CN101873900A - 制造大直径无缝钢管的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到金属压力加工领域，即制造无缝钢管的工艺，方法包括：加热实心圆柱形钢坯；在钢坯和在挤压工具上涂玻璃基的润滑脂；把钢坯冲孔，挤压管子；把所得管子与挤压余料分开，从模子中脱开出管子。在立式水力管挤压机上并在一个挤压工作循环进行冲孔和挤压。预先预压钢坯，用冲压心轴在挤压模体内冲压钢坯。当金属在有压力垫圈的压力冲头的作用下经模子往下移动时用正压法挤压管子，延伸系数不小于1.4。工艺润滑脂含的石墨与玻璃的体积比为1∶4～1∶5。本发明确保把钢坯的冲孔和管的挤压操作合在一起，简化挤压机的结构，减小它的尺寸和质量，提高管挤压过程的生产能力，减少冲孔和挤压时的金属废料。

Description

制造大直径无缝钢管的方法

技术领域

本发明涉及用压力处理金属的领域，即涉及到生产无缝钢管的工艺。

背景技术

最有效制造大直径无缝钢管的过程是基于使用热挤压方法的过程。与其它已知的方法相比(锻造、机加工、冲孔和拉伸)，该方法可确保较高的尺寸精度及所得管子的形状，可制造大长度的管子，中、高合金钢管子，双金属管子，其中包括内部包覆不锈钢层的管子，可确保制造过程高的生产能力和较少的金属废料。

与本申请发明类似的一个发明是“Камерон”公司的在力30000吨和35000吨立式水力挤压机上制造直径达1200mm钢管的工艺过程((Avery D.HowCameron立式挤压无缝多则管金属进展，1977年，卷3No.2 52-57页)。其它类似的是按较晚的1980-90年代苏联设计的在力45000吨立式挤压机上制造直径达1400mm的管子(СтариковB.C等压制方法制造大直径钢管的工艺和工具//锻压制造1988年No.10，14-17页)。

按上面引用的类似方法制造管子的特征是，使用正挤压方法使管子从上面排出，利用去毛刺机把管子与冲压余料分离开。在挤压过程中，安装在压力机工作台上的压力冲头保持不动，挤压模体在台上上下移动。与在“Камерон”公司实施的并规定使用工艺石墨基润滑脂的工艺不同，在45000吨压力机上的挤压，可以用确保所得管子表面高质量及提高挤压工具强度的高效玻璃其润滑脂来进行。这是由于研制出了带自由活动垫圈(不固定在压力冲头上)新结构压力工具后达到的(苏联发明证书No.1274889——“管挤压用的工具”)。

上述类似发明的严重缺点是：在挤压机上挤压必须使用空心的钢坯，这个缺点导致管挤压系统中必须有附加的大设备(锻造或冲孔挤压机)用来预先准备这些钢坯，这本身既使建造系统又使随后的运行更费钱。

作为本发明的原型，选择了俄罗斯专利No.2166394的制造无缝钢管的方法。与上述类似发明相比，该原型的优点在于它保证可能使用安心钢坯，这是由于通过直接在挤压机上把钢坯冲孔达到的，而且，管的冲压和随后的挤压结合到了一个挤压工作循环，因此，实现了冲孔和挤压联合过程。

原型方法包括：加热钢坯，在钢坯上和工具上涂上玻璃润滑脂，依次在立式水力挤压机上用挤压心棒(心轴)冲孔钢坯(预先用压力冲头在挤压模体中预压钢坯)；用正压方法挤压，经模子往下排出管子，这个挤压是用移动压力冲动和自由(不固定)挤压垫圈在固定挤压模体中的模子中实施的；用挤压机装置上专门设置的切断方法，把所得管子与冲压余料分离开。

在制造通常最广泛使用规格的管子时，原型方法可保证明显降低建立管生产部门的基本建设投资费用，劳动工作量及制造管时的运行消耗(电能，工具，设备维护等)，有利于在生产无缝钢管整个范围内提高热挤压方法所得管子的份额，创造建设小型冶金工厂的有利可图的条件，以及在机械制造企业，在企业的制造工段，创造组织专门生产管子的有利条件。

但是，在用到制造大直径(400～500mm和更大的达1400mm特殊的天然钢管时，其中包括有高厚壁(达100mm)的管子时，原型方法的一些明显特征就成了用该方法制造上述管时发生严重缺点的原因。

这样，按原型方法制造管时，必须有一台挤压机，该挤压机除了要有为靠压力冲头冲程挤压管的主传动装置外，还要有一个心棒冲孔初始钢坯时实施心棒工作行程的独立的大功率传动装置及一个切断管子冲压余料的大体积的装置，这导致额外增加挤压机的体积和质量和建造费用。这些情况成了用原型方法得到大直径管时该方法的主要特点。在这里，恰当要指出的是，即使是按上述类似方法，从空心钢坯用来生产直径小于1400mm管子的力为45000吨的挤压机，没有大功率的冲孔系统和切割系统，然后，已有庞大的体积(长-31.1米，宽-14.9米，高-52.7米)。同时，整个挤压装置的质量达到了2万吨。使用到大直径管时，原型方法的另一些缺点是：必须直接在挤压机上把管与挤压余料分离开，把钢坯支承到挤压模子冲孔。这相应地引起在挤压机上制造管子循环时间的增加和切去心棒冲透钢坯底时得到的金属废料体积的增大。应该提到的是，在45000吨挤压机上制造壁厚100mm直径14000管子时的初始空心钢坯的质量为18吨。

指出原型方法这些缺点，同时应特别考虑，制造大直径热挤压管用的管挤压系统的建立及其运行，关系到巨大的财力和物力的消耗。所以，所要建立的管生产利润指标和竞争能力在这里具有特别重要的、首要的意义。

发明内容

本发明主要目的是要建立一个制造大直径无缝钢管的方法，该方法立足于把钢坯冲孔和管的挤压操作合并在挤压机一个工作循环，在建造挤压系统时确保降低基本投资消耗费用及运行时通过简化结构、减小压力机体积的质量、提高管挤压过程生产能力、减少冲孔和挤压时金属废料来降低当前的费用。因此，本发明负有消除所有已知类似方法和原型方法最大缺点的使命。

本申请发明上述目的是通过如下途径达到的。提出的制造大直径无缝多则管的方法包括：加热实心圆柱形钢坯；在其上面及挤压工具上涂玻璃基的工艺润滑脂；依次在立式水力挤压机上在一个工作循环在挤压模体内用挤压心棒实施的钢坯冲孔(预先压钢坯)操作和用正压方法挤压管子的操作，并在有压力垫圈的压力冲头作用下，金属经模子从下面排出；把所得管子与冲压边角分开，从模子中脱出管子。这时，往工艺润滑脂组分中加入石墨，石墨与玻璃的体积比为1∶4～1∶5。钢坯料的预压是用压力心棒实施的，钢坯冲孔延伸系数不小于1.4。在冲孔过程中钢坯依托在实心的支座上，而冲头随钢坯高度的增加不断往上移动。为了冲孔和挤压，使用牢牢固定在冲头上的压力垫圈。有压余料的管子往上移动，模子转换到除去产品的位置后，从模子中脱出管子，在压力机外面分离开压余料。

推荐的方法的优点在于：

·在工艺润滑脂中加入了具有高按摩性质的石墨，便于在除去管子时移动经模子挤压了的管，便于从挤压模体排出压余料，并消除有固定了挤压填圈的压力冲头在压出管子后的相反过程中“卡住”的危险。

·有高度变形的钢坯冲孔可使挤压模体中的钢坯在冲孔前不用压力冲头松压，而是用心棒松压，减少了在以后挤压的变形份额(靠冲透钢坯壁厚的减小)以及减少压力机主传动装置额定力的数值。所有这些有可能从一个这样的传动装置进行冲孔和挤压，没有必要有一个心棒的独立大功率传动装置。

·在钢坯冲孔时把它支承到整体支座上(不是到有内部工作通道的模子上)确保了减小还没冲透的钢坯底部的厚度，因此，减小了随后心棒冲孔钢坯底部时所谓“冲孔余量”形式的金属废物体积。与压力冲头预先一次提升到钢坯高度增长最终值相比，在钢坯冲孔时有压填圈的压力冲头不断连续的提升，确保了在冲孔过程中用压填圈定心心棒创造了更好的条件。

·使用常固定在压力冲头上的压填圈，就不再要在每次挤压循环中把它送到挤压模体中，没有必要有把压填圈与压余料分离开的辅助装置。

·不在挤压机上用它专门的切割机械预先把管子与压余料分开，只通过把模子往上移动取出管子，简化了挤压机的结构，缩短了在挤压机上制造管子的工作循环时间。在从挤压机轴移动状态完成此操作，简化了从挤压机接收管子和把它们堆放的过程。

本发明由于有以上所列优点，从而确保了它达到上述最终目的。

具体实施方式

推荐的本发明用图1《а》-《в》，图2(《а》-《г》)和图3(《а》-《в》)上的各图来说明，在这些图上以图示的形式示出了根据有2007年9月17日发明优先权的申请-No.2007134334，按在立式水压机上的新方法制造管子的工艺过程。

这个压力机有：设有有上、下横臂的机架；横臂之间有传动装置的挤压模体固定器和固定的横梁。在横梁上的各角上固定了机架的导向栓，从上安装了移动台，从下设有主传动装置，它包括一组有固定在不动横梁上的壳体和与下横臂相连的栓塞的工作气缸。挤压机工艺工具内挤压模体、心棒、压力冲头和模子组成。心棒固定在移动机架的上横臂，压力冲头安装在位于上横臂和挤压模体之间的附加横臂上，它装有相对心棒移动压力冲头用辅助传动装置。工艺工具系统还有冲孔用的支座(堵板)。挤压用的模子和冲孔用的堵板位于压力机工作台的二个位置。在活动机架下横臂上设有从模子推出挤压好管子的支架，而在固定横梁上有一个确保管子从压力机的轴移动到移出位置的垂直槽。

在图1上示出了钢坯冲孔的工艺步骤(工步)(《а》-钢坯装到挤压模体中，《б》-钢坯卸压结束，《в》-冲孔结束)，在图2上为管子挤压的工步(《а》-模子移动到压力机轴线，《б》-冲孔钢坯的底冲透，《в》-管挤压开始，《г》-管挤压结束)，在图3上为管子从模子和从压力机取出的工步(《а》-从挤压模体分离出压余量，《б》-有管子的模子移动到移出管子的位置，《в》-从模子中脱开管子及从压力机上移出管子。

按发明方法制造管子是如下进行的：

在初始状态，与压力机机架上横臂(2)相连的心棒(1)，挤压模体(3)处于最上位置，而安装在压力机附加横臂(5)上并有固定在该横臂上压填圈(6)的压力冲头(4)处在压填圈下端位于挤压模体工作腔出口处的状态。置在工作台(8)上的冲压支座(7)在压力机轴的位置。加热的在侧表面上涂有工艺玻璃-石墨润滑脂的实心钢坯(9)送到压力机轴上挤压模体和支座空间地方(图1-《а》)，定位到这个支座。在钢坯上端放上一点同样圆盘形润滑脂(10)，其直径相应于心棒直径，然后，把挤压模体往下放下到支座顶头，这时，钢坯是在挤压模体内。

开始钢坯的冲压，预先往钢坯上在辅助传动装置(在图上未示出)的作用下放下压力冲头，然后，在压力机主传动装置(在图上未示出)作用下，开始带有心棒的机架工作进程。开始，心棒镦锻钢坯到消失钢坯侧表面与挤压模体之间的间隙。在镦锻过程中钢坯缩短，这时，压力冲头往下移动，依然以压填圈端面支在钢坯上。在钢坯卸压后(图1-《б》)，心棒继续往下移动，深入到钢坯，把它冲孔，在钢坯内形成一个内圆柱形腔(图1-《в》)这时在钢坯冲孔时挤出的金属往上移动，迎上心棒的移动，依靠辅助传动装置，压力冲头同时往上移动，空出地方加长钢坯长度，在钢坯冲孔末，在它的底端留下不厚的板(底部)。

钢坯冲孔之后，接着就是管子的挤压，为此，挤压模体，心棒和压力冲头往上移动一小距离。工作台把安装在挤压机上的模子(11)送到挤压机轴，压模子上端放置了带有孔的填圈(12)形状的工艺玻璃-石墨润滑脂(图2-《а》)挤压模体放下到模子，然后，依靠心棒短的行程，冲孔钢坯的底冲透，形成“余料”形式的钢坯金属废料(图2-《б》)。之后，装有心棒的机架上横臂及其上面有压力冲头的附加横臂是闭合的，接着应该是挤压工作进程。在压力机主传动装置的作用下，心棒和有压填圈的压力冲头往下移动，在来自压力冲头一侧的压力下，空心钢坯的金属以管(14)的形式挤出到模子和心棒之间的环形间隙(图2-.《в》)。当挤压模体中模子上留下一部分厚度小(15)的未挤压好的钢坯(压余料)和在横向压力冲头和挤压模体上端之间保持等于上述厚度的不大距离时(图2，《г》)，挤压结束。

挤压后从压力机上移出已得到的管子，心棒往上移动并从压余料中脱开出来。挤压模体及其里面的压余料稍稍升高到顶头到达压力冲头横臂，这时，由固定的压力冲头往睦以承的压余料从挤压模体挤压出(图3-《а》)，模子及其里面的管子由工作台移动到管子移出的位置，冲孔用的支座是在压力机轴上，压力冲头和心棒同时往上移动到初始状态，挤压模体提升到工作台上面位置，为在挤压模体中设置下一个钢坯(图3-《б》)，这以后，压力机机架开始移动，到达最高位置。在这个移动过程中，固定在机架下横臂上(图上未示出)的支座(14)作用到已挤压出管的下端，把管子经模子往上挤一个机架行程的一个数值，在这之后，利用桥式吊车(17)管子最终超出压余料界限从模子中取出来(图2，《в》)，这时，在压力机上制造管子的循环结束。利用专用的切割工具在压力机外，把压余料与挤压出的管子分离开。

利用本发明可明显地提高制造基础经济领域所需的大直径无缝钢管的技术经济指标，包括生产新一代许多工业设施使用的具有高压力和温度系数的厚壁管，例如，在现代原子能和热电站上所应用的管子。

Claims (1)

1.一种制造大直径无缝钢管的方法，包括以下步骤：加热实心圆柱形钢坯；在钢坯和挤压工具上涂玻璃基的工艺润滑脂；预压钢坯，依次在立式水力挤压机上，在挤压模体内用挤压心棒以一个工作循环进行钢坯冲孔操作及用正压挤压管子的操作；在有压力垫圈的压力冲头作用下，金属经模子往下排出；以及把所得管子与压余料分离开，从模子中脱出管子，其中：在工艺润滑脂的组分中，以与玻璃1∶4～1∶5的体积比加入石墨，用挤压心棒预压钢坯，冲孔钢坯，冲孔延伸系数不小于1.4，在钢坯冲孔过程中，钢坯支承在一个实心支座上，压力冲头随钢坏高度的增加，不断往上移动，为了冲孔和挤压，使用固定在压力冲头上的压填圈，往上移动有压余料的管子，把模子转到除去产品的位置以后，从模子中脱开管子，在挤压机外面把压余料分离开。

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