內(nèi)螺紋無縫管冷拔機(jī)芯棒夾持裝置改進(jìn)

劉浩等

摘 要：內(nèi)螺紋是普遍作為高壓鍋爐用管、空調(diào)器冷凝管。一般利用冷拔原理生產(chǎn)內(nèi)螺紋管。本文簡要介紹了現(xiàn)有冷拔機(jī)冷拔內(nèi)螺紋管時的缺陷和改進(jìn)方法。從理論公式及實踐生產(chǎn)中改進(jìn)了冷拔機(jī)芯棒夾持裝置。改進(jìn)裝置提高了成材率、芯棒的使用壽命并減少更換芯棒的周期。

關(guān)鍵詞：冷拔機(jī)；內(nèi)螺紋無縫管；鍋爐用管；拉拔；芯棒

1.概況

內(nèi)螺紋管是一種內(nèi)表面有螺旋槽的管材，它可以在鍋爐設(shè)備運行中有效的降低管壁的溫度，提高傳熱的效率，是目前高壓鍋爐管廣泛使用的一種管材以及空調(diào)器作為水冷壁管或冷凝管，且需求量逐年增加。

2.拔制原理和存在缺陷

帶芯棒冷拔是內(nèi)螺紋管生產(chǎn)最常用的方法之一（如圖1），拔制過程中，由于內(nèi)模上存在螺紋溝槽，溝槽的前沿側(cè)邊將承受與之接觸的管料內(nèi)壁凸肋前沿側(cè)邊的擠壓，在溝槽受力側(cè)的法向上產(chǎn)生擠壓力，此力的切向分布力將驅(qū)動內(nèi)模和連接桿旋轉(zhuǎn)。只有當(dāng)內(nèi)模螺紋溝槽的螺紋升角大于一定數(shù)值時，溝槽受力側(cè)邊所受的切向分力才足以克服內(nèi)模和連接桿所受的旋轉(zhuǎn)阻力而使其發(fā)生旋轉(zhuǎn)。形成管內(nèi)壁螺紋形狀。

在采用冷拔內(nèi)螺紋管成型過程中，管料不僅有直徑和壁厚的變化，而且還有內(nèi)螺紋的生成，因此變形區(qū)內(nèi)金屬的流動十分復(fù)雜。理想的芯棒螺紋溝槽設(shè)計，應(yīng)該使其滿足拉拔管材時金屬的流動規(guī)律。但是，對拔管成型過程的分析，在理論上屬于彈塑性大變形問題，并且伴隨有材料非線性，而且會因為接觸狀態(tài)變化帶來接觸非線性，使得進(jìn)行理論分析十分困難。

拉拔小管徑內(nèi)螺紋管時往往達(dá)不到需求的螺旋角，特別是在管頭和管尾距離合格管差距很大，這樣就降低了成材率，使之在同行業(yè)的競爭中失去優(yōu)勢。螺旋升角越大，越有利于鋼管內(nèi)蒸汽的紊流作用， 傳熱效率越高。但隨著螺旋升角的增大，拔制力相應(yīng)增大，可能使芯棒拉斷，并且更換芯棒的次數(shù)增加。圖2為現(xiàn)有的芯棒加持裝置。

3.芯棒夾持裝置改進(jìn)措施

3.1 理論研究

α為外模錐角；d1為成品管內(nèi)徑；β為芯棒錐角； 為凸筋高度；n為螺旋凸筋頭數(shù)；c為螺旋凸筋寬度；P為拉拔力； 為管料所受的軸向應(yīng)力。

在施加主動力矩的情況下，側(cè)向單位擠壓力可用下式表示：

式（3）中Mf為阻礙芯棒轉(zhuǎn)動的阻力矩，主要來自內(nèi)模與管料之間的接觸摩擦力，Ma為克服摩擦阻力矩對內(nèi)模施加的主動力矩，Ma≤Mf。d max為內(nèi)模最大直徑，A為受力側(cè)壁與芯棒溝槽側(cè)壁的總接觸面積。

從（3）可知增加主動力矩Ma可減小側(cè)向單位擠壓力，使內(nèi)螺紋凸筋畸變減小。

3.2 改進(jìn)措施

在內(nèi)螺紋無縫鋼管冷拔機(jī)上提供一種新型的芯棒夾持裝置的內(nèi)螺紋傳動系統(tǒng)（圖3），可使無縫管的內(nèi)螺紋成形完善，提高內(nèi)螺紋管的成材率，并且使內(nèi)模、芯棒的使用壽命大幅度延長。新型芯棒夾持器主要由旋轉(zhuǎn)軸、球軸承、聯(lián)軸器、軸套和馬達(dá)等組成。在旋轉(zhuǎn)軸末端加一個液壓馬達(dá)，使原來被動轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生主動旋轉(zhuǎn)的力，使芯棒帶動內(nèi)模受到馬達(dá)作用進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向與內(nèi)模芯棒旋轉(zhuǎn)方向相同。

在拉拔過程中管料產(chǎn)生的凸筋形狀可發(fā)生畸變，造成產(chǎn)量損失，施加主動扭矩的方法減小畸變。這是因為在拉拔的過程中，如果使內(nèi)模凹槽側(cè)壁（ 有擠壓作用的一側(cè)） 有遠(yuǎn)離該側(cè)凸筋側(cè)壁的趨勢， 則切向相對滑動量將有所減小。造成內(nèi)螺旋凸筋形狀畸變的原因是芯棒轉(zhuǎn)動的阻力矩過大， 而阻力矩主要來自內(nèi)模和管料的接觸摩擦阻力。

所以為了生產(chǎn)合格的內(nèi)螺紋管，提高成才率，將改進(jìn)拉拔夾持裝置（圖4）。可以使拉拔后的螺紋管管內(nèi)螺紋凸筋更易形成，其畸變減小，主動旋轉(zhuǎn)的芯棒倒錐角形成增大，使管材塑韌性強(qiáng)度增強(qiáng)。并且使內(nèi)模、芯棒的被動扭轉(zhuǎn)力減小，內(nèi)模、芯棒的使用壽命加長。

4.結(jié)論

拉拔管材時滿足金屬流動規(guī)律，管頭與管尾的內(nèi)螺紋成材率提升。減小受力側(cè)壁所承受的側(cè)向單位擠壓力，管內(nèi)凸筋畸變減小，材質(zhì)穩(wěn)固。芯棒受到馬達(dá)的主動旋轉(zhuǎn)的力矩，減小內(nèi)模與芯棒所受摩擦阻力，使其使用壽命加長，減少更換芯棒的周期。

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作者簡介：劉浩（1990-），男，碩士研究生，主要研究方向為軋鋼設(shè)備及工藝。

通訊作者：劉浩，碩士。