鋼管熱擠壓擴孔筒拆裝探索

摘 要 本文通過理論計算論證鋼管熱擠壓擴孔筒拆裝的可行性，制定鋼管熱擠壓擴孔筒拆裝的試驗方案，通過實踐驗證實理論計算的正確，并通過總結(jié)擴孔筒拆裝實踐經(jīng)驗，形成擴孔筒拆裝操作的標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞 鋼管熱擠壓；擴孔筒；拆裝

中圖分類號 TG375 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)052-0184-02

熱擠壓擴孔筒為擠壓高端無縫鋼管生產(chǎn)的關(guān)鍵生產(chǎn)備件，該備件內(nèi)腔在鋼管擠壓生產(chǎn)中與鋼管坯料反復(fù)摩擦，極易磨損；為減少鋼管熱擠壓生產(chǎn)過程中擴孔筒消耗成本，將熱擠壓擴孔筒設(shè)計成由外套與內(nèi)襯組成，通過更換磨損的內(nèi)襯，來修復(fù)擴孔筒的精度。

1 提出問題

因該擴孔筒體積大，更換磨損的內(nèi)襯，修復(fù)擴孔筒操作難度大，有較高的技術(shù)要求，目前國內(nèi)尚無成功的拆裝的報道。拆裝前如不過通過理論計算論證，制定拆裝的方案，精心組織試驗，總結(jié)實踐經(jīng)驗，形成筒拆裝操作標(biāo)準(zhǔn)，來指導(dǎo)、規(guī)范拆裝擴孔筒外套與內(nèi)襯的拆裝過程，在拆裝過程中不能準(zhǔn)確掌控工藝參數(shù)，極易造成擴孔筒報廢的后果。因此，開展擴孔筒體拆裝理論計算論證及實際拆裝試驗很有必要。

2 理論計算論證

熱擠壓擴孔筒由外套與內(nèi)襯組成，見圖1，擴孔筒外套及內(nèi)襯的材料均為X38CrMoV5-1。首先通過理論計算論證鋼管熱擠壓擴孔筒拆裝的可行性。

該擴孔筒外套與內(nèi)襯的設(shè)計過盈量為2‰，內(nèi)襯尺寸A1、A2，如圖1所示，分別為：

A1=410+410*2‰=410.82；A2=350+350*2‰=350.70。

按內(nèi)襯實際加工、熱裝配前測量的尺寸：A1=φ410.80+0.05；A2=φ350.70+0.05。

經(jīng)熱裝，實際過盈量不足2‰，約為1.8‰左右。

熱裝依據(jù)及加熱曲線：

擴孔筒外套及內(nèi)襯的材料均為X38CrMoV5-1，該材料的熱膨脹系數(shù)為a（200℃～300℃時，a=12.6×10-6；200℃～400℃時，a=12.8×10-6）。

該材料的回火溫度為650℃，為保證擴孔筒經(jīng)熱裝后的材料性能，擴孔筒外套及內(nèi)襯加熱最高溫度應(yīng)控制在650℃以下。

熱裝配前擴孔筒外套加熱溫度計算：

t=

式中：δ為熱裝過盈量；δ0為熱裝間隙；d為包容直徑；t0為室溫。

理論計算及實際測量，外套與內(nèi)襯過盈配合的過盈量≤0.7mm。

如采用熱裝方法將外套加熱到t，內(nèi)套保持室溫，將內(nèi)襯裝入外套，則外套加熱溫度：

t==312.5+28=340.5℃

即：將外套加熱到340.5℃，內(nèi)套保持室溫，可將內(nèi)襯裝入

外套。

根據(jù)上述計算及模具加熱經(jīng)驗，編制了擴孔筒外套熱裝配加熱曲線，見圖2。

圖2 擴孔筒外套加熱曲線

如采用冷裝方法將內(nèi)襯冷卻到t，外套保持室溫，將內(nèi)襯裝入外套，則內(nèi)襯冷卻溫度：

t=

碳鋼低溫合金鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼冷卻線性膨脹系數(shù)a為8.5×10-6，目前取a=9×10-6。

但-444℃已在絕對零度之下，所以不可能實現(xiàn)。

即：外套保持室溫，僅將內(nèi)襯冷卻，將內(nèi)襯裝入外套是不可行的。

如采用加熱和冷卻綜合技術(shù)，分離筒體外套與內(nèi)襯：

假設(shè)將筒體組件加熱至400℃，筒體膨脹，外套與內(nèi)襯過盈量為0.7 mm。

筒體組件保持400℃，內(nèi)襯用噴淋管噴水，急速冷卻內(nèi)襯，使其收縮，消除外套與內(nèi)襯過盈量0.7 mm，外套與內(nèi)襯就會自然而然的分離開來。

根據(jù)上述過程，進行理論計算如下：

水的汽化溫度為100℃，把內(nèi)襯經(jīng)噴水冷卻，從400℃下降到100℃以下，實際上下降了300℃。

內(nèi)襯冷卻300℃溫度時收縮量δ=d*t*a=350*300*9×10-6=0.94 mm。

上式中材料冷卻線性膨脹系數(shù)a取9×10-6，內(nèi)襯外徑d為350 mm，內(nèi)襯降溫t為300℃。

經(jīng)上述計算，內(nèi)襯溫度從400℃下降到100℃以下，內(nèi)襯收縮了0.94 mm，此時400℃的外套與冷卻到100℃以下外套與內(nèi)襯的間隙為：0.94-0.7=0.24 mm，完全可以

脫離。

經(jīng)上述理論計算可知，假設(shè)以筒體（外套、內(nèi)襯）處于400℃加熱保溫狀態(tài)中，僅冷卻內(nèi)襯且外套熱量少量傳遞或熱輻射給內(nèi)襯的前提下，內(nèi)襯可以從外套中分離。

3 設(shè)計擴孔筒拆裝試驗方案

為試驗論證上述擴孔筒由外套與內(nèi)襯通過加熱及水冷卻方法，實現(xiàn)擴孔筒由外套與內(nèi)襯拆裝的理論，設(shè)計了擴孔筒外套與內(nèi)襯拆裝試驗方案并準(zhǔn)備了筒體襯套拆裝前的加熱設(shè)備、筒體襯套冷卻分離的冷卻水源及場地、筒體移動起重工具等內(nèi)容，具體見圖3。

筒體加熱設(shè)備臺式爐，可以調(diào)控加熱溫度，最高加熱溫度在600℃。

筒體襯套冷卻分離的冷卻水源及場地，預(yù)設(shè)了孔徑為DN50的水管為水源，構(gòu)筑了4 m×4 m×3 m深的。為了防止水量不足，做了一個大約5 m3的水箱，配備了一套新型高效節(jié)能的漩渦自吸泵站（流量27 m3/h，揚程21 m，口徑50 mm，同步電機1.5 kW，

3 000轉(zhuǎn)/秒，吸程9 m）。

為了防止吊桿下托盤孔平面漏水（會流向筒體外套，會影響冷卻效果），分別加放了石棉盤根。為了給吊棒中心定位，荷重起吊時筒體不至于傾歪，加放了墊和彈簧等措施。

4 實施擴孔筒拆裝試驗并形成拆裝標(biāo)準(zhǔn)

完成上述擴孔筒拆裝硬件準(zhǔn)備工作后，組織多次拆裝試驗，實現(xiàn)了擴孔筒由外套與內(nèi)襯拆裝，并通過近一年的拆裝實踐，不斷優(yōu)化，逐步形成了擴孔筒的外套與內(nèi)襯拆裝過程如下關(guān)鍵工序的控制標(biāo)準(zhǔn)：

擴孔筒的外套與內(nèi)襯零件加工過程中過盈量控制：小于

0.7 mm。

擴孔筒的外套與內(nèi)襯裝配前，外套加熱控制：爐溫450±200℃；外套出爐溫度400±200℃。

擴孔筒外套、內(nèi)襯組件拆卸前，組件加熱控制：爐溫500±200℃；擴孔筒組件出爐溫度450±200℃。

擴孔筒組件由加熱工位運至水冷拆卸工位的時間控制：小于

5 min。

擴孔筒內(nèi)套水冷卻控制：冷卻水管徑：DN50，水壓0.2 Mpa，水溫低于250℃。

5 結(jié)束語

依據(jù)理論計算探索熱擠壓機擴孔筒拆裝的可行性；制定熱擠壓機擴孔筒拆裝試驗方案并通過試驗證實理論計算的正確性；通過對大量拆裝試驗成功的數(shù)據(jù)進行分析，總結(jié)形成筒拆裝操作標(biāo)準(zhǔn)；在實際拆裝過程中不斷優(yōu)化，使擴孔筒拆裝成功率達90%以上，有效降低鋼管熱擠壓生產(chǎn)的生產(chǎn)成本。

參考文獻

[1]吳承建.金屬材料學(xué)[M].冶金工業(yè)出版社，2009，8.

[2]王文斌.機械設(shè)計手冊[M].機械工業(yè)出版社，2007，2.

作者簡介

周強（1966—），男，大學(xué)本科，高級工程師，研究方向：冶金機械。