CN102227270A - 热穿孔用上表面玻璃成形材料及热挤压制管用坯材的制造方法 - Google Patents

热穿孔用上表面玻璃成形材料及热挤压制管用坯材的制造方法 Download PDF

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Abstract

往容器内插入中空坯材、采用插塞从上方进行热扩张穿孔之际，作为中空坯材的上表面润滑剂采用一种玻璃成形材料，这种玻璃成形材料由环状玻璃成形部和环状突起部组成，该环状玻璃成形部形成中心具备用于插入插塞的圆形开口部的圆形平板状，该环状突起部被安装在环状玻璃成形部的开口部，形成相对于该玻璃成形部垂直且呈环状突出的形状，通过采用这种玻璃成形材料进行热穿孔，能够确保作业安全、且能够防止坯材内表面缺陷的发生。

Description

热穿孔用上表面玻璃成形材料及热挤压制管用坯材的制造方法
技术领域
本发明涉及一种热穿孔用上表面玻璃成形材料，这种热穿孔用上表面玻璃成形材料是在玻璃润滑剂高速挤压制管法(ユジ一ン·セジユルネ製管法)中，作为原材料使用的中空坯材(特别是难加工材料的中空坯材)的热扩张穿孔时作为中空坯材的上表面润滑剂使用的。另外，本发明还涉及使用了该玻璃成形材料的热挤压制管用坯材的制造方法。
只要没有特殊叙述，本说明书中的用语定义如下。
“中空坯材”：是指供于热扩张穿孔(以下，也简称为“热穿孔”)的坯材。是一种预先通过机械加工形成导孔、加工成中空形状的的坯材。以下，也简称为“坯材”。
“热挤压制管用坯材”：是指供于热挤压制管的坯材。是进行热扩张穿孔后的坯材。以下，也简称为“制管用坯材”。
“上表面润滑剂”：是中空坯材的热扩张穿孔时以放在中空坯材上表面的状态供使用的润滑剂。
背景技术
在玻璃润滑剂高速挤压制管法中，作为用于热挤压的润滑剂使用的是玻璃。该玻璃润滑剂高速挤压制管法制管性优异，利用该制管法，能够以比较高的加工度加工坯材。从而，玻璃润滑剂高速挤压制管法多用于以高合金等难加工材料作为原材料的无缝管制造。
作为利用玻璃润滑剂高速挤压制管法制造的热挤压管的原材料，使用中空坯材，该中空坯材上，预先通过机械加工形成导孔。在热制管时，往该导孔内插入挤压机的芯棒。
当采用大径坯材、对中空坯材进行挤压制管时，必须相应地进行坯材的预钻孔加工(机械加工)。由于该预钻孔加工，从而使作业效率显著降低，与此同时，也增加了材料利用率的损失。通常，在玻璃润滑剂高速挤压制管法中，对向挤压机供给的制管用坯材以预加工的形式进行热扩张穿孔。
图1是说明以制管用坯材的预加工形式进行的热扩张穿孔的加工工序的图。图1(a)表示往容器中装入中空坯材的状态。图1(b)表示对中空坯材进行穿孔的过程。图1(c)表示穿孔后中空坯材的状态。
如图1(a)所示，形成有导孔1a的中空坯材1以坯材底部与容器2内表面接触的状态被装入容器2内。该中空坯材1在装入容器2内之前被加热到1100～1200℃左右。
接下来，如图1(b)、(c)所示，中空坯材1利用前端具备规定直径的用于扩展的插塞3的芯棒4进行穿孔，内径被扩宽。被穿孔的中空坯材1(该中空坯材1作为制管用坯材1使用)被顶出器从下方顶起，从容器2中抽出来。然后，该制管用坯材1被再加热，向玻璃润滑剂高速挤压制管法中采用的挤压机供给。
图1所示的热扩张穿孔中，当中空坯材由难加工材料构成时，在热穿孔过的坯材外表面和内表面容易发生由于润滑不良引起的工具烧伤、划痕等缺陷。作为这样的难加工材料可举出高Cr-高Ni的含有大量合金元素的高合金和含有Ti的合金钢等。
作为用来防止发生所述由于润滑不良引起的缺陷的现有技术如下所述。
非专利文献1中叙述了一种在玻璃润滑剂高速挤压制管中使用玻璃作为润滑剂的方法。例如，往坯材的内孔(导孔)及坯材上表面的倒角部供给玻璃粉末和玻璃粉末的成形材料等作为润滑剂。
专利文献1、专利文献2及专利文献3中，叙述了在向玻璃润滑剂高速挤压制管供给的中空坯材的热扩张穿孔中，在坯材的外表面及内表面散布玻璃润滑剂的方法。作为被加工材料，分别是在专利文献1中使用高合金的哈斯特洛依耐蚀耐热镍基合金C276、在专利文献2中使用高镍合金，在专利文献3中使用SUS304材料。
关于玻璃润滑剂的具体形状，例如所述专利文献1的图1(b)中示出了球状的玻璃润滑剂。该球状的玻璃润滑剂被放置在中空坯材上表面的倒角部。另外，在同一文献的图4(a)中示出了成形为环状的玻璃润滑剂(玻璃成形材料)。该环状的玻璃润滑剂被放置在中空坯材1的上表面。还有，玻璃成形材料是将玻璃粉末利用水玻璃和树脂等粘合剂进行成形固化而成的。
在难加工材料的热穿孔中，只是往中空坯材上表面的倒角部散布玻璃粉末、或者放置玻璃成形材料，润滑还不充分。特别是中空坯材内表面的润滑还不充分。从而，有时采用在中空坯材的上表面放置成形为环状的玻璃成形材料的方法(例如所述专利文献1的图4(a)所示的玻璃成形材料)。
然而，只是单纯地将环状的玻璃成形材料放置在坯材上，由于穿孔时的振动和插塞的位置偏移等玻璃发生移动或者飞散。从而，有时润滑不够充分，在穿孔后的坯材上发生壁厚不匀。
现有是在热穿孔时，在坯材上表面的环状玻璃成形材料的周围安装金属制的环(参照后述的图2(b))。由于该金属制环的安装，能够防止玻璃的移动(偏移)和玻璃的飞散等。
然而，在环状玻璃成形材料的周围安装金属制环的方法存在以下问题。
(1)热穿孔前安装金属制环，结束穿孔后拆除金属制环的作业是在热环境下的作业。从而，不易确保作业者的安全性。
(2)中空坯材内表面的润滑只是通过向中空坯材的上表面放置玻璃润滑剂还不够充分。从而，有时在热穿孔后的坯材内表面发生缺陷。
专利文献1：日本特开2005-927号公报
专利文献2：日本特开2005-59069号公报
专利文献3：日本特开2007-229771号公报
非专利文献1：日本鉄鋼協会編「鉄鋼便覧第3版第3巻条鋼·鋼管·压延設備」丸善(株)、昭和57年1月20日、p.1020～1021
发明内容
本发明的目的在于提供一种在中空坯材热扩张穿孔时能够满足下述
(1)及(2)的热穿孔用上表面玻璃成形材料。
(1)能够确保作业者的安全。
(2)能够防止在制管用坯材内表面发生缺陷(划痕和烧伤等)。
本发明的其他目的在于提供一种采用了本发明的玻璃成形材料的热挤压制管用坯材的制造方法。
本发明的宗旨如下。
(I)一种热穿孔用上表面玻璃成形材料，是在采用插塞对插入容器内的中空坯材进行热扩张穿孔之际作为中空坯材的上表面润滑剂使用，这种热穿孔用上表面玻璃成形材料其特征在于，
该玻璃成形材料由环状玻璃成形部和环状突起部构成，
该环状玻璃成形部形成中心具备用于插入插塞的圆形开口部的圆形平板状，
该环状突起部被安装在环状玻璃成形部的开口部，形成相对于该玻璃成形部垂直且呈环状突出的形状。
本发明的玻璃成形材料优选是具备以下形状。将该方式记作“实施方式1”。
上述(I)所述的热穿孔用上表面玻璃成形材料中，环状突起部的环的厚度为5～20mm，
环状突起部的外径比中空坯材的内径小1～10mm，
环状突起部的高度方向长度为5～20mm，
环状玻璃成形部距坯材上表面的高度为10～35mm。
本发明的玻璃成形材料具备所述形状，优选是还满足以下条件。将该方式记作“实施方式2”。
环状玻璃成形部的开口部的上侧被作成倒角，
其角度相对于铅直线呈10～20°。
(II)一种热挤压制管用坯材的制造方法，其特征在于，
往容器内插入中空坯材、利用插塞从上方进行热扩张穿孔之际，采用所述本发明的热穿孔用上表面玻璃成形材料(包括各实施方式)作为中空坯材的上表面润滑剂进行热穿孔。
发明效果
本发明的热穿孔用上表面玻璃成形材料具有下述显著的效果。
(1)能够在中空坯材的热扩张穿孔之际确保作业者的安全。
(2)能够防止在制管用坯材内表面发生缺陷(划痕和烧伤等)。
根据本发明的热挤压制管用坯材的制造方法，能够在中空坯材的热扩张穿孔实施时确保作业者的安全。另外，能够制造内表面缺陷(划痕和烧伤等)非常少的制管用坯材。
附图说明
图1是说明以制管用坯材的预加工形式进行的热扩张穿孔的加工工序的图。图1(a)表示往容器中装入中空坯材的状态。图1(b)表示对中空坯材进行穿孔的过程。图1(c)表示穿孔后中空坯材的状态。
图2是模式性例示上表面玻璃成形材料的形状的图。图2(a)是本发明的上表面玻璃成形材料的纵截面图。图2(b)是现有的上表面玻璃成形材料的纵截面图。
图3是说明本发明的实施方式1及2的玻璃成形材料的图。
具体实施方式
关于本发明的热穿孔用上表面玻璃成形材料参照附图进行说明。
图2是模式性例示上表面玻璃成形材料的形状的图。图2(a)是本发明的上表面玻璃成形材料的纵截面图。图2(b)是现有的环状玻璃成形材料的纵截面图。
如图2(a)所示，本发明的上表面玻璃成形材料5由环状玻璃成形部6和环状突起部7构成。环状玻璃成形部6形成中心具备用于插入插塞(没有图示)的圆形开口部8的圆形平板状。环状突起部7被安装在环状玻璃成形部6的开口部8，形成相对于环状玻璃成形部6垂直且呈环状突出的形状。
图2(a)表示该上表面玻璃成形材料5被放置在中空坯材1上表面的状态。环状突起部7被插入中空坯材1的中空部(导孔1a)内。
如图2(b)所示，现有的环状玻璃成形材料9只由中心具备开口部8的环状平板构成。使用现有的环状玻璃成形材料9时，在该玻璃成形材料9的外周安装金属制环10。用来防止玻璃由于穿孔时的振动和插塞的位置偏移等而移动。
本发明的上表面玻璃成形材料具有图2(a)所示形状的理由之一，是为了在中空坯材的热扩张穿孔时确保作业者的安全。
本发明的上表面玻璃成形材料具有环状突起部，该突起部被插入中空坯材的导孔内。换言之，上表面玻璃成形材料被中空坯材的导孔束缚。从而，即使发生穿孔时的振动和插塞的位置偏移等，也能够防止上表面玻璃成形材料的移动。其结果是，不需要金属制环。作业者从不易确保稳定性的热环境下的金属制环的安装、拆卸作业中被解放出来。
再有，将本发明的上表面玻璃成形材料放置在中空坯材上表面之际，只要将环状突起部插入导孔内即可。从而，能够容易将上表面玻璃成形材料的中心轴与中空坯材的导孔的中心轴对正。即，环状突起部也发挥导向作用。其结果是，能够顺畅且安全地进行将上表面玻璃成形材料放置在中空坯材上表面的作业。
本发明的上表面玻璃成形材料具有图2(a)所示形状的其他理由之一，是为了防止在制管用坯材内表面发生缺陷(划痕和烧伤等)。
本发明的上表面玻璃成形材料所具有的环状突起部如图2(a)所示，被插入中空坯材1的导孔1a内。由于中空坯材1被加热，因而由于该热量而使环状突起部7成为粘稠(熔融)状态。生成的熔融玻璃有助于导孔1a内壁面和插塞之间的润滑。还有，如图2(a)中箭头所示，玻璃还从环状玻璃成形部6供给。这样一来，确保了导孔1a内壁面和插塞之间润滑所需要的润滑剂的量(润滑量)。其结果是，防止制管用坯材内表面上发生缺陷。
本发明的实施方式1的玻璃成形材料，满足下述(a)～(d)的条件。本发明的实施方式2的玻璃成形材料，满足下述(a)～(d)的条件，还满足下述(e)及(f)的条件。
(a)环状突起部的环的厚度为5～20mm，
(b)环状突起部的外径比中空坯材的内径小1～10mm，
(c)环状突起部的高度方向长度为5～20mm，
(d)环状玻璃成形部距坯材上表面的高度为10～35mm，
(e)环状玻璃成形部的开口部的上侧被作成倒角，
(f)其角度相对于铅直线为10～20°。
图3是说明实施方式1及实施方式2的玻璃成形材料的图。图3中，符号(i)是环状突起部7和中空坯材1内壁间的间隙(距离)。符号(ii)是环状突起部7的环的厚度。符号(iii)是环状突起部7的高度方向的长度。符号(iv)是环状玻璃成形部6距坯材上表面的高度(也就是环状玻璃成形部6的厚度)。符号(v)是环状玻璃成形部的开口部上侧(倒角部)相对于铅直线的角度。
实施方式1的玻璃成形材料满足所述(a)～(d)的条件的理由如下。
(a)环状突起部的环的厚度
环状突起部的环的厚度(图3的符号(ii))优选是5～20mm。如果环的厚度不足5mm，则润滑剂的供给量少，润滑性受损。还有，由于环状突起部的熔融是在早期进行，因此容易随着穿孔时的振动等而发生玻璃成形材料的移动(偏移)。环的厚度超过20mm，则润滑剂的供给量过多，内表面的表面性状恶化。即，通过将环状突起部的环的厚度维持在所述范围内，从而能够保持中空坯材和插塞间的润滑性，有效地防止玻璃成形材料的移动。
(b)环状突起部的外径和中空坯材的内径的差
环状突起部的外径优选比中空坯材的内径小1～10mm。换言之，环状突起部的外径和中空坯材的内径的差(例如，图3所示的符号(i))优选为1～10mm。如果环状突起部7和中空坯材1内壁间的间隙不足1mm，则环状突起部7很难插入导孔1a内。若该环状突起部7和中空坯材1内壁间的间隙超过10mm，则中空坯材的中心轴和上表面玻璃成形材料的中心轴容易发生偏移。其结果是不能均匀地进行坯材内表面的润滑，容易发生壁厚不匀等不良情况。
(c)环状突起部的高度方向长度
环状突起部的高度方向长度(图3的符号(iii))优选是为5～20mm。如果该长度不足5mm，则润滑剂的供给量少，润滑性受损。当该长度极短时，随着穿孔时的振动等容易发生玻璃成形材料的移动(偏移)。若该长度超过20mm，则润滑剂的供给量过多，内表面的表面性状变差。即，通过将环状突起部的高度方向长度维持在所述范围内，从而能够保持中空坯材和插塞间的润滑性，有效地防止玻璃成形材料的移动。
(d)环状玻璃成形部距坯材上表面的高度(厚度)
环状玻璃成形部的厚度(图3的符号(iv))优选是为10～35mm。如果环状玻璃成形部的厚度不足10mm，则润滑性容易受损。原因是从环状玻璃成形部6供给的玻璃供给量(图2(a)中箭头表示玻璃的流动)减少。若该厚度超过35mm，则穿孔时的挤压力增加。另外，超过必要的润滑剂被导入导孔内，因此，玻璃单位消耗恶化。
实施方式2的玻璃成形材料中，满足所述(a)～(d)的条件，还满足(e)及(f)的条件，其理由如下。
(e)环状玻璃成形部的开口部的上侧的倒角
环状玻璃成形部的开口部的上侧优选是被作成倒角。原因是，由于插塞与环状玻璃成形部的开口部上侧接触时的冲击，从而有时玻璃成形部会破损，与此相伴的是环状突起部掉下来。
(f)环状玻璃成形部的开口部上侧的倒角角度
环状玻璃成形部的开口部上侧的倒角角度(图3的符号(v))优选是相对于铅直线的角度是10～20°。若倒角角度脱离该范围，则随着插塞向环状玻璃成形部的接触而容易发生环状突起部掉下来。
从润滑的目的而言是不言而喻的，本发明的上表面玻璃成形材料的外径(也就是，环状玻璃成形部的外径)大于热穿孔采用的插塞的直径。是为了不使插塞和被加工材料(中空坯材)直接接触。
如果在中空坯材的热扩张穿孔时，适用上述本发明的热穿孔用上表面玻璃成形材料，则可获得下述的显著效果。
(1)由于不需要金属制环，因此能够确保作业者的安全。
(2)由于确保了导孔内壁面和插塞间的润滑所需的润滑剂的量(润滑量)，因此能够防止制管用坯材内表面发生缺陷(划痕和烧伤等)。
本发明的热挤压制管用坯材的制造方法，是往容器内插入中空坯材、利用插塞从上方进行热扩张穿孔之际，作为中空坯材的上表面润滑剂采用所述本发明的热穿孔用上表面玻璃成形材料(包括实施方式1及2)的方法。
由于采用本发明的热穿孔用上表面玻璃成形材料(包括实施方式1及2)，从而，如上所述，不需要金属制环。还有，能够将上表面玻璃成形材料顺畅且安全地放置在中空坯材的上表面。其结果是在中空坯材的热扩张穿孔实施时能够确保作业者的安全。
另外，由于采用本发明的热穿孔用上表面玻璃成形材料(包括实施方式1及2)，从而，如上所述，环状突起部成为粘稠(熔融)的状态，实现润滑功能。还有，从环状玻璃成形部也供给玻璃。其结果是，确保了导孔内壁面和插塞间的润滑所需的润滑剂的量(润滑量)，防止了制管用坯材内表面上发生缺陷。
由于采用本发明的热穿孔用上表面玻璃成形材料(包括实施方式1及2)，从而，还具有减少挤压残渣的效果。这是因为随着插塞和金属间的润滑力提高，材料和工具间的摩擦系数下降，在穿孔过程中金属向插塞后方流动。减少挤压残渣的结果是材料的有效利用率提高。
本发明的热挤压制管用坯材的制造方法，能够适用于对热挤压制管用坯材尺寸的精穿孔。另外，本发明的制造方法并不限定于精穿孔，在从中空坯材经过多次穿孔加工成热挤压制管用坯材的情况中，也可以适用于中途进行的预穿孔。
实施例
使用本发明的热穿孔用上表面玻璃成形材料作为润滑剂，对中空坯材实施扩张穿孔的加工，制造热挤压制管用坯材。被加工材料的材质及其他穿孔时的条件如下述。
被加工材料(中空坯材)的材质：高Cr-Ni材料(25％Cr-30％Ni)
坯材尺寸及工具尺寸：参照表1
上表面润滑剂：SiO2-Al2O3-B2O3-CaO系润滑剂
[表1]
Figure BPA00001374757400091
在作为被加工材料的坯材外表面及内表面上散布玻璃润滑剂，然后，加热到大约1200℃。之后，将坯材装入容器内，在坯材的上表面放置上表面润滑剂，进行热穿孔(预穿孔及精穿孔)。本发明的上表面玻璃成形材料在精穿孔中使用。为了进行比较，关于使用现有的环状玻璃成形材料作为上表面润滑剂的情况也进行了同样的热穿孔。
穿孔后，对作业状况、品质(坯材内表面瑕疵)及挤压残渣质量进行评价。
表2是作业状态的评价结果。
[表2]
Figure BPA00001374757400101
如表2所示，采用本发明的上表面玻璃成形材料时，不需要金属制环。从而，不需要热环境下的金属制环的安装、拆卸作业，确保了作业者的安全性。另外，采用本发明的上表面玻璃成形材料时，必要的作业只有将上表面玻璃成形材料放置在坯材上表面的作业。因而，该作业可以很容易地通过由机器人等进行的自动供给进行替代。
表3表示品质(坯材内表面瑕疵)的评价结果。该表中还同时表示了本发明的上表面玻璃成形材料及现有的环状玻璃成形材料的各部分尺寸。还有，本发明的上表面玻璃成形材料，外径：253mm，内径：105mm。另外，现有的环状玻璃成形材料，外径：205mm，内径：125mm。
[表3]
Figure BPA00001374757400102
表3中，“评价”栏的记号意思如下。在此，所谓“坯材内表面瑕疵的发生率”是指用{(发生瑕疵的个数/穿过孔的个数)}×100(％)求得的比率。
◎：极好。表示坯材内表面瑕疵(工具烧伤、划痕等)的发生率为0.05％以下。
○：良好。表示坯材内表面瑕疵的发生率超过0.05％但在0.60％以下。
△：基本良好。表示坯材内表面瑕疵的发生率超过0.60％但在1.00％以下。
×：不好。表示坯材内表面瑕疵的发生率超过1.00％。
另外，表3中，“各部分的尺寸”栏的(i)～(v)对应于所述图3所示的符号(i)～(v)。
如表3所示，现有例中，由于润滑不够所造成的烧伤的原因，内表面瑕疵的发生率超过1％。而本发明例中，瑕疵发生率为1.00％以下。特别是本发明例E(对应于实施方式2)中，坯材内表面几乎没有瑕疵的发生，获得极好的结果。另外，在本发明例C及本发明例D(对应于实施方式1)中，坯材内表面瑕疵的发生率低到0.60％以下，获得良好的结果。
表4表示挤压残渣质量的评价结果。
[表4]
Figure BPA00001374757400111
如表4所示，采用本发明例E的玻璃成形材料进行的穿孔中，随着插塞和金属间润滑力的提高，穿孔过程中金属向插塞后方流动，挤压残渣与现有例相比大大降低。
产业上的可利用性
本发明能够有效地利用于采用玻璃成形材料进行的热挤压制管用坯材的制造。
符号说明
1-中空坯材、制管用坯材，1a-导孔，2-容器，3-插塞，4-芯棒，5-上表面玻璃成形材料，6-环状玻璃成形部，7-环状突起部，8-开口部，9-现有的环状玻璃成形材料，10-金属制环。

Claims (4)

1.一种热穿孔用上表面玻璃成形材料，在采用插塞对插入容器内的中空坯材进行热扩张穿孔之际用作中空坯材的上表面润滑剂，其特征在于，
该玻璃成形材料由环状玻璃成形部和环状突起部构成，
该环状玻璃成形部形成圆形平板状，中心具备用于插入插塞的圆形的开口部，
该环状突起部被安装在环状玻璃成形部的开口部，形成相对于该玻璃成形部垂直且呈环状突出的形状。
2.根据权利要求1所述的热穿孔用上表面玻璃成形材料，其特征在于，
环状突起部的环的厚度为5～20mm，
环状突起部的外径比中空坯材的内径小1～10mm，
环状突起部的高度方向长度为5～20mm，
环状玻璃成形部距坯材上表面的高度为10～35mm。
3.根据权利要求2所述的热穿孔用上表面玻璃成形材料，其特征在于，
环状玻璃成形部的开口部的上侧被作成倒角，其角度相对于铅直线呈10～20°。
4.一种热挤压制管用坯材的制造方法，其特征在于，
在往容器内插入中空坯材、利用插塞从上方进行热扩张穿孔之际，
采用权利要求1～3任意一项所述的热穿孔用上表面玻璃成形材料作为中空坯材的上表面润滑剂进行热穿孔。
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