一种新型行星轧管机及铜合金管的行星轧制方法

摘要

本发明公开了一种新型行星轧管机及铜合金管的行星轧制方法，所述的行星轧管机包括用于输送空心铸坯的送料机构、用于铸轧空心铸坯的行星主机，行星主机内设有轧辊组及轧模速冷机构，所述送料机构的出料端与行星主机的进料端之间设有对空心铸坯进行预加热的感应预热机构，所述行星主机的出料端依次设有感应均热机构及缓冷机构，轧制速冷后的管材由所述的感应均热机构再次加热并由所述的缓冷机构实现缓慢冷却。本发明可替代挤压工序与水平连铸机、矫直铣面机与连续拉伸机、在线连续切割机等的配合，实现高质量铜合金管的自动化、连续化、短流程生产。

说明书

技术领域

本发明属于有色金属加工制造技术领域，尤其涉及一种轧制铜合金管的行星轧管机及铜合金管的行星轧制方法。

背景技术

紫铜管铸轧生产技术是20世纪80年代开发的一种短流程、连续化铜管加工技术，特别针对空调制冷用紫铜管的规模化连续生产的需求而发展的一种紫铜管加工方式。由于紫铜具有高的传热系数，利用行星轧管机轧制时无需加热，依靠轧制过程中的变形和高摩擦时产生的大量热能，管坯温度升高至700℃，使管坯发生了动态回复、再结晶或是晶粒细化，轧制后的管坯可直接进行后续的拉伸，且无需退火，相比传统的挤压技术，利用铸轧生产技术可使生产效率大幅提高。

为了提高紫铜的强度、硬度、耐腐性等性能使其能适应特殊的工作环境，在紫铜中加入了锌、铝、锡、镍、铁、锰、硅及铅元素中的一种或多种形成铜合金，目前行星轧管机所轧制的铜合金管存在如下缺点：1、由于铜合金相比紫铜其传热性能大幅下降，室温变形抗力、加工硬化以及变形应力明显增加，依靠轧制变形和摩擦产生的热量已难以达到预期的加工要求，管坯变形时局部过热造成管坯与轧辊粘结、合金管过烧开裂等现象，而温度不够的部分在大加工量作用下产生硬化应力开裂等导致轧制失败。2、轧制过程在瞬间产生大加工率变形，在轧制模具自身润滑冷却的作用下使变形后的高温合金管在极短时间内被冷却到60℃以下甚至室温，大变形和急冷所产生的应力使轧后的铜合金管发硬，变脆，影响后续拉伸工序的可加工性和管材性能，难以实现铜合金管的短流程和自动连续化生产。中国国家知识产权局分别于2001年01月17日及2008年10月22日公开的“三辊行星轧管机”与“一种行星轧管机的冷却装置”的两篇专利中针对传统轧管机的冷却系统进行了改进，但合金管的热变形过程仍无法满足工艺要求，难以实现均匀的动态回复；其改进后的冷却系统的冷却方式也存在不足之处，无法满足后续冷轧管或拉伸工序等的连续冷加工性能要求，行业内迫切需要一种高效、连续化生产设备，来满足高质量铜合金管的生产要求。

发明内容

本发明所要解决的问题就是提供一种新型行星轧管机及铜合金管的行星轧制方法，可替代挤压工序与水平连铸机、矫直铣面机与连续拉伸机、在线连续切割机等的配合，实现高质量铜合金管的自动化、连续化、短流程生产。

为解决上述技术方案，本发明采用如下技术方案：一种新型行星轧管机，包括用于输送空心铸坯的送料机构、用于铸轧空心铸坯的行星主机，行星主机内设有轧辊组及轧模速冷机构，其特征在于：所述送料机构的出料端与行星主机的进料端之间设有对空心铸坯进行预加热的感应预热机构，所述行星主机的出料端依次设有感应均热机构及缓冷机构，轧制速冷后的管材由所述的感应均热机构再次加热并由所述的缓冷机构实现缓慢冷却。

进一步的，所述感应预热机构的出料端与行星主机的进料端密封连接，所述感应均热机构的进料端与行星主机的出料端密封连接，感应均热机构的出料端与所述缓冷机构的进料端密封连接；所述的感应预热机构、感应均热机构及缓冷机构上分别安装有送气装置用于向机构内部充入保护气。保证空心铸坯的预加热、轧制过程，轧制后管材的均热、缓冷过程始终是在一个封闭的、充满保护气氛的环境中进行，与空气隔绝，防止氧化。

进一步的，所述的感应预热机构是由若干个独立的感应加热器通过托辊连接形成的封闭整体，感应加热器内设有加热用电感线圈；感应均热机构由若干个独立的感应加热器通过托辊连接形成的封闭整体，感应加热器内设有加热用电感线圈。

进一步的，所述的缓冷机构是由小径钢套与大径钢套构成的双层筒体，小径钢套的内腔供轧制后的管材通过，小径钢套与大径钢套之间为供冷却水通入的环状隔腔，冷却水通过小径钢套与管材进行间接的热量交换，实现对管材的缓慢冷却。

进一步的，所述小径钢套的内腔设置一带通孔的隔板将缓冷机构分为一级缓冷段与二级缓冷段，通孔孔壁上环设有密封帘，所述二级缓冷段的长度小于一级缓冷段的长度；所述小径钢套位于二级缓冷段内的部分沿其圆周方向均布有若干个倾斜设置的喷水孔，且沿小径钢套轴向设置一组或多组喷水孔。缓冷后温度在40～60℃的冷却水以小水柱形式直接喷淋从一级缓冷段过来的管材，使其温度由最高的300℃降至60℃以下。

进一步的，所述的送料机构包括输送台、放置空心铸坯的料架以及用于将空心铸坯送入输送台的分选装置，所述输送台的前端连接感应预热机构的进料端，输送台尾部设有推动空心铸坯前进的推进机构。

进一步的，所述推进机构包括带有芯棒的芯杆、推动芯杆前进的顶推头及推动空心铸坯前进的顶推小车；在空心铸坯预热状态下，芯杆杆体位于感应预热机构内的部分沿其轴向开有至少一条长度不小于感应预热机构整体长度的沟槽，沟槽内填充有绝缘材料。顶推头将带有芯棒的芯杆送入空心铸坯内并顶住空心铸坯一起送至行星主机的轧辊组内，而后由顶推小车推动空心铸坯使其匀速通过感应预热机构内的每个感应加热器。

为解决上述技术问题，本发明还利用上述轧管机提出了一种铜合金管的行星轧制方法，其特征在于包括如下步骤：

a、对空心铸坯表面进行机械加工，去掉表层缺陷；

b、由感应预热机构与行星主机在保护气氛下共同完成对空心铸坯的轧制，得到铜合金管，空心铸坯预热温度为300-700℃，轧制温度为600-1100℃；

c、由行星主机的轧模速冷机构对铜合金管进行快速冷却；

d、冷却后的铜合金管由感应均热机构在保护气氛下再次加热到350-750℃；

e、由缓冷机构完成对铜合金管的缓慢冷却。

进一步的，所述步骤a中空心铸坯的轧制步进速度为10-2000mm/min。

进一步的，所述步骤e中的缓冷过程为：先由一级缓冷段将均热后的铜合金管缓慢冷却至300℃以下，再由二级缓冷段将铜合金管最终冷却至60℃以下。

本发明的有益效果：

1、由于采用感应预热机构对轧制前的空心铸坯进行预加热，再结合轧制变形与摩擦产生的热量保证空心铸坯达到均匀的动态回复甚至再结晶温度，消除轧制过程中管材的过烧开裂、应力开裂的现象，提高成品率。

2、设置感应均热机构能及时消除行星主机大加工率变形管材不完全再结晶形成的变形应力以及行星主机大加工率变形后自身冷却造成的残余应力使轧后管材变硬的现象；结合两段式的缓冷方式对管材进行逐渐冷却，能保证管材在规定的缓冷时间内达到工艺要求的冷却温度，而不会产生管材冷却应力和硬化的，整个加工过程完成后铜合金管硬度HV5达到80以下，满足了后续冷轧管或拉伸工序等的连续冷加工性能要求，从而实现铜合金管的铸轧生产。

3、对轧管机的芯杆采取了特殊的绝缘处理，避免了施加低、中频感应时由于涡流效应引起管坯内外温度的不均匀性和管坯内芯杆的温度升高、发红或熔化等情况，确保了轧制的正常进行。

4、空心铸坯在轧制前预热、轧制、轧制后的均热及缓冷冷却过程中均在氮气保护条件下进行，整个工作过程中被加工的管材内外表面光亮，无氧化；轧制后的棺材具有优良的内外组织结构和表面质量，不需酸水洗等物理化学表面处理，可直接进行后续的加工处理。

5、本发明所提供的轧管机可替代挤压工序与水平连铸机、矫直铣面机与连续拉伸机及在线连续切割机等配合，实现铜合金管的自动、连续化、短流程生产，提高管材的成材率和生产效率，达到降低能源消耗和生产成本的目的。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1为本发明的整机结构图；

图2为本发明的感应预热机构结构图；

图3为本发明的感应均热机构结构图；

图4为本发明的缓冷机构结构图；

图5为图4的B处放大图；

图6为本发明的芯杆结构图；

图7为图6的A-A剖面图。

具体实施方式

如图1所示，本发明首先提出了一种新型行星轧管机，它包括用于输送空心铸坯的送料机构、用于铸轧空心铸坯的行星主机1，行星主机1内设有轧辊组11及轧模速冷机构，所述送料机构的出料端与行星主机1的进料端之间设有对空心铸坯进行预加热的感应预热机构2，所述行星主机1的出料端依次设有感应均热机构3及缓冷机构4，轧制速冷后的管材由所述的感应均热机构3再次加热并由所述的缓冷机构4实现缓慢冷却。

参照图2、图3，感应预热机构2是由四个独立的感应加热器21通过托辊23连接形成的封闭整体，感应加热器21内设有加热用电感线圈22；感应均热机构3是由三个独立的感应加热器31通过托辊33连接形成的封闭整体，感应加热器内设有加热用电感线圈32。感应加热器21、31数量应根据实际工件的加热要求而定，上述实施方式只是较为常用的结构。

参照图4、图5，缓冷机构4是由小径钢套43与大径钢套42构成的双层筒体，小径钢套43的内腔430供轧制后的管材通过，小径钢套43与大径钢套42之间为供冷却水通入的环状隔腔44，冷却水通过小径钢套43与管材进行间接的热量交换，实现对管材的缓慢冷却。小径钢套43的内腔430设置一带通孔的隔板431将缓冷机构4分为一级缓冷段40与二级缓冷段41，通孔孔壁上环设有密封帘432，二级缓冷段41的长度小于一级缓冷段40的长度。经感应均热机构3加热后的管材温度为450-750℃，在一级缓冷段40内冷却到300℃以下；小径钢套43位于二级缓冷段41内的部分沿其圆周方向均布有若干个倾斜设置的喷水孔433，且沿小径钢套43轴向设置一组或多组喷水孔433，缓冷后温度在40～60℃的冷却水以小水柱形式直接喷淋从一级缓冷段40过来的管材，使其温度由最高的300℃降至60℃以下。喷水孔433也可以由环形水槽来代替，冷却时以水帘状形式直接喷淋从一级缓冷段40过来的管材，冷却用的水采用无杂质的净循环水。

所述感应预热机构2的出料端与行星主机1的进料端密封连接，所述感应均热机构3的进料端与行星主机1的出料端密封连接，感应均热机构3的出料端与所述缓冷机构4的进料端密封连接；感应预热机构2、感应均热机构3及缓冷机构4上分别安装有送气装置用于向机构内部充入保护气。保证空心铸坯的预加热、轧制过程，轧制后管材的均热、缓冷过程始终是在一个封闭的、充满保护气氛的环境中进行，与空气隔绝，防止氧化。

送料机构包括输送台5、放置空心铸坯8的料架6以及用于将空心铸坯8送入输送台5的分选装置9，输送台5的前端连接感应预热机构2的进料端，输送台5尾部设有推动空心铸坯8前进的推进机构。推进机构包括带有芯棒70的芯杆7、推动芯杆7前进的顶推头72及推动空心铸坯8前进的顶推小车71；顶推头72将带有芯棒70的芯杆7送入空心铸坯8内并顶住空心铸坯8一起送至行星主机1的轧辊组11内，而后由顶推小车71推动空心铸坯8使其匀速通过感应预热机构2内的每个感应加热器21。如图6、图7所示，在空心铸坯8预热状态下，芯杆7杆体位于感应预热机构2内的部分沿其轴向开有至少一条长度不小于感应预热机构2整体长度的沟槽73，沟槽73内填充有绝缘材料。对芯杆7采用这种特殊的绝缘处理，可以避免施加低、中频感应时由于涡流效应引起管坯内外温度的不均匀性和管坯内芯杆7的温度升高、发红或熔化，确保了轧制的正常进行。

本发明还利用了上述轧管机提出了一种铜合金管的行星轧制方法，包括如下步骤：

a、对空心铸坯表面进行机械加工，去掉表层缺陷；

b、由感应预热机构与行星主机在保护气氛下共同完成对空心铸坯的轧制，得到铜合金管，空心铸坯预热温度为300-700℃，轧制温度为600-1100℃；

c、由行星主机的轧模速冷机构对铜合金管进行快速冷却；

d、冷却后的铜合金管由感应均热机构在保护气氛下再次加热到350-750℃；

e、由缓冷机构完成对铜合金管的缓慢冷却。

步骤a中空心铸坯的轧制步进速度为10-2000mm/min；步骤e中的缓冷过程为：先由一级缓冷段将均热后的铜合金管缓慢冷却至300℃以下，再由二级缓冷段将铜合金管最终冷却至60℃以下。直径80-100mm，壁厚8-15mm的铜合金空心铸坯一次性依次通过感应预热机构2、行星主机1、感应均热机构3、缓冷机构4后加工成直径为40-65mm，壁厚为2-4mm的铜合金管，加工后的铜合金管表面光亮，硬度HV5≤80，满足其后续直接冷加工的性能和质量要求。

具体操作步骤如下：工作前，在整机一侧可设置一台铣面机将去除空心铸坯8的表皮，铣面加工后的铜合金空心铸坯8放置于料架6上，芯杆7退回到后极限位置；工作开始，分选装置9将一支空心铸坯8送到输送台5，顶推头72推动带有芯棒70的芯杆7穿入空心铸坯8的内孔中直至芯棒70进入行星主机1的轧辊组11内，同时也使空心芯杆7上开有沟槽73的部位处于感应预热机构2内；感应预热机构2加热空心铸坯8使其迅速升温到300-700℃，顶推小车71持续推进空心铸坯8，空心铸坯8在行星主机1轧辊组11的高速旋转轧制下发生塑性变形，轧辊组11旋转轧制的摩擦热与空心铸坯8的变形热使空心铸坯8轧制变形时的工作温度继续升高到600-1100℃，达到了铜合金的再结晶或回复软化温度，降低了铜合金的变形抗力，实现了铜合金空心铸坯8的壁厚和直径的大量变形，完成了空心铸坯8到薄壁铜合金管的加工，与此同时，轧制后的铜合金管通过行星主机1内的轧模速冷机构冷却到60℃以下。冷去后的铜合金管通入感应均热机构3，感应均热机构3对其进行二次加热，使铜合金管温度升至350-750℃，加热后的铜合金管由缓冷机构4最终冷却至60℃以下，缓冷机构4冷却后的铜合金管可由在线中断机列中断后转至下一工序冷加工或经过卷曲机构在线直接卷曲成盘卷进行多机架串联连续拉伸。该支铜合金空心铸坯8工作结束后，依次循环进入下一支铜合金空心铸坯8的轧制。

除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求所定义的范围。