CN115193917A - 一种有效控制钛合金带筋管外形尺寸的冷轧工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种有效控制钛合金带筋管外形尺寸的冷轧工艺，包括S1、轧辊孔型设计；S2、轧辊孔型安装调整；S3、前后台卡盘设计；S4、开始轧制等步骤。本发明通过独特的孔型设计、变动的轧制参数设置、精密的孔型调整、独特的轧机前后台配套工装，能够在LG15两辊冷轧管机上轧制出筋高、基圆外径、壁厚、内孔直径都符合技术条件要求的钛合金带直筋管，且各种尺寸数据稳定；该工艺思想对于同类型异形管的生产具有指导意义。

Description

一种有效控制钛合金带筋管外形尺寸的冷轧工艺

技术领域

本发明涉及钛合金带直筋管冷轧技术领域，尤其涉及一种有效控制钛合金带筋管外形尺寸的冷轧工艺。

背景技术

在核电用管领域，有一种带外筋的钛合金管，该钛管的名义尺寸为Φ14×2.0，筋宽1.3mm，筋高0.50mm，左向螺旋，螺旋角度3.145°，螺距800mm。其尺寸精度要求高，又必须通过内径外径通规、止规，内径贯通规的检验，达到满足要求的尺寸非常不易。

其中，壁厚S要求为2.0±0.12mm、筋顶外接圆直径D+要求为15.0±0.1mm、基圆外径D要求为14.0±0.1mm、内径d要求为10.0±0.1mm，该尺寸是最终成品尺寸，但冷轧出来的钛合金带直筋管还必需经过热扭转、热处理、矫直、酸洗等工序才能满足成品尺寸要求。在这几个工序的处理过程中，钛合金带直筋管的外形尺寸一直在发生改变，所以最初的钛合金带直筋管尺寸与最终成品尺寸相比，必须要留出外形尺寸变化的余量，才能保证最终成品尺寸。由于最终成品尺寸除了满足技术条件的尺寸公差要求，还必需满足内径外径通规、止规，内径贯通规的检验要求，使其最初的尺寸范围及公差范围及其狭小，生产控制难度极大。

目前，一般利用LG15两辊冷轧管机轧制带直筋管，但是现有的LG15两辊冷轧管机所轧制出的带直筋管的筋高度一直不满足技术条件要求的标准，虽然起筋，但筋高往往只能达到技术条件的下限，在后续扭转、矫直后，由于基圆外径和筋高都存在减小的情况，最终的筋高不能达到技术条件中筋高度最低要求。同时，针对带筋直管的轧制工艺，也有采用LD10三辊轧机机架上两辊轧制，由于轧辊名义直径远远小于LG15两辊冷轧管机的轧辊，使其最终道次变形率远远较两辊的道次变形率低，使得三辊轧机轧制的最终成品性能较两辊轧机轧制的产品性能略微降低。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种有效控制钛合金带筋管外形尺寸的冷轧工艺，通过独特的孔型设计、变动的轧制参数设置、精密的孔型调整、独特的轧机前后台配套工装，能够在LG15两辊冷轧管机上轧制出筋高、基圆外径、壁厚、内孔直径都符合技术条件要求的钛合金带直筋管，且各种尺寸数据稳定。

本发明采用的技术方案如下：

本发明所提出的一种有效控制钛合金带筋管外形尺寸的冷轧工艺，包括以下步骤：

S1、轧辊孔型设计：将现有冷轧管机的轧辊孔型的有效变形区长度沿轧制方向减小一半；为了达到满足要求的筋高，孔型内刻槽的深度要大于实际要求筋高的最大值；同时，为了满足轧制后壁厚的要求，需确定轧制后钛合金管的内孔与芯棒定径段脱离后的反弹值，从而确定合适的芯棒定径段直径，最终得到所轧钛合金管符合要求的壁厚；

S2、轧辊孔型安装调整；

S3、前后台卡盘设计：在前卡盘内套入一截聚氨酯保护套管，通过与坯料管的过盈配合，一则保证坯料管随卡盘一起旋转，二则避免前卡盘的闭合对坯料管外表面造成过大的冲击；后卡盘内同样套入一截聚氨酯保护套管，且其内孔与轧后带筋管的筋外沿直径过盈配合，取消后卡盘的闭合动作，只保留随轧件同步旋转的功能；

S4、开始轧制。

进一步的，所述步骤S2具体包括：保证冷轧管机前台、轧机本体以及后台中心线的偏差不超过0.02mm；上、下轧辊孔型的中心线与芯棒的中心线的偏差不超过0.02mm，上、下轧辊左右辊缝的偏差不超过0.02mm；采用左右辊缝人工压铅丝的方式测量压铅丝后的剩余高度，左右数据误差值不超过0.02mm；后续调节轧后带筋管基圆外径值而改变辊缝值时，也要做到两边辊缝值的变化同步；且芯棒旋转的电气控制系统和卡盘旋转的电气控制系统为同一套电气控制系统。

进一步的，所述步骤S4具体包括：为满足钛合金带直筋在四个方向互为90°，参数的设置为：前回转角设置为0°，后回转角设置为90°；轧制频次为40～50次/分钟，通过无级变速的旋转钮调节；前送进量设置为0mm，后送进量根据坯料管的原始壁厚厚度和要求达到的筋高数值，在1.5mm～2.5mm之间进行调整；初步设定芯棒的位置；在参数设置到位后，开始轧制；根据轧制出来的基圆外径、筋外缘直径、壁厚的实际结果，调整初始设定的参数，若筋高超标，则加大每道次送进量；若壁厚超厚，则调整芯棒位置向轧制方向移动；若基圆外径偏大，则减小上下辊缝间距；其中，开始轧制的带筋管0.5m长的尺寸数据和稳定轧制后的数据具有偏差，因此需在轧出的带筋管长度超过0.5m并且尺寸数据稳定后才可连续轧制，直至该支钛合金管轧制结束。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过独特的孔型设计、变动的轧制参数设置、精密的孔型调整、独特的轧机前后台配套工装，能够在LG15两辊冷轧管机上轧制出筋高、基圆外径、壁厚、内孔直径都符合技术条件要求的钛合金带直筋管，且各种尺寸数据稳定，该工艺思想对于同类型异形管的生产具有指导意义。按照本发明工艺轧制出来的钛合金带直筋管，经过后续热扭转、热拉伸矫直、热处理、酸洗后，制得的样管外形尺寸和性能均能够满足技术条件的要求。

附图说明

图1为本发明轧制过程的结构示意图；

图2为本发明轧辊孔型与现有轧辊孔型的对比示意图。

其中，附图标记：1-轧辊；2-芯棒；3-坯料管。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

本发明所提出的一种有效控制钛合金带筋管外形尺寸的冷轧工艺，具体包括以下步骤：

S1、轧辊孔型设计：如图1和2所示，对于现有的冷轧管机，如LG15冷轧管机，一般的孔型设计是利用冷轧管机的有效行程，将变形区长度平均分配到轧辊上，使之变形均匀，但是采用这样的方式去轧带直筋管的话，一般不能够得到满足筋高高度的外筋，其原因是金属在纵向流动时阻力较小，不容易往径向的孔型刻槽方向流动，轧后的直筋不易形成，或筋的高度很小；

为此，本发明将孔型的有效变形区长度沿轧制方向缩短一半左右，如图2所示，现有两辊冷轧管机的轧辊有效变形区长度是7:30时的时针位置逆时针到10:30时的时针位置这一段点线连接区域的长度；而本发明将有效变形区缩短一半左右，即只利用了7:30时的时针位置逆时针到3:00时的时针位置这一段点线连接区域的长度，3:00位置逆时针到10:30这一段区域，虽然孔型还在前进，但由于孔型直径远远大于轧后的带筋管，所以实际上这一段孔型已经不对轧件起变形作用了；该种轧辊孔型的设计使得在轧制过程中，金属的成型在较短距离内完成，由此金属的纵向流动阻力增大，金属更容易往孔型刻槽方向流动，从而能够有效形成凸筋，并且筋高满足要求；

为了达到满足要求的筋高，轧辊上刻槽的深度必须要大于实际要求筋高的最大值，在轧制时才有可能通过轧制参数的调整，对轧制后得到的筋高进行调整；同时，为了满足轧制后壁厚的要求，必须要确定轧制后钛合金管内孔与芯棒定径段脱离后的反弹值，这样才能确定合适的芯棒定径段直径，最终得到所轧钛合金管符合要求的壁厚；在合理的设计好轧辊孔型、刻槽深度、芯棒直径等变形工具的前提下，才能轧制出满足技术条件要求的筋高、外圆直径、壁厚尺寸。

S2、轧辊孔型安装调整：由于所轧钛合金带筋管的外表面具有4条凸筋，使得该种管的轧制与普通圆管的轧制相比，对轧机工装的要求更严，否则所轧带筋管的外表面极易出现毛刺等缺陷；

轧机工装包括整体工装和局部工装；其中，整体工装为冷轧管机的整体中心线等，要保证冷轧管机前台、轧机本体、冷轧管机后台的中心线偏差不超过0.02mm；局部的中心线包括上下轧辊孔型的中心线与芯棒的中心线偏差不能超过0.02mm，上下轧辊左右辊缝的偏差不能超过0.02mm；只有这样，所轧钛合金带筋管的外径、壁厚偏差才能满足要求；局部工装的调整标准为上下轧辊中心线是否水平、左右辊缝是否对称；一般采用左右辊缝人工压铅丝的方式测量压铅丝后的剩余高度，左右数据误差值不能超过0.02mm；包括后续调节外径值而改变辊缝值时，也要做到两边辊缝值的变化同步。

S3、前后台卡盘设计：由于钛合金带筋直管的轧制独特性、精准性要求，除了轧制过程芯棒每一个道次旋转90°之外，冷轧管机前后台的坯料管、成品管也必须随芯棒同步旋转，不允许有丝毫误差，否则刚刚轧出的筋就会被轧平，这个同步动作就靠前后台卡盘完成；同时，卡盘在一个轧制道次转换过程中，始终有一个打开、闭合的动作，设计不当，极易伤坯料管、伤筋，为此，本发明在冷轧管机前后台卡盘处各安装一套过盈配合的聚氨酯保护套，该保护套能够使坯料管和成品管能随芯棒同步旋转，且不会伤坯料管、伤筋；为了保证同步性，芯棒旋转的电气控制系统和卡盘旋转的电气控制系统为同一套电气控制系统，以保证轧制过程中的旋转同步性。

前卡盘的作用是保证轧辊在向前轧制时松开，使得坯料管在变形区内能够纵向延伸，在轧辊往后退时将坯料管抱死，防止坯料管后退；由于前卡盘在轧制过程中不停的开闭，对坯料管有一定的冲击效应，为此，在前卡盘内套入一截聚氨酯保护套管，聚氨酯保护套管通过与坯料管的过盈配合，一则保证坯料管随卡盘一起旋转，二则避免前卡盘的闭合对坯料管外表面造成过大的冲击；后卡盘内同样套入一截聚氨酯保护套管，只不过其内孔与轧后带筋管筋外沿直径过盈配合，取消卡盘的闭合动作，只保留随轧件同步旋转的功能，目的是除了保证90°的精准旋转外，还能保证坯料管尾端离开前卡盘时，剩余部分坯料管能够与后续轧制的坯料管同步旋转，以保持纵向所轧外筋的连贯性、稳定性；后卡盘的作用主要是起导向作用，同时兼顾坯料管离开前卡盘后，剩余的坯料管能够随芯棒同步旋转；而后卡盘是与所轧的带直筋管外筋进行过盈配合的，故而在实际使用中消耗较大，选用聚氨酯制作保护套的目的，除了保证坯料管随芯杆同步旋转外，还有聚氨酯不会破坏坯料管及成品管外表面的作用。

S4、开始轧制：由于坯料管尺寸有波动，而冷轧管机对坯料尺寸波动极为敏感，因此需要找出轧制参数的变化与最终成品尺寸变化之间的关联，以此通过调整轧制参数来保证最终成品尺寸；为满足钛合金带直筋在四个方向互为90°，参数的设置如下：前回转角设置为0°，后回转角设置为90°；轧制频次为40～50次/分钟，通过无级变速的旋转钮调节；前送进量设置为0mm，后送进量根据坯料管的原始壁厚厚度和要求达到的筋高数值，在1.5mm～2.5mm之间进行调整；芯棒位置的初步设定等；在参数设置到位后，开始轧制；根据轧制出的钛合金带直筋管的基圆外径、筋外缘直径、壁厚的实际结果，调整初始设定的参数；如果筋高超标，则加大每道次送进量；如果壁厚超厚，则调整芯棒位置向轧制方向移动；如果基圆外径偏大，则减小上下辊缝间距；开始轧制的带筋管在0.5m长度的尺寸数据和稳定轧制后的数据具有偏差，因此必须在轧制出的带筋管长度超过0.5m并且尺寸数据稳定后才可连续轧制，直至该支钛合金管轧制结束；

第2支钛合金管连续轧制，在轧出长度超过0.5m后，需停机检查所轧钛合金带筋管尺寸，满足要求后方可继续轧制；后续的钛合金带筋管轧制也需要间隔抽查尺寸精度，遇尺寸变化超过要求，则需停机调整相关参数，直至所有坯料管轧制完成，生产出满足尺寸要求的钛合金带筋直管。

本发明未尽事宜为公知技术。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种有效控制钛合金带筋管外形尺寸的冷轧工艺，其特征在于：所述工艺包括以下步骤：

S1、轧辊孔型设计：将现有冷轧管机的轧辊孔型的有效变形区长度沿轧制方向减小一半；为了达到满足要求的筋高，孔型内刻槽的深度要大于实际要求筋高的最大值；同时，为了满足轧制后壁厚的要求，需确定轧制后钛合金管的内孔与芯棒定径段脱离后的反弹值，从而确定合适的芯棒定径段直径，最终得到所轧钛合金管符合要求的壁厚；

S2、轧辊孔型安装调整；

S3、前后台卡盘设计：在前卡盘内套入一截聚氨酯保护套管，通过与坯料管的过盈配合，一则保证坯料管随卡盘一起旋转，二则避免前卡盘的闭合对坯料管外表面造成过大的冲击；后卡盘内同样套入一截聚氨酯保护套管，且其内孔与轧后带筋管的筋外沿直径过盈配合，取消后卡盘的闭合动作，只保留随轧件同步旋转的功能；

S4、开始轧制。

2.根据权利要求1所述的一种有效控制钛合金带筋管外形尺寸的冷轧工艺，其特征在于：所述步骤S2具体包括：保证冷轧管机前台、轧机本体以及后台中心线的偏差不超过0.02mm；上、下轧辊孔型的中心线与芯棒的中心线的偏差不超过0.02mm，上、下轧辊左右辊缝的偏差不超过0.02mm；采用左右辊缝人工压铅丝的方式测量压铅丝后的剩余高度，左右数据误差值不超过0.02mm；后续调节轧后带筋管基圆外径值而改变辊缝值时，也要做到两边辊缝值的变化同步；且芯棒旋转的电气控制系统和卡盘旋转的电气控制系统为同一套电气控制系统。

3.根据权利要求1所述的一种有效控制钛合金带筋管外形尺寸的冷轧工艺，其特征在于：所述步骤S4具体包括：为满足钛合金带直筋在四个方向互为90°，参数的设置为：前回转角设置为0°，后回转角设置为90°；轧制频次为40～50次/分钟，通过无级变速的旋转钮调节；前送进量设置为0mm，后送进量根据坯料管的原始壁厚厚度和要求达到的筋高数值，在1.5mm～2.5mm之间进行调整；初步设定芯棒的位置；在参数设置到位后，开始轧制；根据轧制出来的基圆外径、筋外缘直径、壁厚的实际结果，调整初始设定的参数，若筋高超标，则加大每道次送进量；若壁厚超厚，则调整芯棒位置向轧制方向移动；若基圆外径偏大，则减小上下辊缝间距；

其中，开始轧制的带筋管0.5m长的尺寸数据和稳定轧制后的数据具有偏差，因此需在轧出的带筋管长度超过0.5m并且尺寸数据稳定后才可连续轧制，直至该支钛合金管轧制结束。

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