[发明专利]用于生产无缝管且使用寿命得到提高的冲头

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过冲孔加工热圆形金属块生产无缝管的冲头。该冲头包括冲头鼻和可连接于冲头芯棒的冲头主体。

背景技术

众所周知，无缝管的生产方法如下：使用轴向固定的内部工具，在穿轧机中加工形成为原柱形并在环形加热炉中受热的原材料，即所谓的圆块，以生产出管状空心块。其中，该内部工具包括冲头和冲头芯棒。

为了制成无缝空心块管，在通过穿轧机抓握管状空心块之后，以螺旋线形式运送管状空心块穿过穿轧机，由此使管状空心块经过轴向固定的内部工具，并在该方法的随后步骤中对管状空心块进行拉拔加工(wall-ironed)，以制成无缝管。通过斜轧辊推进圆块，并由冲头冲击、拉拔圆块，由此制成孔。一般而言，冲头本身具有从顶端开始连续增加的直径。

一般由高耐热工具钢制成的冲头不仅具有实际冲孔的作业，还具有焊接任意材料断口、平滑化被制成的空心块的内表面、以及使该空心块的壁厚以最均匀的方式达到预期尺寸的作业。

由于冲头是在轧制热的工况下作业，其势必会经受极端载荷，并由此仅具有有限的使用寿命。自斜轧方法发明面世以来，已作出大量努力来延长辊芯的使用寿命，以节省成本并提高轧制管的质量。如果还被称作辊芯的冲头即将到达其工作寿命的尽头，则冲头还会失去其形状，而且其表面会损毁，或其材料会断裂。同时，还意味着轧制管质量的恶化，这一恶化尤其表现为空心块内表面上的缺陷，以及不均匀的壁厚。

在这种情况下，由难以加工的管材，例如铬的质量含量超过5％的含铬材料，造成特别的问题。此类管材将特别的热-力载荷施加给冲头，尤其施加给冲头的顶端。这样，即便是在实施了几次冲孔加工之后，仍会使冲头顶端出现磨损痕迹。这种磨损痕迹很快会使冲头几何结构产生有害的变化，由此使空心块中产生内部缺陷或几何结构偏差。

随时间的推移，提出了一些意图减少向冲头传递的热量并增加使用寿命的措施。举例来说，使用诸如工程陶瓷材料等特别耐热的材料制造冲头的顶端，使用额外材料涂覆冲头的表面，对冲头的表面实施受控氧化处理，频繁更换冲头并配合以喷水雾和沉浸冷却，以及通过向芯棒内灌水对冲头实施内部冷却处理。对于现有技术的概述可见诸于公开号为JP 03204106A的日本专利公开文献、公开号为DE 19636321C1的德国专利公开文献以及公开号为EP 2404680A1的欧洲专利公开文献。

为了提高冲头的使用寿命并避免空心块内部产生缺陷，根据公开号为EP 2404680A1的欧洲专利公开文献，尝试借助带有氧化铁涂层的冲头顶端的优化过的几何结构实现冲头使用寿命的改善。同时，建议通过冲头主体向制成的空心块喷射冷却润滑剂，避免摩擦诱发冲头的表面缺陷。为此，冷却润滑剂由倾斜延伸入冲头顶端的排放口导出，并通过冲头的主体流入空心块。有鉴于此，冲头顶端包括柱体部和半球状顶端，其中，这些排放口设置在柱体部与冲头主体之间的过渡区域内。这种结构的缺点包括：冲头顶端自身仍存在不充分的冷却，并且这些冷却剂排放口的倾斜位置一方面具有复杂的生产工艺，另一方面在冲孔过程中不再能够可靠地防止通过冲头顶端与圆块材料的接触而出现的排放口关闭。其它缺点在于：冲头的一体式设计使得一旦冲头出现磨损，便需要更换整个冲头。

为了降低更换磨损冲头的成本，在公开号为DE 10024246A1的德国专利公开文献中还提到了将冲头构造成芯棒鼻部(顶端)和冲头主体这两部分，其中，这两部分可彼此连接。而为了增加使用寿命，使用对应于不同热-力载荷的不同材料制造芯棒鼻部和冲头主体，这样仅需要更换冲头顶端。这种方案的缺点在于：无法冷却冲头顶端，而且在用于难以加工的材料的情况下仍然无法显著地增加使用寿命。

此外，公开号为EP 1961497B1的欧洲专利公开文献还提到了另一种穿轧机的冲头。这一冲头在冲头主体上露出了冲头鼻部。在冲头主体的方向上观察，这一冲头鼻部呈圆锥形扩大。

本文中已提到的所有这些措施均不适合在斜轧过程中有效降低施加在冲头上的热-力载荷，以至于从经济和质量方面上来看，在其用于难以加工的材料时，不能够实现足够长的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提高冲头在通过斜轧冲孔处理金属圆块时的使用寿命，特别是通过斜轧冲孔处理难以加工的高合金钢材料时的使用寿命，同时考虑提高冲孔处理过的圆块的内表面质量以及降低工具成本。