新型無(wú)縫鋼管冷拔復(fù)合模具的研究與應(yīng)用

【摘要】在無(wú)縫鋼管生產(chǎn)中，冷拔工序是過(guò)程控制的重要生產(chǎn)工序，而冷拔模具是鋼管冷拔生產(chǎn)所用的重要用具。筆者結(jié)合中式和蘇式模具特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了新型復(fù)合模具應(yīng)用于鋼管冷拔生產(chǎn)，進(jìn)一步縮短了鋼管生產(chǎn)周期，降低了產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)能，為企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】無(wú)縫鋼管；冷拔復(fù)合模具；應(yīng)用；提高效益

目前，我國(guó)無(wú)縫鋼管在冷拔生產(chǎn)中一直使用中式弧形模具和蘇式錐形模具，變形量比較小，導(dǎo)致拔制道次多、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、成本高、效率低，制約了鋼管產(chǎn)能的提高。為了縮短生產(chǎn)周期、提高冷拔效率、降低生產(chǎn)成本，滿足市場(chǎng)需求，筆者為所在企業(yè)研究了一種新型冷拔復(fù)合模具替代現(xiàn)有模具，生產(chǎn)周期平均縮短1/4-1/3，每噸鋼管可降低成本200元，效果非常明顯，現(xiàn)愿與國(guó)內(nèi)同行共同探討。

一、改進(jìn)背景

隨著鋼管市場(chǎng)的發(fā)展，旺盛的客戶需求對(duì)企業(yè)冷拔能力提出新的考驗(yàn)。而傳統(tǒng)的中式、蘇式冷拔模具允許每個(gè)拔制道次的延伸系數(shù)為1.2-1.6，鋼管生產(chǎn)周期長(zhǎng)，導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)能力無(wú)法完全滿足客戶需求。為提高鋼管生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，筆者結(jié)合多年機(jī)械和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，決定以增加拔制延伸系數(shù)的方式，研究設(shè)計(jì)一種新式冷拔復(fù)合模具替代中式模具和蘇式模具，并制定與之配套的冷拔工藝，實(shí)現(xiàn)縮短生產(chǎn)周期、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)能，滿足市場(chǎng)需求的目的。

二、現(xiàn)用冷拔模具特點(diǎn)

無(wú)縫鋼管生產(chǎn)特點(diǎn)是多道次循環(huán)生產(chǎn)，生產(chǎn)周期比較長(zhǎng)。冷拔作業(yè)是鋼管生產(chǎn)的核心，冷拔時(shí)所用的變形工具主要是拔管模具，鋼管在冷拔機(jī)的拔制力作用下，在模具限定的區(qū)域內(nèi)通過(guò)擠壓發(fā)生塑性變形，達(dá)到設(shè)定的形狀尺寸。

拔管時(shí)模具直接對(duì)鋼管進(jìn)行加工，它們對(duì)冷拔鋼管的產(chǎn)量、質(zhì)量、消耗和成本有很大影響。目前，國(guó)內(nèi)鋼管廠在拔制無(wú)縫鋼管過(guò)程中，所需的模具有中式模具和蘇式模具兩種，二者各有特點(diǎn)。

1、中式模具優(yōu)缺點(diǎn)：中式模具的優(yōu)點(diǎn)是定徑帶較長(zhǎng)，在與錐形芯頭配合拔制過(guò)程中，鋼管實(shí)現(xiàn)了減徑、增壁到定徑、減壁兩個(gè)變形過(guò)程。由于變形區(qū)長(zhǎng)，鋼管橫截面變形時(shí)間長(zhǎng)，內(nèi)部應(yīng)力較小，使拔制后的鋼管表面質(zhì)量較好，缺陷少。但是，中式拔管模具由于采用弧形入口，并且定徑帶長(zhǎng)，導(dǎo)致在拔制中拔制力較大，同時(shí)拔制速度相對(duì)而言較慢。

2、蘇式模具優(yōu)缺點(diǎn)：蘇式模具定徑帶短，在與柱形芯頭配合使用中，鋼管基本只實(shí)現(xiàn)減徑到定徑、減壁過(guò)程。由于定徑帶短，鋼管在變形過(guò)程中橫截變形小，鋼管與模具、芯頭之間的摩擦力較小，因此，蘇式模具與中式模具相比，最大的優(yōu)點(diǎn)就是在拔制同樣規(guī)格鋼管時(shí)，拔制力小，拔制速度較快。蘇式模具的缺點(diǎn)是：當(dāng)鋼管表面酸洗或潤(rùn)滑不良時(shí)，芯桿與芯頭系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，使鋼管表面產(chǎn)生明暗交替的環(huán)紋并且導(dǎo)致縱向鋼管壁厚波動(dòng)。

三、新型復(fù)合模具的研究及應(yīng)用

1、復(fù)合模具的原理

筆者從中式模具和蘇式模具優(yōu)缺點(diǎn)出發(fā)，從鋼管冷拔物理變形入手，綜合兩者優(yōu)點(diǎn)設(shè)計(jì)一種復(fù)合模具，減少拔制阻力，采用長(zhǎng)度適中的定徑帶，實(shí)現(xiàn)單道次大變形量，并可在提高拔制速度、減少拔制道次的同時(shí)，保證鋼管拔制質(zhì)量。

2、復(fù)合模具的設(shè)計(jì)要求

模具設(shè)計(jì)是否合理，對(duì)無(wú)縫鋼管外形尺寸、加工質(zhì)量、產(chǎn)量及成本起著至關(guān)重要的作用。為了保證模具設(shè)計(jì)合理，筆者首先制定了設(shè)計(jì)要求：

（1）孔型設(shè)計(jì)合理，滿足變形需要，拔制力小，拔制過(guò)程穩(wěn)定，變形均勻和磨損均勻；（2）幾何形狀和尺寸精確；（3）工作表面有光潔，不允許有缺陷；（4）工作表面足夠的硬度和耐磨性；（5）有足夠的強(qiáng)度，要求耐沖擊和便于加工。

3、復(fù)合模具的孔型設(shè)計(jì)

冷拔模具的孔型設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，其結(jié)構(gòu)包括三部分：

a、入口段：作用是導(dǎo)入和壓縮鋼管外徑，使鋼管變形；

b、定徑段：起定徑作用，使拔制后的鋼管達(dá)到要求的外徑；

c、出口段：作用是保護(hù)定徑帶，防止定徑帶出口一側(cè)的邊緣損壞，并避免鋼管出口時(shí)被模具劃傷。

筆者融合中式模具、蘇式模具的孔型設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)，本著減少模具對(duì)鋼管拔制阻力、提高單道次拔制量的原則，對(duì)復(fù)合模具孔型做如下設(shè)計(jì)：

1）入口段：分兩部分，第一部分借鑒中管模具，采用弧形母線，目的是為了使鋼管在拔制過(guò)程中直徑壓縮率沿入口部分的長(zhǎng)度分布均勻；第二部分借鑒蘇式模具采用帶有錐角的圓錐段，有利于夾持鋼管、防止拔制時(shí)管尾的甩動(dòng)。2）定徑帶：借鑒蘇式拔管模具采用較短的定徑帶。定徑帶的長(zhǎng)度對(duì)拔制力及拔管模的壽命有影響。長(zhǎng)度愈長(zhǎng)，所需拔制力愈大；長(zhǎng)度短，則拔制力小，但易磨損而難以保持本身的形狀，因而會(huì)降低使用壽命。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取3-7毫米，并隨所拔鋼管外徑的增加而增加?？仔椭睆脚c所要達(dá)到的鋼管直徑一致。3）出口段：為保護(hù)定徑帶，防止定徑帶出口一側(cè)的邊緣損壞，并避免劃傷鋼管外表面，出口段設(shè)計(jì)成與入口錐方向相反的倒錐形。出口段的長(zhǎng)度與定徑帶長(zhǎng)度接近。4）其他方面：根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，確定了圓弧段的半徑和長(zhǎng)度以及圓錐段的錐角和長(zhǎng)度等參數(shù)；考慮到模具的強(qiáng)度，確定了模具的外徑和厚度尺寸。最終，設(shè)計(jì)完成了復(fù)合模具。

4、制定生產(chǎn)工藝，進(jìn)行拔制試驗(yàn)

復(fù)合模具試制后，筆者結(jié)合模具特性重新制定了冷拔工藝，并對(duì)φ25×2.5、φ19×2等6種規(guī)格鋼管進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)1100支鋼管生產(chǎn)試驗(yàn)，復(fù)合模具實(shí)現(xiàn)了一次拔制兩次減徑，比原拔制工藝減少一個(gè)連拔道次或一個(gè)單拔道次，并且減徑段較長(zhǎng)，鋼管橫截面金屬變形相對(duì)中式及蘇式模具緩慢，可以使鋼管承受較大的變形系數(shù)，實(shí)現(xiàn)了單道次大變形量，同時(shí)保證鋼管表面質(zhì)量。

四、復(fù)合模具的應(yīng)用效果

通過(guò)生產(chǎn)驗(yàn)證，復(fù)合模具比普通模具擁有更好的性能，與普通模具相比具有如下特點(diǎn)：

1、單道次變形量大。單道次延伸系數(shù)由1.2-1.6提高到1.6-1.9，減少了冷拔道次。鋼管實(shí)現(xiàn)了兩次減徑，變形過(guò)程為：一次減徑（入口圓弧段實(shí)現(xiàn)）；二次減徑（入口圓弧段與入口圓錐段之間過(guò)渡實(shí)現(xiàn)）；定徑、減壁。

2、拔制力較小。復(fù)合模具采用了與蘇式模具相同的定徑帶，具備了與蘇式模具相同的拔制力小的特點(diǎn)，拔制速度較快，生產(chǎn)能力提高15%。

3、拔制質(zhì)量好，并降低了生產(chǎn)成本。復(fù)合模具配合圓柱芯頭使用時(shí)，由于采用弧形入口，對(duì)拔制的鋼管有一定的穩(wěn)定作用，有效緩解了在蘇式模具拔制中經(jīng)常發(fā)生的抖動(dòng)現(xiàn)象，提高了拔制質(zhì)量，并降低了生產(chǎn)成本。

五、結(jié)論

實(shí)踐證明，使用復(fù)合模具可以增加鋼管拔制變形量，比原拔制工藝普遍減少一個(gè)連拔道次或一個(gè)單拔道次。經(jīng)過(guò)專家技術(shù)鑒定，加強(qiáng)復(fù)合模具的研究及應(yīng)用項(xiàng)目，達(dá)到了國(guó)內(nèi)同類技術(shù)領(lǐng)先水平。在社會(huì)同類企業(yè)無(wú)縫鋼管生產(chǎn)中，應(yīng)用該復(fù)合模具無(wú)需對(duì)冷拔設(shè)備進(jìn)行改動(dòng)便可實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步縮短生產(chǎn)周期、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)量、創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

作者簡(jiǎn)介

遲洪波，男，1971年6月8日出生，漢族，山東省招遠(yuǎn)市人。大學(xué)本科，學(xué)士學(xué)位，高級(jí)工程師，現(xiàn)供職單位：山東省北墅監(jiān)獄，研究方向：機(jī)械電氣。