一種兼具沖孔功能的液壓打頭砧模的改進(jìn)

李 民

（江西洪都鋼廠有限公司，江西 南昌 330013）

在冷拔鋼管生產(chǎn)中，毛管打頭是一道不可缺少的工序［1］，它不僅影響毛管在冷拔工序中的產(chǎn)量和表面質(zhì)量，而且還會(huì)直接影響拔模的使用壽命及金屬消耗。其目的是為毛管冷拔作準(zhǔn)備，確保毛管頭部順利進(jìn)入拔模拔制［2-3］。本文將介紹一種兼具沖孔功能的液壓打頭砧模。

1 毛管沖孔

毛管在冷拔前必須經(jīng)過酸洗、潤(rùn)滑處理，要求具有良好的、附著牢固的潤(rùn)滑涂層，起到潤(rùn)滑減小摩擦力、降溫、抗擠壓等作用，以保證冷拔過程順利進(jìn)行［4-5］，從而提高鋼管的質(zhì)量和產(chǎn)量，降低能源、工具、原材料等消耗。酸洗的目的是為了在冷拔前完全消除毛管內(nèi)外表面的氧化層，涂上潤(rùn)滑劑，改善冷拔條件，保證毛管的產(chǎn)量和質(zhì)量［6-7］。毛管在酸洗過程中，由于毛管打頭部位是實(shí)心的，內(nèi)部封藏有較多的空氣，毛管浸入酸洗槽中，雖因重力下沉產(chǎn)生壓力差，使酸液迅速由尾部孔腔進(jìn)入管體，但不能到達(dá)毛管的打頭內(nèi)部進(jìn)行氧化鐵皮的化學(xué)剝離，在冷拔過程中必然會(huì)造成毛管內(nèi)部質(zhì)量缺陷。因此，毛管在酸洗之前，必須在其打頭凹槽處進(jìn)行沖孔。沖孔后的毛管浸入酸液后，才能真正實(shí)現(xiàn)管體內(nèi)外的液體互通，形成動(dòng)態(tài)的流體循環(huán)［2］，實(shí)現(xiàn)毛管內(nèi)外表面的完全酸洗，內(nèi)外表面的氧化層通過化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)逐步剝離，并被清除干凈，保證后續(xù)拔制過程中毛管的內(nèi)外表面質(zhì)量［8-9］。

實(shí)際生產(chǎn)中，常用的沖孔方法是用氧氣-乙炔進(jìn)行氣體火焰吹割，這不僅耗費(fèi)時(shí)間多，給正常生產(chǎn)帶來諸多不便，而且增加人工成本和輔料消耗。人工沖孔容易產(chǎn)生氧化渣，受人為因素影響較大，如果處理不當(dāng)將會(huì)進(jìn)入管體內(nèi)并牢固附著，在冷拔過程中產(chǎn)生直道缺陷，直接影響產(chǎn)品質(zhì)量及一次成材率，并降低冷拔模具的使用壽命［10-11］。

2 液壓打頭砧模的改進(jìn)

結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，通過改進(jìn)現(xiàn)有液壓打頭砧模結(jié)構(gòu)，研發(fā)出一種兼具沖孔功能的液壓打頭砧模，實(shí)現(xiàn)了熱態(tài)下毛管打頭與頭部沖孔的同步。與冷沖孔毛管相比，其具有成本低、沖孔成型效率高、成型穩(wěn)定優(yōu)良的特點(diǎn)；不僅降低了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了輔助時(shí)間，節(jié)約了輔料成本，而且保證了毛管內(nèi)表面不受到損壞，孔型周邊過渡圓滑，提高了液壓打頭砧模的整體性價(jià)比。

2.1 改進(jìn)前的液壓打頭砧模

液壓打頭砧模改進(jìn)前的主要參數(shù)如下。

型號(hào) YDT-400

壓力4MN（400 t）

最大行程 300mm

打頭頻次 8～10 s/支

毛管規(guī)格 Φ130mm×17mm

送料方式 人工

電機(jī)1型號(hào) Y250M-6-37KW

油泵1型號(hào) 160YCY14-1B

電機(jī)2型號(hào) Y180L-4-22KW

油泵2型號(hào) PVR2R3-116-F-B

液壓打頭砧模分上、下砧模，它們組合成一定孔型，形成W成型區(qū)和規(guī)圓成型區(qū)，其中上、下砧模分別包括半個(gè)W成型區(qū)和半個(gè)規(guī)圓成型區(qū)，改進(jìn)前的上、下砧模組合體結(jié)構(gòu)如圖1所示。打頭毛管端頭規(guī)格為 Φ40～65 mm，長(zhǎng)度為160～250 mm，鋼種為普碳鋼、低合金鋼、中合金鋼。

2.2 改進(jìn)后的液壓打頭砧模

改進(jìn)后的液壓打頭砧模需實(shí)現(xiàn)打頭與沖孔動(dòng)作的同步。其技術(shù)核心是通過改進(jìn)液壓打頭砧模的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在毛管熱態(tài)打頭過程中，有效實(shí)現(xiàn)在毛管打頭部位凹槽處的熱沖孔過程，即在W成型過程中實(shí)現(xiàn)毛管頭部沖孔。

圖1 改進(jìn)前的上、下砧模組合體結(jié)構(gòu)示意

2.2.1 改進(jìn)砧模的結(jié)構(gòu)

為實(shí)現(xiàn)上述目的，設(shè)計(jì)出一種兼具沖孔功能的液壓打頭砧模，改進(jìn)后的上、下砧模組合體結(jié)構(gòu)如圖2所示。它改進(jìn)了上、下砧模的結(jié)構(gòu)，增加了沖孔銷，形成了W成型區(qū)、沖孔區(qū)、規(guī)圓成型區(qū)。其中，上砧模包括半個(gè)W成型區(qū)、沖孔區(qū)、半個(gè)規(guī)圓成型區(qū)，下砧模包括半個(gè)W成型區(qū)、半個(gè)規(guī)圓成型區(qū)。打頭毛管端頭規(guī)格為Φ40～65 mm，長(zhǎng)度為160～250 mm，沖孔為Φ8～15 mm，鋼種為普碳鋼、低合金鋼、中合金鋼。

圖2 改進(jìn)后的上、下砧模組合體結(jié)構(gòu)示意

2.2.2 砧模的其他改進(jìn)

（1）上、下砧模均用45鋼制作，表面進(jìn)行淬火熱處理［12］，并將長(zhǎng)度從160mm增加到165mm。上、下砧模長(zhǎng)度的加長(zhǎng)有利于冷拔過程中虎鉗有力夾住毛管或荒管端頭，減少因端頭長(zhǎng)度偏短造成虎鉗所夾金屬量不充足，避免虎鉗表面打滑或夾斷端頭造成實(shí)際端頭長(zhǎng)度偏短而必須重新打頭，增加金屬和燃料動(dòng)力損耗［13］。

（2）上砧模中增加了沖孔銷的空間位置，沖孔銷直徑20.5mm，長(zhǎng)度89～125mm。在毛管或荒管端頭W成型過程中，上砧模錘體因液壓驅(qū)動(dòng)下降過程中的重力作用，通過安裝在上砧模上的沖孔銷有效實(shí)現(xiàn)熱態(tài)毛管或荒管的沖孔。

（3）沖孔銷的材質(zhì)為含鉻、鎢、釩的合金鋼［14］，每個(gè)成本42.7元人民幣，消耗不大，壽命較長(zhǎng)，損耗形式表現(xiàn)為尖部逐步磨鈍，磨鈍的沖孔銷削尖后可繼續(xù)使用。

2.2.3 改進(jìn)砧模的使用方法

首先，穿孔后的毛管或軋制后的荒管通過輸送輥道進(jìn)入液壓打頭工序，當(dāng)毛管或荒管到達(dá)下砧模的W成型與沖孔區(qū)后完成預(yù)打頭與沖孔動(dòng)作。

其次，踩動(dòng)腳踏開關(guān)，上砧模錘體經(jīng)液壓驅(qū)動(dòng)自然下垂與下砧模進(jìn)行上、下砧模的合體工作，完成毛管或荒管的W成型與沖孔。

最后，通過氣動(dòng)輥道將完成W預(yù)成型及沖孔的毛管或荒管旋轉(zhuǎn)90°，翻入下砧模的成型規(guī)圓區(qū)，踩動(dòng)腳踏開關(guān)，上砧模錘體再次經(jīng)液壓驅(qū)動(dòng)自然下垂進(jìn)行毛管或荒管的規(guī)圓成型，從而實(shí)現(xiàn)毛管或荒管的打頭與沖孔。

3 生產(chǎn)實(shí)踐

江西洪都鋼廠有限公司從2013年1月開始，采用改進(jìn)后的一種兼具沖孔功能的液壓打頭砧模逐步在Φ89 mm、Φ90 mm自動(dòng)軋管機(jī)組全面實(shí)行熱態(tài)毛管的頭部沖孔，取得了顯著成效。熱態(tài)打頭兼沖孔的毛管如圖3所示。改進(jìn)后的液壓打頭砧模不但節(jié)約了人工成本與氧氣-乙炔的輔料成本，降低了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且充分利用熱態(tài)毛管余熱的韌性變形實(shí)施頭部沖孔［15］，且完全不影響毛管的生產(chǎn)節(jié)奏，為后續(xù)毛管的冷態(tài)拔制創(chuàng)造了良好的條件與質(zhì)量保證。截至2015年2月，改進(jìn)后的液壓打頭砧模機(jī)已沖孔毛管達(dá)116萬支以上。

4 結(jié) 語

實(shí)踐證明，改進(jìn)后的兼具沖孔功能的Φ60mm液壓打頭砧模在Φ89mm、Φ90 mm自動(dòng)軋管機(jī)組生產(chǎn)Φ60 mm系列毛管時(shí)打頭、沖孔，1個(gè)沖孔銷可生產(chǎn)7 200支毛管，平均每小時(shí)沖孔137支。與冷態(tài)氣體吹割沖孔比，生產(chǎn)效率提高了1.37倍，節(jié)省了輔助時(shí)間；節(jié)約了人工與輔料成本，穩(wěn)定并優(yōu)化了毛管端頭沖孔質(zhì)量，不僅保證了毛管內(nèi)表面不受到損壞，孔型周邊過渡圓滑，而且改進(jìn)后的打頭砧模整體性價(jià)比得到了極大提高。

圖3 熱態(tài)打頭兼沖孔的毛管

［1］盧于逑，蔣金梅，付晨光，等.鋼管生產(chǎn)工藝學(xué)簡(jiǎn)明教程［M］.北京：北京鋼鐵學(xué)院，1985.

［2］李連詩，韓觀昌.小型無縫鋼管生產(chǎn)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1991.

［3］肖文川，柳向陽.冷拔管坯打頭砧模的改進(jìn)［J］.鋼管，1994，23（5）：23-24.

［4］王廷溥.軋鋼工藝學(xué)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1981.

［5］黎新春.變形工藝對(duì)冷拔精密管性能的影響［J］.鋼管，2002，31（1）：24-26.

［6］《軋鋼新技術(shù)3000問》編委會(huì).軋鋼新技術(shù)3000問（下）［M］.北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2005.

［7］王家聰，張睿.缸筒用高精度冷拔管內(nèi)表面質(zhì)量分析［J］.鋼管，2004，33（2）：20-22.

［8］李雪偉，朱燕燕.冷拔鋼管關(guān)鍵工序控制及缺陷消除［J］.煤礦機(jī)械，2004（8）：77-78.

［9］王家聰，王志遠(yuǎn).高精度冷拔鋼管斷裂缺陷的分析與消除［J］.金屬加工：熱加工，2009（1）：52-54.

［10］張才安，樊韜.冷拔鋼管質(zhì)量［M］.重慶：重慶大學(xué)出版社，1994.

［11］盧美玨.冷拔鋼管用推擠式擠頭機(jī)［J］.特殊鋼，1993（4）：23-25.

［12］崔忠圻.金屬學(xué)與熱處理［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

［13］李國(guó)禎.現(xiàn)代鋼管軋制與工具設(shè)計(jì)原理［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

［14］劉嘉禾.釩鈦鈮等微合金元素在低合金鋼中應(yīng)用基礎(chǔ)的研究［M］.北京：北京科學(xué)技術(shù)出版社，1992.

［15］王笑天.金屬材料學(xué)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.