背景技術(shù)：
隨著石油化工、航空航天、船舶等行業(yè)的發(fā)展，不僅對卷板機(jī)卷板能力和范圍提出了更高的要求，而且對卷板精度的要求也越來越高。目前，任何卷板機(jī)(二輥、三輥或四輥)成形后管材均存在以下缺點：(1)管材截面均不是正圓；(2)管材包含有處于平衡狀態(tài)的殘余應(yīng)力，曲率不均勻：(3)板端存在一定長度的直邊段(或預(yù)彎部分與滾彎部分曲率不同)，導(dǎo)致管材焊接處會出現(xiàn)“內(nèi)噘嘴”或“外噘嘴”現(xiàn)象；(3)開口管材焊接后存在較大的殘余應(yīng)力，影響使用性能。所以需要后續(xù)矯圓輔助工序提高管材截面的圓度和長度方向的均勻度，減小殘余應(yīng)力。目前矯圓方式主要利用傳統(tǒng)卷板機(jī)對焊接后管材進(jìn)行粗矯圓，過度依賴工人的經(jīng)驗，并且由于卷板機(jī)結(jié)構(gòu)的限制，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低、產(chǎn)品精度不高。另外，現(xiàn)有的矯直方式主要通過兩輥或交錯排列的多輥多次反復(fù)彎曲來實現(xiàn)，矯圓與矯形在一次加工中不能同時完成。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種高效、高精度且同時完成矯圓和矯直的管材輥式連續(xù)矯形設(shè)備及加工方法。

本發(fā)明的設(shè)備主要包括矯形機(jī)和送料機(jī)構(gòu)。其中，送料機(jī)構(gòu)主要包括動力組件、鏈條、推板組件及送料支撐輥。其中，動力組件中的電動機(jī)通過聯(lián)軸器與減速機(jī)相連，減速機(jī)輸出端與主動鏈輪相連，該主動鏈輪與設(shè)在同一水平線上的從動鏈輪通過鏈條相連，并且主動鏈輪和從動鏈輪之間的距離大于被矯管材的長度。在鏈條上設(shè)有至少兩套推板組件，且每套推板組件之間的鏈條長度相等。該推板組件有與機(jī)架中部通孔對應(yīng)的三叉形支撐板，其每個叉上各設(shè)一對軸承座，每對軸承座內(nèi)各設(shè)一根短軸，每根短軸外面各設(shè)一個軸套，最好軸套的外徑呈階梯形，以適應(yīng)不同直徑的管材。該支撐板的一個叉端部設(shè)有與支撐板垂直相連的連接板，該連接板形狀與鏈條節(jié)相同，其上的兩個通孔分別通過鉸鏈與相鄰的鏈條節(jié)相連。所述支撐板上的三根短軸其軸線相交于一點，該點位于被矯管材的軸線上，同時非設(shè)連接板的兩支叉上的短軸軸線又是以設(shè)連接板的支叉上的短軸軸線為對稱。另在鏈條上間斷地設(shè)有送料支撐輥，該送料支撐輥下部設(shè)有與支撐板的連接板結(jié)構(gòu)相同的連接板，該連接板通過鉸鏈與相鄰的鏈條節(jié)相連，送料支撐輥上部為支座，其內(nèi)設(shè)有轉(zhuǎn)軸。在鏈條運行的軌跡上，最好靠向鏈輪的位置設(shè)有矯形機(jī)。該矯形機(jī)主要包括機(jī)架、滑塊、液壓缸、上下轉(zhuǎn)輥、驅(qū)動裝置、液壓系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)。其中，底盤上固定兩個豎直相對的機(jī)架，每個機(jī)架上各設(shè)一個與支撐板中部通孔對應(yīng)的通孔，其上面為一個通孔，下面為兩個通孔且下面兩個通孔是以過上通孔中心的面為對稱，其中上通孔可以是圓孔，使設(shè)在其內(nèi)的上輥位置則固定，上通孔也可以是中心線呈豎直的條孔，使上輥可實現(xiàn)豎直方向調(diào)節(jié)；兩個下通孔均為以上通孔中心線為對稱的條孔，其可以是水平條孔，使兩下輥實現(xiàn)水平調(diào)節(jié)，也可以是斜條孔，使兩下輥實現(xiàn)傾斜調(diào)節(jié)。在所述每個條孔內(nèi)各設(shè)一個滑塊，每個滑塊各與一個液壓缸活塞桿相連，該液壓缸缸體固定在機(jī)架上，所述液壓缸分別與液壓系統(tǒng)相連，該液壓系統(tǒng)又與數(shù)控系統(tǒng)相連。在每個滑塊的中心通孔內(nèi)各置有一根轉(zhuǎn)輥的一端，其中兩端設(shè)在兩機(jī)架上兩豎直條孔內(nèi)的一根轉(zhuǎn)輥為上輥，另有兩端設(shè)在兩機(jī)架上兩條孔內(nèi)的兩根轉(zhuǎn)輥為下輥，并且上下轉(zhuǎn)輥的工作部分進(jìn)口端一段即加載區(qū)和出口端一段即卸載區(qū)均呈截錐體形。所述三個轉(zhuǎn)輥位于加載區(qū)和卸載區(qū)內(nèi)的一段均為圓柱體即矯圓區(qū)，其與加載區(qū)和卸載區(qū)圓滑過渡。在兩矯圓區(qū)之間的一段為矯圓矯直區(qū)，該區(qū)域內(nèi)的上輥中間部分內(nèi)凹且內(nèi)凹部分以該段中心面為對稱，下輥中間部分外凸且外凸部分以該段中心面為對稱，同時上輥內(nèi)凹的弧度等于下輥外凸的弧度，最好矯圓矯直區(qū)與兩側(cè)的矯圓區(qū)圓滑過渡。上下輥之間的加載區(qū)、矯圓區(qū)、矯圓矯直區(qū)、矯圓區(qū)和卸載區(qū)五個區(qū)的長度比例為1:1:4:1:1。上下輥凹凸弧度的設(shè)計原則為：上下輥凹凸弧度可使被矯管材變形塑區(qū)比達(dá)到80％。所述三個轉(zhuǎn)輥至少有一根的一端設(shè)有驅(qū)動裝置，該驅(qū)動裝置與數(shù)控系統(tǒng)相連。若上輥和下輥剛度不足時，則在各轉(zhuǎn)輥外側(cè)設(shè)置支承輥。

本發(fā)明的加工方法具體如下：

1、根據(jù)被矯管材的外徑調(diào)整好矯直機(jī)上下輥的位置；

2、開啟矯直機(jī)，將被矯管材置于送料機(jī)構(gòu)上，開啟動力組件的電動機(jī)，驅(qū)使鏈條運轉(zhuǎn)，在送料支撐輥和推板的共同作用下，被矯管材由一端開始陸續(xù)進(jìn)入矯直機(jī)；

3、被矯管材在矯直機(jī)中的部分，受各轉(zhuǎn)輥擠壓同時還在上下輥帶動下周向轉(zhuǎn)動，在矯圓區(qū)被矯管材周向各截面均多次交替經(jīng)歷正向和反向彎曲，到達(dá)矯圓矯直區(qū)被矯管材周向各截面和縱向各截面同時交替經(jīng)歷正向和反向彎曲，最后經(jīng)過卸載區(qū)卸載后，全部被矯管材與支撐板一起穿過兩個機(jī)架從矯直機(jī)出來，然后被取走；

4、期間鏈條在不停地運行，新的被矯管材又被送至另一套送料機(jī)構(gòu)上，重復(fù)上述過程。

本發(fā)明的工作原理大致如下：當(dāng)被矯管材與轉(zhuǎn)輥接觸時，由于進(jìn)口端的輥形呈截錐型，不但可使被矯管材方便地進(jìn)入轉(zhuǎn)輥之間，而且同時實現(xiàn)對管材的徑向加載。被矯管材在各轉(zhuǎn)輥之間受到徑向載荷，于是被矯管材截面發(fā)生彈塑性變形，其中與轉(zhuǎn)輥接觸的局部區(qū)域為反彎區(qū)(曲率減小)，轉(zhuǎn)輥之間的管材部分區(qū)域為正彎區(qū)(曲率增大)，轉(zhuǎn)輥下壓的同時主動輥旋轉(zhuǎn)，在摩擦力的作用下帶動被矯管材周向轉(zhuǎn)動數(shù)圈，被矯管材周向各截面均多次交替經(jīng)歷正向彎曲和反向彎曲；管材繼續(xù)前進(jìn)進(jìn)入矯圓矯直區(qū)，管材周向和長度方向同時進(jìn)行往復(fù)彎曲；在此過程中，被矯管材在送料組件的帶動下連續(xù)通過矯直機(jī)，完成整根管材的矯圓過程。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

1、以往的矯圓和矯直兩種工藝分別加工，本發(fā)明為在一次加工中完成。矯直工藝根據(jù)三個輥形的設(shè)計，由之前的斜輥交錯矯直改進(jìn)為上輥為凹形輥，兩個下輥為凸形輥平行放置進(jìn)行矯直，與矯圓工藝有效的配合，大大提高了管材的矯形效率。

2、矯圓過程中將所有轉(zhuǎn)輥置于管材外部，而不是將上輥置于管材內(nèi)部(傳統(tǒng)卷板機(jī)矯圓方法)，這樣矯圓設(shè)備無需翻缸裝置，在送料裝置的帶動下，既可以方便的送進(jìn)和取出被矯管材，又降低了矯圓過程操作的復(fù)雜性。

3、本發(fā)明中轉(zhuǎn)輥剛度不足時，可為每個輥子設(shè)置支承輥，從而提高輥子剛度，可以大大提高矯圓設(shè)備的矯圓能力；然而，傳統(tǒng)卷板機(jī)矯圓方法將上輥置于管材內(nèi)部，當(dāng)管材直徑較小時無法設(shè)置支承輥。這樣突破了傳統(tǒng)卷板機(jī)矯圓結(jié)構(gòu)上的缺陷。

4、由于上下輥兩端輥型的變化，對同一規(guī)格管材在矯圓過程中無需調(diào)整上下輥的位置，即可實現(xiàn)對管材施加位移載荷的目的，極大地降低了加工工藝的復(fù)雜性。

5、本發(fā)明特別適用于長徑比較大、徑厚比較小的管材。

6、可實現(xiàn)連續(xù)自動化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明設(shè)備的主視示意簡圖。

圖2是本發(fā)明設(shè)備的動力組件主視示意簡圖。

圖3是本發(fā)明設(shè)備的推板組件主視示意簡圖。

圖4是本發(fā)明設(shè)備的推板組件側(cè)視示意簡圖。

圖5是本發(fā)明設(shè)備矯直機(jī)主視示意簡圖。

圖6是圖5的A-A視圖。

圖7是本發(fā)明設(shè)備機(jī)架與支撐板同在一起的視圖。

圖8是本發(fā)明設(shè)備各區(qū)域示意簡圖。

圖9是本發(fā)明三輥矯圓結(jié)構(gòu)形式之一側(cè)視示意簡圖。

圖10是本發(fā)明三輥矯圓結(jié)構(gòu)形式之二側(cè)視示意簡圖。

圖11是本發(fā)明三輥矯圓結(jié)構(gòu)形式之三側(cè)視示意簡圖。

圖12是本發(fā)明轉(zhuǎn)輥外設(shè)支撐輥的側(cè)視示意簡圖。

圖中：1.被矯管材、2.上輥、3.下輥、4.機(jī)架、5.上輥驅(qū)動裝置、6.下輥驅(qū)動裝置、7.底盤、8.液壓缸、9.滑塊、10.數(shù)控系統(tǒng)、11.液壓系統(tǒng)、12.鏈輪、13.鏈條、14.取料輥、15.軸套、16.短軸、17.軸承座、18.支撐板、19.支撐輥、20.減速機(jī)、21.聯(lián)軸器、22.電動機(jī)、23.連接板、24.送料支撐輥、25.推板組件。

具體實施方式

在圖1所示的管材輥式連續(xù)矯圓設(shè)備的主視示意簡圖中，本發(fā)明的設(shè)備主要包括矯直機(jī)和送料機(jī)構(gòu)。其中，送料機(jī)構(gòu)動力組件中的電動機(jī)22通過聯(lián)軸器21與減速機(jī)20相連，減速機(jī)輸出端與鏈輪12相連，如圖2所示，該鏈輪與設(shè)在同一水平線上的另一鏈輪通過鏈條13相連，并且兩鏈輪之間的距離大于被矯管材1的長度。在鏈條上設(shè)有兩套推板組件，且每套推板組件之間的鏈條長度相等。在圖3和圖4所示的推板組件示意簡圖中，推板組件有與機(jī)架中部通孔對應(yīng)的三叉形支撐板18，其每個叉上各設(shè)一對軸承座17，每對軸承座內(nèi)各設(shè)一根短軸16，每根短軸外面各設(shè)一個外徑呈階梯形的軸套15。該支撐板的一個叉端部設(shè)有與支撐板垂直相連的連接板23，該連接板形狀與鏈條節(jié)相同，其上的兩個通孔分別通過鉸鏈與相鄰的鏈條節(jié)相連。所述支撐板上的三根短軸其軸線相交于一點，該點位于被矯管材的軸線上，同時非設(shè)連接板的兩支叉上的短軸軸線又是以設(shè)連接板的支叉上的短軸軸線為對稱。另在鏈條上間斷地設(shè)有送料支撐輥，該送料支撐輥下部設(shè)有與支撐板的連接板結(jié)構(gòu)相同的連接板，該連接板通過鉸鏈與相鄰的鏈條節(jié)相連，送料支撐輥上部為支座，其內(nèi)設(shè)有轉(zhuǎn)軸。在鏈條運行的軌跡上，且靠向鏈輪的位置設(shè)有矯直機(jī)。在圖5、圖6和圖7中，該矯直機(jī)底盤7上固定兩個豎直相對的機(jī)架4，每個機(jī)架上各設(shè)一個與支撐板中部通孔對應(yīng)的通孔，其上面為一個通孔，下面為兩個通孔且下面兩個通孔是以過上通孔中心的面為對稱，在所述每個條孔內(nèi)各設(shè)一個滑塊9，每個滑塊各與一個液壓缸8活塞桿相連，該液壓缸缸體固定在機(jī)架上，所述液壓缸分別與液壓系統(tǒng)11相連，該液壓系統(tǒng)又與數(shù)控系統(tǒng)10相連。在每個滑塊的中心通孔內(nèi)各置有一根轉(zhuǎn)輥的一端，其中兩端設(shè)在兩機(jī)架上兩豎直條孔內(nèi)的一根轉(zhuǎn)輥為上輥2，另有兩端設(shè)在兩機(jī)架上兩斜條孔內(nèi)的兩根轉(zhuǎn)輥為下輥3，并且上下轉(zhuǎn)輥的工作部分兩端的外形為截錐體，如圖8所示，所述三個轉(zhuǎn)輥位于加載區(qū)和卸載區(qū)內(nèi)的一段均為圓柱體即矯圓區(qū)，其與加載區(qū)和卸載區(qū)圓滑過渡。在兩矯圓區(qū)之間的一段為矯圓矯直區(qū)，該區(qū)域內(nèi)的上輥中間部分內(nèi)凹且內(nèi)凹部分以該段中心面為對稱，下輥中間部分外凸且外凸部分以該段中心面為對稱，同時上輥內(nèi)凹的弧度等于下輥外凸的弧度，并且矯圓矯直區(qū)與兩側(cè)的矯圓區(qū)圓滑過渡。上下輥之間的加載區(qū)、矯圓區(qū)、矯圓矯直區(qū)、矯圓區(qū)和卸載區(qū)五個區(qū)的長度比例為1:1:4:1:1。上下輥凹凸弧度的設(shè)計原則為：上下輥凹凸弧度可使被矯管材變形塑區(qū)比達(dá)到80％。所述三個轉(zhuǎn)輥各有一根的一端設(shè)有驅(qū)動裝置5、6，該驅(qū)動裝置與數(shù)控系統(tǒng)相連。

實例1

以外徑150mm、壁厚3mm長度為1500mm的管材為例，該管材力學(xué)性能為：彈性模量210GPa，屈服極限302MPa，塑性模量為2160MPa，泊松比0.3。被矯管材1擬合橢圓度為3.5％。上輥2和兩個下輥3直徑均為55mm，分別可在12點鐘、4點鐘和8點鐘方向直線往復(fù)運動，三個運動方向的交點為原點O。根據(jù)被矯管材的外徑調(diào)整好矯直機(jī)上下輥的位置；開啟矯直機(jī)，將被矯管材置于送料機(jī)構(gòu)上，開啟動力組件的電動機(jī)，驅(qū)使鏈條運轉(zhuǎn)，在送料支撐輥和推板的共同作用下，被矯管材由一端開始陸續(xù)進(jìn)入矯直機(jī)；被矯管材在矯直機(jī)中的部分，受各轉(zhuǎn)輥擠壓同時還在上下輥帶動下周向轉(zhuǎn)動，周向各截面均多次交替經(jīng)歷正向和反向彎曲，同時還交替經(jīng)歷往復(fù)彎曲，最后經(jīng)過卸載區(qū)卸載后，全部被矯管材與支撐板一起穿過兩個機(jī)架從矯直機(jī)出來，然后被取走；期間鏈條在不停地運行，新的被矯管材又被送至另一套送料機(jī)構(gòu)上，重復(fù)上述過程。

實例2

其與實例1基本相同，只是機(jī)架上的兩個下通孔均為以上通孔中心線為對稱的水平條孔，而且上輥為不設(shè)驅(qū)動裝置的從動輥，如圖9所示。

實例3

其與實例1基本相同，只是機(jī)架上的兩個下通孔均為以上通孔中心線為對稱的斜條孔，而且上輥為不設(shè)驅(qū)動裝置的從動輥，如圖10所示。

實例4

其與實例1基本相同，只是機(jī)架上的上通孔是圓孔，而且上輥為不設(shè)驅(qū)動裝置的從動輥，兩個下通孔均為以上通孔中心線為對稱的斜條孔，如圖11所示。

實例5

當(dāng)上輥2和下輥3剛度不足時，則為各轉(zhuǎn)輥設(shè)置支承輥19，如圖12所示。