高精度冷拔钢管内模设计.pdf

第11期总第269期
农业科技与装备
LQ.11 Total No26
2016年11月
Agricultural Science& Technology and Equipment
Nov.2016
高精度冷拔钢管内模设计
孙磊厚
(常州信息职业技术学院,江苏常州213164)
摘要:介绍高精度冷拔钢管内模设计的材料选用,以及儿何参数选取原则、方法。针对实际使用过程中常出现的模具失效情况,指
出设计中需要引起重视的问题,为提高模具使川寿命炇降低冷拔机组能耗提供技术参考
关键词:冷拔钢管;模具;设计;高精度
中图分类号:TG335文献标识码:A文章编号:1674-161(2016)11-0056-0
1高精度冷拔厚壁钢管的工艺流程与加工原利用率。同时,由于材料的塑性变形,强度也得到了提
理
。目前,国内常见的液压高精度冷拔机组颖定拔制
1.1工艺流程
力在1000-15000kN之间。钢管冷拔加に示意图見
精度冷拔厚壁钢管有2种:一种是冷拔加工
次即为成品的钢管,另一种是冷拔加工多次オ能成为
成品的钢管。
冷拔加工一次即为成品的钢管生产工艺流程为:
1)加工钢管工艺端头→2)酸洗除锈除油污等→3
化表面、清洗4)皂化表面5)晾干表面6)冷
方粒
拔→7)制品检验。
冷拔加工多次才能成为成品的钢管生产工艺流
程为:1)加工钢管工艺端头一2)酸洗除锈除油污
等→3)磷化表面、清洗→4)皂化表面→5)晾十表
面6)冷拔→7)制品检验つ8)钢管退火或回火处
理去除材料塑性变形应力→2)酸洗除赟除油污等
3)磷化表面、清洗→4)皂化表面→5)晾十表面→6)
1内模组件;2.钢管:3.外模
图1钢管冷拔示意图
冷拔7)制品检验。如此循环直至合格为止
igure 1
chematic diagram of steel tube cold-drawing
1.2加工原理
高精度冷拨厚管的加工原理是:通过内、外2模具材料的选择及加工工艺
模具限制材料的变形拉拔减小壁厚,达到高精度缸筒
冷拔模具材料一般选用45号优质候素结构钢,
管的几何尺寸要求。冷拨后的钢管内外表而粗糙度介Crl2,Crl2Mov, Cromoly冷作模具钢或T7A、T8A等
于RaO.8-1,6m之间。模具正常使用情况下,冷拔候素工具钢
后内径100mm的27SiMn管,如果以内模外径尺
在冷拔过程中,虽然钢管毛坯经过磷化、皂化处
寸为基本尺寸,其内径偏差在-0.18mm-+0.03m范理,在一定程度上滅小了拔制时的摩擦力,但模具仍
制内,与普通机械加工方式相比,内孔的切削余量大要求受很人的挤压力和摩擦力。因此,不仪要求冷拔
大祓少,方便内孔采用精鏜、滚压等工艺进行后续加模具有较高的机械强度、硬度和耐磨性能,还要具有
工,并且出于冷拔后钢管壁厚滅小,导致钢管长度比较长的使用寿命。合金工具钢Cr12具有耐磨性高淬
冷拔前毛坯状态的长度有不同程度延长,提高材料的火変形小和透性高等特点,多年的实践表明,人截
而模具制造材料推荐使用Cr12
收稿日期:2016-10-23
为消除材料内部缺陷和提高其组织致密性,模具
作者简介:孙磊厚(1984-),男,士,讲师,从事机电产品设钢棒材首先应经过合理锻造。悴如Cr12冷作摸具钢
计方面的研究
属菜氏体例,碳含量高,钢中含有大量合金碳化物,经
万方数据
2016年第11
孙磊厚:高精度冷拔钢管内模设计
轧钢厂轧制后,碳化物即成带状分布,且轧制后的型
材直径越大,碳化物越粗,带状分布越严重。在模具制
造过程中,锻造工序对改善带状组织起决定性作用
对轧制原材料进行改锻,不仅可以得到所需形状尺
寸、节约倒材,还能提高金属组织致密性,将气孔和疏
松压实,焊合发裂部位,形成合理的纤维组织走向
时,还能击碎共晶碳化物,提高钢材的强庋、塑性、韧
性,尤其是横向性能大幅度提高
X.人口锥部分;Y定径带部分;/出口锥部分;x.人口锥角;R.
生产实践表明,Cr12材料制成的内模的失效形
出口圆角;1.内模;2.拉杆;3.固定螺钉
式主要有局部崩裂、表面划伤及过度磨损尺寸超差
图2内模组件
等,其中局部崩裂的主要原因是锻造质量缺陷。对
Figure 2 Internal mold component
Cr12型模具钢材料进行改锻可大幅提高模具使用寿
命,具有显著的经济效益。Crl2钢宜采用多向镦拔时、过盈量取0-0.01mm:内模内孔直径为25~50mm
法,总镦拔次数应在6~8次,总锻造比不少于15。模
时,过盈量取0-0.015mm;内模内孔直径>50mm
具银造、粗加工后经热处理再精磨到最终尺寸,保证时,模具装夹工作量大,可采用过渡配合,内孔两端采
达到设计要求的硬度、尺寸精度及粗糙度即可,表面収倒角处理,便于安装。
硬度应不小于56HRC。
定径带、入日锥、出口锥3部分的外圆过渡连接
3内模形状几何参数的选取
处必须有圆弧平滑过渡。以拔制30号碳钢无缝钢管
内模组件主要出内模、固定螺和拉杆组成,如为例,用Cr12材料制造的内模如果没有在定径带与
图2所示。内模的主要几何参数有定径带长度、入口
入口锥连接处使用圆弧平滑过渡,在仪受管坯正压力
锥角@、定径帯直径、出口锥角、内模长度及内孔直经的作用下,受力分析结果证明此处有明显的应力集
中,见图3。与此同时,模具的实际使用也证明了这
等
点。由图4可见,模具在应力集中处疲劳破坏,出现凹
定径带的作用是使成品管内径达到预定尺寸要
痕后逐步扩大而导致模具失效。模具的定径带尺寸精
求,一般取25~30mum,太长会影响被加工管材的内度取T7~mT8,外表面粗糙度取Ra=-0.1-0.2m。适
孔尺寸稳定性,还会増川摩擦而积,从而增川拔制时
当的粗糙度可以减小摩擦力,改善成品管的内孔质
的拉拔力、加大机器动力损耗。入口锥角c的作用是
导入和扩张管坯内孔,此处受力情况最恶劣,会影量
拔力,锥角在7~13时,拔制应力最小。生产实践表
AN
1
116t05
明,液压冷拔机组的入口锥角6°较为适宜。管坯内孔
经过拔制脱离模具定径带后,受材料弹性变形、热膨
m=。1]3图+0
胀等影响会略有收缩。定径带直径应大于成品管内
径,具体尺寸可根据管坯试拔后的成品管尺寸加以修
正并最终确定。出口锥角的作用是保护模具定径带,
建议采用459倒角或者4~5mm圆角
內模整体长度与定径带直径的比值一般在
以下。定径带直径小于28mm的内模,可以设计成尾
鄧带有与拉杆直接连接的外螺纹结构,如图2所示。
定径带直径较人的空心内模内孔尺寸,在满足模具强
度的情况下,应尽可能取大些,原因是在管坯机械性
能不均、润滑质量不良的情况下,拉杆和管坯在拔制
图3内模应力分布图
过程中会发生抖动甚至刷烈跳动,容易导致拉杆与固
figure 3 nternal mold stress distribution
定螺钉连接被破坏
在管坯内孔直径较小的情况下,内模内孔与固定4结语
螺钉之间应采用过盈配合。在内模内孔直径<2