CN101977703B - 无缝金属管的制造方法及该方法所采用的冲头 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无缝金属管的制造方法和该方法所采用的冲头。该无缝金属管的制造方法在圆钢坯(10)的后端面(20)的中央部形成孔(30)。孔(30)距后端面(20)具有规定的深度，在侧面具有多个槽(31)。各槽(31)沿孔(30)的深度方向延伸。使用具有顶头的穿孔机对形成有孔(30)的圆钢坯(10)进行穿孔轧制。在穿孔轧制时，孔(30)的底面被顶头刺破，形成有成为飞边起点的突起部，但随着顶头前进，突起部被槽(31)所吸收。因此，能够抑制在穿孔轧制后的中空管坯的后端产生飞边。

Description

无缝金属管的制造方法及该方法所采用的冲头

技术领域

本发明涉及无缝金属管的制造方法及该方法所采用的冲头，更详细地讲，是涉及一种采用穿孔机的无缝金属管的制造方法及该方法所采用的冲头。

背景技术

作为钢管的制造方法之一，存在使用穿孔机制造无缝金属管的方法。穿孔机包括等间隔地配设在轧制线周围的多个倾斜辊及配置在多个倾斜辊之间且配置在轧制线上的顶头。

采用穿孔机进行的无缝金属管的制造方法如下。首先，准备加热后的圆钢坯，将其配置在轧制线上。使用配置在穿孔机前方的推进器将圆钢坯推入到多个倾斜辊之间。在圆钢坯被多个倾斜辊咬入时，一边使圆钢坯以螺旋状旋转一边利用倾斜辊及顶头对圆钢坯进行穿孔轧制，从而使圆钢坯成为中空管坯。

在穿孔轧制过程中，顶头用于对圆钢坯进行穿孔，但在顶头前端从圆钢坯的后端顶出时，圆钢坯的后端部的、顶头前端即将要顶出之前与顶头前端接触的钢部分被刺破。被刺破的钢部分成为飞边残留在中空管坯内表面或者端部。

在穿孔轧制之后实施的延伸轧机、定径机等的轧制工序中，飞边会使中空管坯产生内表面缺陷。

在日本实开昭59-148102号公报、日本实开昭62-199201号公报、日本特开平7-214112号公报中公开有防止产生该飞边的方法。在这些文献所公开的方法中，使用冲头或者气体在穿孔轧制前的圆钢坯的后端中央部形成规定深度的孔。然后，对形成有孔的圆钢坯进行穿孔轧制。在这些文献中，通过在圆钢坯的后端中央部形成孔来削掉可能成为飞边的多余的料，结果，能够抑制产生飞边。

另外，在日本特开平7-214113号公报中公开有与上述方法不同的另一种方法。在该方法中，对在后端面形成有一字状或十字状的槽的圆钢坯进行穿孔轧制。根据该文献，由于在后端面形成有一字状或十字状的槽，因此，在端面中央区域不存在多余的料或者多余的料较少，因此，能够抑制产生飞边。

总而言之，这些文献所述的方法都是通过切削钢坯后端中央部来减少可能成为飞边的多余的料从而抑制产生飞边。

但是，即使在采用这些方法的情况下，仍然存在产生飞边的情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够抑制在穿孔轧制后的中空管坯的后端产生飞边的无缝金属管的制造方法。

本发明的无缝金属管的制造方法采用包括多个倾斜辊和配设在多个倾斜辊之间的顶头的穿孔机。本发明的无缝金属管的制造方法包括以下工序：准备钢坯；在钢坯的后端中央部形成在钢坯的轴线方向上具有规定深度、在内表面具有槽的孔；利用穿孔机从钢坯前端对形成有孔的钢坯进行穿孔轧制。

在本发明的无缝金属管的制造方法中，在孔的内表面形成有槽。在穿孔轧制过程中顶头的前端刺破钢坯后端的孔的底面部时，被刺破的底面的钢部分欲形成可能成为飞边起点的突起部。但是，利用形成在孔的内表面的槽能够吸收可能成为突起部的钢部分。并且，通过形成孔，已经除去了能增大突起部的尺寸的多余的料。因此，能够抑制产生飞边。

优选孔的内表面包括侧面和底面。孔的槽形成于孔的侧面，沿孔的深度方向延伸。

如上所述，被顶头刺破的孔底面的钢部分可能形成成为飞边起点的突起部。但是，随着在顶头前进的同时突起部向钢坯后端面侧移动，突起部能被沿孔的长度方向延伸的槽所吸收。因此，能够抑制产生飞边。

优选槽形成于孔的底面。

在这种情况下，被顶头刺破的孔底面的钢部分能在形成突起部之前被形成在孔的底面的槽所吸收。因此，能够抑制产生飞边。

优选形成孔的工序包括以下工序：准备包括柱状部和形成于柱状部的表面、沿柱状部的长度方向延伸的凸部的冲头；将冲头推入到钢坯的后端中央部中。

在这种情况下，能够利用冲头容易地形成上述具有槽的孔。

优选柱状部的外径自柱状部的前端朝向后端地逐渐变大。

在这种情况下，冲头具有锥形。因此，在将冲头推入到钢坯的后端中央部之后，易于拔出冲头。

优选推入冲头的工序包括以下工序：将冲头安装于包括推杆和使推杆前进的驱动装置的推进器的推杆的前端，该推进器配设在穿孔机的前方，该推杆用于推动钢坯；利用推进器将冲头推入到钢坯的后端中央部中；在穿孔轧制工序中，利用推进器使推入了冲头的钢坯前进，使钢坯被多个倾斜辊咬入。

在这种情况下，能够利用推进器形成上述带槽的孔，而且，能使钢坯被多个倾斜辊咬入。

本发明的冲头可用于上述无缝金属管的制造方法。

附图说明

图1是本发明的实施方式的圆钢坯后端部的立体图。

图2是图1所示的圆钢坯的主视图。

图3是图1所示的圆钢坯的侧视图。

图4是用于形成图1所示的孔的冲头的主视图。

图5是图4所示的冲头的侧视图。

图6是用于形成图1所示的孔的夹模的主视图。

图7是表示对图1所示的圆钢坯进行穿孔轧制的穿孔机及推进器的构造的示意图。

图8是图7的穿孔机的侧视图。

图9是用于说明因穿孔轧制而产生飞边的机理的图。

图10是用于说明图9之后的工序的图。

图11是用于说明图10之后的工序的图。

图12是形成有与图1不同形状的孔的圆钢坯的主视图。

图13是图12所示的圆钢坯的侧视图。

图14是形成有与图1及图12不同形状的孔的圆钢坯的立体图。

图15是图14所示的圆钢坯的主视图。

图16是图14所示的圆钢坯的侧视图。

图17是形成有与图1、图12及图14不同形状的孔的圆钢坯的主视图。

图18是图17所示的圆钢坯的侧视图。

图19是用于形成图17所示的孔的冲头的主视图。

图20是图19所示的冲头的侧视图。

图21是用于说明采用图19所示的冲头形成孔的方法的示意图。

图22是与图20不同形状的冲头的侧视图。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明的实施方式。图中对相同或相当部分标注相同的附图标记，不重复其说明。

第1实施方式

在本实施方式的无缝金属管的制造方法中，准备图1～图3所示的圆钢坯，使用准备好的圆钢坯进行穿孔轧制。

参照图1～图3，在圆钢坯10的后端面20的中央部形成有孔30。孔30距后端面20具有规定的深度。在孔30的侧面还具有多个槽31。各槽31沿孔的深度方向延伸。各槽31等间隔地配置在圆钢坯10的轴心周围。

孔30利用以下方法形成。准备图4及图5所示的冲头。参照图4及图5，冲头100包括柱状部101和形成在柱状部101的表面的4个凸部102。

柱状部101的横截面形状为圆形。柱状部101的前端面带有圆度。另外，柱状部101的前端面也可以是平坦的。柱状部101的后端固定在圆柱状的基座103的底面上。另外，在基座103的另一个底面上形成有固定工具104。固定工具104例如为外螺纹。

凸部102形成在柱状部101的表面。各凸部102沿柱状部101的轴线方向延伸。而且，各凸部102沿圆周方向等间隔地配设。各凸部102具有形成孔30内的槽31的作用。

采用上述冲头100形成孔30的方法如下。在将圆钢坯10从加热炉中抽出之后，利用图6所示的夹模400约束圆钢坯10。夹模400包括具有圆形的孔模的模具401及402和使模具401升降的驱动装置403。

向被约束的圆钢坯10的后端面20的中央部推入安装在未图示的液压缸前端的冲头100，从而形成孔30。在液压缸的前端面例如形成有与固定工具104相对应的内螺纹。通过螺旋安装将冲头100安装在液压缸前端。

可以利用以上方法形成孔30，也可以利用其他的方法形成孔30。例如，也可以通过用等离子气体等将圆钢坯10的后端面的中央部熔融来形成具有槽31的孔30。

另外，在图5中，柱状部101为圆柱形，但柱状部101的外径也可以随着从柱状部101的前端朝向后端而逐渐变大。在这种情况下，被推入到圆钢坯10的后端的冲头100易于拔出。

在形成孔30之后，使用穿孔机对圆钢坯10进行穿孔轧制。参照图7及图8，穿孔机200包括顶头2、心轴3和两个锥形倾斜辊(以下简称作倾斜辊)1。

两个倾斜辊1隔着轧制线PL地互相相对配置。各倾斜辊1相对于轧制线PL具有倾斜角δ及交叉角γ。顶头2配置在两个倾斜辊1之间且配置在轧制线PL上。心轴3沿着穿孔机200的出口侧的轧制线PL配置，其前端与顶头2的后端相连接。

推进器4沿着轧制线PL配置在穿孔机200的入口侧前方。推进器4包括缸主体41、缸体轴42、连接构件43和钢坯推杆44。钢坯推杆44利用连接构件43能够沿圆周方向旋转地与缸体轴42连结。连接构件43包括能够使钢坯推杆44沿圆周方向旋转的轴承。

作为驱动装置的缸主体41为液压式或电动式，其使缸体轴42前进及后退。推进器4使钢坯推杆44的前端面与圆钢坯10的后端面20抵接，利用缸主体41使缸体轴42及钢坯推杆44前进，从而从后方推动圆钢坯10前进。

在推进器4与倾斜辊1之间的轧制线PL上配设有入口引导件7。入口引导件7用于在圆钢坯10被推进器4推动前进的期间内抑制圆钢坯10自轧制线PL偏离。

将具有孔30的圆钢坯10配置在倾斜辊1与推进器4之间的轧制线PL上。此时，圆钢坯10的后端面20与推进器4相对，圆钢坯10的前端面与顶头2相对。

推进器4沿着轧制线PL推动圆钢坯10前进而将其推入到两个倾斜辊1之间。圆钢坯10被两个倾斜辊1咬入。圆钢坯10在倾斜辊1的作用下以螺旋状一边旋转一边前进，从而将顶头2推入到圆钢坯10的轴心中。然后，顶头2及倾斜辊1对圆钢坯10进行穿孔轧制。

在对具有孔30的圆钢坯10进行穿孔轧制而做成中空管坯的情况下，在中空管坯的后端不易产生飞边。其理由可推断出以下事项。

在以往的技术中，如图9所示，预先除去可能成为多余的料(因顶头穿孔而溢出的钢坯的料量)的后端中央部而形成孔70。但是，如图10所示，在顶头2的前端刺破孔70的底面时，孔70的底面附近的钢部分被撕裂，会形成突起部71。由于孔70的内表面是不具有槽的平滑的面，因此，一旦产生突起部71，则突起部71会随着顶头2的前进而发展。结果，如图11所示，在穿孔轧制后的中空管坯的后端产生飞边72。

另一方面，在圆钢坯10中形成了孔30的情况下，在孔30的侧面形成有槽31。在穿孔过程中顶头2的前端刺破孔30的底面部时，与图10同样地，被顶头2的前端刺破的钢部分欲形成突起部。但是，由于在孔30的侧面形成有槽31，因此，随着顶头2的前进，欲形成突起部的钢部分被槽31所吸收。由于槽31将欲形成突起部的钢部分吸收，因此，在穿孔轧制后的钢坯10的后端不易产生飞边。

如上所述，通过形成具有槽31的孔30，能够抑制在穿孔轧制后的中空管坯中产生飞边。因此，在利用延伸轧机、定径机等将中空管坯轧制成规定的尺寸而做成无缝金属管的情况下，不易在无缝金属管中产生内表面缺陷。

在将圆钢坯10的外径设为Db(mm)、孔30的深度设为Hd(mm)、孔30的直径设为Hw(mm)、槽31的宽度设为Gw(mm)、槽31的深度设为Gd(mm)的情况下，优选满足以下的计算式(1)～(4)。

Hw/Db≥0.11(1)

Hd/Db≥0.10(2)

Gw/Db≥0.04(3)

Gd/Db≥0.02(4)

但是，即使在不满足计算式(1)～(4)的情况下，也能够在一定程度上抑制产生飞边。

在图1～3中，在孔30中形成有4个槽31，但槽的数量为1个以上即可。例如，如图12及图13所示，也可以在圆钢坯10中形成具有互相面对的两个槽31的孔35。

另外，孔30的形状可以为圆柱状，也可以是从孔30的开口部朝向孔30的底面内径逐渐变小的截头圆锥状或者圆锥状。另外，孔30的底面也可以带有凹状的圆度。

第2实施方式

在第2实施方式的无缝金属管的制造方法中，在圆钢坯10中形成图14～图16所示的孔50。

孔50形成在后端面20的中央部。孔50距后端面20具有规定的深度。在孔50的底面还形成有多个槽51。在图14～图16中，两个槽51互相垂直。另外，各槽51形成为与圆钢坯10的轴心CNT交叉。另外，在孔50的侧面未形成槽。

孔50的形成方法与第1实施方式相同。具体地讲，将在柱状部的前端面具有与槽51相对应的凸部的冲头推入到加热后的圆钢坯10的后端，从而形成孔50。

与第1实施方式同样地对形成有孔50的圆钢坯10进行穿孔轧制。即，将圆钢坯10的前端推入到倾斜辊1之间来进行穿孔轧制。

圆钢坯10具有在底面形成有槽51的孔50。因此，在利用穿孔轧制制成的中空管坯的后端不易产生飞边。其理由可推断为以下事项。

在对圆钢坯10穿孔的过程中顶头2的前端刺破孔50的底面时，顶头2的前端刺破槽51与轴CNT交叉的区域。此时，被刺破的钢部分欲形成突起部，但欲形成突起部的钢部分被槽51所吸收。并且，使突起部发展的多余的料已经由于形成了孔50而被除去。即，利用槽51来抑制产生可能成为飞边起点的突起部，并且，利用孔50来抑制突起部的发展。因此，能够抑制产生飞边。

另外，形成在孔50的底面的槽51可以是1个，也可以是3个以上。

第3实施方式

也可以在形成于圆钢坯10的后端面20上的孔的侧面及底面形成1个或多个槽。例如，如17及图18所示，也可以在孔60的侧面及底面形成有多个槽61。此时，槽61中的形成于底面上的部分与圆钢坯的轴心交叉。

在对圆钢坯10穿孔的过程中顶头2的前端刺破孔60的底面时，被刺破的钢部分欲形成突起部，但欲形成突起部的钢部分被形成在孔60的底面及侧面的槽61所吸收。因此，能够抑制产生飞边。

第4实施方式

在上述实施方式中应用的冲头也可以安装在推进器4的前端。下面，对利用安装于推进器4上的冲头形成图17及图18所示的孔60的方法进行说明，其他形状的孔30、35、50也同样。

参照图19及图20，冲头300包括柱状部301和形成在柱状部301的表面的4个凸部302。

柱状部301的横截面形状为圆形，柱状部301的前端带有圆度。另外，柱状部301的外径随着从前端朝向后端而逐渐变大。柱状部301安装于基座103上。

各凸部302形成在柱状部301的表面。另外，各凸部302沿柱状部301的轴线方向延伸。各凸部302沿圆周方向等间隔地配设。

如图21所示，冲头300安装于推进器4的钢坯推杆44的前端。在钢坯推杆44的前端面的中央形成有与固定工具104相对应的内螺纹。将冲头300螺旋安装固定在钢坯推杆44的前端。另外，也可以在冲头300与钢坯推杆44之间配设推力轴承。

在安装冲头300之后，将在后端面未形成有孔的圆钢坯10配置在穿孔机200与推进器4之间的轧制线PL上。另外，在入口引导件7的出口(即入口引导件7的两个端部中的、靠近倾斜辊1的端部)安装遮挡板8。

在安装遮挡板8之后，用推进器4推动圆钢坯10前进。然后，在圆钢坯10的前端面接触于遮挡板8之后，推进器4还继续推动圆钢坯10。安装在钢坯推杆44的前端的冲头300被推入到圆钢坯10的后端面的中央部中，从而形成孔60。

在冲头300被推入到圆钢坯10的后端面中时，推进器4停止推动圆钢坯10。在拆下遮挡板8之后，推进器4再次推动圆钢坯10前进。结果，圆钢坯10被倾斜辊1咬入，开始对圆钢坯10进行穿孔轧制。此时，推进器4停止推动圆钢坯10。由于圆钢坯10被穿孔轧制而前进，因此，冲头300从圆钢坯10的后端面拔出。另外，在圆钢坯10在倾斜辊1的作用下沿圆周方向旋转时，冲头300在连接构件43的作用下也与圆钢坯10一同旋转。

冲头300的柱状部301具有自前端朝向后端外径逐渐变大的、所谓的锥形。因此，在穿孔轧制时，冲头300易于自圆钢坯10拔出。

在上述方法中，柱状部301为锥形，但例如图22所示，柱状部301也可以是圆柱状。但是，柱状部301在为锥形时更易于自圆钢坯10拔出。

实施例

准备多个圆钢坯。各圆钢坯的外径为70mm，材质为机械构造用碳素钢(相当于JIS规格的S45C)。通过放电加工在准备好的各圆钢坯的后端面中央部制作表1所示的形状的孔。

表1

参照表1，“孔类型”一栏表示形成于各编号的钢坯中的孔的种类。“圆柱状”表示孔的形状为圆柱，假定为以往例。“孔30”表示如图1～图13所示的在侧面具有4个槽31的孔30。“孔35”表示如图12及图3所示的在侧面具有两个槽31的孔35。“孔50”表示如图14～图16所示的在底面具有槽51的孔50。

表1中的“孔尺寸”表示各孔的尺寸。如图2、图3、图12、图13、图15及图16所示，“Hw”表示各孔的直径(mm)。“Hd”表示孔的深度(mm)。“Gw”表示形成于孔的侧面的槽的宽度(mm)，“Gd”表示槽的深度(mm)。“Cw”表示形成于孔的底面的槽的宽度(mm)，“Cd”表示形成于孔的底面的槽的深度(mm)。

表1中的“孔尺寸比”表示各孔尺寸与圆钢坯直径Db(＝70mm)之比。

准备各编号的圆钢坯各5根。然后，使用图7所示的构造的穿孔机，在相同的条件下对各圆钢坯进行穿孔轧制。具体地讲，用加热炉将各圆钢坯加热。此时，加热温度为1200℃。对加热后的圆钢坯进行穿孔轧制，做成外径81mm、壁厚11mm的中空管坯。

通过目测判断在制成的中空管坯的后端是否产生飞边。然后，针对各编号，求出产生飞边的根数P与穿孔轧制的根数(5根)之比(＝P/5)作为飞边产生率(％)。

将求出的飞边产生率示于表1中。参照表1，在作为以往例的编号1的圆钢坯中，飞边产生率为100％，5根圆钢坯均产生了飞边。另一方面，在编号2～编号10的圆钢坯中，飞边产生率均为40％以下。

以上，说明了本发明的实施方式，但上述实施方式只不过是用于实施本发明的例示。因此，本发明并不限定于上述实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内适当变形地实施上述实施方式。

Claims (9)

1.一种无缝金属管的制造方法，该方法采用包括多个倾斜辊和配设在上述多个倾斜辊之间的顶头的穿孔机，其特征在于，

该无缝金属管的制造方法包括以下工序：

准备钢坯；

在上述钢坯的后端中央部形成在上述钢坯的轴线方向上具有规定深度、在内表面具有槽的孔；

利用上述穿孔机从钢坯前端对上述形成有孔的钢坯进行穿孔轧制。

2.根据权利要求1所述的无缝金属管的制造方法，其特征在于，

上述槽形成于上述孔的侧面，沿上述孔的深度方向延伸。

3.根据权利要求2所述的无缝金属管的制造方法，其特征在于，

形成上述孔的工序包括以下工序：

准备包括柱状部和形成于上述柱状部的表面、沿上述柱状部的轴线方向延伸的凸部的冲头；

将上述冲头推入到上述钢坯的后端中央部中。

4.根据权利要求3所述的无缝金属管的制造方法，其特征在于，

推入上述冲头的工序包括以下工序：

将上述冲头安装于包括推杆和使上述推杆前进的驱动装置的推进器的上述推杆的前端，该推进器配设在上述穿孔机的前方，该推杆用于推动上述钢坯；

利用上述推进器将上述冲头推入到上述钢坯的后端中央部中；

在上述穿孔轧制工序中，利用推进器使推入了上述冲头的钢坯前进，使上述钢坯被上述多个倾斜辊咬入。

5.根据权利要求3所述的无缝金属管的制造方法，其特征在于，

上述柱状部的外径自上述柱状部的前端朝向后端地逐渐变大。

6.根据权利要求2所述的无缝金属管的制造方法，其特征在于，

上述槽还形成于上述孔的底面。

7.根据权利要求1所述的无缝金属管的制造方法，其特征在于，

上述槽形成于上述孔的底面。

8.一种用于权利要求1所述的无缝金属管的制造方法中的冲头，该冲头用于在钢坯的端面中央部形成所述孔，其特征在于，

该冲头包括柱状部和形成于上述柱状部的表面、沿上述柱状部的轴线方向延伸的凸部。

9.根据权利要求8所述的冲头，其特征在于，

上述柱状部的外径自上述柱状部的前端朝向后端地逐渐变大。

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