管材冷軋冷拔 (Cold rolling and drawing of tube)
在冷軋冷拔管機組上在室溫下用軋制和拉拔方式對管材進行的冷加工，屬于熱軋管(包括熱擠壓的管材)和焊接管的深度加工。它可以獲得直徑更小、壁厚更薄、尺寸精度更高、表面粗糙度更低和性能更好以及多種斷面形狀的管材。用冷拔法可生產(chǎn)直徑0.2～765mm和壁厚0.015～50mm的各種管材。用冷軋法可生產(chǎn)直徑4～450mm和壁厚0.03～35mm的各種管材。
冷拔與冷軋相比較，冷軋的優(yōu)點是道次變形量大，加工道次少，生產(chǎn)周期短和金屬消耗小。缺點是工具制造較困難，變更規(guī)格不方便。生產(chǎn)靈活性差，設(shè)備投資高及維護較復雜；由于是周期軋制，軋制時間長，生產(chǎn)力較低，能耗高。冷拔的優(yōu)點是生產(chǎn)力較高，生產(chǎn)中變規(guī)格較方便，靈活性大，設(shè)備和工具制造簡單；缺點是道次變形量小，加工道次多，生產(chǎn)周期長，金屬消耗大。
管材冷拔 拔制管材的各種常規(guī)方法如圖1所示。(1)無芯棒拔管，用于只減小管子外徑。(2)不動短芯棒拔管，用于同時減小管子外徑和壁厚；這種方法由于芯棒固定，且使用固定外模，摩擦阻力大，拔制力大，道次變形量小；優(yōu)點是拔制方法簡單，故被廣泛應(yīng)用。(3)浮動芯棒拔管，常用于卷筒拔管，能生產(chǎn)很長的管子(100m以上)。浮動芯棒拔制時拔制力較小，可提高道次變形量；由于不存在拉桿的限制，可帶芯棒拔制直徑很小的管子。(4)長芯棒拔管，拔管時由于芯棒同管子一起運動，基本上消除了芯捧上的摩擦阻力，因而可降低拔制力和增加道次變形量；芯棒運動還可降低管子內(nèi)表面粗糙度；長芯棒拔管的缺點是對芯棒要求嚴格，且拔后要脫棒。脫棒的方法有兩種：一種是在斜軋機上將管子和芯棒一起展軋，使管子少量擴徑，之后在抽棒機上將芯棒抽出；另一種是利用雙模拔制來進行抽芯棒前的擴徑(見圖2)，后一個模子是附加模，通過附加模時管壁只有很小的變形量，管子直徑稍有擴大，可降低脫棒時的脫棒力；也可用兩個四輥滾模進行展軋脫棒。(5)擴徑拔管，管子壁厚減小，直徑增大，管長有些縮短；擴徑拔管時，管子固定不動而拉桿帶動芯棒從管內(nèi)通過。
為了克服常規(guī)冷拔法的缺點，不斷研究出以下一些拔管方法：(1)圓錐芯棒拔管(圖3)，同一般短芯棒相比拉桿力Pc小。
(2)半連續(xù)和連續(xù)拔管。各種直線式拔管機都是間歇工作的，拔完一根管后需等待小車返回才能拔下一根管。因此研究出半連續(xù)和連續(xù)式拔管。半連續(xù)冷拔管有兩種形式。一種是采用雙移動拔管小車(圖4)，拔管小車固定在運動鏈上，并沿具有一定形狀的導軌運行。上層的拔管小車把前一根管子拔出后，下層的拔管小車到達中心架前并夾住后一根管進行拔制。另一種是拔制時移動雙拔管模的半連續(xù)拔管機，如圖5所示。
連續(xù)式拔管機有履帶式的(圖6)和雙小車往復運動式的。履帶式拔管機由前端裝有拔管模的幾個機架組成。機架上下兩側(cè)都裝有環(huán)鏈，環(huán)鏈軸上裝著履帶節(jié)，用來壓緊管子強迫送入拔管模。這種連續(xù)式拔管機可進行無芯棒和長芯棒拔制，與普通拔管機相比可提高產(chǎn)量3倍；存在的問題是在無芯棒拔制時易產(chǎn)生縱向壁厚不均，使用固定模阻力大、能耗高、產(chǎn)品表面質(zhì)量較差以及脫棒困難。此外還有雙小車往復運動的連續(xù)拔管，用于無芯棒拔制，見連焊連拔精密管。
(3)長芯棒滾模拔制圓管工藝(圖7)。中國北京科技大學研究成功的多輥滾模長芯棒拔制圓管的過程是：拔制前先將管頭縮口，使之與芯棒錐形過渡區(qū)相配合以卡住管子。然后插入芯棒，且使長芯棒細端通過滾模。拔制時冷拔機鉗口咬住芯棒細端做直線運動，并將管子和芯棒一起從滾模中拉出，實現(xiàn)管材減壁延伸變形，變單純冷拔法為拔軋結(jié)合法。這種方法可獲得大的道次變形量，可減少能量消耗，結(jié)構(gòu)簡單，管子表面質(zhì)量好；缺點是脫棒較困難。
(4)超聲波振動拔管。
(5)卷筒拔管。
(6)管材溫拔。
(7)管材旋轉(zhuǎn)模冷拔。
(8)反拉力拔管。
(9)扭轉(zhuǎn)拔管，即在拉拔的同時使管子產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的拔制過程。拔后的管子平直度好，可以省略矯直工序。拔制過程如圖8所示。管料1拔制時通過置于中心架2上的橢圓模3(用于防止管子轉(zhuǎn)動)和工作模4。借助于拔管小車6上的夾頭5的旋轉(zhuǎn)對出變形區(qū)后的管子施加扭矩，使它產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，管子因扭轉(zhuǎn)而防止了彎曲。
(10)流體動力潤滑拔管。圖9為流體動力潤滑拔管的示意圖。拔管時在拔管模前安裝一個壓力管，壓力管具有一定的長度lH，其內(nèi)壁與管料外表面之間只存在較小的間隙。拔制過程中，潤滑劑由向前移動的管材攜帶通過壓力管到達變形區(qū)前。由于壓力管內(nèi)壁與管材表面之間的間隙較小，而拔制后隨管材一起離開變形區(qū)的潤滑劑又比較少，因此，潤滑劑在通過壓力管時受到強力的擠壓，潤滑膜的壓力P逐漸升高，這就是流體動壓的效應(yīng)，它是建立流體動力潤滑拔制的物理基礎(chǔ)。若在變形區(qū)前潤滑膜的壓力達到足以使管材表面和模壁分開，使兩者之間完全充滿潤滑劑，形成液體摩擦，這樣可大大改善潤滑條件，達到降低拔制力提高道次變形量以及減少模具消耗的目的。
實現(xiàn)流體動力潤滑拔管的基本條件是：有一個具有一定長度的壓力管，拔制速度較高，使用粘度較高的潤滑劑。流體動力潤滑主要用于無芯棒拔管。
管材冷軋 常規(guī)所用的冷軋管機分兩種，即二輥式冷軋管機和多輥式(一般為3～4輥式)冷軋管機。
多輥式冷軋管機由原蘇聯(lián)全蘇冶金機械科學研究所發(fā)明。由于軋輥直徑小，軋制力較小，金屬與工具間軋制單位壓力小，因而軋輥彈性變形小，加上采用了支承輥，軋機剛性高，適用軋制薄壁和特薄壁的精密管，最小壁厚為0.03mm(見超薄壁管生產(chǎn))；缺點是道次變形量小，生產(chǎn)力低。采取雙線軋制可提高生產(chǎn)率50％～70％。多輥冷軋管機工作原理如圖10所示。軋制時機架連同軋輥做往復運動。當工作機架達到后極限位置(圖中I)時，管料借助于專門送料機構(gòu)向軋制方向送進一個送進量m，然后由于機架向前運動，軋輥也產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，且輥頸沿支承板滾動，支承板特殊的形狀使孔型半徑逐漸減小，管料送進部分得到減徑和壁厚壓薄。在軋制過程中管料的圓柱形芯棒在軸向方向不發(fā)生移動(被專門裝置鎖緊)。當工作機架到達前極限位置(圖中Ⅱ)時軋制結(jié)束，并同時將管料旋轉(zhuǎn)一定角度，以使管子橫截面各部分均得到加工。之后工作機架反向運動，軋過的一段管材受到進一步精整，并由于使原來相應(yīng)于孔型開口部分的金屬在芯棒上得到展軋。金屬橫向流動的結(jié)果，管子內(nèi)徑增大，使工作錐部分的管材內(nèi)表面脫離了芯棒，為下一次送進管料創(chuàng)造條件，如此反復直到管料全長被軋完為止。
二輥冷軋管機是廣泛應(yīng)用的冷軋管機。優(yōu)點是道次變形量大，延伸系數(shù)可達到14～18；缺點是軋輥孔型制造困難，設(shè)備投資高，軋制管子尺寸精度不如多輥式冷軋管機。二輥式冷軋管機工作原理(見圖11)如同多輥式冷軋管機，其區(qū)別是：二輥冷軋管機用變斷面孔型的兩個軋輥，代替3～4個孔型斷面尺寸不變的輥子和使用錐形芯棒。
為了克服常規(guī)冷軋管機的固有缺點，開發(fā)出以下各種工藝和設(shè)備：
(1)在傳統(tǒng)冷軋管機上采取多線、高速軋制，應(yīng)用環(huán)形孔型(見冷軋管工具)，減小輥徑，改變機架往復運動為軋輥箱往復運動(機架固定)，以減輕運動件質(zhì)量，降低能耗和提高軋制速度。開發(fā)出帶支承輥的各種新型二輥式冷軋管機。在多輥式冷軋管機上采用雙排輥和多排輥。
(2)行星冷軋管機，已應(yīng)用于冷軋有色金屬管材。
(3)連續(xù)式冷軋管機，這種軋機具有產(chǎn)量高、道次變形量大、軋制節(jié)奏時間短的優(yōu)點，但也存在沿管子長度上尺寸不均，芯棒長、要求高且制造困難以及設(shè)備投資很高等缺點。連續(xù)式冷軋管機已用于管材冷減徑(見管材冷減徑)。
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