至德鋼業不銹鋼無縫管熱擠壓技術探討分析

  浙江至德鋼業有限公司簡述了不銹鋼無縫管和異型管材熱擠壓的一般工藝過程，包括熱擠壓生產不銹鋼無縫管時所需空心管坯的幾種制造方法。介紹了304不銹鋼管擠壓機生產線的設備構成，包括擠壓機的主機、機械化輔機、機后出料系統、液壓動力裝置和電氣控制系統。熱擠壓加工能將金屬管坯一次加工成管、型材，可以很好地實現難變形鋼種的鋼管成型，是生產高合金、難變形鋼種和各種異型無縫鋼管的較理想的方法。

  熱擠壓技術是一種將金屬在再結晶溫度以上進行擠壓，使管坯從一個?？讛D出，以得到?？仔螤顢嗝婀懿牡慕饘俪尚头椒?。在整個熱擠壓過程（從管坯到荒管）中，管坯都是在三向壓應力的狀態下進行變形的。這不但可以解決難變形鋼種的鋼管成型問題，而且可以避免由張應力引起的荒管內外表面缺陷。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，擠壓設備的功能及控制手段也日趨完善，以下將予以相應介紹。

一、熱擠壓生產工藝過程

  1. 無縫鋼管

  用熱擠壓技術生產不銹鋼無縫管時，管坯必須是空心坯。一種是對鍛坯或鑄坯進行穿孔的空心坯，另一種是離心鑄造的空心坯。

  對鍛坯或鑄坯進行穿孔，按照其鋼種和規格的不同，可以采取3種不同的穿孔方法：

  ①. 實心管坯在立式穿孔機上穿孔；

  ②. 預先在管坯中心鉆1個小孔（也叫導向孔），在壓力穿孔機上進行穿孔；

  ③. 在管坯中心鉆1個直徑稍大于擠壓芯桿的大孔，直接送到擠壓機上擠壓。

  在立式穿孔機上對實心管坯進行穿孔時，管坯經加熱并除鱗后在表面粘上1層玻璃粉，裝入穿孔筒中。穿孔工藝過程如圖所示。

 穿孔開始時，穿孔桿以及穿孔芯棒一起向下壓到管坯的上端。對管坯施加壓力，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，穿孔桿以其自重壓在管坯上，而穿孔芯棒（在其前端裝有1個穿孔頂頭）繼續向下進行穿孔。此時，金屬向上流動，形成空心坯。穿孔筒下面有1個支持芯棒。它的作用像是1個閘門，在穿孔頂頭到達穿孔行程末了的預定位置以前，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，必須進行再加熱，以達到要求的擠壓溫度?？招墓芘鹘涍^加熱，溫度升到1180～1250℃，達到塑性變形狀態。加熱后的管坯先經除鱗，然后在玻璃粉上滾動，粘上1層玻璃粉。玻璃粉起潤滑和隔熱的作用。管坯裝入臥式擠壓機的圓柱形擠壓筒中。在擠壓筒的底部裝有擠壓模和玻璃墊；在擠壓桿內裝有1根圓芯桿（亦稱穿孔針）伸到?？字?。擠壓桿進入擠壓筒，通過擠壓墊將管坯向?？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壁之間的間隙，接著將其從?？字袛D出。在擠壓過程中，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了潤滑劑。

 擠出不銹鋼無縫管的外徑尺寸取決于?？椎膬葟酱笮?，而芯桿與?？字g的間隙決定鋼管的厚度。1個擠壓模通?？梢赃B續使用多次。擠壓完畢后，擠壓筒向后移動一定距離，讓臺鋸落下鋸斷鋼管；臺鋸上升，擠壓筒復位；剪斷余料，與模子分離；取走模子鋼管由輥道運出。鋼管冷卻后收集，用吊車運到精整工段進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的外形按需要設計成各種形狀。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℃。如果擠壓速度過慢，或管坯運送的過程過長，就會因為鋼的溫度下降而造成悶車（擠壓不動），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），要求機械化輔機運行速度也要快，并且要用玻璃粉潤滑管坯。圖所示是太原重型機械集團有限公司設計制造的304不銹無縫管擠壓機生產線，該擠壓機采用了油泵－蓄勢器傳動，可獲得較高的擠壓速度。它主要用于擠壓合金鋼、不銹鋼、高強度鋼管材。

二、主機結構

  鋼管擠壓機主機為臥式四柱結構，帶有內置式穿孔裝置。主機由后梁、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”形導向。

 a. 機械化輔機

  1. 供坯輥道和緩沖定位裝置

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

  2. 旋轉鋪粉裝置

  需要內孔鋪粉的管坯，從供坯輥道翻到旋轉鋪粉裝置，管坯開始旋轉，其內孔人工撲撒潤滑劑，之后管坯再翻到供坯輥道，由供坯輥道翻到鋪粉臺上。

  3. 鋪粉臺和鋪粉裝置

  鋪粉裝置在鋪粉臺上方往復運動，將玻璃潤滑劑均勻地撒在鋪粉臺上。當管坯從鋪粉臺上滾過時，其外表面就覆蓋了1層潤滑劑。

  4. 供坯機械手

  供坯機械手從鋪粉臺上接受管坯和擠壓墊，并送至擠壓中心。

  5. 墊片循環和壓余輸出裝置

  墊片循環裝置可自動地實現擠壓墊片的循環使用，保證主機的連續擠壓。壓余、殘料由壓余輸出裝置送入廢料箱內。

  6. 換模裝置

    用于快速更換模具。

  b. 機后出料系統

   后部出料系統用于擠壓制品的冷卻和運輸。該系統的工作與擠壓機主機匹配。出料系統包括?？趯С鐾?、過渡輥道、出料輥道、推料裝置、冷卻平臺、步進冷床和料筐等。

  c. 液壓動力裝置

  驅動擠壓機的液壓動力裝置由油泵和蓄勢器聯合組成。泵站包括3臺主泵和4臺輔泵，能滿足主機各機構動作速度的要求，輔助油泵用于變量泵泵頭伺服、擠壓筒鎖緊保壓、主機機械化輔機控制等系統。蓄勢器的主要作用在于儲存高壓液體，使擠壓機能實現300ｍｍ/s的高速擠壓功能。當處于非擠壓工作時間時，油泵輸出的高壓液體可儲存在蓄勢器中；進行擠壓工作時，油泵和蓄勢器同時向擠壓機供油，在短時間內可以向擠壓機輸出大流量的高壓油。

  d. 電氣控制系統

  電氣控制系統采用S7系列可編程序控制器，CPU具有大容量程序存儲、高傳輸速度和工業現場控制通訊總線主從接口，可對擠壓過程實現快速響應。軟件程序采用編寫，模塊化程序。各種輸入／輸出模塊使PLC直接同電氣發訊元件即按鈕、限位開關、壓力傳感器、編碼器、比例閥控制器等連接。電液閥線圈由PLC輸出模塊通過接觸器隔離控制。機械化設備的各機構控制與主機共用1套PLC，確保各機構動作協調一致。

三、結語

  隨著科學技術的飛速發展，對高合金不銹鋼無縫管的需求量越來越大，作為一種高效而成熟的加工方法，熱擠壓技術將得到廣泛應用，成為高合金、難變形的鋼種的無縫鋼管較理想的生產方法。不銹鋼無縫管擠壓機生產線投產后，各項參數均達到了設計要求，并且采用上述無縫鋼管擠壓生產工藝，可擠壓出高質量的合金鋼管材。1支管坯的實際擠壓時間不超過10秒，整個擠壓周期在80秒以內。金屬管坯經不銹鋼無縫管擠壓機生產線可一次加工成合格的管材，生產效率高。但是，如何在生產中提高擠壓速度、降低工具消耗、保證產品精度是需要進一步研究的課題。