CN1260018C - 一种中空钎具钢的热轧穿孔－冷轧成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种中空钎具钢的热轧穿孔-冷轧成型方法。其特征在于：采用热轧穿孔-冷轧成型法生产B、D型中空钎具钢，热轧穿孔Φ50二辊斜轧穿孔机将Φ50～Φ65mm的圆形实心管坯在热状态下轧制成Φ50～Φ65mm，壁厚6～17mm的中空毛管，冷却后在冷轧机上轧制成型。本发明从中空钢的几何特征出发，通过工具设计，实现特定的变形过程。与现有的生产方式相比，本发明的主要优点是：工序少、流程短、内孔质量好、形状与尺寸精度高。

Description

一种中空钎具钢的热轧穿孔—冷轧成型方法

技术领域

本发明属于金属材料加工技术领域，特别是提供了一种中空钎具钢的热轧穿孔—冷轧成型方法。

背景技术

中空钎具钢是用于矿山开采等凿岩、钻眼的主要工具。常用规格有六角形的B19～B45(数字表示对边距离mm)和圆形的D32～D51(数字表示直径mm)，其横断面如图1所示，中心的注水孔用于通水、除尘和冷却。

中空钎具钢的几何特征是：壁厚(壁厚与外径之比S/D为1/3.2～1/3.5)、内孔小(最小仅为5.5mm)、长度长(最长达6mm)。鉴于以上“似(钢)管非(钢)管”的几何特征，该产品既不能完全采用无缝钢管的生产工艺，也不能完全采用机械加工的方法。由于内孔的质量在很大的程度上决定了产品的抗弯曲疲劳性能(用于生产的主要性能)，因此内孔的生产方式及其质量成了区分生产方式和评价其优劣的主要依据。

中空钎具钢现有的生产方式主要有以下两种：

1、由胡铭、秦燕1994年发表在《凿岩机械气动工具》论文“瑞典中空钢材的生产线状”提出机械钻孔—带芯热轧法。其主要工艺流程见图9。

该工艺的主要特点是插入的高锰钢芯棒与坯料一起变形，冷却后再将芯棒抽出。由于芯棒起到了加工中空钢内孔的作用，因此，内孔表面无裂纹等缺陷。该工艺的主要缺点是：工序多、流程长、内孔不圆及芯棒消耗大(一支芯棒只能轧一根中空钎具钢)。世界上最著名的瑞典Sandvik公司采用的是该工艺。

2、由叶凌云、冯志勇1996年发表在《钢铁》论文“凿岩钎杆用中空钢热穿—热轧生产法生产工艺”提出斜轧穿孔—斜轧成形法。其主要工艺流程见图10。

该工艺的主要特点是利用斜轧穿孔得到厚壁毛管，在三辊斜轧延伸机上，并且在不带芯棒的情况下对毛管进行大减径变形，具有流程短、设备少、生产成本低的优点。该工艺的主要缺点是由于没有芯棒对内孔表面的加工作用和斜轧延伸过程管子的剧烈扭转，使得内孔表面经常出现裂纹，皱折等缺陷，导致使用寿命不高和不稳定。中国的咸宁矿山机械厂、新抚顺钢厂采用该生产工艺。

发明内容

中空钎具钢的质量取决于以下三个环节：钢种的选择与冶金质量、成形方式、热处理制度。本发明目的是针对成形方式提出的生产高质量的B、D型中空钢的成型方式。

本发明采用热轧穿孔—冷轧成型法生产B、D型中空钎具钢。热轧穿孔(Φ50二辊斜轧穿孔机)将Φ50～Φ65mm的圆形实心管坯在热状态下轧制成Φ50～Φ65mm，壁厚6～17mm的中空毛管，冷却后在冷轧机上轧制成型。

常规的二辊与三辊冷轧机是用来生产高精度薄壁钢管(S/D＝1/60～1/250)的专用设备。本实用新型利用冷轧机的动作原理，从中空钢的几何特征(S/D＝1/3.2～1/3.5)出发，通过工具设计，实现特定的变形过程，在三辊冷轧机上生产B、D型产品，在二辊冷轧机上生产D型产品。

成型工艺过程：

在三辊冷轧机上生产B、D型产品时，变形工具有三个等截面(B型为三角形孔型、D型为等半径圆弧形孔型)轧辊、三块变截面支承板和一支圆柱形芯棒。轧辊的辊轴紧靠在支承板的滑道上，利用滑道的特殊形状的变化，实现以下变形过程：当轧辊运动至前极限位置(正行程)时，轧辊靠拢，孔型形状和产品形状一致；当轧辊运动至后极限位置(返行程)时，轧辊分开，并离开管料，此时回转送进机构将管料回转一定角度(B型为60°，D型为40°～60°)并送进一段管料，然后轧辊再次向前运动，使送进的这一段管料在轧辊与芯棒之间受到变形。如此反复周期运动，直至将空心毛管轧成中空钎具钢。变形区及成形原理如图二所示。

上述变形过程的变形区L由减径增壁段L₁、减壁段L₂、预精整段L₃、定径段L₄组成，各段的作用为：

L₁：完成大部分减径变形，在减径的同时，壁厚有较明显的增加(约为1～1.2mm)；角部开始形成。

L₂：完成减壁变形，减壁量等于或略大于在L₁段增加的壁厚；角部充满。

L₃：形状与尺寸达到产品要求。

L₄：形状尺寸精确，内外表面光洁。

在二辊冷轧机上生产D型产品时，变形工具有两个变截面的轧辊和一支锥形芯棒，变形过程与变形区组成和三辊冷轧机基本相同。

工艺参数：

相对减径率： $\frac{D_0-d}{D_0}\×100\%=15~30\%$

相对减壁率： $\frac{S_0-s}{S_0}\×100\%=0~10\%$

延伸系数：μ＝1.5～2.5

空心管料： $\frac{S_0}{D_0}=\frac{1}{4.0}~\frac{1}{4.5}$

成品： $\frac{s}{d}=\frac{1}{3.2}~\frac{1}{3.5}$

式中：

D₀、d-空心管料、成品外径，mm

S₀、s-空心管料、成品的壁厚，mm

变形区参数：

L₁＝(0.3～0.5)L

L₂＝(0.4～0.3)L

L₃＝(0.2～0.1)L

L₄＝0.1L

本发明的优点在于：

1、工序少，流程短。

主要工序为：将圆管坯加热后热轧穿孔，然后冷轧成型(在冷轧机上一次成型)。见图11

2、产品质量好。

由于芯棒参加变形，保证了水孔的内表面质量；芯棒可反复使用；内外表面光洁，形状与尺寸精确，可实现负公差轧制。

3、应用前景广阔。

我国有许多钢管生产厂家，例如宁波天柱特种钢管有限公司已有Φ50mm穿孔机和冷轧管机，对现有生产线稍作改进，即可生产中空钎具钢。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明：

图1是三辊轧管B类产品辊型示意图。D_m为轧辊最大直径，D_p为辊底直径，D_g为辊颈直径；B为B类产品轧辊孔槽宽度，b为B类产品轧辊辊环宽度。

图2为三辊轧管D类产品辊型图。D_m、D_p、D_g分别为轧辊最大直径、辊底直径、辊颈直径；R、B、b：分别为轧辊孔型半径、孔槽宽度、辊环宽度。

图3为三辊轧管支撑板示意图。其中：β₁、β₂、β₃、β₄：分别为支撑板各段锥角；H₁、H₂、H₃：分别为支撑板总高度、反锥段高度和空转段高度；S₁S₂：分别为空转端板厚、反锥端板厚；L、B、b、h：分别为支撑板长度、宽度、侧壁厚度、反锥段下降高度。

图4为三辊轧管芯棒示意图。其中φ为三辊轧管芯棒直径；L为三辊轧管芯棒长度。

图5为二辊轧管芯棒示意图。其中：D₁D₂D₃分别为二辊轧管芯棒各段直径；l₁l₂l₃分别为二辊轧管芯棒各段长度；β为二辊轧管芯棒锥角。

图6为B类、D类钎杆截面示意图。通水孔用千除尘和冷却。

图7为成形工艺后极限位置示意图。其中，轧辊1，管料2，芯棒3，

图8为前极限位置示意图。其中，成品5。

图9为支撑板右视图示意图。

图10为成形工艺示意图。其中，支撑板4。

图11为轧制B22型中空钎具钢示意图。

图12为机械钻孔—带芯热轧法工艺流程图。

图13为斜轧穿孔—斜轧成形法工艺流程图。

图114为本发明短流程工序图。

具体实施方式

例1：采用管坯加热炉、Φ50二辊穿孔机、LD-30三辊冷轧机轧制B28、B32管。

例2：采用管坯加热炉、Φ50二辊穿孔机、LD-30三辊冷轧机轧制D38、B32管。

Claims (1)

1、一种中空钎具钢的热轧穿孔—冷轧成型方法，采用热轧穿孔—冷轧成型法生产B、D型中空钎具钢，热轧穿孔Φ50二辊斜轧穿孔机将Φ50～Φ65mm的圆形实心管坯在热状态下轧制成Φ50～Φ65mm，壁厚6～17mm的中空毛管，冷却后在冷轧机上轧制成型；其特征在于：D型产品时，变形工具有三个等截面：D型为等半径圆弧形孔型轧辊，三块变截面支承板和一支圆柱形芯棒；轧辊的辊轴紧靠在支承板的滑道上，利用滑道的特殊形状的变化，实现以下变形过程：当轧辊运动至前极限位置时，轧辊靠拢，孔型形状和产品形状一致；当轧辊运动至后极限位置时，轧辊分开，并离开管料，此时回转送进机构将管料回转一定角度，D型为40°～60°，并送进一段管料，然后轧辊再次向前运动，使送进的这一段管料在轧辊与芯棒之间受到变形，如此反复周期运动，直至将空心毛管轧成中空钎具钢；变形过程的变形区L由减径增壁段L₁、减壁段L₂、预精整段L₃、定径段L₄组成，其中L₁完成大部分减径变形，在减径的同时，壁厚有较明显的增加，为1～2mm；角部开始形成；L₂完成减壁变形，减壁量等于或略大于在L₁段增加的壁厚；角部充满；L₃形状与尺寸达到产品要求；L₄形状尺寸精确，内外表面光洁；在二辊冷轧机上生产D型产品时，变形工具有两个变截面的轧辊和一支锥形芯棒，变形过程与变形区组成和三辊冷轧机基本相同，工艺参数为：

相对减径率： $\frac{D_0-d}{D_0}\×100\%=15~30\%$

相对减壁率： $\frac{S_0-s}{S_0}\×100\%=0~10\%$

延伸系数：μ＝1.5～2.5

空心管料： $\frac{S_0}{D_0}=\frac{1}{4.0}~\frac{1}{4.5}$

成品： $\frac{s}{d}=\frac{1}{3.2}~\frac{1}{3.5}$

式中：D₀、d为空心管料、成品外径，S₀、s为空心管料、成品的壁厚；变形区参数：L₁＝(0.3～0.5)L，L₂＝(0.4～0.3)L，L₃＝(0.2～0.1)L，L₄＝0.1L。

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