管材冷轧冷拔 (Cold rolling and drawing of tube)

在冷轧冷拔管机组上在室温下用(yòng)轧制和拉拔方式对管材进行的冷加工，属于热轧管(包括热挤压的管材)和焊接管的深度加工。它可(kě)以获得直径更小(xiǎo)、壁厚更薄、尺寸精度更高、表面粗糙度更低和性能(néng)更好以及多(duō)种断面形状的管材。用(yòng)冷拔法可(kě)生产直径0.2～765mm和壁厚0.015～50mm的各种管材。用(yòng)冷轧法可(kě)生产直径4～450mm和壁厚0.03～35mm的各种管材。

冷拔与冷轧相比较，冷轧的优点是道次变形量大，加工道次少，生产周期短和金属消耗小(xiǎo)。缺点是工具制造较困难，变更规格不方便。生产灵活性差，设备投资高及维护较复杂；由于是周期轧制，轧制时间長(cháng)，生产力较低，能(néng)耗高。冷拔的优点是生产力较高，生产中变规格较方便，灵活性大，设备和工具制造简单；缺点是道次变形量小(xiǎo)，加工道次多(duō)，生产周期長(cháng)，金属消耗大。

管材冷拔 拔制管材的各种常规方法如图1所示。

(1)无芯棒拔管，用(yòng)于只减小(xiǎo)管子外径。

(2)不动短芯棒拔管，用(yòng)于同时减小(xiǎo)管子外径和壁厚；这种方法由于芯棒固定，且使用(yòng)固定外模，摩擦阻力大，拔制力大，道次变形量小(xiǎo)；优点是拔制方法简单，故被广泛应用(yòng)。

(3)浮动芯棒拔管，常用(yòng)于卷筒拔管，能(néng)生产很(hěn)長(cháng)的管子(100m以上)。浮动芯棒拔制时拔制力较小(xiǎo)，可(kě)提高道次变形量；由于不存在拉杆的限制，可(kě)带芯棒拔制直径很(hěn)小(xiǎo)的管子。

(4)長(cháng)芯棒拔管，拔管时由于芯棒同管子一起运动，基本上消除了芯捧上的摩擦阻力，因而可(kě)降低拔制力和增加道次变形量；芯棒运动还可(kě)降低管子内表面粗糙度；長(cháng)芯棒拔管的缺点是对芯棒要求严格，且拔后要脱棒。脱棒的方法有(yǒu)两种：一种是在斜轧机上将管子和芯棒一起展轧，使管子少量扩径，之后在抽棒机上将芯棒抽出；另一种是利用(yòng)双模拔制来进行抽芯棒前的扩径(见图2)，后一个模子是附加模，通过附加模时管壁只有(yǒu)很(hěn)小(xiǎo)的变形量，管子直径稍有(yǒu)扩大，可(kě)降低脱棒时的脱棒力；也可(kě)用(yòng)两个四辊滚模进行展轧脱棒。

(5)扩径拔管，管子壁厚减小(xiǎo)，直径增大，管長(cháng)有(yǒu)些缩短；扩径拔管时，管子固定不动而拉杆带动芯棒从管内通过。

為(wèi)了克服常规冷拔法的缺点，不断研究出以下一些拔管方法：

(1)圆锥芯棒拔管(图3)，同一般短芯棒相比拉杆力Pc小(xiǎo)。

(2)半连续和连续拔管。各种直線(xiàn)式拔管机都是间歇工作的，拔完一根管后需等待小(xiǎo)車(chē)返回才能(néng)拔下一根管。因此研究出半连续和连续式拔管。半连续冷拔管有(yǒu)两种形式。一种是采用(yòng)双移动拔管小(xiǎo)車(chē)(图4)，拔管小(xiǎo)車(chē)固定在运动链上，并沿具有(yǒu)一定形状的导轨运行。上层的拔管小(xiǎo)車(chē)把前一根管子拔出后，下层的拔管小(xiǎo)車(chē)到达中心架前并夹住后一根管进行拔制。另一种是拔制时移动双拔管模的半连续拔管机，如图5所示。

连续式拔管机有(yǒu)履带式的(图6)和双小(xiǎo)車(chē)往复运动式的。履带式拔管机由前端装有(yǒu)拔管模的几个机架组成。机架上下两侧都装有(yǒu)环链，环链轴上装着履带节，用(yòng)来压紧管子强迫送入拔管模。这种连续式拔管机可(kě)进行无芯棒和長(cháng)芯棒拔制，与普通拔管机相比可(kě)提高产量3倍；存在的问题是在无芯棒拔制时易产生纵向壁厚不均，使用(yòng)固定模阻力大、能(néng)耗高、产品表面质量较差以及脱棒困难。此外还有(yǒu)双小(xiǎo)車(chē)往复运动的连续拔管，用(yòng)于无芯棒拔制，见连焊连拔精密管。

(3)長(cháng)芯棒滚模拔制圆管工艺(图7)。中國(guó)北京科(kē)技大學(xué)研究成功的多(duō)辊滚模長(cháng)芯棒拔制圆管的过程是：拔制前先将管头缩口，使之与芯棒锥形过渡區(qū)相配合以卡住管子。然后插入芯棒，且使長(cháng)芯棒细端通过滚模。拔制时冷拔机钳口咬住芯棒细端做直線(xiàn)运动，并将管子和芯棒一起从滚模中拉出，实现管材减壁延伸变形，变单纯冷拔法為(wèi)拔轧结合法。这种方法可(kě)获得大的道次变形量，可(kě)减少能(néng)量消耗，结构简单，管子表面质量好；缺点是脱棒较困难。

(4)超声波振动拔管。

(5)卷筒拔管。

(6)管材温拔。

(7)管材旋转模冷拔。

(8)反拉力拔管。

(9)扭转拔管，即在拉拔的同时使管子产生扭转的拔制过程。拔后的管子平直度好，可(kě)以省略矫直工序。拔制过程如图8所示。管料1拔制时通过置于中心架2上的椭圆模3(用(yòng)于防止管子转动)和工作模4。借助于拔管小(xiǎo)車(chē)6上的夹头5的旋转对出变形區(qū)后的管子施加扭矩，使它产生扭转，管子因扭转而防止了弯曲。

(10)流體(tǐ)动力润滑拔管。图9為(wèi)流體(tǐ)动力润滑拔管的示意图。拔管时在拔管模前安装一个压力管，压力管具有(yǒu)一定的長(cháng)度lH，其内壁与管料外表面之间只存在较小(xiǎo)的间隙。拔制过程中，润滑剂由向前移动的管材携带通过压力管到达变形區(qū)前。由于压力管内壁与管材表面之间的间隙较小(xiǎo)，而拔制后随管材一起离开变形區(qū)的润滑剂又(yòu)比较少，因此，润滑剂在通过压力管时受到强力的挤压，润滑膜的压力P逐渐升高，这就是流體(tǐ)动压的效应，它是建立流體(tǐ)动力润滑拔制的物(wù)理(lǐ)基础。若在变形區(qū)前润滑膜的压力达到足以使管材表面和模壁分(fēn)开，使两者之间完全充满润滑剂，形成液體(tǐ)摩擦，这样可(kě)大大改善润滑条件，达到降低拔制力提高道次变形量以及减少模具消耗的目的。

实现流體(tǐ)动力润滑拔管的基本条件是：有(yǒu)一个具有(yǒu)一定長(cháng)度的压力管，拔制速度较高，使用(yòng)粘度较高的润滑剂。流體(tǐ)动力润滑主要用(yòng)于无芯棒拔管。

管材冷轧 常规所用(yòng)的冷轧管机分(fēn)两种，即二辊式冷轧管机和多(duō)辊式(一般為(wèi)3～4辊式)冷轧管机。

多(duō)辊式冷轧管机由原苏联全苏冶金机械科(kē)學(xué)研究所发明。由于轧辊直径小(xiǎo)，轧制力较小(xiǎo)，金属与工具间轧制单位压力小(xiǎo)，因而轧辊弹性变形小(xiǎo)，加上采用(yòng)了支承辊，轧机刚性高，适用(yòng)轧制薄壁和特薄壁的精密管，最小(xiǎo)壁厚為(wèi)0.03mm(见超薄壁管生产)；缺点是道次变形量小(xiǎo)，生产力低。采取双線(xiàn)轧制可(kě)提高生产率50％～70％。多(duō)辊冷轧管机工作原理(lǐ)如图10所示。轧制时机架连同轧辊做往复运动。当工作机架达到后极限位置(图中I)时，管料借助于专门送料机构向轧制方向送进一个送进量m，然后由于机架向前运动，轧辊也产生转动，且辊颈沿支承板滚动，支承板特殊的形状使孔型半径逐渐减小(xiǎo)，管料送进部分(fēn)得到减径和壁厚压薄。在轧制过程中管料的圆柱形芯棒在轴向方向不发生移动(被专门装置锁紧)。当工作机架到达前极限位置(图中Ⅱ)时轧制结束，并同时将管料旋转一定角度，以使管子横截面各部分(fēn)均得到加工。之后工作机架反向运动，轧过的一段管材受到进一步精整，并由于使原来相应于孔型开口部分(fēn)的金属在芯棒上得到展轧。金属横向流动的结果，管子内径增大，使工作锥部分(fēn)的管材内表面脱离了芯棒，為(wèi)下一次送进管料创造条件，如此反复直到管料全長(cháng)被轧完為(wèi)止。

二辊冷轧管机是广泛应用(yòng)的冷轧管机。优点是道次变形量大，延伸系数可(kě)达到14～18；缺点是轧辊孔型制造困难，设备投资高，轧制管子尺寸精度不如多(duō)辊式冷轧管机。二辊式冷轧管机工作原理(lǐ)(见图11)如同多(duō)辊式冷轧管机，其區(qū)别是：二辊冷轧管机用(yòng)变断面孔型的两个轧辊，代替3～4个孔型断面尺寸不变的辊子和使用(yòng)锥形芯棒。

為(wèi)了克服常规冷轧管机的固有(yǒu)缺点，开发出以下各种工艺和设备：

(1)在传统冷轧管机上采取多(duō)線(xiàn)、高速轧制，应用(yòng)环形孔型(见冷轧管工具)，减小(xiǎo)辊径，改变机架往复运动為(wèi)轧辊箱往复运动(机架固定)，以减轻运动件质量，降低能(néng)耗和提高轧制速度。开发出带支承辊的各种新(xīn)型二辊式冷轧管机。在多(duō)辊式冷轧管机上采用(yòng)双排辊和多(duō)排辊。

(2)行星冷轧管机，已应用(yòng)于冷轧有(yǒu)色金属管材。

(3)连续式冷轧管机，这种轧机具有(yǒu)产量高、道次变形量大、轧制节奏时间短的优点，但也存在沿管子長(cháng)度上尺寸不均，芯棒長(cháng)、要求高且制造困难以及设备投资很(hěn)高等缺点。连续式冷轧管机已用(yòng)于管材冷减径(见管材冷减径)。