CN1439465A - 一种由冷加工工艺制造的薄壁铜管 - Google Patents

Abstract

一种由冷加工工艺制造的薄壁铜管，它是用连铸态T₂或TP₂铜管坯经受大变形量的冷轧、冷拔相结合的冷加工工艺制作而成。其成品管φ60^±0.04×2mm，总变形量允许达到92％－95％；成品管φ32^±0.03×0.5mm，总变形量允许达到98.2％－98.6％，铜管内、外表面粗糙度R_a≤0.4μm，壁厚与直径比t/D≤0.0156。成品铜管抗拉强度σ_b＝350～420MPa，延伸率δ₁₀≥10％。本发明的制造工艺可简化为截冷却后的连铸管坯直接进行冷轧、冷拔、冷轧，或将其中冷轧分作两步工序完成。与常规制造工艺相比减少了六道工序，是一种工艺道次少、投资少、占地面积小、能耗少、成本低、成材率高、表面质量好和尺寸精度高的新技术新产品。

Description

一种由冷加工工艺制造的薄壁铜管

技术领域

本发明涉及一种管子，具体地说是一种由冷加工工艺制造的薄壁铜管。

背景技术

现有技术中的金属刚性管子，常见有铁管、钢管、不锈钢管、铜管。对于饮用水管来说，以往所用过的镀锌管，因其在制造中，都需经过热、冷加工最后是采用热浸镀，其工艺本身就存在严重的污染，所以不受消费者欢迎。铁管子很容易生锈，不锈钢管不生锈、无污染、美观耐用，但其所含用的镍、铬元素，价格昂贵，造成成本偏高，而且制造工艺复杂，需要经过熔炼—浇注—扒皮—切头—钻孔—加热—热挤压，再进行多道次冷轧、冷拔、退火和冷拔而成。目前的T₂/TP₂铜管的传统常规制造工艺，是与不锈钢类同，但价格要低于不锈钢管，致使国内外对铜管的需求量在逐年上升，具有取而代之的趋势。而所循例工艺带来的是设备投资大，加工道次多，成材率低，经热挤压所挤出来的管材易偏心等不足，且都离不开热加工，也增加了热能的耗损，迫使其必须改革工艺。

发明内容

本发明之目的是为了避免上述传统常规工艺的不足、削减加工工艺程序，同时提高T₂/TP₂连铸态成形管子的质量，而提供一种由冷加工工艺制造的薄壁铜管。

本发明的任务是这样实现的；一种制造薄壁铜管的冷加工工艺，其中工艺制造是采用冷轧、冷拔，其特征是制造薄壁铜管的冷轧、冷拔加工工艺，是选用连铸态T₂/TP₂铜管坯、为柱状晶组织结构(金相组织见附图1所示)，在室温下，工艺过程全部采用冷加工成形，其工艺步骤是冷轧—冷拔—冷轧，即：a、首先是在冷轧机上，采用的道次变形量为80％～83％，轧制速度为80次/min，将柱状晶组织结构以大形变加工，变成变形态组织结构，此为粗轧工艺；b、将粗轧后的T₂/TP₂铜管实施冷拔成形：在冷拔机上对铜管冷拔实施减径并减薄壁厚，其拔制速度为10M/min，道次变形量为15％～20％；C、再次进行冷轧：在冷轧机上采用道次变形量为52％～55％，轧制速度为90次/min，铜管的内、外表面粗糙度R_a≤0.4μm；管壁厚t和外径D之比为t/D≤0.0333，总变形量达到92％～95％。上面所述的工艺步骤，可将其中的两次冷轧工序特征，各分别作两个工步代替，即：冷轧I—冷轧II—冷拔—冷轧III—冷轧IV。采用冷轧制速度为70～90次/min，而冷轧I的道次变形量为67％～70％，冷轧II的道次变形量为34％～37％，内、外表面粗糙度R_a≤0.6μm；冷拔速度为10M/min，冷拔道次变形量为33％～36％；冷轧III的道次变形量73％～76％，冷轧制速度为90次/min，管壁厚t和外径D之比为t/D≤0.0268，铜管内、外表面粗糙度R_a≤0.4μm；冷轧IV是参照冷轧III重复之，管壁厚t和外径D之比为t/D≤0.0156，总变形量允许达到98.2％～98.6％。

采用上述冷加工工艺，薄壁铜管金相组织是由铸态柱状晶组织结构，转变成变形态组织结构，当在加工工序中，再进行不是热加工性质的、退火均质细化处理时，获得再结晶组织结构平均晶粒度为46μm。

上述的工艺制造中所采用的连铸态T₂/TP₂是为立式或水平式连续铸造铸成的料管坯。

采用上述一种由冷加工工艺制造的薄壁铜管，其特征是成品铜管的金相组织为柱状晶的变形态组织结构、外径为φ60^±0.04～φ32^±0.03mm，壁厚为2～0.5mm，外径公差为±0.04～0.03mm，铜管的内、外表面上的粗糙度R_a≤0.4μm，管壁厚t和外径D之比为t/D≤0.0333～0.0156，铜管的抗拉强度σ_b＝350～420MP_a。本发明制造的薄壁铜管，可用作水管、气管或其他液体管。

本发明和已有技术相比较的优点是；全部的加工都是冷工艺，与传统常规加工工艺相比较，减少了五至六次的加工道次，所以成本随之降低。因其无热加工程序，相应地减少了加热设备与热能源的消耗、热量排放，同时避免热缺陷和偏心，使得成材率高，表面质量好，并且获得尺寸精度高的产品，本发明的高精度薄壁铜管，特别适合于作饮用水管。

本发明以连铸态T₂或TP₂管坯制造的高精度薄壁铜管，所进行的冷加工工艺，其具体工序组成如下：

1)单机架二辊冷轧管机冷轧制T₂或TP₂铜管

首先将连铸获得的铸态T₂或TP₂铜管坯，在室温下，切成定长进行粗轧：置于周期式二辊冷轧管机台面，并穿入芯杆和与其相连接的芯棒进入辊道，推入两环型辊上、下带半圆形沟槽的模腔中间，在长变形区内实施大变形量的往复轧制，轧制速度80次/min。变形量为80％～83％，获得变形态组织结构，金相组织见附图2所示。

2)经粗轧后的T₂或TP₂铜管实施冷拔制成形

将铸态铜管坯经过冷变形80％～83％后，在压头机上压成150～180mm长，从圆形渐变过渡到方形的夹持压头，其方形夹持压头对角线长度必须小于阴模定径带尺寸。从铜管另一端内孔置入芯杆和与其相连接的短芯棒，一并送到8-10吨的拔管机机架上。再将压头端推过阴模，驱动拔管机小车前进，使小车上的钳口咬住从阴模伸出的铜管压头端，再启动拉拔机主电机，驱动拔管机小车后退，同时在拉拔机尾部设置的气动或液压限位顶杆装置，推进芯杆至阴模定径带部位。拔管机小车牵引铜管坯通过阴模被减径，受芯棒约束定内径并同时减壁厚被拔出，拔制速度10M/min。

3)多辊冷轧管机冷轧制T₂或TP₂铜管

将冷拔后的铜管，经切头并截定尺寸后，穿入芯杆和与其相连接的芯棒，从送料台架，通过推进机构将拔后铜管、推入多辊冷轧管机辊缝定径型腔内。多辊冷轧管机经过往复轧制，其轧制速度90次/min，轧成设定值外径、内径或壁厚的尺寸规格。

附图说明

下面为施实本发明的金相变化附图描述。

图1、是连铸态T₂/TP₂铜管坯柱状晶组织结构。

图2、是图1的大形变加工后变成变形态组织结构(φ35×1 X200)。

具体实施方式

实施例1：制造孔径较小的管子也可将冷轧工序分作两道次完成。

1)将φ103.0mm，壁厚18.0mm的T₂连铸铜管坯，经铣削外表面后获得φ101.6mm，壁厚17.3mm，截定长数根作为坯料。LG-90周期式二辊冷管机上穿入芯杆和与其相连接的芯棒，启动推进电机相连接的推进机构，使T₂铜坯料管在芯杆和与其相连接的芯棒上移动，推入已选配装好的环型辊上、下半圆形型腔内。LG-90冷轧管机尾部有限定芯杆移位的装置，防止芯杆串动。启动主驱动电机使曲柄拉杆连接与轧辊相连接的齿轮，使轧辊旋转并沿齿条作往复式直线运动，轧制速度为80/min。使铜坯料管在两轧辊的上、下半圆形型腔内并受铜坯料管内锥度芯棒的约束，而且，轧制过程变形是在变形区内、渐变产生形变的。最终轧成为φ69×4.5mm，道次变形量允许达到80％～83％。

2)再将φ69×4.5mm的T₂铜管一端150～180mm长置入压头机，压成从圆形向渐变方形过渡的形状，T₂铜管另一端内孔穿入芯杆和与其相连接的短芯棒。在8吨拔管机机床尾部设有推顶芯杆，使芯棒限定在阴模定径带部位的装置。用推进机构将T₂铜管压头端推过冷拔管机已选配好的阴模内腔。伸出模腔外的压头端，利用拉拔小车牵引使铜管通过已设定选配装好的阴模腔，拔制速度10M/min，最终获得φ65×4mm的铜管材，道次变形量允许达到15.9％～20％。

3)第三道次按第一道次同样的上料、穿芯杆和芯棒的方法，将φ65×4mm的铜管置入LD-60多辊冷轧管机定径模腔内，实施往复式精轧，轧制速度90次/min。最终轧成φ60^±0.04×2mm一定长度的精密铜管。其内、外表面粗糙度R_a≤0.4μm，t/D≤0.0333(t-铜管壁厚，D-铜管外径)，道次变形量允许达到52.5％～55％，总变形量允许达到92％～95％。解剖铜管作拉伸，测定抗拉强σ_b＝350～420MP_a，延伸率δ₁₀≥10％。

实施例2：连铸态TP₂铜管坯，经四道次冷轧和一道次冷拔，加工成薄壁铜水管。

1)将φ72.5×15.7mm，一定长度连铸态TP₂铜管坯，置于LG-55周期式二辊冷轧管机机架台面；在其铜管坯内孔穿入选配适宜的芯杆和与其相连接的、带有一定锥度的芯棒(锥度大小依工艺参数而定)，再将芯杆连带芯棒先推入上、下两辊表面中心、沿圆周方向开有尺寸渐变的、半圆形沟槽内的适当位置；启动推进电机用推料顶杆将TP₂铜管坯推入上、下两轧辊的入口端。LG-55冷轧管机尾部设有芯杆防串装置。先送冷却液再启动驱动电机，通过曲柄连杆带动连接轧辊的齿轮，使轧辊旋转并沿齿条作往复运动，轧制速度为70次/min，同时推进机构实现同步送进。最后依两轧辊沟槽的定径带的尺寸，保证冷轧后管材的外径；内径依靠芯棒限定来达到尺寸精度，最后冷轧出φ52×6.4mm铜管材。其粗糙度依靠工装模具的精度和润滑油的质量来实现。道次变形量允许达到67.4％～70％。

2)再选配好芯杆和与其相连接的芯棒，穿入φ52×6.4mm TP₂铜管内孔中，一并置入LD-60多辊冷轧管机台面上。芯棒先送进机头内已选配装好、并设定尺寸规格的轧辊型腔内，调整好最佳位置，再将冷轧管机的尾部，用三角卡盘夹紧芯杆使其不能前后串位；启动推料机构，将φ52×6.4mm铜管料在芯杆上移动、推到冷轧管机机头轧辊的入口端，启动冷却液电机后、再启动主驱动电机，使机头通过曲柄拉杆在滑道上作往复直线运动，轧制速度为90次/min；轧辊在机头内沿成形曲面轨迹滑道往复压缩铜管，最终冷轧出φ47×4.5mm的铜管。其内、外表面粗糙度R_a≤0.6μm，道次变形量允许达到34.5％～37％。

3)再将φ47×4.5mm的TP₂铜管一端用压头机压成150～180mm长，从圆形向方形过渡、渐变成方形夹压头，另一端直接穿入选配好的芯杆和与其相连接的短芯棒。把铜管的压头端与芯棒、一并置入10吨冷拔机已经选配装好的阴模腔内，伸出模腔外面的压头端，用牵引小车钳口夹持住，启动主驱动电机使牵引小车反向行驶，同时拉拔机尾部气动或液压顶杆推动芯杆前进，将芯棒推进到阴模定径带部位，使铜管材顺利的从阴模腔中被冷拔出，其拔制速度为10M/min，便获得φ41×3.4mm铜管，道次变形量允许达到33.2％～36％。

4)再从φ41×3.4mm的TP₂铜管内孔，穿入已选配好的芯杆、和与其相连接的芯棒；在从LD-60冷轧管机台面上，将TP₂铜管及芯杆一并置入机头内、已选配装好的多辊形成的模腔内，调整好芯棒的适宜位置，用机尾的三角卡盘将芯杆夹紧使之不能串位；启动推料电机，推顶铜管在芯杆上移动到机头模腔的入口端；启动冷却液电机后，再启动主驱动电机，使机头内轧辊旋转并作往复式运动，轧制速度90次/min，最后冷轧出φ35^±0.04×1.0mm的铜管。道次变形量允许达到73.4％～76％，壁厚与直径比t/D≤0.0286，其内、外表面粗糙度R_a≤0.4μm。

5)重复4)的道次工艺过程，将φ35^±0.04×1.0mm铜管在LD-60冷轧管机上轧制成φ32^±0.04×0.5mm薄壁铜水管，其内外表面粗糙度R_a≤0.4μm，总变形量允许达到98.2％～98.6％，壁厚与直径比t/D≤0.0156。

Claims (5)

1、一种制造薄壁铜管的冷加工工艺，其中工艺制造是采用冷轧、冷拔，其特征在于：制造薄壁铜管的冷加工工艺，选用连铸态T₂/TP₂铜管坯、为柱状晶组织结构，在室温下，工艺过程全部采用冷轧、冷拔加工成形，其工艺步骤是冷轧—冷拔—冷轧，即：a、首先是在冷轧机上，采用道次变形量为80％～83％，轧制速度为80次/min，将柱状晶组织结构以大形变加工，变成变形态组织结构，此为粗轧工艺；b、将粗轧后的T₂/TP₂铜管实施冷拔成形：在冷拔机上对铜管冷拔实施减径并减薄壁厚，采用冷拔制速度为10M/min，道次变形量为16％～20％；C、再次进行冷轧：在冷轧机上采用道次变形量为52％～55％，轧制速度为90次/min，铜管的内、外表面粗糙度为R_a≤0.4μm；管壁厚t和外径D之比为t/D≤0.0333，总变形量达到92％～95％。

2、根据权利要求1所述的制造薄壁铜管的冷加工工艺，其特征在于：所述的工艺步骤，可将其中的两次冷轧工序特征，用各分别作两个工步代替，即：冷轧I—冷轧II—冷拔—冷轧III—冷轧IV，采用冷轧制速度为70～90次/min，而冷轧I的道次变形量为67％～70％，冷轧II的道次变形量为34％～37％，内、外表面粗糙度R_a≤0.6μm；冷拔速度为10M/min，冷拔道次变形量为33％～36％；冷轧III的道次变形量73％～76％，冷轧制速度为90次/min，管壁厚t和外径D之比为t/D≤0.0268，铜管内、外表面粗糙度R_a≤0.4μm；冷轧IV是参照冷轧III重复之，管壁厚t和外径D之比为t/D≤0.0156，总变形量允许达到98.2％～98.6％。

3、一种根据权利要求1或2所述的由冷加工工艺制造的薄壁铜管，其特征在于：成品铜管的金相组织是铸态柱状晶的变形态组织结构，外径为φ60^±0.04～φ32^±0.03mm，壁厚为2～0.5mm，外径公差为±0.04～0.03mm，铜管的内、外表面的粗糙度R_a≤0.4μm，管壁厚t和外径D之比t/D≤0.0333～0.0156，抗拉强度σ_b＝350～420MP_a；延伸率δ₁₀≥10％。

4、根据权利要求1或2所述的制造薄壁铜管的冷加工工艺，其特征在于：工艺制造中所采用的连续铸造铸态T₂/TP₂，是为立式或水平式连续铸造铸成的料管坯。

5、根据权利要求1或2或3所述的冷加工工艺制造的薄壁铜管，其特征在于：薄壁铜管金相组织是由铸态柱状晶组织结构，转变成变形态组织结构，当在加工工序中，再进行不是热加工性质的、退火均质细化处理时，获取得再结晶组织结构平均晶粒度为46μm。

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