[发明专利]一种铜管扩径拉拔的壁厚控制方法

说明书

本发明涉及一种铜管扩径拉拔的壁厚控制方法。本发明先确定管坯原材料规格以及内模定径带直径，然后利用经验公式计算无外模情况下管坯拉拔后的壁厚，最后根据无外模拉拔的壁厚和本道次的目标壁厚确定所采用的外模定径带的内径。本发明涉及的无外模拉拔管坯壁厚计算方法，以及针对目标厚度对内外模扩径拉拔时外模定径带内径的计算方法是发明人多年生产经验的总结，是作为扩径拉拔模具设计的直接依据，用于精确控制每道次拉拔后的管壁厚度，误差率低于0.5％，可为大口径白铜管扩径拉拔道次变形率分配、退火工艺设计以及拉拔模具设计提供直接依据，具有重要的工程实用价值。

技术领域

本发明涉及铜管扩径工艺，具体涉及一种铜管扩径拉拔的壁厚控制方法。

背景技术

大口径白铜管是海洋工程领域所需关键结构产品，目前，国内仅有极少数企业具有此类产品的生产能力。海洋工程用管在耐蚀性、气密性、焊接性等方面均有很高的要求，所以对于白铜管产品需要在形状及尺寸方面有比较高的精度。大口径无缝白铜管一般采用“挤压-冷轧-拉拔”技术进行生产。通常，生产小口径管材的最终成形一般采用普通的固定短芯头、长芯杆或游动芯头进行减径拉拔，而对于大口径无缝管，采用扩径拉拔技术是实现其扩径减壁的最佳方式。大口径白铜管生产过程中要经过多道工序，主要包括挤压开坯、冷轧、多道次扩径拉拔及退火、精整、矫直、探伤等，其中扩径拉拔是影响产品尺寸和形状精度的关键工序。扩径拉拔的原理图如图1所示。

扩径拉拔工艺分为两类，一类是无外模的扩径拉拔，一类是有外模的扩径拉拔。其中无外模拉拔是一种精度较低的加工方法，因为在无外模拉拔时，模具仅控制管坯内径扩大，而管坯的外径方向则是自由变形，其壁厚如何变化，拉拔后的变形量等参数受到管坯尺寸、边界摩擦、合金状态、回弹等多种因素的影响，通常难以精确预测和控制。而在有外模的扩径拉拔过程中，在外模和芯模(内模)的同时作用下，理论上可以实现对内、外径和壁厚的完全控制，然而，在实际生产中，由于对具体的内/外模的规格、管材内径和壁厚之间的关系不明了，导致外模尺寸的设计难以准确掌握，从而容易造成拉拔后管壁厚度控制不准的技术难题。若外模工作带内径(定径带内径)过大，则可能无法接触到管坯外壁而起不到限制壁厚的作用；若外模工作带内径(定径带内径)太小，则可能因减径变形率太大而显著增大拉拔力和变形的不均匀性和不稳定性，严重时可能导致断管，也有可能损伤制品外表面，严重影响变径拉拔后管的表面质量。

因此，需要提供一套可行的外模设计方案用于合理地设计外模尺寸，使其能够既能有效地控制制品的壁厚，使得铜管的拉拔变形更加均匀，减少残余应力，同时也不会明显增加拉拔力，降低生产难度，保障顺利生产出高尺寸精度、高表面质量的大口径薄壁白铜管产品。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术提供一种铜管扩径拉拔的壁厚控制方法，更具体地是针对有外模的扩径拉拔，通过建立内/外模定径带规格与管材扩径前后的内径、壁厚之间的具体关系，从而精确设计内模定径带的外径M、外模定径带内径D，从而达到精确控制每道次拉拔后的管壁厚度，明显减小扩径拉拔误差。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种铜管扩径拉拔的壁厚控制方法，采用内模和外模共同作用于管坯对管坯进行扩径拉拔，其中内模位于管坯内部，外模位于管坯外部，外模的定径带和内模的定径带内外配合形成成型环隙，根据内模定径带的外径、管坯的初始规格和目标壁厚，采用如下计算公式计算外模的定径带内径D：

D＝M+(2d/M-k)×t₁+k×t₂(mm) (1)

式(1)中，M为内模定径带的外径，单位是mm；d为管坯的初始内径，单位是 mm；t₁为无外模扩径拉拔即单独采用内模扩径拉拔所得到的管壁厚度，单位是mm，由式(2)确定；t₂为目标壁厚，单位是mm；k是变径前后壁厚变化参数，由式(3) 确定；

t₁＝[1+ln(M/d)]×t₀+C (2)