CN111151579B - 端部锥形的芯棒 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种端部锥形的芯棒，包括芯棒主体和芯棒头部，其中，在所述芯棒主体的两端均设置有一个所述芯棒头部，两个所述芯棒头部为镜像设置，所述芯棒主体的外径大于所述芯棒头部的外径，所述芯棒头部由第一锥台段和圆柱段组成，所述第一锥台段的大端与所述圆柱段的一端连接，所述圆柱段的另一端与所述芯棒主体之间通过台阶连接；所述台阶为第二锥台段，所述第二锥台段的大端与所述圆柱段的另一端连接，所述第二锥台段的小端与所述芯棒主体连接。该发明能够有效地解决减径后钢管端部增厚的问题，从而达到生产后钢管无增厚端，减少钢管切头，提高成材率。
Description
技术领域
本发明涉及特殊钢装备制造领域，特别涉及一种端部锥形的芯棒。
背景技术
在热轧无缝钢管的生产中，其生产工艺可以概括为六大工艺：钢坯生产工艺，加热工艺，穿孔工艺，轧管延伸工艺，定(减)径工艺和精整工艺，其中基本的三个变形工艺：穿孔，将实心的管坯穿孔成空心的毛坯管；轧管，将一定壁厚的空心毛管坯进行轧制获得接近成品管外径及壁厚尺寸的荒管；定、减径(包括张力减径和微张力减径)，在一定的总减径率和合理的单机架减径率条件下将钢管轧成符合要求的外径和壁厚尺寸精度及性能合格的成品管。
减径是热轧无缝钢管生产中的最后一道塑性成型工艺，在张力减径过程中，钢管经过几个或十几个机架连轧减径成各种口径的成品管。原有的生产工艺中定径机组、张减机组中均存在张力轧制现象，张力轧制会出现管材端部增厚段长度较长的情况，影响产品成材率。
减径是热轧无缝钢管生产中的最后一道塑性成型工艺，在张力减径过程中，钢管经过几个或十几个机架连轧减径成各种口径的成品管。因此生产中出现的钢管头尾端增厚段的长度过长、切损过大，利用现有技术中的芯棒进行热轧无缝钢管生产的平均切损为10.5％，造成成材率较低。
因此，为了减少切头长度，提高成材率，需要一种顶管工艺用新型芯棒。
发明内容
本发明的目的在于提供一种端部锥形的芯棒。该芯棒的头部呈锥形，顶管后钢管头部1米处的壁厚比其它位置壁厚薄，通过减径机后达到头部壁厚增厚与头部壁厚偏薄相互抵消的目的，从而实现减径后钢管的整体壁厚都相当。该发明能够有效地解决减径后钢管端部增厚的问题，从而达到生产后钢管无增厚端，减少钢管切头，提高成材率。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种端部锥形的芯棒，包括芯棒主体和芯棒头部，其中，在所述芯棒主体的两端均设置有一个所述芯棒头部，两个所述芯棒头部为镜像设置，所述芯棒主体的外径大于所述芯棒头部的外径，所述芯棒头部由第一锥台段和圆柱段组成，所述第一锥台段的大端与所述圆柱段的一端连接，所述圆柱段的另一端与所述芯棒主体之间通过台阶连接；所述台阶为第二锥台段，所述第二锥台段的大端与所述圆柱段的另一端连接，所述第二锥台段的小端与所述芯棒主体连接。
进一步地，在上述的芯棒中，所述第一锥台段与所述圆柱段的连接处通过第一圆角连接；优选地，所述第一圆角的半径R1为30mm。
进一步地，在上述的芯棒中，所述第二锥台段的大端通过第二圆角与所述圆柱段的另一端连接。
进一步地，在上述的芯棒中，所述第二圆角的圆心位于所述芯棒的内部；所述第二圆角的半径为14mm；优选地，所述第二锥台段与所述圆柱段之间还包括有第三圆角，所述第二锥台段、所述第二圆角、所述第三圆角和所述圆柱段依次设置，所述第三圆角的圆心位于所述芯棒的外部，所述第三圆角的半径为2.5mm。
进一步地，在上述的芯棒中，所述第二锥台段小端的外径与所述芯棒主体的外径D一致，所述第二锥台段大端的外径D3比所述第二锥台段小端的外径大0.4mm-0.6mm。
进一步地，在上述的芯棒中，所述第二锥台段大端至所述第二锥台段小端之间的垂直距离L7为800mm-1200mm；优选地，所述第二锥台段大端至所述第二锥台段小端之间的垂直距离L7为1000mm。
进一步地，在上述的芯棒中，所述芯棒主体的外径D比所述圆柱段的外径D1大16mm，所述第一锥台段的大端的外径与所述圆柱段的外径D1一致。
进一步地，在上述的芯棒中，所述第一锥台段的长度为L1，所述圆柱段的长度为L2，L1:L2＝1:(2-4)。
进一步地，在上述的芯棒中，所述第二圆角的长度L3为12mm；所述第三圆角的长度L4为2mm。
进一步地，在上述的芯棒中，所述芯棒的表面硬度为：HRC 45-50。
分析可知，本发明公开一种端部锥形的芯棒，该芯棒比现有技术的所使用的棒头部呈锥形增大，顶管后钢管头部1米的壁厚比其它位置壁厚薄，通过减径机后达到头部壁厚增厚与头部壁厚偏薄相互抵消的目的，从而实现减径后钢管的整体壁厚都相当。该发明能够有效地解决减径后钢管端部增厚的问题，从而达到生产后钢管无增厚端，减少钢管切头，提高成材率。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1为现有技术的所使用的芯棒的结构示意图。
图2为本发明一实施例的结构示意图。
图3为图2的C处放大示意图。
图4为第二锥台段的结构示意图。
附图标记说明：1芯棒主体；2芯棒头部；21第一锥台段；22圆柱段；3台阶；31第二锥台段；4第一圆角；5第二圆角；6第三圆角；7凹槽；
D芯棒主体的外径；D1圆柱段的外径；D2第一锥台段小端的外径；D3第二锥台段大端的外径；
L芯棒的总长度；L1第一锥台段的长度；L2圆柱段的长度；L3第二圆角的长度；L4第三圆角的长度；L5第二圆角的高度；L6第三圆角的高度；L7第二锥台段大端至第二锥台段小端之间的垂直距离；
R1第一圆角的半径；R2第二圆角的半径；R3第三圆角的半径。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
图1所示为在现有技术的顶管工艺中所使用的原始芯棒，该原始芯棒包括芯棒主体和芯棒头部，芯棒主体为圆柱体，芯棒主体和芯棒头部连接，芯棒主体和芯棒头部的连接处为棱角。由于在定、减径的生产工艺中，定径机组、张减机组均存在张力轧制现象，在生产中利用原始芯棒进行顶管轧制所得到的荒管在完成定、减径工艺后，荒管因张力轧制而出现管材端部增厚段长度过长，切损过大的情况。在现有技术中管材的平均切损为10.5％，造成成材率较低。
如图2所示，根据本发明的实施例，提供了一种端部锥形的芯棒，该芯棒是对原始芯棒进行改进后得到的改型芯棒。该改型芯棒包括芯棒主体1和芯棒头部2，其中，在芯棒主体1的两端均设置有一个芯棒头部2，两个芯棒头部2为镜像设置，芯棒主体1的外径大于芯棒头部2的外径，芯棒头部2由第一锥台段21和圆柱段22组成，第一锥台段21的大端与圆柱段22的一端连接，圆柱段22的另一端与芯棒主体1之间通过台阶3连接。台阶3为第二锥台段31，第二锥台段的大端与圆柱段22的另一端连接，第二锥台段的小端与芯棒主体1连接，芯棒主体1和台阶3用于顶管轧制，芯棒头部2用于顶管缩口。
由于台阶3的设置，使得本发明使用的改型芯棒的芯棒头部2+台阶3比原始芯棒头部呈锥形增大，顶管轧制后钢管头部的壁厚比其它位置的壁厚要薄，通过减径机后，头部壁厚的增厚与头部壁厚偏薄相互抵消，从而实现减径后钢管的整体壁厚都相当，并且钢管的头尾端增厚段的长度大大减少，切损降低，利用本发明的改型芯棒进行热轧无缝钢管生产的平均切损为7.74％，成材率大大提高。
进一步地，如图2所示，第一锥台段21与圆柱段22的连接处通过第一圆角4连接；优选地，第一圆角4的半径R1为30mm，第一圆角4的圆心在芯棒的内部。在竖向截面内，第一锥台段21为等腰梯形，等腰梯形的腰与上底之间的夹角α为135°。如图1所示，原始芯棒头部设置有凹槽7，原始芯棒的凹槽7用于与设备本体连接的推杆配合推动芯棒，推杆的头部可以包住芯棒头部，本申请的改型芯棒可以不用凹槽。
进一步地，第一锥台段21的长度为L1，圆柱段22的长度为L2，L1:L2＝1:2-4，这样设置是为了避免缩口时缩不紧导致溜棒。
进一步地，台阶3为第二锥台段31，第二锥台段31的小端与芯棒主体1连接，第二锥台段31的大端通过第二圆角5与圆柱段22连接。
优选地，第二锥台段31与圆柱段22之间还包括有第三圆角6，第二锥台段31、第二圆角5、第三圆角6和圆柱段22依次设置。在进行顶管轧制前，需要对钢管进行缩口，第二圆角5和第三圆角6的设置能够防止钢管在缩口时溜棒。
如图3所示，第二圆角5的圆心位于芯棒的内部、第三圆角6的圆心位于芯棒的外部；优选地，第二圆角5的半径R2为12mm-16mm，优选为14mm，第三圆角6的半径R3为2mm-3mm，优选为2.5mm，第二圆角5和第三圆角6的上述设置是为了缩口时更好的压紧钢管和芯棒，避免缩不紧的情况发生。
第二圆角5的长度L3可为12mm、第二圆角5的高度L5可为6mm；第三圆角6的长度L4可为2mm、第三圆角6的高度L6可为2mm，这样设置可以增加弧度，能够在缩口将钢管和芯棒锁紧。
进一步地，如图4所示，第二锥台段31的大端的直径至第二锥台段31的小端的直径由大到小平滑过渡，第二锥台段31小端的外径与芯棒主体1的外径D一致，第二锥台段31大端的外径D3比第二锥台段31小端的外径大0.4mm-0.6mm。根据生产中减径后的增壁情况，将差值设为0.4mm-0.6mm可以抵消减径带来的增壁(壁厚的增厚)，减少头部增厚部分的长度。如图4所示仅用于表达台阶处(第二锥台段31)直径由大到小平滑过渡，其尺寸不代表实际尺寸。如此设置能够保证顶管后钢管头部的壁厚比其它位置的壁厚要薄，通过减径机后，头部壁厚的增厚与头部壁厚偏薄相互抵消，从而实现减径后钢管的整体壁厚都相当。
进一步地，如图2所示，第二锥台段31大端至第二锥台段31小端之间的垂直距离L7为800mm-1200mm；优选地，第二锥台段31大端至第二锥台段31小端之间的垂直距离L7为1000mm，这是根据切头的长度及磨损来设定的。在利用该芯棒进行顶管轧制后得到荒管，由于第二锥台段31的大端靠近芯棒头部2，使荒管头部的内径(相对于第二锥台段31处荒管头部的内径)大于荒管其他位置的内径，进而使荒管头部的壁厚小于荒管其他位置的壁厚，通过后续的定、减径工艺对荒管进行减径，在张力轧制作用下使荒管头部增厚，进而使荒管头部壁厚增厚与头部壁厚偏薄相互抵消，从而实现减径后得到的成品管整体壁厚都相当(不包括用于顶管缩口的头部)。
进一步地，芯棒主体1的外径D比圆柱段22的外径D1大14mm-18mm，优选地，芯棒主体1的外径D比圆柱段22的外径D1大16mm，原始芯棒的芯棒主体1的外径D与圆柱段22的外径D1之间的差值是8mm。本申请的改型芯棒将芯棒主体1的外径D与圆柱段22的外径D1之间的差值设定为14mm-18mm，尤其是16mm，能够避免缩口端的壁厚太厚，进而造成不好脱棒及切头重量的过重。第一锥台段21的大端的外径与圆柱段22的外径D1一致。
进一步地，芯棒的总长度L最大可为20米，芯棒的表面硬度为：HRC45-50，芯棒的直径公差为0mm-0.2mm。由于芯棒主体1的外径D比圆柱段22的外径D1大14mm-18mm，所以芯棒的单边肩高为8±1mm，缩口时能更好的压紧。
在顶管轧制工艺中，芯棒头部2用于顶管缩口，芯棒主体1和台阶3用于顶管轧制。利用该芯棒完成顶管轧制工艺后得到所需要的荒管，此时，毛管头部的壁厚比其它位置的壁厚薄。完成顶管轧制工艺后毛管再经过减径工艺后得到所需成品管。当毛管通过减径机后头部壁厚的增厚与前一阶段(顶管轧制阶段)头部壁厚偏薄相互抵消，进而实现减径后钢管的整体壁厚都相当，减少钢管切头，提高成材率。
在本申请的一实施例中，利用直径为145mm的改型芯棒对成品规格为127×6的钢管进行顶管轧制，顶管轧制完成后得到的荒管头部的壁厚为5.6mm(不包括用于顶管缩口的荒管头部)，对荒管进行减定径处理，荒管头部的壁厚增加0.4mm，使得荒管头部的壁厚与荒管其他位置的壁厚一致，得到所需外径为127mm和壁厚为6mm的钢管。
在本申请的另一实施例中，分别利用原始芯棒和改型芯棒对品规为127×8的钢管进行生产，具体参数的对比结果见表1。
表1分别利用原始芯棒和本申请中的改型芯棒分别进行127×8(外径127mm×壁厚8mm)的品规(规格)生产的对比结果
本发明在实际应用过程中，成功应用于四种芯棒系列的在线生产，实现减少切头长度，提高成材率的目的，切损由2015年10.5％降低到2018年7.73％，切损降低2.77％；成材率由2015年84.11％提升至2018年88.87％，成材率提升4.76％，取得显著的经济效益。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
该发明使用的芯棒比原芯棒头部呈锥形增大，顶管后钢管头部的壁厚比其它位置的壁厚薄，通过减径机后达到头部壁厚增厚与头部壁厚偏薄相互抵消的目的，从而实现减径后钢管的整体壁厚都相当。该发明能够有效地解决减径后钢管端部增厚的问题，从而达到生产后钢管无增厚端，减少钢管切头，提高成材率。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种端部锥形的芯棒，其特征在于，包括芯棒主体和芯棒头部，其中，
在所述芯棒主体的两端均设置有一个所述芯棒头部，两个所述芯棒头部为镜像设置，
所述芯棒主体的外径大于所述芯棒头部的外径，
所述芯棒头部由第一锥台段和圆柱段组成，所述第一锥台段的大端与所述圆柱段的一端连接，所述圆柱段的另一端与所述芯棒主体之间通过台阶连接；
所述台阶为第二锥台段，所述第二锥台段的大端与所述圆柱段的另一端连接，所述第二锥台段的小端与所述芯棒主体连接，
所述第二锥台段小端的外径与所述芯棒主体的外径D一致，所述第二锥台段大端的外径D3比所述第二锥台段小端的外径大0.4mm-0.6mm，
所述第一锥台段与所述圆柱段的连接处通过第一圆角连接。
2.根据权利要求1所述的芯棒，其特征在于，
所述第一圆角的半径R1为30mm。
3.根据权利要求1所述的芯棒，其特征在于，
所述第二锥台段的大端通过第二圆角与所述圆柱段的另一端连接。
4.根据权利要求3所述的芯棒，其特征在于，所述第二圆角的圆心位于所述芯棒的内部；
所述第二圆角的半径为14mm。
5.根据权利要求3所述的芯棒，其特征在于，所述第二锥台段与所述圆柱段之间还包括有第三圆角，所述第二锥台段、所述第二圆角、所述第三圆角和所述圆柱段依次设置，所述第三圆角的圆心位于所述芯棒的外部，所述第三圆角的半径为2.5mm。
6.根据权利要求3所述的芯棒，其特征在于，所述第二锥台段大端至所述第二锥台段小端之间的垂直距离L7为800mm-1200mm；
所述第二锥台段大端至所述第二锥台段小端之间的垂直距离L7为1000mm。
7.根据权利要求1所述的芯棒，其特征在于，
所述芯棒主体的外径D比所述圆柱段的外径D1大16mm，所述第一锥台段的大端的外径与所述圆柱段的外径D1一致。
8.根据权利要求1所述的芯棒，其特征在于，
所述第一锥台段的长度为L1，所述圆柱段的长度为L2，L1:L2=1:（2-4）。
9.根据权利要求5所述的芯棒，其特征在于，
所述第二圆角的长度L3为12mm；
所述第三圆角的长度L4为2mm。
10.根据权利要求1所述的芯棒，其特征在于，
所述芯棒的表面硬度为：HRC 45-50。
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