯轴的移动也由模拟式反馈控制系统自动控制，使整个轧制过程如同两部单径向轧辊辗环机在同时分别按照各自的适应规律对两个简单断面环件进行轧制一样。该加工过程的特征之一是工件两部分外径之差由大变小，最终达到锻件图纸要求。实现二主轧辊相对转速自动调节，只需将其中一个作为基准(简称基准辊)，对另一个进行调速(简称调速辊)即可。根据情况有时选动辊为基准辊，有时反之。调速辊的驱动，可以采取电动机调速机械式和容积调速液压马达式两种。机械传动具有效率高，工作可靠的特点，但调速电机体积过大，而液压马达易实现无级调速、工作平缓、且体积功率比小，因此在体积足够小的调速电机问世之前，宜选用液压马达驱动，并可以采取两辊全液压式和基准轧辊机械传动而调速轧辊液压马达传动的混合式(此方法适合于在原有辗环机基础上进行改造的场合)。下面结合本申请人为生产大口径高颈法兰(通径范围355.6mm～609.6mm)而设计的全液压传动双径向主轧辊辗环机(简称高径法兰辗环机)进一步说明专利技术的内容及具体实施技术。图12所示为美国ANSI B16.5 150Lb A105 24inc welding Neck高颈锻钢法兰零件图。图8为高颈法兰辗环机的结构示意。图9为高颈法兰辗环机工作原理示意。整机主要结构由上辊7(为调速辊和定辊)、下辊8(为基准辊和动辊)、芯轴13及其滑块14、上辊支架6、下辊滑块9、芯轴移动缸1、下辊移动缸10、导向抱辊机构15、芯辊支承臂3、支承臂支架2、支承臂油缸4、机架12、上辊油马达5、下辊油马达11组成。液压系统主要包括上辊液压马达系统(闭式)、下辊液压马达系统(闭式)、芯轴移动缸系统、下辊移动缸系统(闭式)、芯轴支承及抱辊工作液压系统。见图10、图11。上、下轧辊液压马达均采用NJM型内曲线多作用低速大扭矩马达。该类马达低速平稳性好，起动力矩大，可直接带动轧辊，不需要中间减速机构。轧辊转速自调系统，见图10，不仅可保证两轧辊各自与工件在接触表面处达到速度同步，而且可以保证上、下轧辊同时或趋于同时达到打滑的临界状态，最大限度地发挥整机的动力性。轧辊打滑的原因是轧辊所受主动力矩大于轧辊与工件间最大静滑动摩擦力(实际应为接触面各种滑动摩擦力之和，其中包本文档来自技高网...

【技术保护点】
属于特种锻压技术用于轧制环类锻件的径向辗环机，主要由芯轴、芯轴滑块、芯轴移动油缸和一个定轴主动转动的径向主轧辊组成，本专利技术的特征是：ａ）增设一个可以与芯轴相向移动的径向主轧辊及基移动和转动的动力驱动系统，ｂ）配备一个使两主轧辊间相对 转速按照一定规律进行自调的控制系统和一个使上述增设轧辊对芯轴的相对移动速度按照一定规律进行自调的控制系统。

【技术特征摘要】
1.属于特种锻压技术用于轧制环类锻件的径向辗环机，主要由芯轴、芯轴滑块、芯轴移动油缸和一个定轴主动转动的径向主轧辊组成，本发明的特征是a)增设一个可以与芯轴相向移动的径向主轧辊及其移动和转动的动力驱动系统，b)配备一个使两主轧辊间相对转速按照一定规律进行自调的控制系统和一个使上述增设轧辊对芯轴的相对移动速度按照一定规律进行自调的控制系统。2.根据权利要求1规定的辗环机，其特征是动、定两个径向主轧辊的转动均由液压马达驱动。3.根据权利要求1规定的辗环机，其特征是转速基准轧辊的转动采用机械式传动，调速轧辊的转动由液压马达传动。4.根据权利要求1规定的两主轧辊相对转速自调控方法，其特征是a)调速轧辊的动力系统采用变量泵容积调速液压马达系统，b)测量并根据两轧辊与工件间的正压力的比值，控制、调整变量泵的排量，使两轧辊与工件间实际滑动摩擦力的比值等于相应正压力的比值，得以实现两轧辊趋于同时打滑的目的。5.根据权利要求2和权利要求4规定的方法，其特征是用同轴电位器作为二线性放大器JC3、JC4的反馈分压电阻，使JC3、JC4的放大倍数同时变化并时时...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟驰，
申请(专利权)人：孟驰，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]