[实用新型]一种双圆弧形斜轧扩径顶头

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种特大口径无缝钢管斜轧扩径用的双圆弧形顶头，属于钢管生产领域。

背景技术

斜轧扩径的特点是采用空心坯经扩径后变成特大口径钢管，其扩径率高达75％，径壁比D/S可达82，延伸系数维持在1左右。实现大口径无缝钢管轧制的关键是顶头设计。对顶头的设计，不仅要满足变形工艺要求，而且要使变形区沿顶头均匀分配，进而有利于顶头磨损均匀，减少顶头磨损，实现稳定轧制。现有的斜轧扩径机顶头，如图2所示，其主要有圆弧段穿孔锥6与直线段辗轧锥7两段构成，圆弧段穿孔锥的主要作用为进行小的减壁并对穿孔锥形成的较大壁厚偏差进行均整。上述已有的顶头，只有一个圆弧段，其扩径率无法达到75％，因此已有的顶头无法实现大口径无缝钢管的轧制。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种特大口径无缝钢管斜轧扩径用的双圆弧形顶头，满足扩径率达75％或者更高的斜轧扩径生产要求，即要获得大而稳定的钢管外径，同时斜轧扩径机的电流符合也在设备允许的范围以内。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案：顶头由咬入段、扩径减壁段、平整段和归圆段组成，其中扩径减壁段分第一扩径减壁段和第二扩径减壁段两个扩径减壁段组成，即由两段平滑过渡(相切)的圆弧构成。确定第一扩径减壁段圆弧的半径R₁和第二扩径减壁段圆弧的半径R₂是顶头设计的关键。

由图1看出，顶头的扩径减壁段由弧段R_BC与弧段R_CD两个弧段组成。弧段R_BC与弧段R_CD在C点处相切，第二扩径减壁弧段R_CD在D点与平整段相切。设第一扩径减壁段圆弧的圆心为O₂、第二扩径减壁段圆弧的圆心为O₁，因两个弧段在C点处相切，故O₂、O₁、C三点共线，两个圆弧半径和圆心位置需联立6个方程求解，R₁/R₂的比值范围为0.3～0.6。

整个扩径减壁段的形状曲线呈近似双曲线形状，第一扩径减壁段和第二扩径减壁段几乎完成全部减壁变形，为满足斜轧扩径的减壁量要求，在扩径减壁第一阶段(B₁C₁段)应该完成总减壁量的50～70％；第一扩径减壁段和第二扩径减壁段基本上承担着相同的相对减壁量，相对减壁量沿顶头第一扩径减壁段和第二扩径减壁段的分布基本上也是均衡的，有利于顶头磨损均匀，减少顶头消耗与更换次数。

平整段仅起均壁的作用。在出口锥侧，斜轧扩径轧辊辊面孔径点到轧制线的距离沿变形区方向呈线性变化规律，故顶头的平整段到轧制线的距离也呈线性变化规律才能使顶头平整段起到均匀壁厚的作用。正确选择平整段的锥角是保证钢管壁厚精度的基础，以确保此区段中各变形区截面上轧辊辊面与顶头之间的间隙接近或相等。本实用新型发明设计的顶头平整段锥角为11～15°。因此，顶头平整段的正确设计减轻了钢管的螺旋壁厚不均问题。

与现有技术相比，本实用新型的主要优点：顶头的扩径减壁段由第一扩径减壁段和第二扩径减壁段组成，两个扩径减壁段基本承担相同的相对减壁量，且相对减壁量的分布基本上也是均衡的，有利于顶头磨损均匀，减少顶头消耗与更换次数。另外，顶头平整段的正确设计也减轻了钢管的螺旋壁厚不均问题。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2现有技术的顶头结构示意图。

图中：1-咬入段；2-第一扩径减壁段；3-第二扩径减壁段；4-平整段；5-归圆段；6-穿孔锥；7-辗轧锥。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。如附图1所示，扩径顶头主要由咬入段1、第一扩径减壁段2、第二扩径减壁段3、平整段4和归圆段5五段构成，顶头的扩径减壁段由弧段R_BC与弧段R_CD两个弧段组成。弧段R_BC与弧段R_CD在C点处相切，第二扩径减壁弧段R_CD在D点与平整段相切。设第一扩径减壁段圆弧的圆心为O₂、第二扩径减壁段圆弧的圆心为O₁，两个弧段在C点处相切，O₂、O₁、C三点共线，R₁/R₂的比值范围为0.3～0.6。整个扩径减壁段的形状曲线呈近似双曲线形状，两个扩径减壁段基本承担相同的相对减壁量，且相对减壁量的分布基本上也是均衡的。顶头平整段的锥角α为11～15°。以母管Φ461.57mm扩径至Φ670×12.25mm的钢管为例，计算得出的α＝14.90°，R1＝21429.9mm，R2＝47439.89mm，H1＝20393.7mm，H2＝45427.7mm，L1＝5961.60mm，L2＝13016.15mm。因此，通过本实用新型发明可以实现特大口径无缝钢管斜轧扩径的稳定生产。