CN122425132A - 高精度扩径锥体及深海管材成形装备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高精度扩径锥体及深海管材成形装备，其中扩径锥体的外周沿其周向阵列分布有一圈V型槽，扩径模组底部设置有与V型槽适配贴合并滑动连接的V型面，本申请V型面结构设计能够有效增加的锥面的接触面积，减少了单位压强及因摩擦而导致的发热，避免因开T型键槽而减小锥体受力面积和锥体强度，采用V型面具有自定心特性，提高模具运动的同轴度，增加接触面积，降低单位压强，减少摩擦发热，增加承载能力，提高轴向导向精度。

Description

高精度扩径锥体及深海管材成形装备

技术领域

本发明涉及钢管成型技术领域，具体是一种高精度扩径锥体及深海管材成形装备。

背景技术

目前，在深海油气输送及海洋工程等领域，对高强度、小口径、大壁厚钢管的需求日益增长。管材成形装备是钢管扩径工艺中的核心工装，其性能直接决定了钢管的尺寸精度与成品质量。然而，现有管材成形装备（如专利号为CN120169904A、CN110153299A），锥体与扩径模组之间采用T型槽和T型键配合滑动，在应对此类特殊规格钢管的生产时，存在以下技术缺陷，具体表现为：

接触面采用T型键槽导致有效承载面积小，锥面和模具容易出现划伤及磨损问题，并且T型键及螺钉出现螺旋断裂等问题，偶尔出现模具与锥体抱死的情况，扩径时偏载导致尺寸一致性差，扩厚壁管时锥体承受的压力大，发热量高，散热慢，高温下润滑油粘度会降低，润滑失效问题。

综上所述，现有扩径头总成在应用于高强度、小口径、大壁厚钢管的扩径工艺时，存在结构刚性不足、局部受力集中、散热条件差以及关键连接件强度薄弱等技术缺陷，导致划伤、断裂、抱死等故障频发，难以满足高效率、高精度、低缺陷率的规模化生产要求。因此，亟需开发一种能够适应此类严苛工况的新型扩径锥体结构。

发明内容

本发明的目的旨在解决现有扩径锥体结构刚性不足、局部受力集中、散热条件差的问题，提供一种高精度扩径锥体及深海管材成形装备。

为解决上述问题，本发明提供技术方案如下：

一种高精度扩径锥体，包括由前向后依次设置的连接段、锥面段和导向段；

所述锥面段的外径由前向后逐渐缩小，所述锥面段外周沿其周向阵列分布有一圈V型槽，所述V型槽与其外侧的扩径模组滑动配合；

所述的一种高精度扩径锥体中部贯穿设有用于穿设活塞杆的通孔，所述连接段与所述活塞杆的端部固定连接，所述导向段用于导向其沿导向模组的轴向滑动。

如上所述的一种高精度扩径锥体，所述导向段的长度不小于所述锥面段整体长度的三分之一。

如上所述的一种高精度扩径锥体，所述V型槽的开槽角度为90°～150°。

如上所述的一种高精度扩径锥体，所述锥面段的外周沿其周向阵列分布有12个所述V型槽。

如上所述的一种高精度扩径锥体，所述锥面段表面硬度大于芯部硬度。

如上所述的一种高精度扩径锥体，所述锥面段表面硬度为HRC58～62，芯部硬度为HRC35～40。

如上所述的一种高精度扩径锥体，所述扩径锥体的材料为30CrNiMo8、42CrMo或GCr15。

如上所述的一种高精度扩径锥体，所述扩径模组包括多组与所述V型槽对应滑动配合的扩径组件，所述扩径组件包括依次层叠设置的模块、楔块和滑块，所述滑块远离所述楔块的一侧为与所述V型槽适配贴合并滑动连接的为V型面。

如上所述的一种高精度扩径锥体，所述导向模组包括前导向环和后导向环，所述扩径模组设于所述前导向环和所述后导向环之间，所述连接段和所述导向段分别与所述前导向环和所述后导向环滑动连接。

本申请另一目的是提供一种深海管材成形装备，包括导向模组、扩径模组和上述的一种高精度扩径锥体，所述的一种高精度扩径锥体穿设于所述导向模组中部并可沿其轴向滑动，所述扩径模组包括多组与所述V型槽对应滑动配合的扩径组件，多组所述扩径组件围设于所述锥面段外周。

与现有技术相比，本发明有以下优点：

本发明提供一种高精度扩径锥体及深海管材成形装备，其中扩径锥体的外周沿其周向阵列分布有一圈V型槽，扩径模组底部设置有与V型槽适配贴合并滑动连接的V型面，本申请V型面结构设计能够有效增加的锥面的接触面积，减少了单位压强及因摩擦而导致的发热，避免因开T型键槽而减小锥体受力面积和锥体强度，采用V型面具有自定心特性，提高模具运动的同轴度，增加接触面积，降低单位压强，减少摩擦发热，增加承载能力，提高轴向导向精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中管材成形装备的局部分解示意图；

图2为本发明实施例中管材成形装备的后视图；

图3是图2中A-A方向的截面示意图；

图4为本发明实施例中管材成形装备的侧视图；

图5是图4中B-B方向的截面示意图；

图6为本发明实施例中扩径锥体的结构示意图；

图7为本发明实施例中扩径组件的结构示意图；

图8为本发明实施例中扩径组件的内部示意图；

其中，附图标记对应的编号如下：

导向模组1，前导向环11，后导向环12，第一供油接头121，第二供油接头122，第三供油接头123，第一供油路124，第二供油路125，第三供油路126，喷头支架13，润滑油喷头14，前导向结构15，T型卡接部151，卡销152，后导向结构16，T型导向槽161，T型导向键162，前压紧结构17，前板簧171，后压紧结构18，后板簧181， 扩径锥体2，通孔20，锥面段21，V型槽210，连接段22、导向段23，扩径模组3，扩径组件30，滑块31，V型面310，第一润滑油出孔311，楔块32，第一润滑油进孔321，第一主油路322，第一支油路323，第二润滑油进孔324，第二润滑油出孔325，第二主油路326，第二支油路327，模块33，U型防尘条34。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

请参阅附图1-8，本申请实施例提供一种管材成形装备，包括导向模组1、扩径锥体2和扩径模组3；其中所述扩径锥体2穿设于所述导向模组1中部并可沿其轴向滑动，所述扩径模组3包括多组与所述扩径锥体2对应滑动配合的扩径组件30，多组所述扩径组件30围设于所述扩径锥体2外周，所述扩径锥体2中部贯穿设有用于穿设活塞杆（未示出）的通孔20，活塞杆驱动扩径锥体2在导向模组1上沿轴向移动，扩径锥体2带动与其滑动连接的扩径模组3沿导向模组1径向向外扩张进行扩管。

本申请实施例之扩径锥体2，包括外径由前向后逐渐缩小的锥面段21，作为本申请主要改进点，所述锥面段21外周沿其周向阵列分布有一圈V型槽210，所述扩径组件30底部设置有与所述V型槽210适配贴合并滑动连接的为V型面310，本申请采用V型槽210延长锥体，减少了现有锥体因锥面开“T型导向键槽”而对锥体强度的减少以及滑动接触面的减少，本申请V型面310结构设计能够有效增加的锥面的接触面积，减少了单位压强及因摩擦而导致的发热，避免因开T型键槽而减小锥体受力面积，增加承载能力，提高轴向导向精度。

本申请实施例之扩径模组3，包括多组与所述V型槽210对应滑动配合的扩径组件30，具体地，所述扩径组件30包括依次层叠设置的模块33、楔块32和滑块31，所述滑块31远离所述楔块32的一侧为与所述V型槽210适配贴合并滑动连接的为V型面310，楔块32底面的滑块31呈反V型结构，与扩径锥体2的V型槽210匹配接触，能够增大有效接触面积，改善受力分布，减少局部应力集中，防止模具抱死，同时摩擦发热降低，相比现有采用T型导向键162结构连续扩径3根管锥面温度会超过50℃，本申请实际应用中能达到连续扩径15根管，锥面温度≤42℃。

优选地，滑块31为镶嵌在楔块32底部的铜滑板，铜滑板也可替换为其他自润滑材料（如石墨铜套），本申请上述结构可避免模具抱死，采用反V型铜滑板和独立润滑，避免现有管材成形装备出现模具与锥体抱死的情况。

针对现有锥体结构接触面形式，采用T型键槽，设置键槽，导致有效承载面积小，而本申请锥体结构采用V型面310，由于无键槽，增加30%~40%的有效承载面积。本申请具体实施例中，所述V型槽210的开槽角度为90°～150°，更优选为120°，本申请扩径锥体2采用V型接触面，减少因开T型键槽而减小锥体受力面积，增加了承载能力，增加承载能力约30%~40%，更适用于小口径大壁厚钢管的扩径整形，具体实施例中，所述锥面段21的外周沿其周向阵列分布有12个所述V型槽210。锥体承载能力提升，V型面310接触面积增大，单位压强降低约35%，采用V型面310具有自定心特性，提高模具运动的同轴度，增加接触面积，降低单位压强，减少摩擦发热。

本申请实施例之导向模组1，包括间隔设置的前导向环11和后导向环12，所述扩径模组3设于所述前导向环11和所述后导向环12之间，所述扩径锥体2包括由前向后依次设置的连接段22、锥面段21和导向段23，所述扩径锥体2的前后端连接段22和导向段23分别与所述前导向环11和所述后导向环12滑动连接，所述连接段22与所述活塞杆（未示出）的端部固定连接，所述导向段23与所述后导向环12内壁贴合并滑动连接，所述导向段23用于导向其沿导向模组1的轴向滑动，本申请延长扩径锥体2尾部导向段23长度与后端后导向环12配合，保证管材成形装备的轴向导向，增强管材成形装备的轴向导向精度，防止模具偏载，提升扩径尺寸一致性，尺寸一致性误差≤0.5mm，本申请双向导向的扩径头形式，解决目前因管型问题造成的局部成形负载大、锥体局部承力集中、尺寸一致性差的关键技术瓶颈，实现钢管扩径的高效率、高精度和低缺陷率。

进一步优选地，所述导向段23的长度不小于所述锥面段21整体长度的三分之一，现有锥体结构的导向方式仅靠锥面，而本申请的导向方式尾部导向段23和后导向环12配合，此设计进一步提供轴向导向，防止锥体偏载，提高扩径过程的稳定性，保证尺寸一致性，能够分担锥面侧向力，减少锥面磨损。

作为本申请进一步优选实施方式，锥体锥面采用梯度硬度设计，硬度沿径向呈梯度分布，所述锥面段21表面硬度大于芯部硬度，优选地，所述锥面段21表面硬度为HRC58～62，芯部硬度为HRC35～40，表面高硬度，耐磨性好，而芯部高韧性，抗冲击能力强，延长使用寿命，适用于大壁厚钢管扩径时的冲击载荷。进一步优选地，所述扩径锥体2的材料为30CrNiMo8、42CrMo或GCr15。

针对现有锥体结构设有润滑油孔，削弱强度，而本申请锥体结构无设置润滑油孔，采用独立外部供油，本申请锥体不设置润滑油孔，所述楔块32上设有第一润滑油进孔321，所述V型面310上设有与所述第一润滑油进孔321连通的第一润滑油出孔311，润滑油孔通过第一供油路124及楔块32内置第一润滑油出孔311给扩径锥体2与扩径组件30接触面进行润滑。本申请楔块32底部的滑块31采用反“V”型结构，与扩径锥体2采用V型接触面进行配合，有效增大锥体接触面，采用全独立润滑油路，保证锥面100%润滑，避免因开设油孔而削弱锥体强度，以及油孔堵塞导致润滑失效，能够实现强制润滑，适应高温高载工况，避免高温下润滑失效，适用于高钢级大壁厚钢管生产，提升润滑效果，在V型槽210和V型面310之间接触面均匀润滑，划伤率降至0。

作为本申请优选实施方式，每一所述楔块32上的所述第一润滑油进孔321均通过对应的第一供油路124进行独立供油，本申请具体实施例中，所述导向模组1的后端设有多个分别与多个所述第一供油路124对应连通供油的第一供油接头121，本申请每一扩径组件30均采用独立外部供油，即使其中一路第一供油路124堵塞或者发生故障，也不会影响其整体润滑功能，保证锥面100%润滑，适用高钢级大壁厚钢管的生产。

具体地，所述V型面310的两侧斜面上均设有多个所述第一润滑油出孔311；所述楔块32内设有连通所述第一润滑油进孔321的第一主油路322，所述第一主油路322与多个所述第一润滑油出孔311之间分别设有第一支油路323。本申请扩径锥体2上不设置润滑油孔，润滑油通过独立的第一供油路124进入楔块32内置的第一主油路322，再通过第一支油路323输送至第一润滑油出孔311以填充扩径锥体2与铜滑块31接触面，实现锥面100%均匀润滑，避免高温下润滑失效，适用于高钢级大壁厚钢管生产。

具体实施例中，所述扩径组件30与所述导向模组1之间设有导向结构，多组所述扩径组件30均分别通过所述导向结构围设于所述锥面段21外周，所述导向结构用于导向所述扩径组件30往所述导向模组1的径向移动，进一步地，所述扩径组件30与所述导向模组1之间还设有压紧结构，所述压紧结构用于将所述扩径组件30弹性压紧在所述V型槽210上。本申请双向导向的扩径头形式，解决目前因管型问题造成的局部成形负载大、锥体局部承力集中、尺寸一致性差的关键技术瓶颈，实现钢管扩径的高效率、高精度和低缺陷率。

具体地，所述导向结构包括设于楔块32前侧与所述前导向环11后侧之间用于导向所述楔块32前侧往所述前导向环11径向移动的前导向结构15，以及设于楔块32后侧与所述后导向环12前侧之间用于导向所述楔块32后侧往所述后导向环12径向移动的后导向结构16；所述压紧结构包括设于楔块32前侧与所述前导向环11后侧之间用于将所述楔块32前侧弹性压紧在所述V型槽210上的前压紧结构17，以及设于楔块32后侧与所述后导向环12前侧之间用于将所述楔块32后侧弹性压紧在所述V型槽210上的后压紧结构18。

所述后导向结构16包括沿所述后导向环12的径向开设于所述后导向环12前侧上的T型导向槽161，以及设于所述楔块32后端上与所述T型导向槽161滑动连接的T型导向键162；所述后压紧结构18包括多块层叠设置的后板簧181，多块所述后板簧181的后端均通过板簧压板固定在所述后导向环12上，多块所述后板簧181的长度由下至上依次减少，且最下层的所述后板簧181的前端压紧在所述T型导向键162上。本申请导向形式采用T型键加板簧压板导向，使模具往复运动时导向性更好，增加扩头整体的抗偏载能力。板簧压板可替换为碟形弹簧或螺旋弹簧。

具体地，所述前压紧结构17包括前板簧171，所述前板簧171的前端固定在所述前导向环11上，所述前板簧171的后端压紧在所述楔块32的前端上；所述前导向结构15包括设于所述前板簧171后端上的T型卡接部151，以及设于所述楔块32的前端上并分别卡接于所述T型卡接部151两侧的两卡销152。

本申请具体实施例中，所述导向结构包括沿所述导向模组1的径向开设于其上的T型导向槽161，以及设于所述楔块32上与所述T型导向槽161滑动连接的T型导向键162；所述楔块32上设有第二润滑油进孔324，所述T型导向键162与所述T型导向槽161接触面上设有与所述第二润滑油进孔324连通的第二润滑油出孔325。

具体地，所述T型导向键162的两侧和后端与所述T型导向槽161接触面上均设有多个所述第二润滑油出孔325；所述楔块32内设有连通所述第二润滑油进孔324的第二主油路326，所述第二主油路326与多个所述第二润滑油出孔325之间分别设有第二支油路327。 本申请具体地，每一所述楔块32上的所述第二润滑油进孔324均通过对应的第二供油路125进行独立供油，所述导向模组1的后端设有多个分别与多个所述第二供油路125通供油的第二供油接头122。

进一步优选地，所述内壁润滑组件包括设于所述导向模组1前侧的喷头支架13，设于所述喷头支架13上的润滑油喷头14，以及与所述润滑油喷头14连通的第三供油路126；所述导向模组1的后端设有与所述第三供油路126连通供油的第三供油接头123。可以将润滑油均匀喷向待成型管的内壁，利于减少模块33和待成型管之间的摩擦力。

作为本申请进一步限定，相邻两个楔块32之间的间隙处安装U型防尘条34，所述U型防尘条34顶部两端延伸有折弯结构，所述折弯结构卡入楔块32顶部。在扩径头使用过程中，异物不会落入至扩径锥体2和楔块32之间，清理方便，提高工作效率。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高精度扩径锥体，其特征在于：包括由前向后依次设置的连接段、锥面段和导向段；

所述锥面段的外径由前向后逐渐缩小，所述锥面段外周沿其周向阵列分布有一圈V型槽，所述V型槽与其外侧的扩径模组滑动配合；

所述的一种高精度扩径锥体中部贯穿设有用于穿设活塞杆的通孔，所述连接段与所述活塞杆的端部固定连接，所述导向段用于导向其沿导向模组的轴向滑动。

2.根据权利要求1所述的一种高精度扩径锥体，其特征在于：所述导向段的长度不小于所述锥面段整体长度的三分之一。

3.根据权利要求1所述的一种高精度扩径锥体，其特征在于：所述V型槽的开槽角度为90°～150°。

4.根据权利要求3所述的一种高精度扩径锥体，其特征在于：所述锥面段的外周沿其周向阵列分布有12个所述V型槽。

5.根据权利要求1所述的一种高精度扩径锥体，其特征在于：所述锥面段表面硬度大于芯部硬度。

6.根据权利要求5所述的一种高精度扩径锥体，其特征在于：所述锥面段表面硬度为HRC58～62，芯部硬度为HRC35～40。

7.根据权利要求1所述的一种高精度扩径锥体，其特征在于：所述扩径锥体的材料为30CrNiMo8、42CrMo或GCr15。

8.根据权利要求1所述的一种高精度扩径锥体，其特征在于：所述扩径模组包括多组与所述V型槽对应滑动配合的扩径组件，所述扩径组件包括依次层叠设置的模块、楔块和滑块，所述滑块远离所述楔块的一侧为与所述V型槽适配贴合并滑动连接的为V型面。

9.根据权利要求1所述的一种高精度扩径锥体，其特征在于：所述导向模组包括前导向环和后导向环，所述扩径模组设于所述前导向环和所述后导向环之间，所述连接段和所述导向段分别与所述前导向环和所述后导向环滑动连接。

10.一种深海管材成形装备，其特征在于：包括导向模组、扩径模组和权利要求1-9任一项所述的一种高精度扩径锥体，所述的一种高精度扩径锥体穿设于所述导向模组中部并可沿其轴向滑动，所述扩径模组包括多组与所述V型槽对应滑动配合的扩径组件，多组所述扩径组件围设于所述锥面段外周。