盤(pán)拉TP2銅管坯的“劃傷”缺陷研究

徐華敏，吳 禮，曾延琦

（1.江西銅業(yè)加工事業(yè)部，江西 南昌 330096；2. 江西銅業(yè)技術(shù)研究院有限公司，江西 南昌 330096）

1 引言

TP2銅管廣泛應(yīng)用于空調(diào)等制冷行業(yè)的蒸發(fā)器、冷凝器、連接管件［1-3］，是空調(diào)的主要部件之一，質(zhì)量好壞直接影響空調(diào)的使用質(zhì)量、使用壽命。盤(pán)拉是內(nèi)螺紋和光面銅盤(pán)管生產(chǎn)過(guò)程中的主要工序之一，生產(chǎn)是否順行決定整個(gè)生產(chǎn)的穩(wěn)定，盤(pán)拉生產(chǎn)過(guò)程中常見(jiàn)的產(chǎn)品缺陷主要包括尺寸不符、劃傷、機(jī)械性能不良［4］。

“劃傷”是連鑄連軋法生產(chǎn)TP2銅管盤(pán)拉工序過(guò)程中的一種常見(jiàn)的產(chǎn)品缺陷，也是無(wú)法完全杜絕的一種缺陷，一直困擾銅管生產(chǎn)企業(yè)?！皠潅比毕莶粌H僅影響了盤(pán)拉工序的產(chǎn)量、質(zhì)量，對(duì)后工序也會(huì)造成不同程度的影響。根據(jù)銅管生產(chǎn)特點(diǎn)，越到后工序，銅管的管徑越細(xì)，在盤(pán)拉工序產(chǎn)生的“劃傷”逐漸變小、變長(zhǎng)，輕微的“劃傷”缺陷在成型工序減徑拉伸過(guò)程中可以逐漸消除，但是嚴(yán)重的“劃傷”缺陷在后道工序無(wú)法消除，在檢驗(yàn)、精整渦流探傷可探出表面“劃傷”缺陷，從而產(chǎn)生產(chǎn)品報(bào)廢，若未探出或漏探時(shí)流轉(zhuǎn)到兩器生產(chǎn)流程中，會(huì)導(dǎo)致擴(kuò)口開(kāi)裂或內(nèi)漏，給生產(chǎn)的正常運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重的影響。因此，分析和控制盤(pán)拉“劃傷”對(duì)于提升銅盤(pán)管的產(chǎn)品質(zhì)量具有十分重要的意義。

2 “劃傷”的特征分析

2.1 “劃傷”形貌分析

連鑄連軋法生產(chǎn)TP2圓盤(pán)精密銅管的主要生產(chǎn)流程為水平連鑄→銑面→軋制→聯(lián)拉→盤(pán)拉，根據(jù)產(chǎn)品的類(lèi)別分別進(jìn)入在線退火、內(nèi)螺紋成型或直接水平纏繞、成品退火等，盤(pán)拉是TP2精密銅管生產(chǎn)的主要工序，也是承前啟后的關(guān)鍵工序，成品的產(chǎn)量、質(zhì)量均與之緊密相連。

由于盤(pán)拉工序?qū)儆诙嗟来卫欤啦煌谋P(pán)拉銅管坯的尺寸，往往在盤(pán)拉工序要經(jīng)過(guò)5道次甚至7道次不等的圓盤(pán)拉伸，但是每道次拉伸的原理均一樣，如圖1所示，均是根據(jù)需要拉拔的銅管外徑、壁厚選擇適當(dāng)?shù)耐饽：托绢^，銅管坯的內(nèi)外均分別通過(guò)內(nèi)膜油和外膜油在內(nèi)外摸的作用下實(shí)現(xiàn)減徑減壁的目的。

圖1 盤(pán)拉拉伸示意圖

盤(pán)拉TP2銅管坯在生產(chǎn)過(guò)程中，處于與芯頭、外模接觸性工作外，還與模具箱、導(dǎo)輪、卷筒等相接觸加工，因表面磨損、潤(rùn)滑不良或工藝不當(dāng)均可能產(chǎn)生表面劃傷，通過(guò)對(duì)盤(pán)拉銅管坯表面劃傷進(jìn)行觀察分析，盤(pán)拉銅管坯的“劃傷”主要包含內(nèi)壁劃傷、外壁劃傷、粗拉道等，如圖2(a)(b)(c)所示。盤(pán)拉銅管坯的“劃傷”主要成長(zhǎng)條狀。

圖2 盤(pán)拉管坯“劃傷”現(xiàn)象

2.2 “劃傷”對(duì)后續(xù)加工的影響

根據(jù)以上對(duì)“劃傷”的特征進(jìn)行分析，盤(pán)拉管坯“劃傷”在后道工序難以消除的情況下，將在后續(xù)“兩器”加工擴(kuò)口中因“劃傷”受力不均勻而導(dǎo)致擴(kuò)口開(kāi)裂［5］，如圖3(a)(b)箭頭所示。如果“劃傷”不處于端口處，處于“兩器”片的中間段，在充氮試壓的過(guò)程中易造成泄漏，如圖4(a)(b)所示。擴(kuò)口開(kāi)裂、中間內(nèi)漏都將影響后工序加工，增加了銅管的報(bào)廢。

圖3 擴(kuò)口開(kāi)裂

圖4 內(nèi)漏

3 “劃傷”的原因分析

通過(guò)前面的分析得知，“劃傷”呈細(xì)條狀，是在高速拉伸過(guò)程中因銅管坯在拉伸過(guò)程中與受損的模具、工裝等硬物件點(diǎn)接觸而形成，尤其是在潤(rùn)滑條件不良的情況下較為明顯。經(jīng)觀察、分析，盤(pán)拉管坯“劃傷”的產(chǎn)生原因主要包括以下幾個(gè)方面。

3.1 模具

盤(pán)拉TP2銅管坯主要采用游動(dòng)芯頭和拉伸外模組合成套的拉拔模具，目前使用較多的模具材質(zhì)是YG6硬質(zhì)合金。在盤(pán)拉拉伸過(guò)程中，模具要承受較高的壓應(yīng)力和摩擦力。另外，由于芯頭與銅管內(nèi)壁、銅管外壁與外模均存在劇烈的摩擦，而這種摩擦熱使模具表面和銅管表面產(chǎn)生瞬間熱，從而很容易使模具造成損傷［6］。常見(jiàn)的模具缺陷主要包括環(huán)溝、豎道、掉塊，如圖5(a)(b)(c)所示。

圖5 盤(pán)拉拉伸模具缺陷

模具表面出現(xiàn)了環(huán)溝、豎道、掉塊的時(shí)候，在生產(chǎn)過(guò)程中易造成銅管坯表面“劃傷”，根據(jù)缺陷深淺，對(duì)其進(jìn)行拋光處理，如果缺陷嚴(yán)重將報(bào)廢。

另外，銅管拉伸模具包括入口區(qū)、潤(rùn)滑區(qū)、壓縮區(qū)、定徑區(qū)、出口區(qū)五個(gè)區(qū)域，當(dāng)潤(rùn)滑區(qū)角度偏小、長(zhǎng)度偏短，這都將導(dǎo)致銅管拉伸過(guò)程中潤(rùn)滑不良，從而導(dǎo)致盤(pán)拉表面“劃傷”。

3.2 潤(rùn)滑

TP2銅管坯生產(chǎn)拉伸過(guò)程中，芯頭、外模的工藝潤(rùn)滑對(duì)保證銅管坯表面質(zhì)量、尺寸精度以及拉伸生產(chǎn)的穩(wěn)定進(jìn)行都具有非常重要的作用。孫建林等［7］認(rèn)為，潤(rùn)滑油的粘度、油膜強(qiáng)度、濃度都將影響銅管拉伸過(guò)程中的效果。潤(rùn)滑油的粘度、油膜強(qiáng)度、濃度不夠，將使銅管在盤(pán)拉拉伸過(guò)程中銅管與芯頭、模具之間產(chǎn)生干拉，從而使瞬間熱劇烈上升，從而造成盤(pán)拉銅管坯內(nèi)外表面的“劃傷”。

要確保潤(rùn)滑效果良好，另外一個(gè)方面要保證潤(rùn)滑油的潔凈度。在盤(pán)拉拉伸過(guò)程中，內(nèi)膜油一般是從整桶油中抽取，并采用注射器等裝置注入銅管內(nèi)，與外界接觸，注入器、油槍、油桶等帶有雜質(zhì)而污染潤(rùn)滑油，帶入銅管坯，產(chǎn)生內(nèi)表面“劃傷”。外膜油是整箱循環(huán)使用，拉伸過(guò)程中易產(chǎn)生微量銅粉，流入外膜油箱，污染外膜油，拉伸過(guò)程中，銅粉壓入銅管坯與外模之間，從而造成銅管坯管外“劃傷”。

3.3 工裝

TP2銅管盤(pán)拉是接觸式加工，除了與芯頭、外模接觸外，還與模具墻、導(dǎo)輪、壓緊輥、卷筒、料框等工裝接觸，因TP2紫銅本身的物理性能，再加之拉伸速度、高速運(yùn)轉(zhuǎn)等因素，導(dǎo)致銅管坯與損傷或粘銅的工裝（如圖6(a)(b)(c)箭頭所示）接觸時(shí)，造成盤(pán)拉TP2銅管坯“劃傷”。

圖6 損傷/粘銅工裝

4 解決措施

根據(jù)前面的分析，要避免盤(pán)拉銅管坯的“劃傷”，要在模具、潤(rùn)滑、工裝等方面進(jìn)行管理，保證各環(huán)節(jié)都精準(zhǔn)控制、穩(wěn)定、完好，主要有以下幾個(gè)方面：

（1）要確保芯頭、模具表面無(wú)粘銅、無(wú)破損，應(yīng)定期對(duì)芯頭、模具進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，減小材料的疲勞，定期打磨、拋光芯頭、模具。另外要確保芯頭、模具潤(rùn)滑區(qū)的良好，保證有充足的內(nèi)膜油、外膜油，對(duì)銅管內(nèi)外面進(jìn)行潤(rùn)滑，確保潤(rùn)滑的良好性。

（2）要確保內(nèi)膜油、外膜油的粘度、油膜硬度、油脂濃度，定期將油品進(jìn)行指標(biāo)檢測(cè)。根據(jù)油品的使用特性，定期更換油品，另外要確保油品不帶入其他雜質(zhì)，不被外界污染。

（3）要定期對(duì)導(dǎo)輪、壓緊輥、卷筒等工裝進(jìn)行檢查，表面輕微缺陷的要打磨、拋光，確保表面的光潔度，另外要確保工裝的穩(wěn)定性，使銅管坯在拉伸過(guò)程中平穩(wěn)，減少振動(dòng)。

5 結(jié)論

“劃傷”是圓盤(pán)拉伸生產(chǎn)TP2銅管坯的一種常見(jiàn)缺陷，對(duì)成品銅管（光面銅管、內(nèi)螺紋銅管）產(chǎn)品質(zhì)量、綜合合格率造成極大的影響，并嚴(yán)重影響銅管在空調(diào)中的質(zhì)量，甚至影響空調(diào)的使用壽命，通過(guò)科學(xué)分析，找出其產(chǎn)生的原因。

（1）造成“劃傷”的實(shí)質(zhì)原因是銅管在盤(pán)拉拉伸過(guò)程中與異常模具、工裝的摩擦、潤(rùn)滑不良、異物帶入拉伸中與銅管坯接觸等原因造成，通過(guò)日常觀察在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品檢查是可以發(fā)現(xiàn)的。

（2）通過(guò)加強(qiáng)日常點(diǎn)檢，潤(rùn)滑油的定期檢驗(yàn)、更換，工裝的打磨、拋光，模具的優(yōu)化等，“劃傷”是可以得到有效控制的。