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不锈钢矩形管的冷拔工艺

作者:wzbxgg 来源:原创 日期:2016/3/18 2:40:04 人气:129

    矩形不锈钢管因具有合理的经济断面,材料利用率高,少切削或无切削等优点而被广泛应用于航空、汽车、矿山、船舶、装饰、轻纺等行业

    某厂是一家以冷拔为主要方式生产钢管的厂家,其主导产品是冷拔钢管(包括圆管、方管和不锈钢矩形管)。该厂按照传统工艺路线生产100mm x50mm x 2.5mm.矩形不锈钢管时废管较多,且拉拔模(、外模)的使用寿命较短。经工艺分析,发现工艺设计不尽合理;在将初成型工序山冷拔改为辊轧,并对终成型工序的模具进行改进后,产品质量得到明显提高,模具的使用寿命延长。本文将对此工艺改进进行简要介绍。

    1改进前后的拔制工艺对比

    该厂生产100mm x50mm x2。5mm ,不锈钢矩形管的原工艺是:采用100mm 的圆管坯拉拔两次成型,即头道工序不带顶头空拔,终成型工序带顶头拔制。头道拔制工序后,管子形状为平椭圆形。其拔制表见表1。

    按照表1工艺拔制不锈钢矩形管,存在如下缺陷:①成品钢管的长边出现高低不平的抖纹;②在外模具的内壁产生积屑瘤;③锥形顶头的使用寿命太短。

    现工艺在原工艺基础上进行厂改进,将头道拔制工序改成了辊轧工序,钢管的截面形状也由原来的平椭圆变成了全椭圆,同时增大了外模具减径带与定径带接头处的过渡圆角。按照改进后的工艺生产的不锈钢矩形管,经检测,抖纹消失,钢管尺寸精度有较大提高,同时积屑瘤也得到很好的控制,模具的使用寿命也有较大的提高。改进前修模1次的拔管数为70支,每只顶头的平均拔管寿命为46支;改进后修模1次的拔管数为120支,平均每个顶头的拔管寿命为68支,显然模具的使用寿命也得到了较大的提高。表2为现工艺的拔制表。

   2 理论分析

    不锈钢异型管拔制与圆管拔制有很大的不同。圆管拔制是在保持原有外形的情况下,改变其几何尺寸;而不锈钢异型管拔制则是在拔制时借助模壁压力作用,使钢管断面各部分管壁按不同的曲率产生塑性弯曲,从而达到改变其端面形状的目的。总体而言,不锈钢异型管成型时的塑性变形童没有圆管成型那么大,属于精密成型范畴。对需要多道次拔制的异型钢管而言,过渡截面的形状对其最终能否成型及成型质量至关重要。

    采用原工艺冷拔矩形不锈钢管,由于头道工序成型后,平椭圆形的过渡截面导致其在最终拔制过程中,长边与模具的模壁接触不充分,拔制过程中钢管有振动现象,拔制速度不稳定。分析可知,振动会造成长边与模壁不连续接触,使模壁对长边的径向压力不稳定,由此导致钢管所受摩擦力不断变化,从而造成抖纹的产生。这也是造成顶头肺损加剧,使用寿命过短的直接原因。而现工艺将头道工序由冷拔改为冷轧,过渡形状也由平椭圆形改为椭圆形,在最终拔制中,矩形长边能与模壁充分接触,安放更稳定,顶头受力更连续更均匀141(这可用“三角形比四边形更稳定”来近似解释)。从应力状态上分析,改进前后钢管过渡截面的应力状态如图1所示。

    图1(a)和(b)相比,显然图1(a)长边的应力状态容易导致钢管与模壁接触不充分,若径向应力过大,就会造成长边失稳,严重时会产生内凹,致使产品报废。在图1(b)中,长边的周向应力与径向应力不垂直,这样周向应力就可分解成水平分力和垂直分力。垂直分力则可抵消一部分径向应力的作用,同时使水平分力比改进前的小,减小了材料周向流动的趋势。将挤压理论引用到拉拔工艺中,可解释模具上积屑瘤产生的原因。当外模锥角取得适当时,钢管金属在模具中的流动如图2所示;锥角过小,则会引起较大的摩擦损耗;锥角太大,钢管畸变增大,在外模内表面,部分钢管金属会由于来不及变形而粘附在模具上停止流动,从而形成一个剪切面,这就是死区,如图3所示。

    冷拔工序模具积屑瘤产生的原因就是由于模具锥角过大,导致钢管畸变量大而来不及变形。增大过渡圆角就相当于减小了减径带和定径带接头处的模具锥角,从而减缓了畸变程度,使钢管金属能够过渡平稳。另外考虑到外模的定径带一般不超过15mm,将顶头形状由原来带有一定锥度变成无锥度,这样当顶头的一端磨损后,还可将顶头倒过来使用,这就等于延长了模具的使用寿命。

     3结语

    从理论上对100 mmx50 mmx2.5mm,不锈钢矩形管生产过程中废管的产生原因进行了分析。在原有工艺方案的基础上,设计了新的工艺,把原工艺的头道拔制工序改成了辊轧工序,将钢管的过渡截面形状由平椭圆改为全椭圆,避免了钢管抖纹缺陷的产生,提高了产品成材率。同时对模具结构进行了改进,消除了模具积屑瘤,提高了不锈钢矩形管精度和模具使用寿命。

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