一種可以改善鋼管內(nèi)孔螺旋缺陷的冷拔模具

王家聰，劉賢翠，韋金鈺，張嘉根

（徐州徐工液壓件有限公司技術(shù)中心，江蘇 徐州 221004）

鋼管冷拔工藝避免了金屬的切削加工，使材料利用率大幅度提升，冷拔效率也比車床機加工方式要提高數(shù)十倍。正是由于冷拔生產(chǎn)具有高效、節(jié)材、低成本等特點，油缸生產(chǎn)時大量采用冷拔鋼管?？墒牵浒武摴艿馁|(zhì)量很大一部分取決于其原材料——熱軋鋼管，選擇滿足需要的熱軋鋼管對提高冷拔鋼管的質(zhì)量特別重要。

連軋管機組生產(chǎn)的鋼管表面質(zhì)量好，可是連軋管機組設(shè)備機架多，更換孔型慢，訂貨批量相對較大。斜軋管機設(shè)備具有產(chǎn)品更換孔型快，生產(chǎn)批量靈活的優(yōu)勢，故冷拔鋼管多采購斜軋鋼管作為原料管。通過斜軋工藝生產(chǎn)的部分熱軋鋼管內(nèi)表面存在螺旋形軋痕，熱軋管和刮削缸體內(nèi)孔螺旋如圖1 所示，該螺旋影響了冷拔鋼管的成品質(zhì)量［1-4］。該螺旋的特征是：鋼管每個橫截面的壁厚值都呈正弦曲線變化，而且不對稱，鋼管截面的中心沿鋼管軸向呈螺旋狀［5-7］。此類鋼管在冷拔及后續(xù)的內(nèi)孔刮削加工中，由于冷拔模具及刮削刀具都是在鋼管軸線上下浮動的，所以此內(nèi)孔螺旋無法通過冷拔和刮削加工消除，使用該冷拔管制造的液壓油缸在使用中會產(chǎn)生活塞桿抖動與爬行現(xiàn)象。

本文介紹了一種新型冷拔模具，通過冷拔方法使鋼管內(nèi)孔金屬在其橫截面方向產(chǎn)生周向流動，改善鋼管的內(nèi)孔金屬分布，減輕甚至徹底消除鋼管內(nèi)孔螺旋缺陷。

1 新型冷拔模具設(shè)計

新型冷拔內(nèi)模如圖2 所示。該冷拔模具的內(nèi)模在第一定徑帶D2圓周方向上均勻分布多個軸向的導(dǎo)流槽，冷拔時，依據(jù)金屬在變形過程中會自動流向阻力最小方向的變形原理，金屬材料在經(jīng)過內(nèi)模帶導(dǎo)流槽的第一定徑帶D2時，會流向?qū)Я鞑鄣撞糠较颍▓D3a），鋼管內(nèi)孔便產(chǎn)生了數(shù)條鼓出來的凸筋和數(shù)條凹槽，成了鋼管內(nèi)孔金屬在圓周方向的第一次流動；當(dāng)冷拔進行到第二圓柱定徑帶D1，導(dǎo)流槽底高出來的凸筋被壓平（圖3b），金屬由凸筋流向凹槽方向，在圓周方向進行了第二次流動。兩次金屬周向流動，都會使壁厚上的金屬進行均勻化變形，從而使得鋼管的內(nèi)孔螺旋減輕甚至徹底消失。

圖2 設(shè)計的新型冷拔內(nèi)模示意

2 應(yīng)用示例

新設(shè)計的冷拔內(nèi)模第二定徑帶直徑D1=160 mm，寬度為30 mm；左側(cè)的第一定徑帶直徑D2=157 mm，寬度20 mm，在第一定徑帶上均勻加工出10 個深度為2 mm 的凹槽，最低處直徑D3=153 mm，槽寬20 mm，槽的棱角修磨成圓弧過渡。

冷拔過程中，鋼管從內(nèi)模與外模組成的縫隙里通過，在300 t 拉力作用下，鋼管從圖2（a）所示的左邊開始向右移動，在經(jīng)過第一定徑帶D2上10 個凹槽時，鋼管會產(chǎn)生10 個寬度20 mm、最高2 mm的波峰與10 個寬度20 mm、最低2 mm 的波谷，此時金屬材料會自動向阻力小的方向流動，于是就產(chǎn)生了金屬圓周方向的變形。

繼續(xù)冷拔，鋼管移動到第二定徑帶D1，在減徑量3 mm、減壁量1.5 mm 的強大壓力作用下，將波峰與波谷壓平，金屬在從20 mm 寬度的波峰流向20 mm 寬度的波谷，在金屬的流動過程中進行了壁厚的二次均勻分配，又一次改善了鋼管的螺旋缺陷。

新的冷拔內(nèi)模產(chǎn)生的均勻化流動是原冷拔模具無法產(chǎn)生的。使用原普通冷拔模具冷拔時，金屬只能夠在鋼管軸向流動，無法產(chǎn)生圓周方向的流動［8-13］。新型冷拔模具使鋼管金屬同時在軸向、周向產(chǎn)生均勻化變形，達到消除鋼管內(nèi)孔螺旋缺陷的目的。

圖3 冷拔過程中金屬周向流動示意

3 結(jié) 語

新型冷拔模具使鋼管金屬發(fā)生了兩次由壁厚處向壁薄處的自由流動，根據(jù)金屬變形原理，金屬在變形過程中，會自動流向阻力最小的方向——材料的最薄處，所以新冷拔模具徹底解決了鋼管的周向壁厚偏差產(chǎn)生的螺旋現(xiàn)象。新模具加工出來的鋼管，壁厚均勻性更好，內(nèi)孔螺旋缺陷減輕，內(nèi)表面質(zhì)量提高，消除了后續(xù)加工過程中液壓油缸缸筒的內(nèi)孔尺寸波動因素和油缸的內(nèi)孔螺旋現(xiàn)象，杜絕了油缸的抖動、發(fā)響現(xiàn)象。此方案只需要制造出一個新型內(nèi)模，在冷拔生產(chǎn)中使用該新型內(nèi)模，就可以解決原來的難題，擴大國內(nèi)斜軋管機的產(chǎn)品應(yīng)用范圍，也可以解決液壓油缸缸筒的內(nèi)孔缺陷問題。目前，“一種可以改善鋼管內(nèi)孔螺旋缺陷的冷拔模具”已經(jīng)取得專利授權(quán)，專利號201721781397.8。