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上直接穿孔的工藝，適用于空心坯直徑大于100mm的孔。因為空心坯的內(nèi)孔大于100mm時，預鉆孔的金屬消耗太大，影響擠壓不銹鋼管的經(jīng)濟性。而內(nèi)孔直徑大于100mm的空心坯，穿孔時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，不僅能獲得高質(zhì)量的空心坯，同時提高了擠壓不銹鋼管的成材率。

 對于空心坯直徑超過150mm的孔，采用擴孔工藝是不合適的。因為在這種情況下，需要預鉆孔的直徑超過35mm,增加了金屬消耗。如果采用二次擴孔工藝，則又要影響機組的生產(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的產(chǎn)品大綱有關。不同能力的穿孔機所采用的最大坯料的尺寸如下：

     穿孔機的能力／MN            9         12         20          25

     坯料最大直徑／mm          270      310       400         480

    空心坯最大長度／mm       700      1000      1250      1400

  穿孔時，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)過預鐓粗工序，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，還須考慮到在坯料裝入穿孔筒時，厚度約為1mm的潤滑劑層不被擦掉。為了使還料在穿孔筒內(nèi)襯中的對中，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，空心壞能順利退出。

  在預鉆孔坯料直接擴孔時，擴孔力可以按照實心坯料穿孔的公式計算，取低于其25%~30%的穿孔力。不銹鋼管坯料在鐓粗和穿孔過程中，其長度發(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，坯料長度變長，軸向增長的體積等于穿孔頭所穿出的整個內(nèi)孔的體積。制定工藝制度時，可按下式確定鐓粗坯料的長度和穿孔后坯料的長。

  根據(jù)尼科波爾南方不銹鋼管廠家的經(jīng)驗，在無對中的穿孔桿自由穿孔芯棒穿孔時，穿孔芯棒的強度安全系數(shù)的選擇不能小于4。在實心坯料進行穿孔時，影響穿孔后空心坯同心度和內(nèi)孔彎曲度，進而導致在擠壓時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)：對于實心坯料穿孔時，Lz/dz=5~7;碳鋼穿孔時為7; 不銹鋼穿孔時為5~6.

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

 當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%.

 當坯料鐓粗時，在金屬中要達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荷。對于1Cr18Ni10Ti不銹鋼管，鐓粗最佳的單位壓力值計算得出為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心坯料的穿孔工具時，得到的穿孔空心坯的壁厚不均較小。這已經(jīng)在生產(chǎn)實踐中得到證實。

  坯料穿孔時，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。而當這種棱緣磨損不均衡，甚至是單方面的磨損時，對產(chǎn)生空心坯壁厚不均勻的影響將特別嚴重。

 一般采用熱穩(wěn)定性好、鎢含量高的鋼來制造穿孔頭，如3Cr2W8V、4Cr5W2VSi、35Cr5WMoSi、Ni12等鋼種，并用制造穿孔芯棒的余料來制造。其用于穿孔不銹鋼坯料時，穿孔頭的使用壽命不超過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個組成）是最有效的。穿孔芯棒采用不同的對中系統(tǒng)對空心坯壁厚不均有影響。坯料經(jīng)過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到3mm.在這種情況下，空心坯長度,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)代化穿孔機上，采用了鐓粗桿和穿孔芯棒運動的套管系統(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準坯料中心，并減小穿孔芯棒的自由長度。

 采用波狀的穿孔頭進行穿孔時，實現(xiàn)了穿孔頭對于穿孔坯料的附加定心。穿孔時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)中運動的穿孔機上的穿孔頭，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穿孔周期中，潤滑劑均勻地進入變形區(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穿孔后空心坯壁厚不均的影響試險表明：溫度從1160℃升高到1225℃穿孔時，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該是均勻的，但要做到加熱溫度絕對均勻是不現(xiàn)實的。一般當坯料橫截面上的溫差不超過30℃時，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程中，低溫區(qū)通過熱傳導而使溫度得到補償。但在感應加熱爐中加熱的坯料端部溫度降低，引起坯料在長度上，尤其是端面溫差增大時，會導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，穿孔頭和穿孔對中模的間隙不當?shù)?，都會導致空心坯壁厚不均或?nèi)孔彎曲。但當穿孔頭帶有導向的尖頭時，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。這是由于在坯料穿孔的不穩(wěn)定階段，定心孔的導向作用對穿孔后空心壞的質(zhì)量起到事半功倍的效果所致。