无芯棒拔制冷拔钢管时 如何避免壁厚不均?

无芯棒拔制冷拔钢管时 如何避免壁厚不均?

无芯棒拔管时的变形过程        (1)变形区和金属变形。无芯棒拔管时所用的变形工具只是一个拔管模。一般变形区始端a-a(图2)截面冷拔钢管直径为D’0,而变形区的终端b-b截面处的冷拔钢管直径定为模孔定径带的直径do。实际上无芯棒拔制时,冷拔钢管的变形开始于与模壁接触之前,而当冷拔钢管离开模孔入口锥进入定径带后,仍可能继续有一定程度的变形。一般冷拔钢管开始接触模壁之前直径已略有减小,壁厚已略有增加,冷拔钢管离开变形后直径仍继续有某些减小,壁厚也有些减薄。生产中空拔后冷拔钢管的直径D1。往往略小于定径带模孔的直径。

存在不接触变形区的原因是:设想从冷拔钢管上沿其轴向切下一窄条单元体,则该窄单元体在整个变形过程中要经过两次弯曲。在入口处由于模壁压力作用而产生第一次弯曲。弯曲结果使部分金属在接触模壁前就开始变形了,形成前不接触变形区。当窄条单元体离开入口锥进入定径带后在原来方向移动的过程中,由于模壁压力消失,窄条单元体在拔制力的作用下将产生方向与前一次相反的另一次弯曲。在这次弯曲过程终了之前,冷拔钢管继续有某些变形,导致拔后冷拔钢管直径小于定径带模孔的直径。

(2)拔后冷拔钢管直径的确定。拔后冷拔钢管的直径D1,是通过空拔模定径带的模孔直径d0来控制,但D1和d0通常是有差异的。一般D10,在某些情况下其差值还比较大。

D1=d0-a1+a2

式中a1为由于不接触变形造成的缩径量;a2为管材直径弹性增加值,由空拔模的弹性变形量和拔后冷拔钢管弹性恢复量两部分构成。

若以△D/D=(D1-d0)/D1×100来度量D1与d0相差的程度(%),则影响该值大小的具体工艺因素有模子的锥角a、冷拔钢管的直径与壁厚之比(D/S)以及变形程度等。

(3)壁厚变化及均壁作用。无芯棒拔管时在直径减小的同时冷拔钢管壁厚也发生着变化,即可能减薄、不变或者增加,其原理参见张力减径变形原理有关部分。

式中为壁厚变化率,△S=S1-S0,S0,S1为管材空拔前和后的壁厚,D0和D1为管材空拔前后的直径,Dc。

空拔过程中,在壁厚发生变化的同时,管材原始横向壁厚不均的程度能有所减小,称为均壁作用。

均壁作用的产生是由于管壁上的不同壁厚处在空拔时有不同的壁厚变化,在增厚的情况下,薄壁处增厚多,厚壁处增厚少;在减壁的情况下则相反,壁薄处减薄少,壁厚处减薄多。

(4)空拔时不均匀变形及拔制后冷拔钢管内部的残余应力。空拔过程中金属流动是不均匀的。由于变形的不均匀性相应产生了附加应力(见附加应力定律)。空拔时外层金属自然延伸时的轴向流动速度小于内层,但由于受整体性的制约,在轴向外层金属承受附加拉应力(σ1),内层金属承受附加压应力(图4),又由于外层金属在受到轴向附加应力的同时力图减小壁厚和缩小直径,内层金属力图增加厚度和增大直径,因此在周向,外层产生附加拉应力,内层产生附加压应力(仉)。在径向,外层和内层都产生附加压应力(图4)。另外,由于后不接触变形区存在,在轴向和周向,外层和内层也会分别产生附加拉应力和附加压应力。

金属较脆、变形量过大、环境温度低、拔前管存在较大的加工硬化或者退火时加工硬化没有完全消除以及受冲击等因素,都会增加空拔管的爆裂产生。生产中防止爆裂主要措施是合理确定空拔的变形量,根据需要及时退火,注意打头质量,避免形成蹄形管尾等。采用滚模拔制工艺可使变形过程中外摩擦明显降低,金属不均匀变形明显减小,拔后管内的残余应力σ1和σt可减至固定模拔管时的1/4~1/5。

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