專利名稱：用冷加工法制造超薄壁金屬管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬管的冷加工方法 大了金屬管的薄壁方面的可制造范圍 薄壁金屬管的方法。
背景技術(shù)：
當金屬管在經(jīng)熱加工狀態(tài)下不能滿足品質(zhì)上、強度上或尺 寸精度上的要求時，要纟皮送入冷加工工序。作為冷加工工序， 通常有使用拉模和頂頭、或拉模和芯棒的冷拔法、以及使用皮 爾格冷軋機的冷軋法。
在使用皮爾格冷軋機的冷軋法中，在具有直徑沿圓周方向 逐漸縮小的錐狀孔型的 一對軋輥、和同樣是直徑逐漸縮小只不 過是沿長度方向縮小的錐狀芯棒之間對管坯進行減徑軋制。即， 在一對軋輥的圓周上切出孔型，其形狀要使孔型隨軋輥的旋轉(zhuǎn) 而變窄。軋輥一邊旋轉(zhuǎn)一邊沿芯棒的錐度反復前進及后退，在 軋輥和芯棒之間對管坯進行軋制。("第3版鋼鐵便覽第3巻(2) 棒鋼 鋼管 軋制通用設(shè)備"等)。
圖l為表示皮爾格冷軋機的軋制原理的圖，圖l(a)為往程開 始點的說明圖，圖l(b)為返程開始點的說明圖。如圖l所示，皮 爾格冷軋機根據(jù)管坯l的外徑及壁厚尺寸(分別為圖中的do及to) 以及成品軋管5的外徑及壁厚尺寸(分別為圖中的d及t),使用一
,特別是提供飛躍性地擴 、并且用冷加工法制造超對具有孔型直徑乂人軋輥的嚙入入口側(cè)朝加工出口側(cè)逐漸減小的
錐狀孔型3的軋輥2、和芯棒直徑同樣/人嚙入入口側(cè)朝加工出口 側(cè)逐漸減小的錐狀芯棒4 ，反復進行 一 邊使管坯1減徑 一 邊減小 壁厚的往復軋制工序。
在該往復運動的往程開始點及返程開始點，間歇'性地使管 材(管坯1)旋轉(zhuǎn)約60。角以及前進(進給)5~15mm，反復軋制 新的部分。
使用皮爾格冷軋機進行冷軋，管材的加工度極高，可以拉 伸約10倍之多，并且對管壁不均的矯正效果也4艮大，此外，不 需要縮徑工序，具有成品率高的優(yōu)點。但是，反過來與冷拔法 相比也存在生產(chǎn)率極低的缺點，因此，主要適于對原料費高、 且在中間處理中需要成本的不銹鋼鋼管、高合金鋼管等高級管 進行冷加工。另外，在拉銅業(yè)界中，使用3輥型鋼軋機軋制實 現(xiàn)了高效率生產(chǎn)，皮爾格冷軋機已成為拉銅事業(yè)中最核心的制 造流程。
在冷拔法中，用縮口機對管坯的管端進行縮口 ，通過進行 酸洗除去表面氧化皮等后進行潤滑處理，再將管坯的管端從拉 模中穿過進行拔制。冷拔法有頂頭拉伸、游動頂頭拉伸、芯棒 拉伸、還有空拉，這些全都是利用拉模來進行減徑加工的。
圖3為以往的減徑拔制法的說明圖，圖3 (a)表示頂頭拉伸， 圖3(b)表示芯棒拉伸。
圖3(a)所示的頂頭拉伸是最通常的拔制法，該方法是將由 頂頭支承桿24支承著的頂頭23插入到管坯1內(nèi)，用夾頭6夾住管 坯1的管端使管坯1從拉模22中通過，沿以圖中的附圖標記X表 示的箭頭方向進行拉拔。該方法便于更換頂頭、操作性也很出 色，也可獲得較大的加工度。
此外，圖3(b)所示的芯棒拉伸是將芯棒25插入到管坯l內(nèi)，與上述方法相同，使管坯1從拉模22中通過進行拉拔的方法。 該方法由于利用芯棒25對管的內(nèi)表面進行加工，因此，即使是 細徑管也能制造出內(nèi)表面亮麗、且尺寸精度高的制品，用于制 造原子能用等高級管。
冷拔所使用的拉床大部分是用電動機驅(qū)動的鏈式拉床，除 此之外也有油壓式的、水壓式的。
在金屬管的冷拔工序中，在管材料的外表面與拉模表面之 間，以及在管材料的內(nèi)表面與頂頭外表面、或管材料的內(nèi)表面 與芯棒外表面之間存在摩擦阻力，由于要克服這些摩擦阻力而 進行拔制，因此，在管材料上沿長度方向產(chǎn)生張力。當該張力 除以拔制后的截面積所得的張力應(yīng)力變高時，則管開始被拉細， 若張力應(yīng)力達到管材料的變形阻力，管便會斷裂。當然，管的 壁厚越薄、長度方向上的張力應(yīng)力就越大，管就越容易斷裂， 因此，壁厚減小率自然有限度。所以，壁厚減小率大的拔制需 要增加拔制次數(shù)反復進行拔制操作，每次拔制都需要進行潤滑 操作，導致成本高。此外，在管材料加工硬化顯著時，還需要 進行退火作業(yè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題而作成的，其課題在于，提出能飛 躍性地擴大金屬管的薄壁方面的可制造范圍的、用冷加工法制 造超薄壁金屬管的方法。另外，雖然本發(fā)明以薄壁的主要是無 縫金屬管為對象，但是在薄壁的焊接金屬管中有時會在焊接部 或熱影響部產(chǎn)生壁厚不均勻而需要對壁厚進行矯正，因此，本 發(fā)明的對象也包括焊接金屬管。
為了解決上述課題，本發(fā)明人基于以往的問題點進行研究， 得到了下述見解，從而完成了本發(fā)明。通常，管材塑性加工中的壁厚加工是通過沿管的長度方向 對管材料進行拉伸加工來完成的。即，在管材的冷軋中，在孔 型軋輥和錐狀芯棒之間進行壁厚加工的情況下， 一 邊減徑 一 邊 軋制，沿長度方向進行拉伸。
此外，在管材的冷拔中，在拉模與頂頭、或拉模與芯棒之 間進行壁厚加工的情況下， 一邊減徑一邊拔制，沿長度方向進 行拉伸。這樣，由于只沿長度方向進行拉伸，因此，壁厚壓下 量受到限制，難以實現(xiàn)薄壁化。
對此，本發(fā)明人解釋成，由于在對管材進行塑性加工而壓 薄壁厚時，只沿長度方向進行拉伸，因此，壁厚壓下量受到限 制，難以進一步實現(xiàn)薄壁化，本發(fā)明人認為，若在使用皮爾格 冷軋機壓薄管材的壁厚時，在沿長度方向進行拉伸的同時也沿 管周方向進行拉伸，則可避免上述問題。順便對使用環(huán)形材料 軋機軋制環(huán)狀品這樣的極端情況進行了研究，由于環(huán)狀材料只
沿環(huán)周方向祐U立伸、而不沿長度方向(軸心方向)祐j立伸，因 此，能不受限制地壓薄壁厚。
在皮爾格冷軋機中，為了使管材一邊沿管周方向延伸一邊 沿長度方向延伸，只要使用孔型直徑從軋輥的嚙入入口側(cè)朝加 工出口側(cè)逐漸擴大的錐狀軋輥孔型、和芯棒直徑同樣從嚙入入 口側(cè)朝加工出口側(cè)逐漸擴大的錐狀芯棒， 一邊使管材料擴徑一 邊減小壁厚地進行拉伸軋制即可。此時，只要使用具有至少大 于管坯外徑的加工最大直徑的錐狀芯棒，便能可靠地使管坯擴 徑。
此外，在拔制工序中，為了使管材一邊沿管周方向延伸一 邊沿長度方向延伸，只要利用頂頭或芯棒 一 邊擴徑 一 邊拔制即 可。只要使用具有至少大于管坯外徑的內(nèi)表面限制直徑的頂頭 或芯棒，便能可靠地使管坯擴徑。如上所述，當一邊使管坯擴徑一邊進行拔制時，雖然壁厚 變薄，但由于增大了圓周方向上的周長，因此，也具有不會過 分減小管材料的截面積、從而能減小拔制時的張力應(yīng)力這樣的 優(yōu)點。
本發(fā)明是基于上述見解而完成的，其主旨在于用下述 (1)~(3)所示的冷加工法制造超薄壁金屬管的方法。
(1) 一種用冷軋法制造超薄壁金屬管的方法，該方法為使用 皮爾格冷軋機制造超薄壁金屬管的方法，其特征在于，根據(jù)管 坯及成品軋管的外徑及壁厚尺寸，使用 一對具有孔型直徑從軋 輥的嚙入入口側(cè)朝加工出口側(cè)逐漸擴大的錐狀孔型的軋輥、和 芯棒直徑同樣乂人嚙入入口側(cè)朝加工出口側(cè)逐漸擴大的錐狀芯 棒， 一邊擴徑一邊減小壁厚地進行拉伸軋制。
(2) —種用冷拔法制造超薄壁金屬管的方法，該方法為使用 拉床制造超薄壁金屬管的方法，其特征在于，將對管的一端實 施了擴口加工的管坯插入到拉才莫直徑從嚙入入口側(cè)朝加工出口 側(cè)逐漸擴大的整體模內(nèi)，再將頂頭或芯棒直徑從拉模的嚙入入 口側(cè)朝加工出口側(cè)逐漸擴大的頂頭或錐狀芯+奉插入到管坯內(nèi)， 用夾頭夾住實施了擴口加工的部分，沿從嚙入入口側(cè)朝加工出 口側(cè)的方向拉拔管坯，由此，在整體模與頂頭、或整體模與錐 狀芯棒之間 一 邊擴徑 一 邊減小壁厚地進行拉伸。
(3) 根據(jù)上述(l)或(2)所述的用冷加工法制造超薄壁金屬管 的方法，其特征在于，上述頂頭或錐狀芯棒的加工最大直徑大 于管坯外徑。
在本發(fā)明中，所謂"冷加工法"是指冷軋法及冷拔法的總稱。


圖l為以往的減徑軋制法的說明圖，圖l(a)表示往程開始 點，圖l(b)表示返程開始點。
圖2為本發(fā)明的擴徑軋制法的說明圖，圖2(a)表示往程開始 點，圖2(b)表示返程開始點。
圖3為以往的減徑拔制法的說明圖，圖3(a)表示頂頭拉伸， 圖3(b)表示芯棒拉伸。
圖4為本發(fā)明的擴徑拔制法的說明圖，圖4(a)表示頂頭拉 伸，圖4(b)表示芯棒拉伸。
具體實施例方式
如前所述，本發(fā)明為使用皮爾格冷軋機或冷拉法制造超薄 壁金屬管的方法。
本發(fā)明的第l方式為一種用冷軋法制造薄壁金屬管的方 法，該方法為使用皮爾格冷軋機制造超薄壁金屬管的方法，其 特征在于，使用 一對具有孔型直徑從軋輥的嚙入入口側(cè)朝加工 出口側(cè)逐漸擴大的錐狀孔型的軋輥、和芯4奉直徑同樣從嚙入入 口側(cè)朝加工出口側(cè)逐漸擴大的錐狀芯纟奉， 一邊擴徑一邊減小壁 厚地進行拉伸軋制。
將發(fā)明的實施方式示于圖2中。圖2(a)表示往程開始點，圖 2(b)表示返程開始點。如圖2(a)所示，上下一對軋輥12的周圍 設(shè)有直徑乂人嚙入入口側(cè)朝加工出口側(cè)圓滑地擴大的錐狀孔型 13,該上下一對軋輥12沿芯才奉外徑乂人嗜入入口側(cè)朝加工出口側(cè) 圓滑地擴大的錐狀芯棒14的錐度、朝以圖中箭頭A所示方向前 進，在軋輥12的錐狀孔型13的表面和錐狀芯纟奉14的表面之間拉 伸軋制管坯l。接著，如圖2(b)所示，上下一對軋輥12反向旋轉(zhuǎn)， 一邊朝以圖中箭頭B所示方向后退， 一邊同樣在軋輥12的錐狀 孔型13和錐狀芯棒14之間拉伸軋制管坯1 。通過反復進行上述那樣的往復軋制工序，具有外徑do及壁
厚to的管坯l被擴徑軋制成具有外徑d及壁厚t的成品軋管15。 在該往復運動的往程開始點及返程開始點進行的管材(管坯l ) 的進給及旋轉(zhuǎn)的方法與上述以往法相同。
此外，本發(fā)明的第2實施方式為用冷拔法制造超薄壁金屬 管的方法，其特征在于，將對管的一端實施了擴口加工的管坯 插入到直徑從嚙入入口側(cè)朝加工出口側(cè)擴大的整體模內(nèi)，再將 直徑從上述拉模的嚙入入口側(cè)朝出口側(cè)擴大的頂頭或錐狀芯棒 插入到管坯內(nèi)，用夾頭夾住實施了擴口加工的部分，沿從拉模 的入口側(cè)朝出口側(cè)的方向4立拔管坯，由此，在整體才莫與頂頭、 或整體模與錐狀芯棒之間 一 邊擴徑 一 邊減小壁厚地進行拉伸。
另外，為了將管材的上述擴徑拔制法實用化，與以往的拔 制方法相比，需要對冷拔的操作方法作出如下變更。
第l，用擴口機對管坯的管端進行擴徑使其成為錐狀。作 為擴口機，例如，可以用擠壓擴大的方式。第2，對經(jīng)過擴口 加工后的管坯進行酸洗、潤滑處理后，將該管坯從整體模的加 工出口側(cè)導入到拉模內(nèi)，在具有大于管坯外徑的內(nèi)表面限制直 徑的頂頭與整體模之間、或在具有大于管坯外徑的內(nèi)表面限制 直徑的錐狀芯棒與整體模之間 一 邊擴徑 一 邊進行拔制。第3, 對頂頭或錐狀芯棒進行支承也要從拉模的加工出口側(cè)進行。雖 然存在附屬設(shè)備集中在拉模的加工出口側(cè)的缺點，但是能拔制 出薄壁金屬管，因此利大于弊。
將發(fā)明的實施方式示于圖4中。圖4(a)表示頂頭拉伸，圖4(b) 表示芯棒拉伸。如圖4(a)及圖4(b)所示，拉模直徑從拉模的嚙 入入口側(cè)(圖中的整體模32左側(cè))朝加工出口側(cè)(圖中的整體 模32右側(cè))擴大，從這樣的整體模32的加工出口側(cè)將經(jīng)過擴口 加工了的管坯1插入到整體模32內(nèi)。然后，將直徑從整體模32的入口側(cè)朝出口側(cè)擴大、且加工最大直徑大于管坯l外徑的頂
頭33或錐狀芯棒35插入到管坯1內(nèi)，用夾頭6夾住經(jīng)過擴口加工 了的管坯l的管端，朝以圖中的附圖標記X表示的箭頭方向進行 拉拔。通過該操作，在頂頭33與整體模32、或錐狀芯棒35與整 體模32之間 一邊擴徑 一 邊拔制管坯1 。 實施例
為了確認本發(fā)明的用冷軋法及冷拔法制造超薄壁金屬管的 方法的效果，進行了下述試驗，并對試驗結(jié)果進行了評價。另 外，由于芯棒拉伸的情況的作用及效果與頂頭拉伸的情況的作 用及效果基本相同，因此，在本實施例中，對頂頭拉伸進行說 明。
本發(fā)明例l
以通過曼內(nèi)斯曼 芯棒式無縫管軋機工藝制造出的外直徑 34.0mm、壁厚3.5mm的18。/。Cr-8。/。Ni不銹鋼鋼管為試樣管坯， 用皮爾格冷軋機進行了擴徑軋制，使其外徑為50.8mm、壁厚 為1.3mm。
將試驗條件及結(jié)果歸納如下。
錐狀芯4奉直徑dm: 26.0 47.2mm
進給f二10.0mm
旋轉(zhuǎn)角度0=60°
管坯外徑do二34.0mm
管坯壁厚to=3.5mm
軋制后的管外徑di=50.8mm
軋制后的管壁厚tFl.3mm
擴徑比di/do=1.49
延伸比to(do-to)/{ti((h-ti)}=1.66
(壁厚/外徑)比ti/cU=2.56%通過上述試驗所得的鋼管的內(nèi)外表面表皮亮麗，品質(zhì)上無 特別問題。另外，在用以往的減徑軋制法進行冷軋時，
18%Cr-8%Ni不銹鋼鋼管在外徑為50.8mm的情況下可能制造 出的最小壁厚為2.0 m m左右，可見本發(fā)明的擴徑軋制法效果顯著。
本發(fā)明例2
以通過曼內(nèi)斯曼 芯棒式無縫管軋機工藝制造出的外直徑 34.0mm、壁厚3.5mm的18%Cr-8。/。Ni不銹鋼鋼管為試樣管坯， 用冷拔工序進行了擴徑拔制，使其外徑為50.8mm、壁厚為 1.6mm。
將試驗條件及結(jié)果歸納如下。
頂頭直徑dp=47.5mm
管坯外徑do=34.0mm
管坯壁厚to=3,5mm
拔制后的管外徑di=50.8mm
拔制后的管壁厚ti二1.6mm
擴徑比cU/do二1.49
延伸比:to(do-to)/{ti(di-ti)}=1.36
(壁厚/外徑)比ti/di=3.15%
通過上述試驗所得的鋼管的內(nèi)外表面表皮亮麗，品質(zhì)上無 特別問題。另外，在用通常的減徑拔制法制造的18%0-8%Ni 不銹鋼鋼管在外徑為50.8mm的情況下的最小壁厚為2.4mm左 右，可見本發(fā)明的擴徑拔制法效果顯著。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
采用本發(fā)明的用冷加工法制造超薄壁金屬管的方法，能飛 躍性地擴大用冷加工法制造金屬管的薄壁方面的可制造范圍。 若采用本發(fā)明的方法，能經(jīng)濟且穩(wěn)定地制造具有以往的冷加工無縫金屬管約2/3以下壁厚的無縫金屬管，則可以用通過本發(fā)明 法制造出的具有高可靠性的超薄壁無縫金屬管來代替TIG焊接 管、激光焊接管等薄壁焊接金屬管。此外，若能穩(wěn)定地制造壁 厚為0.6 m m以下的超薄壁無縫金屬管，則也可使用于彩色激光 打印機的加熱套、彩色激光打印機的加壓輥、或燃料電池的電 池殼等高科技領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種用冷拔法制造超薄壁金屬管的方法，該方法為使用拉床制造超薄壁金屬管的方法，其特征在于，將對管的一端實施了擴口加工的管坯插入到拉模直徑從嚙入入口側(cè)朝加工出口側(cè)逐漸擴大的整體模內(nèi)，再將頂頭或芯棒直徑從拉模的嚙入入口側(cè)朝加工出口側(cè)逐漸擴大的頂頭或錐狀芯棒插入到管坯內(nèi)，用夾頭夾住實施了擴口加工的部分，沿從嚙入入口側(cè)朝加工出口側(cè)的方向拉拔管坯，由此，在整體模與頂頭、或整體模與錐狀芯棒之間一邊擴徑一邊減小壁厚地進行拉伸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用冷拔法制造超薄壁金屬管的方 法，其特征在于，上述頂頭或錐狀芯棒的加工最大直徑大于管 坯外徑。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用冷加工法制造超薄壁金屬管的方法。在使用皮爾格冷軋機制造金屬管的方法中，用具有直徑從軋輥的嚙入入口側(cè)朝加工出口側(cè)擴大的錐狀孔型的軋輥、和直徑從嚙入入口側(cè)朝加工出口側(cè)擴大的錐狀芯棒，一邊擴徑一邊進行冷軋，由此可獲得驚人的壁厚減??；此外，在使用拉床制造金屬管的方法中，用直徑從嚙入入口側(cè)朝加工出口側(cè)擴大的整體模、和直徑從上述拉模的入口側(cè)朝出口側(cè)擴大的頂頭或錐狀芯棒，一邊擴徑一邊進行冷拔，由此可獲得驚人的壁厚減小。在上述金屬管的制造方法中，頂頭或錐狀芯棒的加工最大直徑可以大于管坯外徑。
文檔編號B21C1/24GK101524722SQ20091013391
公開日2009年9月9日 申請日期2006年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月27日
發(fā)明者林千博 申請人:住友金屬工業(yè)株式會社