不銹鋼管坯料穿孔工藝及其限制條件

 不銹鋼管坯料在穿孔機(jī)上直接穿孔的工藝，適用于空心坯直徑大于100mm的孔。因?yàn)榭招呐鞯膬?nèi)孔大于100mm時(shí)，預(yù)鉆孔的金屬消耗太大，影響擠壓不銹鋼管的經(jīng)濟(jì)性。而內(nèi)孔直徑大于100mm的空心坯，穿孔時(shí)采用的芯棒直徑比較大。因此，穿孔芯棒能承受壓力的剛性和穩(wěn)定性增加，提高了穿孔芯棒承受極限穿孔力的能力。采用穿孔工藝時(shí)，不僅能獲得高質(zhì)量的空心坯，同時(shí)提高了擠壓不銹鋼管的成材率。

 對(duì)于空心坯直徑超過(guò)150mm的孔，采用擴(kuò)孔工藝是不合適的。因?yàn)樵谶@種情況下，需要預(yù)鉆孔的直徑超過(guò)35mm,增加了金屬消耗。如果采用二次擴(kuò)孔工藝，則又要影響機(jī)組的生產(chǎn)率。穿孔的空心坯規(guī)格與穿孔力和被加工的材料以及擠壓機(jī)的產(chǎn)品大綱有關(guān)。不同能力的穿孔機(jī)所采用的最大坯料的尺寸如下：

     穿孔機(jī)的能力／MN            9         12         20          25

     坯料最大直徑／mm          270      310       400         480

    空心坯最大長(zhǎng)度／mm       700      1000      1250      1400

  穿孔時(shí)，為了減小不銹鋼管坯料與穿孔筒內(nèi)襯之間的間隙，坯料需經(jīng)過(guò)預(yù)鐓粗工序，目的是為了提高穿孔后空心坯的同心度和減小空心壞內(nèi)孔的彎曲度，此外還滿足以下條件：

    對(duì)于碳素鋼管和合金鋼管，坯料和穿孔筒內(nèi)襯直徑之差6~15mm;

   對(duì)于不銹鋼管和高合金鋼管，坯料和穿孔筒內(nèi)襯直徑之差2~3mm。

  同時(shí)，還須考慮到在坯料裝入穿孔筒時(shí)，厚度約為1mm的潤(rùn)滑劑層不被擦掉。為了使還料在穿孔筒內(nèi)襯中的對(duì)中，經(jīng)常把內(nèi)襯做成不大的錐度（1：500)。這也便于在推出坯料時(shí)，空心壞能順利退出。

  在預(yù)鉆孔坯料直接擴(kuò)孔時(shí)，擴(kuò)孔力可以按照實(shí)心坯料穿孔的公式計(jì)算，取低于其25%~30%的穿孔力。不銹鋼管坯料在鐓粗和穿孔過(guò)程中，其長(zhǎng)度發(fā)生兩次變化，鐓粗后坯料被壓縮變短，其期向減小的體積等于徑向增加的體積。穿孔之后，坯料長(zhǎng)度變長(zhǎng)，軸向增長(zhǎng)的體積等于穿孔頭所穿出的整個(gè)內(nèi)孔的體積。制定工藝制度時(shí)，可按下式確定鐓粗坯料的長(zhǎng)度和穿孔后坯料的長(zhǎng)。

  根據(jù)尼科波爾南方不銹鋼管廠家的經(jīng)驗(yàn)，在無(wú)對(duì)中的穿孔桿自由穿孔芯棒穿孔時(shí)，穿孔芯棒的強(qiáng)度安全系數(shù)的選擇不能小于4。在實(shí)心坯料進(jìn)行穿孔時(shí)，影響穿孔后空心坯同心度和內(nèi)孔彎曲度，進(jìn)而導(dǎo)致在擠壓時(shí)影響到擠壓不銹鋼管壁厚不均度極限值的重要參數(shù)是空心坯長(zhǎng)度Lz與其內(nèi)孔的直徑dz的比值。

 一般情況下，為了確保空心坯的同心度和其內(nèi)孔的直線度，將參數(shù)Lz/dz值限制在以下范圍內(nèi)：對(duì)于實(shí)心坯料穿孔時(shí)，Lz/dz=5~7;碳鋼穿孔時(shí)為7; 不銹鋼穿孔時(shí)為5~6.

 根據(jù)關(guān)于空心坯長(zhǎng)度與其內(nèi)徑之比對(duì)于1Cr18Ni10Ti不銹鋼坯料穿孔后空心坯壁厚不均影響的試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著Lz/dz的比值從4.4增大到6.1時(shí)，穿孔后空心坯的壁厚不均增大到15%.

 當(dāng)不銹鋼管坯料和穿孔筒內(nèi)襯之間的間隙增大，而穿孔前坯料又沒(méi)有充分鐓粗，穿孔后空心坯的壁厚不均增大。如果間隙從3mm增大至15mm,則空心坯的壁厚不均提高到5%~15%.

 當(dāng)坯料鐓粗時(shí)，在金屬中要達(dá)到為完全充滿間隙所足夠的單位壓力，但又不能使工具超負(fù)荷。對(duì)于1Cr18Ni10Ti不銹鋼管，鐓粗最佳的單位壓力值計(jì)算得出為100~150MPa,否則，將使空心坯的壁厚不均增大。采用圖2-29所示斷面形狀的穿孔頭作為實(shí)心坯料的穿孔工具時(shí)，得到的穿孔空心坯的壁厚不均較小。這已經(jīng)在生產(chǎn)實(shí)踐中得到證實(shí)。

  坯料穿孔時(shí)，穿孔頭承受最繁重的工作條件，其工作帶和沿外徑的棱緣，即側(cè)面和端面的圓角承受最大的加熱和磨損（圖2-30),棱緣的磨損引起穿孔空心坯的壁厚不均勻。而當(dāng)這種棱緣磨損不均衡，甚至是單方面的磨損時(shí)，對(duì)產(chǎn)生空心坯壁厚不均勻的影響將特別嚴(yán)重。

 一般采用熱穩(wěn)定性好、鎢含量高的鋼來(lái)制造穿孔頭，如3Cr2W8V、4Cr5W2VSi、35Cr5WMoSi、Ni12等鋼種，并用制造穿孔芯棒的余料來(lái)制造。其用于穿孔不銹鋼坯料時(shí)，穿孔頭的使用壽命不超過(guò)30~40次／只。生產(chǎn)中，輪流地利用安裝在穿孔芯棒上的成套穿孔頭（由10~15個(gè)組成）是最有效的。穿孔芯棒采用不同的對(duì)中系統(tǒng)對(duì)空心坯壁厚不均有影響。坯料經(jīng)過(guò)定心的穿孔墊鐓粗和穿孔之后，得到的空心坯的壁厚不均最小。僅極少數(shù)空心坯的壁厚不均達(dá)到3mm.在這種情況下，空心坯長(zhǎng)度,與內(nèi)徑,之比可以增大至7。

 為了消除穿孔頭側(cè)面和端面棱緣的不均勻磨損，減小穿孔空心坯的壁厚不均，在現(xiàn)代化穿孔機(jī)上，采用了鐓粗桿和穿孔芯棒運(yùn)動(dòng)的套管系統(tǒng)（圖2-31)。坯料鐓粗后，鐓粗桿不返回，而是繼續(xù)壓在坯料上，這樣可以讓穿孔芯棒精確地對(duì)準(zhǔn)坯料中心，并減小穿孔芯棒的自由長(zhǎng)度。

 采用波狀的穿孔頭進(jìn)行穿孔時(shí)，實(shí)現(xiàn)了穿孔頭對(duì)于穿孔坯料的附加定心。穿孔時(shí)借助于插在穿孔頭切口上的彈簧，將穿孔頭固定在穿孔桿上。

 帶有穿孔桿在套管系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)的穿孔機(jī)上的穿孔頭，其使用條件十分惡劣，穩(wěn)定性能良好的高鎢鋼制造，如4Cr5W2VSi和3Cr2W8V或H13等。

 可以將穿孔頭和高溫壞料的接觸表面做成有圓弧倒棱的凹面（圖2-32)這樣可以保證在整個(gè)穿孔周期中，潤(rùn)滑劑均勻地進(jìn)入變形區(qū)，以提高穿孔后空心坯的質(zhì)量。

 加熱溫度及其在坯料中分布的均勻性對(duì)穿孔后空心坯壁厚不均的影響試險(xiǎn)表明：溫度從1160℃升高到1225℃穿孔時(shí)，空心坯的平均壁厚不均值下降了36.5%.這是由于穿孔力下降所致。

 穿孔前，不銹鋼管坯料的加熱溫度應(yīng)該是均勻的，但要做到加熱溫度絕對(duì)均勻是不現(xiàn)實(shí)的。一般當(dāng)坯料橫截面上的溫差不超過(guò)30℃時(shí)，得到的結(jié)果是可以令人滿意的。這是由于加熱到高溫的坯料在輸送過(guò)程中，低溫區(qū)通過(guò)熱傳導(dǎo)而使溫度得到補(bǔ)償。但在感應(yīng)加熱爐中加熱的坯料端部溫度降低，引起坯料在長(zhǎng)度上，尤其是端面溫差增大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致穿孔后空心坯壁厚不均和內(nèi)孔彎曲度增加。

 此外，穿孔頭的形狀不正確，穿孔頭和穿孔對(duì)中模的間隙不當(dāng)?shù)?，都?huì)導(dǎo)致空心坯壁厚不均或內(nèi)孔彎曲。但當(dāng)穿孔頭帶有導(dǎo)向的尖頭時(shí)，可以減小空心坯偏心或內(nèi)孔彎曲缺陷。采用帶有定心孔的實(shí)心坯料穿孔，也可以提高穿孔后空心坯的同心度和內(nèi)孔的平直度。定心孔的直徑大小與穿孔頭頭部導(dǎo)向尖的直徑相匹配，定心孔的深度為坯料上部端面起1/4~1/3坯長(zhǎng)。這是由于在坯料穿孔的不穩(wěn)定階段，定心孔的導(dǎo)向作用對(duì)穿孔后空心壞的質(zhì)量起到事半功倍的效果所致。