CN101569893A - 铝或铝合金无缝管的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铝或铝合金无缝管的制造方法，包括：根据预置的行星轧机、轧制用管坯和轧制道次加工率，使用所述行星轧机的轧辊高速旋压轧制用管坯的外表面，在所述轧制用管坯内孔中圆形芯棒的支撑下，轧制出轧管；对轧制出的所述轧管进行冷却处理；直接冷加工所述冷却处理后的轧管。使用本发明铝或铝合金无缝管的制造方法，轧制前不需要加热管坯，有效减少了能源浪费，并且不需要进行中途退火处理，简化了制造工艺，降低了生产成本，有效提高了铝或铝合金无缝管的生产效率，能够满足大盘重铝或铝合金无缝管的市场需求。
Description
技术领域
本发明涉及金属管加工技术领域，特别是涉及一种铝或铝合金无缝管的制造方法。
背景技术
在现代工业制造领域中，铝和铝合金由于其密度小、导热性能非常好，被广泛应用于制冷散热行业中，例如制冷设备的传热管和冷凝管的制造，承担着热传导和流体输送的作用。
现有技术中，铝及铝合金管材的生产工艺大都是使用铝或铝合金坯料经过表面扒皮、加热，然后在挤压机上进行挤压生产铝或铝合金管材。上述在挤压机生产铝或铝合金无缝管的方法通常为穿孔法挤压，图1是现有技术中采用穿孔法挤压铝或铝合金无缝管的示意图，示出了在铝或铝合金圆锭中间锸入穿孔针，挤压杆推动铝及铝合金锭坯，生产中空铝或铝合金无缝管材的过程。但是，采用在上述穿孔法挤压生产铝或铝合金无缝管材的过程中，由于挤压机的承载能力有限，所以每次送入挤压机的坯料的重量都不能太大，一般在50千克以下，这样就导致铝或铝合金无缝管的生产效率比较低，无缝管材不能连续生产，另外，每段坯料挤压后的余料也比较多，造成铝或铝合金无缝管的成材率不高。
现有技术中另一种挤压生产铝或铝合金管材的方法为使用分流组合模挤压，参照图2，示出了现有技术中使用分流组合模挤压铝或铝合金管示意图，在挤压过程中，受加热高温的铝或铝合金棒被挤压机高压通过图2所示的分流组合模，分流孔分割成块状半固态的铝或铝合金在焊合腔内再度焊接成有缝管材，如图3所示。半固态铝及铝合金被分流孔所分割的数块状半固体铝或铝合金再度高压焊合时，先天性造成管壁之间遗留的数条与分流孔桥对应的焊合线，同时，若要实现连续挤压大卷重的管材，还需进行管材横截面在分流组合模内的对口焊接。可见，使用上述分流组合模挤压生产铝或铝合金管材，虽然可以实现连续挤压，但是，生产出的管材存在若干个焊接口，由于焊接口处管材的状态不一致，所以管材的缺陷比较多，例如该有缝管材在通过弯曲加工以及接受内压测试时，抗拉强度和延伸率都较低，导致在工业上不能被广泛应用。此外，采用上述分流组合模挤压时，使用的单根坯料的重量也比较小，生产效率也比较低。
此外，采用挤压机挤制铝或铝合金管材，坯料在被送至挤压机前必须经过加热，这样就导致大量的能源浪费，增加了生产成本。另外模具工装消耗也比较大，设备的购置和维护成本也比较高。
总之，需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：如何能够提高铝或铝合金无缝管的生产效率和成材率，降低铝或铝合金无缝管的生产成本，减少资源浪费。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种铝或铝合金无缝管的制造方法，能够有效提高铝或铝合金无缝管的生产效率和成材率，降低生产成本，减少能源浪费。
为了解决上述问题，本发明公开了一种铝或铝合金无缝管的制造方法，包括：
根据预置的行星轧机、轧制用管坯和轧制道次加工率，使用所述行星轧机的轧辊高速旋压所述轧制用管坯的外表面，在管坯内孔中圆形芯棒的支撑下，轧制出轧管；对轧制出的所述轧管进行冷却处理；直接冷加工所述冷却处理后的轧管。
优选的，所述轧制用管坯为：挤压机挤制的挤压直管或铸造直管。
优选的，所述根据预置的行星轧机、铸造直管和轧制道次加工率，使用所述行星轧机的轧辊高速旋压铝或铝合金铸造直管的外表面，在所述铸造直管内孔中圆形芯棒的支撑下，轧制出轧管步骤之前，还包括：铣削加工铸造直管的外表面。
优选的，在所述铣削加工铸造直管的外表面时，去掉的表面厚度为0.3～1.0毫米。
优选的，所述使用行星轧机的轧辊高速旋压所述轧制用管坯的外表面的同时，还包括：对高速旋压过程中的所述轧辊进行水或水溶冷却液喷淋冷却。
优选的，所述对轧制出的所述轧管进行冷却处理具体包括：将轧制出的所述轧管喷淋或浸没至水中进行冷却处理。
优选的，所述轧制用管坯的单根重量为20～1000千克，外径为30～150毫米，壁厚为6～40毫米。
优选的，所述轧制道次加工率大于45％。
优选的，所述行星轧机的轧管出口速度为：5～40米每分钟。
优选的，所述直接冷加工冷却处理后的轧管为：直接对冷却处理后的轧管进行冷态拉伸变形。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明使用行星轧机轧制轧管，在轧制前不需要对铝或铝合金轧制用管坯加热，利用轧辊和铝或铝合金轧制用管坯之间的摩擦力产生的热量，加热管坯，轧辊高速旋压管坯的外表面，轧制出轧管，有效减少了能源浪费，降低了生产成本。并且，对轧制出的所述轧管进行冷却处理后可以直接冷加工所述冷却处理后的轧管，生产合乎尺寸和精度要求的铝或铝合金无缝管，简化了制造工艺，有效提高了铝或铝合金无缝管的生产效率。
附图说明
图1是现有技术中采用穿孔法挤压铝或铝合金无缝管的示意图；
图2是现有技术中使用分流组合模挤压铝或铝合金管示意图；
图3是现有技术中铝或铝合金有缝管剖面示意图；
图4是本发明铝或铝合金无缝管制造方法第一实施例的流程图；
图5是本发明轧制轧管第一实施例的轧制状态示意图；
图6是本发明铝或铝合金无缝管制造方法第二实施例的流程图；
图7是本发明轧制轧管第二实施例的轧制状态示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
在本发明第一实施例中，选择铝或铝合金铸造直管作为本发明铝或铝合金无缝管制造方法实施例中使用的轧制用管坯，其中上述铝或铝合金铸造直管的单根重量约为20～1000千克，外径约为30～150毫米，壁厚约为6～40毫米。
在轧制铝或铝合金无缝管之前，先根据预轧制轧管的尺寸设置行星轧机轧辊的开口宽度、压辊底座的仰角以及轧制道次加工率。其中，上述道次加工率的定义为：工件经过一次变形，变形前后横截面积之差与变形前横截面积的比值。
参照图4，示出了本发明铝或铝合金无缝管制造方法第一实施例的流程图，具体包括：
步骤100、铣削加工铝或铝合金铸造直管的外表面；
铣净铸造直管的表面存在的凸凹不平或裂纹等缺陷。其中，在铣削加工铸造直管的外表面时，去掉的表面厚度通常为0.3～1.0毫米。
步骤101、根据预置的行星轧机、轧制用管坯和轧制道次加工率，使用所述行星轧机的轧辊高速旋压铝或铝合金铸造直管的外表面，在铸造直管内孔中圆形芯棒的支撑下，轧制出轧管；
其中，上述行星轧机的轧辊的数量可以为3个或多个。轧制道次加工率设置为大于45％。采用步骤101轧制出的轧管外径约为20～100毫米。
步骤102、对高速旋压过程中的轧辊进行水或水溶冷却液喷淋冷却；
步骤103、对轧制出的所述轧管进行冷却处理；
在本发明实施例的具体实施方式中，上述步骤103可以为：将步骤101轧制出的轧管喷淋或浸没至水中进行冷却处理。
步骤105、直接冷加工所述冷却处理后的轧管。
在本发明实施例的具体实施方式中，上述步骤105可以为直接对步骤103冷却处理后的轧管进行冷态拉伸变形或其他冷加工变形，生产出更细更薄的铝或铝合金无缝管材。
在本发明实施例中，步骤100为待选择步骤，在使用行星轧机的轧辊高速旋压铝或铝合金铸造直管之前，需要判断上述铝或铝合金铸造直管的外表面是否存在缺陷，如果有，则在上述步骤101之前还要进行步骤100的操作；如果无，则直接进行步骤101的操作。步骤102与步骤101是同时进行的，即在使用行星轧机的轧辊高速旋压铸造直管外表面的同时，对高速旋压过程中的轧辊进行水或水溶冷却液喷淋冷却。
下面采用铝合金铸造直管作为本发明实施例的轧制用管坯，具体说明铝合金无缝管的制造过程：
S1、选择合金材料为3003的铝合金铸造直管作为轧制用管坯；
其中，上述铝合金铸造直管的外径约为70毫米，内孔直径约为40毫米，长度约为15米，单根管坯的重量约为105千克，晶粒的平均面积约为0.2～2.6平方毫米。
S2、判断上述铝合金铸造直管的外表面是否存在缺陷，如果存在凸凹不平或裂纹等缺陷，则使用管材铣面机的铣刀，刮去上述铝合金铸造直管外表面一层约0.6毫米厚的皮；
其中，上述铣刀为安装在管材铣面机上的一种特制的铣刀，该铣刀刀片的圆弧直径约为73毫米。
S3、将铝合金铸造直管表面的缺陷全部铣净后，运输装置将铝合金铸造直管运送到三辊行星轧机的喂料小车上，喂料小车将铣净后的铝合金铸造直管推入轧机的轧辊处；
其中，上述喂料小车将上述铝合金铸造直管推入轧机的轧辊处的具体过程参照图5所示的本发明轧制轧管第一实施例的轧制状态示意图。具体包括：
Z1、将喂料小车上装载的芯杆1和芯杆1一端固定着的圆形芯棒4穿入铝合金铸造直管2的孔内；其中，芯杆1的长度大于铝合金铸造直管2的长度，圆形芯棒4的长度约为200毫米，圆形芯棒的直径约为34毫米。
Z2、喂料小车将铝合金铸造直管2推入行星轧机的轧辊3处。
S4、将轧辊3的开口调整为38毫米左右，轧辊底座的仰角调整为7.5度左右，并将轧机的轧管出口速度设置约为10～15米/分钟，轧制道次加工率可以设置为83％；
S5、根据预置的行星轧机、轧制用管坯和轧制道次加工率，行星轧机的轧辊3高速旋压铝合金铸造直管2的外表面，在铸造直管内孔中圆形芯棒4的支撑下，轧制出轧管6。
步骤S5的具体过程为：在铸造直管内孔中圆形芯棒4的支撑下，轧辊3高速旋转，因为轧辊3上面设置有波纹，当高速旋转的轧辊3与铝合金铸造直管2接触时，产生巨大的摩擦力，再加上喂料小车的推力将铝合金铸造直管2咬入轧辊3中。在轧辊3非常大的旋压力的作用下，铝合金铸造直管2的表面滑移变形，随着变形量的增大，铝合金铸造直管2的晶粒被拉长和揉碎，释放出能量。同时，因晶粒变形产生的高热量又起到加热铝合金铸造直管2的作用，使铝合金铸造直管2的温度不断升高，当温度上升到铝合金再结晶温度时，被拉长的晶粒因高温而熔断，晶粒变小，形成轧管的晶粒，轧制出轧管6。刚轧制出的轧管6的温度一般在400摄氏度左右，温度很高。
S6、喷水环5以每分钟约60升水的流量喷射在轧辊3上，冷却轧辊3；
为了防止轧辊温度上升得太高，轧辊3的前方还可以安装有喷水环5。在轧制过程中，喷水环5以每分钟约60升水的流量喷射在轧辊3上，冷却轧辊3，保证轧辊3的表面温度在100摄氏度以下，避免了因轧辊温度过高造成铝合金软化或熔化，粘附在轧辊3的表面使轧辊无法使用。
S7、将温度很高的轧管6很快浸入水池中进行冷却；
由于从出管到浸入水池中之间时间间隔很短，上述变小后的晶粒并未充分长大就冷却到了室温，使轧管的晶粒得到细化，所以冷却后的轧管的抗强度和延伸率都很好，经测试，抗拉强度为110～130兆帕，延伸率为15～30％。
S8、对冷却后的轧管直接进行冷态拉伸变形或其他冷加工变形，制造出合乎尺寸和精度要求的更细更薄的铝合金无缝管。
其中，在对轧管进行拉伸试验时，在单道次加工率约为30％的情况下拉伸，上述轧管也未发生断管，并且表面质量良好，说明使用上述方法制造的轧管可以直接进行冷态拉伸变形或其他冷加工变形，把管材拉得更细更薄，生产市场上需要的高质量、大盘重铝合金无缝管。
对采用上述步骤S1～S7制造出的外径约为50毫米，壁厚约为3毫米的铝合金轧管进行测试，单根轧管的重量约为98千克，与单根管坯的重量约为105千克相比，得出采用上述方法制造轧管的成材率约93％，有效提高了轧管的成材率。
另外，从上述轧管的头尾各1000毫米处和中间处各取一个样品，经测试三处样品的晶粒平均面积为0.01～0.15平方毫米，与上述铝合金铸造直管的晶粒面积为0.2～2.6平方毫米相比，晶粒平均面积有效减小了。
作为本发明第二实施例，选择挤压机挤制的铝或铝合金挤压直管作为本发明铝或铝合金无缝管制造方法实施例中使用的轧制用管坯，其中，上述铝或铝合金挤压直管的单根重量约为20～1000千克，外径约为30～150毫米，壁厚约为6～40毫米。
在轧制铝或铝合金无缝管之前，先根据预轧制轧管的尺寸设置行星轧机轧辊的开口宽度、压辊底座的仰角以及轧制道次加工率。
参照图6，示出了本发明铝或铝合金无缝管制造方法第二实施例的流程图，具体包括：
步骤301、根据预置的行星轧机、轧制用管坯和轧制道次加工率，使用所述行星轧机的轧辊高速旋压铝或铝合金挤压直管的外表面，在挤压直管内孔中圆形芯棒的支撑下，轧制出轧管；
其中，上述行星轧机的轧辊的数量可以为3个或多个。轧制道次加工率可以设置为大于45％。采用步骤301轧制出的轧管外径约为20～100毫米。
步骤302、对高速旋压过程中的轧辊进行水或水溶液冷却液喷淋冷却；
步骤303、对轧制出的所述轧管进行冷却处理；
在本发明实施例的具体实施方式中，上述步骤303可以为：将步骤301轧制出的轧管喷淋或浸没至水中进行冷却处理。
步骤305、直接冷加工所述冷却处理后的轧管。
在本发明实施例的具体实施方式中，上述步骤305可以为直接对步骤303冷却处理后的轧管进行冷态拉伸变形或其他冷加工变形，生产出更细更薄的铝或铝合金无缝管材。
在本发明实施例中，步骤302与步骤301是同时进行的，即在使用行星轧机的轧辊高速旋压挤压直管外表面的同时，对高速旋压过程中的轧辊进行水或水溶冷却液喷淋冷却。
下面采用具体铝合金挤压直管作为本发明实施例中轧制用管坯，具体说明铝合金无缝管的制造过程：
T1、选择合金材料为3003的铝合金挤压直管作为轧制用管坯；
其中上述铝合金挤压直管的外径约为70毫米，内孔直径约为40毫米，长度约为15米，单根管坯的重量约为105千克，晶粒的平均面积约为0.2～2.6平方毫米。
T2、运输装置将铝合金挤压直管运送到三辊行星轧机的喂料小车上，喂料小车将上述铝合金挤压直管推入轧机的轧辊处；
其中，上述喂料小车将上述铝合金挤压直管推入轧机的轧辊处的具体过程参照图7所示的本发明轧制轧管第二实施例的轧制状态示意图。具体包括：
N1、将喂料小车上装载的芯杆1和上述芯杆1一端上固定着的圆形芯棒4穿入铝合金挤压直管7的内孔中；其中，芯杆1的长度大于铝合金挤压直管7的长度，圆形芯棒4的长度约为200毫米，圆形芯棒4的直径约为34毫米。
N2、喂料小车将铝合金挤压直管7推入行星轧机的轧辊3处。
T3、将轧辊3的开口调整为约38毫米，轧辊底座的仰角调整为7.5度左右，并将轧机的轧管出口速度设置约为10～15米/分钟，轧制道次加工率可以设置为83％；
T4、根据预置的行星轧机、轧制用管坯和轧制道次加工率，行星轧机的轧辊3高速旋压铝合金挤压直管7的外表面，在铝合金挤压直管内孔中圆形芯棒4的支撑下，轧制出轧管6。
步骤T4的具体过程为：在挤压直管内孔中圆形芯棒4的支撑下，轧辊3高速旋转，因为轧辊3上面设置有波纹，当高速旋转的轧辊3与铝合金挤压直管7接触时，产生巨大的摩擦力，再加上喂料小车的推力将上述铝合金挤压直管7咬入轧辊中，在轧辊3非常大的旋压力的作用下，铝合金挤压直管7的外表面滑移变形，随着变形量的增大，铝合金挤压直管7的晶粒被拉长和揉碎，释放出能量。同时，因晶粒变形产生的高热量又起到加热铝合金挤压直管7的作用，使铝合金挤压直管7的温度不断升高，当温度上升到铝合金再结晶温度时，被拉长的晶粒因高温而熔断，晶粒变小，形成轧管的晶粒，轧制出轧管6。刚轧制出的轧管6的温度一般在400摄氏度左右，温度很高。
T5、喷水环5以每分钟60升水的流量喷射在轧辊3上，冷却轧辊3；
为了防止轧辊温度上升得太高，轧辊3的前方还安装有喷水环5。在轧制过程中，喷水环5以每分钟60升水的流量喷射在轧辊3上，冷却轧辊3，保证轧辊3的表面温度在100摄氏度以下，避免了因轧辊3温度过高，造成铝合金软化或熔化，粘附在轧辊3的表面使轧辊无法使用。
T6、将温度很高的轧管6很快浸入水池中进行冷却；
由于从出管到浸入水池中之间时间间隔很短，变小后的晶粒并未充分长大，所以冷却后的轧管的抗强度和延伸率都很好，经测试，抗拉强度为110～130兆帕，延伸率高达17～30％。
T7、对冷却后的轧管直接进行冷态拉伸变形或其他冷加工变形，制造出合乎尺寸和精度要求的更细更薄的铝合金无缝管。
其中，在对轧管进行拉伸试验时，在单道次加工率为30％的情况下拉伸，上述轧管也未发生断管，并且表面质量良好，说明使用本发明上述方法制造的轧管可以直接进行冷态拉伸变形或其他冷加工变形，把管材拉得更细更薄，生产市场上需要的高质量、大盘重铝合金无缝管。
对采用上述步骤T1～T6制造出的外径约为50毫米，壁厚约为3毫米的铝合金轧管进行测试，单根轧管的重量约为104千克，与单根管坯的重量约为105千克相比，得出采用上述方法制造轧管的成材率约99％，有效提高了轧管的成材率。
另外，从上述轧管的头尾各1000毫米处和中间处各取一个样品，经测试三处样品的晶粒平均面积为0.01～0.1平方毫米，与上述铝合金挤压直管的晶粒面积为0.2～2.6平方毫米相比，晶粒平均面积有效减小了。
采用本发明实施例提供的铝或铝合金无缝管的制造方法，使用行星轧机轧制轧管，道次加工率达到了45％～95％，并且使用的轧制用管坯超过了50千克，有效提高了管材的生产效率。并且，在轧制前不需要对铝或铝合金轧制用管坯加热，利用轧辊和铝或铝合金轧制用管坯之间的摩擦力产生的热量，加热轧制用管坯，然后轧制轧管，有效减少了能源浪费，降低了生产成本。
其次，轧制过程中，对轧制出的高温轧管马上浸没至水中进行冷却处理，在很短时间内冷却到室温，轧管的晶粒得到细化，晶粒平均面积可以达到0.05平方毫米，有效减小了晶粒的平均面积，并且轧管头尾状态一致。
另外，在轧制铝或铝合金无缝管的过程中，压制轧管进行冷却处理后，不需要中途退火处理，后续可直接冷加工上述冷处理后的轧管生产符合尺寸和精度要求的更细更薄的铝或铝合金管材，简化生产工艺，进一步提高了铝或铝合金无缝管的生产效率，满足了大盘重光管和内螺纹管的市场需求。
此外，使用本发明提供的铝或铝合金无缝管的制造方法，在轧制过程中只需要把头尾很少的一段废料切除，有效减少了工艺废料，成材率达到93％以上，有效提高了管材的成材率。
总之使用本发明铝或铝合金无缝管的制造方法制造铝或铝合金无缝管的工艺简单，成本低、效率高。能够满足市场对高质量、低成本、大盘重铝或铝合金无缝管的需求。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
此外，本发明的方法实施例为了简单描述，将其表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明所必须的。
以上对本发明所提供的一种铝或铝合金无缝管制造方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1、一种铝或铝合金无缝管的制造方法，其特征在于，包括：
根据预置的行星轧机、轧制用管坯和轧制道次加工率，使用所述行星轧机的轧辊高速旋压所述轧制用管坯的外表面，在所述轧制用管坯内孔中圆形芯棒的支撑下，轧制出轧管；
对轧制出的所述轧管进行冷却处理；
直接冷加工所述冷却处理后的轧管。
2、根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述轧制用管坯为：挤压机挤制的挤压直管或铸造直管。
3、根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述根据预置的行星轧机、铸造直管和轧制道次加工率，使用所述行星轧机的轧辊高速旋压铝或铝合金铸造直管的外表面，在所述铸造直管内孔中圆形芯棒的支撑下，轧制出轧管步骤之前，还包括：铣削加工铸造直管的外表面。
4、根据要求3所述的制造方法，其特征在于，在所述铣削加工铸造直管的外表面时，去掉的表面厚度为0.3～1.0毫米。
5、根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述使用行星轧机的轧辊高速旋压所述轧制用管坯的外表面的同时，还包括：对高速旋压过程中的所述轧辊进行水或水溶冷却液喷淋冷却。
6、根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述对轧制出的所述轧管进行冷却处理具体包括：
将轧制出的所述轧管喷淋或浸没至水中进行冷却处理。
7、根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述轧制用管坯的单根重量为20～1000千克，外径为30～150毫米，壁厚为6～40毫米。
8、根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述轧制道次加工率大于45％。
9、根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述行星轧机的轧管出口速度为：5～40米每分钟。
10、根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述直接冷加工冷却处理后的轧管为：直接对冷却处理后的轧管进行冷态拉伸变形。
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