CN103659171B - Uoe直缝钢管扩径锥体的制造方法 - Google Patents

Uoe直缝钢管扩径锥体的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种UOE直缝钢管扩径锥体的制造方法，采用热作模具钢锻件作为扩径锥体本体材料，经锻造加工得到本体，本体加工出中心内孔及外表面锥形圆，采用芯轴和胀紧套与本体构成整体，在加工中心上加工本体大头端面及表面的十二块斜面，各斜面居中粗铣长槽，加工本体大头端面深孔和各斜面油孔，解体胀紧套和芯轴，对本体表面实施淬火热处理，重新装配胀紧套和芯轴后采用T型槽刀在本体各斜面的长槽上精铣出T型槽，随后解体胀紧套和芯轴，采用龙门铣床加工本体各档内孔至成品尺寸，采用导轨磨床磨削各斜面，对成品扩径锥体进行探伤检验，复核尺寸，完成制造。本方法简化了加工工艺，提高了加工效率，降低了生产成本，保证了扩径锥体的制作精度。

Description

UOE直缝钢管扩径锥体的制造方法
技术领域
本发明涉及一种UOE直缝钢管扩径锥体的制造方法。
背景技术
大直径厚壁焊接钢管应用范围十分广阔，不仅应用于铺设长距离高压输油气管线，并且已经扩展应用于以气体，液体作为推动力输送矿石、谷物、石油、煤炭等。在工程建设中用于海底隧道，海底打桩，防坡堤及海上采油平台等，在其它领域还用于高压容器，机架外壳等。目前生产此类钢管最经济、效率最高的方式无疑就是UOE(Uing-Oing-Expanding)成型工艺。主要是将钢板通过U机模具、O机模具压制成圆管后焊接成钢管的工艺。但是通过该成型工艺制造出的钢管内径圆度偏差较大，呈现参差不齐的的现象。因此必须在室温状态下对UOE直缝钢管再进行一步扩径整圆(Expanding)工序。而扩径锥体就是钢管扩径整圆生产线上的核心部件。使用时将一组十块增径板安装在扩径锥体表面，钢管步进运动，增径板在扩径锥体表面滑动胀缩实施钢管扩径。通过扩径后，钢管的圆度可由原来的10mm跃升至1mm。
如图1和图2所示，通常扩径锥体的本体1材质为抗磨白口铸铁，且组织成分较致密。如此大规格的抗磨白口铸铁件铸造困难、成本较高。同时扩径锥体外形呈十二个锥面2，每个锥面2沿轴向居中设有T形导向槽3，扩径锥体中心内孔4为阶梯型的通孔，内孔4与每个锥面2的同轴度小于0.05mm；扩径锥体大头端面设有96个直径为8mm的深孔5，其深度0.57m-1.13m不等，孔与孔间距非常小，扩径锥体锥面2设有96个直径为6mm的油孔6并分别与端面各深孔5相连。由于扩径锥体的结构复杂，加工不便，导致加工工艺复杂，加工效率低、成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种UOE直缝钢管扩径锥体的制造方法，利用本方法简化了扩径锥体的加工工艺，提高了加工效率，降低了生产成本，保证了扩径锥体的制作精度。
为解决上述技术问题，本发明UOE直缝钢管扩径锥体的制造方法包括如下步骤：
步骤一，采用热作模具钢锻件作为扩径锥体本体材料，锻坯采用精炼、真空脱气工艺锻制，锻件进行三向锻造，锻造比≥5，锻件满足超声波探伤I I级要求，锻后球化退火热处理；
步骤二、采用镗铣工艺加工扩径锥体本体中心阶梯内孔并两端车铣出止口圆，扩径锥体本体外形加工为锥形圆；
步骤三、扩径锥体本体中心阶梯内孔中穿入芯轴，在扩径锥体本体两端的芯轴与扩径锥体本体之间分别设置胀紧套，并确保胀紧套在不撑裂扩径锥体本体的情况下使扩径锥体本体与芯轴之间有效胀紧构成整体；
步骤四、将芯轴连同扩径锥体本体设置于加工中心，在扩径锥体本体大头端面加工十二等边，每边边长10mm，在扩径锥体本体表面加工等分的十二块斜面，各斜面斜度为0.07；
步骤五、在扩径锥体本体表面的每斜面居中粗铣宽度为20mm、深度为15mm的长槽；
步骤六、加工扩径锥体本体大头端面深孔，确定每个深孔位置并采用中心钻在每个深孔位置点钻0.5mm深小坑，复核每个深孔位置无误后，采用键槽铣刀在各小坑位置铣出平底孔，同时采用内排屑的深孔钻沿各平底孔进行深孔钻攻，边钻攻边进行表面超声波探伤定位；
步骤七、加工扩径锥体本体各斜面油孔，确定每个油孔位置并采用中心钻在每个油孔位置点钻0.5mm深小坑，复核每个油孔位置无误后，采用内排屑的深孔钻沿各小坑钻出油孔，并按工艺要求确保各油孔分别连通各深孔，钻各油孔过程中采用超声波探伤定位；
步骤八、解体胀紧套和芯轴，取出扩径锥体本体并对其表面实施淬火热处理，淬硬深度≥3mm，扩径锥体本体表面硬度HRC52-56；
步骤九、扩径锥体本体重新装配胀紧套和芯轴并设置于加工中心，采用T型槽刀在扩径锥体本体各斜面的长槽上精铣出T型槽，随后解体扩径锥体本体的胀紧套和芯轴；
步骤十、将扩径锥体本体设置于龙门铣床，加工扩径锥体本体中心阶梯内孔至成品尺寸，随后将扩径锥体本体转至导轨磨床，对扩径锥体本体各斜面进行磨削作业，加工至各斜面粗糙度为Ra0.8；
步骤十一、采用超声波探伤对成品扩径锥体进行探伤检验，同时复核扩径锥体中心阶梯内孔、斜面、深孔、油孔尺寸，完成扩径锥体的制造。
由于本发明UOE直缝钢管扩径锥体的制造方法采用了上述技术方案，即采用热作模具钢锻件作为扩径锥体本体材料，经锻造加工得到扩径锥体本体，扩径锥体本体加工出中心阶梯内孔及外表面的锥形圆；采用芯轴和胀紧套与扩径锥体本体构成整体，在加工中心上加工扩径锥体本体大头端面及表面的十二块斜面，各斜面居中粗铣长槽，加工扩径锥体本体大头端面深孔和各斜面油孔，解体胀紧套和芯轴，对扩径锥体本体表面实施淬火热处理，重新装配胀紧套和芯轴后采用T型槽刀在扩径锥体本体各斜面的长槽上精铣出T型槽，随后解体扩径锥体本体的胀紧套和芯轴；采用龙门铣床加工扩径锥体本体各档内孔至成品尺寸，采用导轨磨床磨削各斜面，对成品扩径锥体进行探伤检验，复核扩径锥体尺寸，完成扩径锥体的制造。本方法简化了扩径锥体的加工工艺，提高了加工效率，降低了生产成本，保证了扩径锥体的制作精度。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
图1为扩径锥体的结构示意图；
图2为图1的左视图；
图3为本方法中扩径锥体本体与芯轴和胀紧套连接的示意图。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本发明UOE直缝钢管扩径锥体的制造方法包括如下步骤：
步骤一，采用热作模具钢锻件作为扩径锥体本体1材料，锻坯采用精炼、真空脱气工艺锻制，锻件进行三向锻造，锻造比≥5，锻件满足超声波探伤I I级要求，锻后球化退火热处理；
步骤二、采用镗铣工艺加工扩径锥体本体1中心阶梯内孔4并两端车铣出止口圆，扩径锥体本体1外形加工为锥形圆；
步骤三、扩径锥体本体1中心阶梯内孔4中穿入芯轴7，在扩径锥体本体1两端的芯轴7与扩径锥体本体1之间分别设置胀紧套8，并确保胀紧套8在不撑裂扩径锥体本体1的情况下使扩径锥体本体1与芯轴7之间有效胀紧构成整体；
步骤四、将芯轴7连同扩径锥体本体1设置于加工中心，在扩径锥体本体1大头端面加工十二等边，每边边长10mm，在扩径锥体本体1表面加工等分的十二块斜面2，各斜面2斜度为0.07；
步骤五、在扩径锥体本体1表面的每斜面2居中粗铣宽度为20mm、深度为15mm的长槽；
步骤六、加工扩径锥体本体1大头端面深孔5，确定每个深孔5位置并采用中心钻在每个深孔5位置点钻0.5mm深小坑，复核每个深孔5位置无误后，采用键槽铣刀在各小坑位置铣出平底孔，同时采用内排屑的深孔钻沿各平底孔进行深孔5钻攻，边钻攻边进行表面超声波探伤定位；
步骤七、加工扩径锥体本体1各斜面2油孔6，确定每个油孔6位置并采用中心钻在每个油孔位置点钻0.5mm深小坑，复核每个油孔6位置无误后，采用内排屑的深孔钻沿各小坑钻出油孔6，并按工艺要求确保各油孔6分别连通各深孔5，钻各油孔6过程中采用超声波探伤定位；
步骤八、解体胀紧套8和芯轴7，取出扩径锥体本体1并对其表面实施淬火热处理，淬硬深度≥3mm，扩径锥体本体1表面硬度HRC52-56；
步骤九、扩径锥体本体1重新装配胀紧套8和芯轴7并设置于加工中心，采用T型槽刀在扩径锥体本体1各斜面2的长槽上精铣出T型槽3，随后解体扩径锥体本体1的胀紧套8和芯轴7；
步骤十、将扩径锥体本体1设置于龙门铣床，加工扩径锥体本体1中心阶梯内孔4至成品尺寸，随后将扩径锥体本体1转至导轨磨床，对扩径锥体本体1各斜面2进行磨削作业，加工至各斜面2粗糙度为Ra0.8；
步骤十一、采用超声波探伤对成品扩径锥体进行探伤检验，同时复核扩径锥体中心阶梯内孔、斜面、深孔、油孔尺寸，完成扩径锥体的制造。
本方法中改变原扩径锥体本体抗磨白口铸铁件材料为热作模具钢锻件材料，克服了抗磨白口铸铁件材料不易锻造的缺陷，热作模具钢锻件材料可采用7CrSiMnMoV锻件，方便了扩径锥体本体的锻造；采用芯轴和胀紧套与扩径锥体本体构成整体，使得扩径锥体本体加工时便于装夹，方便了加工作业；其中尤为注意的是胀紧套安装过程中不致扩径锥体本体撑破裂，可通过下述计算方法得到验证，以设定胀紧套的拧紧扭矩来控制胀紧力；
根据《重型机械标准-第二卷》，M16螺钉的推荐拧紧转矩MA＝295Nm，相对应的胀紧套与芯轴结合面上的单位压力pf＝165MPa，根据力的作用是相互的原理，胀紧套与扩径锥体本体结合面上的单位压力
其中：d为与胀紧套相结合的芯轴外径；D为与胀紧套相结合的扩径锥体本体内孔直径。
根据《重型机械标准-第二卷》，关于扩径锥体本体外径尺寸计算:
式中：D为扩径锥体本体内孔直径，即胀紧套外径，取330mm；σ0.2为扩径锥体本体材料的屈服强度，取708MPa；通常扩径锥体小头T型槽底的最小外径取414mm，
PN为胀紧套外环表面单位压力，取102.4MPa；C为扩径锥体本体结构系数，取0.6；
经计算，当取扩径锥体本体外径为360mm时，采用推荐拧紧转矩来拧紧螺钉时，扩径锥体即能确保锥体最薄端不被胀紧套胀裂。而本扩径锥体内孔直径330mm，小头端最小外径为414mm，因而有足够的壁厚抵御胀紧套的胀紧力。
参考机械制造SN200标准，关于8.8级螺栓拧紧扭矩的设定，M16螺钉推荐拧紧扭矩MA＝149Nm，根据线性关系，估算胀紧套与芯轴结合面上的单位压力
根据力的作用是相互的原理，胀紧套与扩径锥体结合面上的单位压力值参照以下公式计算为：
根据《重型机械标准-第二卷》，扩径锥体外径尺寸计算:
根据上述计算，取拧紧扭矩MA＝149Nm即可满足胀紧套装配传递扭矩要求，同时能确保有足够的安全系数。同时根据胀紧套螺钉拧紧方法，拧紧时注意分三次预紧，分别以1/3MA值拧紧、1/2MA值拧紧、MA值拧紧。
经本方法制作的扩径锥体完全达到了工艺要求，经实际使用钢管扩径效果良好，突破了扩径锥体制造的瓶颈，降低了制造及生产成本，取得较大的经济效益。

Claims (1)

1.一种UOE直缝钢管扩径锥体的制造方法，其特征在于本方法包括如下步骤：
步骤一，采用热作模具钢锻件作为扩径锥体本体材料，锻坯采用精炼、真空脱气工艺锻制，锻件进行三向锻造，锻造比≥5，锻件满足超声波探伤II级要求，锻后球化退火热处理；
步骤二、采用镗铣工艺加工扩径锥体本体中心阶梯内孔并两端车铣出止口圆，扩径锥体本体外形加工为锥形圆；
步骤三、扩径锥体本体中心阶梯内孔中穿入芯轴，在扩径锥体本体两端的芯轴与扩径锥体本体之间分别设置胀紧套，并确保胀紧套在不撑裂扩径锥体本体的情况下使扩径锥体本体与芯轴之间有效胀紧构成整体；
步骤四、将芯轴连同扩径锥体本体设置于加工中心，在扩径锥体本体大头端面加工十二等边，每边边长10mm，在扩径锥体本体表面加工等分的十二块斜面，各斜面斜度为0.07；
步骤五、在扩径锥体本体表面的每斜面居中粗铣宽度为20mm、深度为15mm的长槽；
步骤六、加工扩径锥体本体大头端面深孔，确定每个深孔位置并采用中心钻在每个深孔位置点钻0.5mm深小坑，复核每个深孔位置无误后，采用键槽铣刀在各小坑位置铣出×2mm平底孔，同时采用内排屑的深孔钻沿各平底孔进行深孔钻攻，边钻攻边进行表面超声波探伤定位；
步骤七、加工扩径锥体本体各斜面油孔，确定每个油孔位置并采用中心钻在每个油孔位置点钻0.5mm深小坑，复核每个油孔位置无误后，采用内排屑的深孔钻沿各小坑钻出油孔，并按工艺要求确保各油孔分别连通各深孔，钻各油孔过程中采用超声波探伤定位；
步骤八、解体胀紧套和芯轴，取出扩径锥体本体并对其表面实施淬火热处理，淬硬深度≥3mm，扩径锥体本体表面硬度HRC52-56；
步骤九、扩径锥体本体重新装配胀紧套和芯轴并设置于加工中心，采用T型槽刀在扩径锥体本体各斜面的长槽上精铣出T型槽，随后解体扩径锥体本体的胀紧套和芯轴；
步骤十、将扩径锥体本体设置于龙门铣床，加工扩径锥体本体中心阶梯内孔至成品尺寸，随后将扩径锥体本体转至导轨磨床，对扩径锥体本体各斜面进行磨削作业，加工至各斜面粗糙度为Ra0.8；
步骤十一、采用超声波探伤对成品扩径锥体进行探伤检验，同时复核扩径锥体本体中心阶梯内孔、斜面、深孔、油孔尺寸，完成扩径锥体的制造。
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