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管材冷轧冷拔 (Cold rolling and drawing of tube)

管材冷轧冷拔 (Cold rolling and drawing of tube)

在冷轧冷拔管机组上在室温下用轧制和拉拔方式对管材进行的冷加工,属于热轧管(包括热挤压的管材)和焊接管的深度加工。它可以获得直径更小、壁厚更薄、尺寸精度更高、表面粗糙度更低和性能更好以及多种断面形状的管材。用冷拔法可生产直径0.2~765mm和壁厚0.015~50mm的各种管材。用冷轧法可生产直径4~450mm和壁厚0.03~35mm的各种管材。

冷拔与冷轧相比较,冷轧的优点是道次变形量大,加工道次少,生产周期短和金属消耗小。缺点是工具制造较困难,变更规格不方便。生产灵活性差,设备投资高及维护较复杂;由于是周期轧制,轧制时间长,生产力较低,能耗高。冷拔的优点是生产力较高,生产中变规格较方便,灵活性大,设备和工具制造简单;缺点是道次变形量小,加工道次多,生产周期长,金属消耗大。

管材冷拔 拔制管材的各种常规方法如图1所示。(1)无芯棒拔管,用于只减小管子外径。(2)不动短芯棒拔管,用于同时减小管子外径和壁厚;这种方法由于芯棒固定,且使用固定外模,摩擦阻力大,拔制力大,道次变形量小;优点是拔制方法简单,故被广泛应用。(3)浮动芯棒拔管,常用于卷筒拔管,能生产很长的管子(100m以上)。浮动芯棒拔制时拔制力较小,可提高道次变形量;由于不存在拉杆的限制,可带芯棒拔制直径很小的管子。(4)长芯棒拔管,拔管时由于芯棒同管子一起运动,基本上消除了芯捧上的摩擦阻力,因而可降低拔制力和增加道次变形量;芯棒运动还可降低管子内表面粗糙度;长芯棒拔管的缺点是对芯棒要求严格,且拔后要脱棒。脱棒的方法有两种:一种是在斜轧机上将管子和芯棒一起展轧,使管子少量扩径,之后在抽棒机上将芯棒抽出;另一种是利用双模拔制来进行抽芯棒前的扩径(见图2),后一个模子是附加模,通过附加模时管壁只有很小的变形量,管子直径稍有扩大,可降低脱棒时的脱棒力;也可用两个四辊滚模进行展轧脱棒。(5)扩径拔管,管子壁厚减小,直径增大,管长有些缩短;扩径拔管时,管子固定不动而拉杆带动芯棒从管内通过。

 

为了克服常规冷拔法的缺点,不断研究出以下一些拔管方法:(1)圆锥芯棒拔管(图3),同一般短芯棒相比拉杆力Pc小。

(2)半连续和连续拔管。各种直线式拔管机都是间歇工作的,拔完一根管后需等待小车返回才能拔下一根管。因此研究出半连续和连续式拔管。半连续冷拔管有两种形式。一种是采用双移动拔管小车(图4),拔管小车固定在运动链上,并沿具有一定形状的导轨运行。上层的拔管小车把前一根管子拔出后,下层的拔管小车到达中心架前并夹住后一根管进行拔制。另一种是拔制时移动双拔管模的半连续拔管机,如图5所示。

 

连续式拔管机有履带式的(图6)和双小车往复运动式的。履带式拔管机由前端装有拔管模的几个机架组成。机架上下两侧都装有环链,环链轴上装着履带节,用来压紧管子强迫送入拔管模。这种连续式拔管机可进行无芯棒和长芯棒拔制,与普通拔管机相比可提高产量3倍;存在的问题是在无芯棒拔制时易产生纵向壁厚不均,使用固定模阻力大、能耗高、产品表面质量较差以及脱棒困难。此外还有双小车往复运动的连续拔管,用于无芯棒拔制,见连焊连拔精密管。

(3)长芯棒滚模拔制圆管工艺(图7)。中国北京科技大学研究成功的多辊滚模长芯棒拔制圆管的过程是:拔制前先将管头缩口,使之与芯棒锥形过渡区相配合以卡住管子。然后插入芯棒,且使长芯棒细端通过滚模。拔制时冷拔机钳口咬住芯棒细端做直线运动,并将管子和芯棒一起从滚模中拉出,实现管材减壁延伸变形,变单纯冷拔法为拔轧结合法。这种方法可获得大的道次变形量,可减少能量消耗,结构简单,管子表面质量好;缺点是脱棒较困难。

 

(4)超声波振动拔管。

(5)卷筒拔管。

(6)管材温拔。

(7)管材旋转模冷拔。

(8)反拉力拔管。

(9)扭转拔管,即在拉拔的同时使管子产生扭转的拔制过程。拔后的管子平直度好,可以省略矫直工序。拔制过程如图8所示。管料1拔制时通过置于中心架2上的椭圆模3(用于防止管子转动)和工作模4。借助于拔管小车6上的夹头5的旋转对出变形区后的管子施加扭矩,使它产生扭转,管子因扭转而防止了弯曲。

 

(10)流体动力润滑拔管。图9为流体动力润滑拔管的示意图。拔管时在拔管模前安装一个压力管,压力管具有一定的长度lH,其内壁与管料外表面之间只存在较小的间隙。拔制过程中,润滑剂由向前移动的管材携带通过压力管到达变形区前。由于压力管内壁与管材表面之间的间隙较小,而拔制后随管材一起离开变形区的润滑剂又比较少,因此,润滑剂在通过压力管时受到强力的挤压,润滑膜的压力P逐渐升高,这就是流体动压的效应,它是建立流体动力润滑拔制的物理基础。若在变形区前润滑膜的压力达到足以使管材表面和模壁分开,使两者之间完全充满润滑剂,形成液体摩擦,这样可大大改善润滑条件,达到降低拔制力提高道次变形量以及减少模具消耗的目的。

实现流体动力润滑拔管的基本条件是:有一个具有一定长度的压力管,拔制速度较高,使用粘度较高的润滑剂。流体动力润滑主要用于无芯棒拔管。

管材冷轧 常规所用的冷轧管机分两种,即二辊式冷轧管机和多辊式(一般为3~4辊式)冷轧管机。

多辊式冷轧管机由原苏联全苏冶金机械科学研究所发明。由于轧辊直径小,轧制力较小,金属与工具间轧制单位压力小,因而轧辊弹性变形小,加上采用了支承辊,轧机刚性高,适用轧制薄壁和特薄壁的精密管,最小壁厚为0.03mm(见超薄壁管生产);缺点是道次变形量小,生产力低。采取双线轧制可提高生产率50%~70%。多辊冷轧管机工作原理如图10所示。轧制时机架连同轧辊做往复运动。当工作机架达到后极限位置(图中I)时,管料借助于专门送料机构向轧制方向送进一个送进量m,然后由于机架向前运动,轧辊也产生转动,且辊颈沿支承板滚动,支承板特殊的形状使孔型半径逐渐减小,管料送进部分得到减径和壁厚压薄。在轧制过程中管料的圆柱形芯棒在轴向方向不发生移动(被专门装置锁紧)。当工作机架到达前极限位置(图中Ⅱ)时轧制结束,并同时将管料旋转一定角度,以使管子横截面各部分均得到加工。之后工作机架反向运动,轧过的一段管材受到进一步精整,并由于使原来相应于孔型开口部分的金属在芯棒上得到展轧。金属横向流动的结果,管子内径增大,使工作锥部分的管材内表面脱离了芯棒,为下一次送进管料创造条件,如此反复直到管料全长被轧完为止。

二辊冷轧管机是广泛应用的冷轧管机。优点是道次变形量大,延伸系数可达到14~18;缺点是轧辊孔型制造困难,设备投资高,轧制管子尺寸精度不如多辊式冷轧管机。二辊式冷轧管机工作原理(见图11)如同多辊式冷轧管机,其区别是:二辊冷轧管机用变断面孔型的两个轧辊,代替3~4个孔型断面尺寸不变的辊子和使用锥形芯棒。

为了克服常规冷轧管机的固有缺点,开发出以下各种工艺和设备:

(1)在传统冷轧管机上采取多线、高速轧制,应用环形孔型(见冷轧管工具),减小辊径,改变机架往复运动为轧辊箱往复运动(机架固定),以减轻运动件质量,降低能耗和提高轧制速度。开发出带支承辊的各种新型二辊式冷轧管机。在多辊式冷轧管机上采用双排辊和多排辊。

(2)行星冷轧管机,已应用于冷轧有色金属管材。

(3)连续式冷轧管机,这种轧机具有产量高、道次变形量大、轧制节奏时间短的优点,但也存在沿管子长度上尺寸不均,芯棒长、要求高且制造困难以及设备投资很高等缺点。连续式冷轧管机已用于管材冷减径(见管材冷减径)。

 

 

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