至德鋼業(yè)不銹鋼無(wú)縫管熱擠壓技術(shù)探討分析

  浙江至德鋼業(yè)有限公司簡(jiǎn)述了不銹鋼無(wú)縫管和異型管材熱擠壓的一般工藝過(guò)程，包括熱擠壓生產(chǎn)不銹鋼無(wú)縫管時(shí)所需空心管坯的幾種制造方法。介紹了304不銹鋼管擠壓機(jī)生產(chǎn)線的設(shè)備構(gòu)成，包括擠壓機(jī)的主機(jī)、機(jī)械化輔機(jī)、機(jī)后出料系統(tǒng)、液壓動(dòng)力裝置和電氣控制系統(tǒng)。熱擠壓加工能將金屬管坯一次加工成管、型材，可以很好地實(shí)現(xiàn)難變形鋼種的鋼管成型，是生產(chǎn)高合金、難變形鋼種和各種異型無(wú)縫鋼管的較理想的方法。

  熱擠壓技術(shù)是一種將金屬在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行擠壓，使管坯從一個(gè)?？讛D出，以得到?？仔螤顢嗝婀懿牡慕饘俪尚头椒?。在整個(gè)熱擠壓過(guò)程（從管坯到荒管）中，管坯都是在三向壓應(yīng)力的狀態(tài)下進(jìn)行變形的。這不但可以解決難變形鋼種的鋼管成型問(wèn)題，而且可以避免由張應(yīng)力引起的荒管內(nèi)外表面缺陷。因此熱擠壓成型方法特別適合于各種合金鋼、不銹鋼、高強(qiáng)度鋼、鎳基高溫合金等型材、管材的成型。目前，鋼管的擠壓工藝已較成熟，擠壓設(shè)備的功能及控制手段也日趨完善，以下將予以相應(yīng)介紹。

一、熱擠壓生產(chǎn)工藝過(guò)程

  1. 無(wú)縫鋼管

  用熱擠壓技術(shù)生產(chǎn)不銹鋼無(wú)縫管時(shí)，管坯必須是空心坯。一種是對(duì)鍛坯或鑄坯進(jìn)行穿孔的空心坯，另一種是離心鑄造的空心坯。

  對(duì)鍛坯或鑄坯進(jìn)行穿孔，按照其鋼種和規(guī)格的不同，可以采取3種不同的穿孔方法：

  ①. 實(shí)心管坯在立式穿孔機(jī)上穿孔；

  ②. 預(yù)先在管坯中心鉆1個(gè)小孔（也叫導(dǎo)向孔），在壓力穿孔機(jī)上進(jìn)行穿孔；

  ③. 在管坯中心鉆1個(gè)直徑稍大于擠壓芯桿的大孔，直接送到擠壓機(jī)上擠壓。

  在立式穿孔機(jī)上對(duì)實(shí)心管坯進(jìn)行穿孔時(shí)，管坯經(jīng)加熱并除鱗后在表面粘上1層玻璃粉，裝入穿孔筒中。穿孔工藝過(guò)程如圖所示。

 穿孔開(kāi)始時(shí)，穿孔桿以及穿孔芯棒一起向下壓到管坯的上端。對(duì)管坯施加壓力，先使管坯鐓粗，待管坯充滿穿孔筒以后，穿孔桿與穿孔芯棒脫開(kāi)，穿孔桿以其自重壓在管坯上，而穿孔芯棒（在其前端裝有1個(gè)穿孔頂頭）繼續(xù)向下進(jìn)行穿孔。此時(shí)，金屬向上流動(dòng)，形成空心坯。穿孔筒下面有1個(gè)支持芯棒。它的作用像是1個(gè)閘門，在穿孔頂頭到達(dá)穿孔行程末了的預(yù)定位置以前，防止穿孔余料被剪斷和脫落。穿孔完畢后，穿孔頂頭和余料落下，穿孔筒和空心管坯移出。穿孔后空心管坯的溫度已有所降低，必須進(jìn)行再加熱，以達(dá)到要求的擠壓溫度?？招墓芘鹘?jīng)過(guò)加熱，溫度升到1180～1250℃，達(dá)到塑性變形狀態(tài)。加熱后的管坯先經(jīng)除鱗，然后在玻璃粉上滾動(dòng)，粘上1層玻璃粉。玻璃粉起潤(rùn)滑和隔熱的作用。管坯裝入臥式擠壓機(jī)的圓柱形擠壓筒中。在擠壓筒的底部裝有擠壓模和玻璃墊；在擠壓桿內(nèi)裝有1根圓芯桿（亦稱穿孔針）伸到模孔中。擠壓桿進(jìn)入擠壓筒，通過(guò)擠壓墊將管坯向?？锥藬D壓，隨著施加的壓力不斷加大，先使管坯鐓粗，消除管坯與擠壓筒內(nèi)壁之間的間隙，接著將其從?？字袛D出。在擠壓過(guò)程中，處于管坯與擠壓模之間的玻璃墊融化，覆蓋在鋼件的表面上充當(dāng)了潤(rùn)滑劑。

 擠出不銹鋼無(wú)縫管的外徑尺寸取決于?？椎膬?nèi)徑大小，而芯桿與?？字g的間隙決定鋼管的厚度。1個(gè)擠壓模通?？梢赃B續(xù)使用多次。擠壓完畢后，擠壓筒向后移動(dòng)一定距離，讓臺(tái)鋸落下鋸斷鋼管；臺(tái)鋸上升，擠壓筒復(fù)位；剪斷余料，與模子分離；取走模子鋼管由輥道運(yùn)出。鋼管冷卻后收集，用吊車運(yùn)到精整工段進(jìn)行必要的熱處理及精整處理。

  2. 異型管材

  異型管材的擠壓過(guò)程與擠壓圓管材基本一樣，不同的是擠壓模的?？仔螤詈托緱U的外形按需要設(shè)計(jì)成各種形狀。異型管材的形狀和尺寸取決于?？椎目仔秃托緱U的外形。另外，因異型模磨損不均勻，每次擠壓都要更換擠壓模。

  不銹鋼的強(qiáng)度和硬度高于鋁及鋁合金、銅及銅合金。其擠壓溫度也比較高，通常為1000～1250℃。如果擠壓速度過(guò)慢，或管坯運(yùn)送的過(guò)程過(guò)長(zhǎng)，就會(huì)因?yàn)殇摰臏囟认陆刀斐蓯炣嚕〝D壓不動(dòng)），所以鋼的擠壓速度一般在100～400mm/s之間（約為鋁的擠壓速度的5～15倍），要求機(jī)械化輔機(jī)運(yùn)行速度也要快，并且要用玻璃粉潤(rùn)滑管坯。圖所示是太原重型機(jī)械集團(tuán)有限公司設(shè)計(jì)制造的304不銹無(wú)縫管擠壓機(jī)生產(chǎn)線，該擠壓機(jī)采用了油泵－蓄勢(shì)器傳動(dòng)，可獲得較高的擠壓速度。它主要用于擠壓合金鋼、不銹鋼、高強(qiáng)度鋼管材。

二、主機(jī)結(jié)構(gòu)

  鋼管擠壓機(jī)主機(jī)為臥式四柱結(jié)構(gòu)，帶有內(nèi)置式穿孔裝置。主機(jī)由后梁、擠壓梁、擠壓筒、前梁、底座及立柱等部分組成，前梁與后梁用4根立柱連接。擠壓筒外殼采用“Ｘ”形導(dǎo)向。

 a. 機(jī)械化輔機(jī)

  1. 供坯輥道和緩沖定位裝置

  管坯從爐區(qū)輥道輸送到供坯裝置，被緩沖定位到供坯輥道的中心，不需要內(nèi)孔鋪粉的管坯由翻板翻到鋪粉臺(tái)上。

  2. 旋轉(zhuǎn)鋪粉裝置

  需要內(nèi)孔鋪粉的管坯，從供坯輥道翻到旋轉(zhuǎn)鋪粉裝置，管坯開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，其內(nèi)孔人工撲撒潤(rùn)滑劑，之后管坯再翻到供坯輥道，由供坯輥道翻到鋪粉臺(tái)上。

  3. 鋪粉臺(tái)和鋪粉裝置

  鋪粉裝置在鋪粉臺(tái)上方往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將玻璃潤(rùn)滑劑均勻地撒在鋪粉臺(tái)上。當(dāng)管坯從鋪粉臺(tái)上滾過(guò)時(shí)，其外表面就覆蓋了1層潤(rùn)滑劑。

  4. 供坯機(jī)械手

  供坯機(jī)械手從鋪粉臺(tái)上接受管坯和擠壓墊，并送至擠壓中心。

  5. 墊片循環(huán)和壓余輸出裝置

  墊片循環(huán)裝置可自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)擠壓墊片的循環(huán)使用，保證主機(jī)的連續(xù)擠壓。壓余、殘料由壓余輸出裝置送入廢料箱內(nèi)。

  6. 換模裝置

    用于快速更換模具。

  b. 機(jī)后出料系統(tǒng)

   后部出料系統(tǒng)用于擠壓制品的冷卻和運(yùn)輸。該系統(tǒng)的工作與擠壓機(jī)主機(jī)匹配。出料系統(tǒng)包括?？趯?dǎo)出筒、過(guò)渡輥道、出料輥道、推料裝置、冷卻平臺(tái)、步進(jìn)冷床和料筐等。

  c. 液壓動(dòng)力裝置

  驅(qū)動(dòng)擠壓機(jī)的液壓動(dòng)力裝置由油泵和蓄勢(shì)器聯(lián)合組成。泵站包括3臺(tái)主泵和4臺(tái)輔泵，能滿足主機(jī)各機(jī)構(gòu)動(dòng)作速度的要求，輔助油泵用于變量泵泵頭伺服、擠壓筒鎖緊保壓、主機(jī)機(jī)械化輔機(jī)控制等系統(tǒng)。蓄勢(shì)器的主要作用在于儲(chǔ)存高壓液體，使擠壓機(jī)能實(shí)現(xiàn)300ｍｍ/s的高速擠壓功能。當(dāng)處于非擠壓工作時(shí)間時(shí)，油泵輸出的高壓液體可儲(chǔ)存在蓄勢(shì)器中；進(jìn)行擠壓工作時(shí)，油泵和蓄勢(shì)器同時(shí)向擠壓機(jī)供油，在短時(shí)間內(nèi)可以向擠壓機(jī)輸出大流量的高壓油。

  d. 電氣控制系統(tǒng)

  電氣控制系統(tǒng)采用S7系列可編程序控制器，CPU具有大容量程序存儲(chǔ)、高傳輸速度和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制通訊總線主從接口，可對(duì)擠壓過(guò)程實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)。軟件程序采用編寫，模塊化程序。各種輸入／輸出模塊使PLC直接同電氣發(fā)訊元件即按鈕、限位開(kāi)關(guān)、壓力傳感器、編碼器、比例閥控制器等連接。電液閥線圈由PLC輸出模塊通過(guò)接觸器隔離控制。機(jī)械化設(shè)備的各機(jī)構(gòu)控制與主機(jī)共用1套PLC，確保各機(jī)構(gòu)動(dòng)作協(xié)調(diào)一致。

三、結(jié)語(yǔ)

  隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)高合金不銹鋼無(wú)縫管的需求量越來(lái)越大，作為一種高效而成熟的加工方法，熱擠壓技術(shù)將得到廣泛應(yīng)用，成為高合金、難變形的鋼種的無(wú)縫鋼管較理想的生產(chǎn)方法。不銹鋼無(wú)縫管擠壓機(jī)生產(chǎn)線投產(chǎn)后，各項(xiàng)參數(shù)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，并且采用上述無(wú)縫鋼管擠壓生產(chǎn)工藝，可擠壓出高質(zhì)量的合金鋼管材。1支管坯的實(shí)際擠壓時(shí)間不超過(guò)10秒，整個(gè)擠壓周期在80秒以內(nèi)。金屬管坯經(jīng)不銹鋼無(wú)縫管擠壓機(jī)生產(chǎn)線可一次加工成合格的管材，生產(chǎn)效率高。但是，如何在生產(chǎn)中提高擠壓速度、降低工具消耗、保證產(chǎn)品精度是需要進(jìn)一步研究的課題。