冷拔钢管加工是一种重要的钢管成型工艺,以下是详细介绍:
1. 原料准备
钢管坯料选择:一般选用热轧无缝钢管作为坯料。坯料的质量对冷拔钢管的质量至关重要,需要确保其化学成分符合要求,如碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)等元素的含量应在规定范围内,以保证钢管具有良好的力学性能。例如,对于结构用冷拔钢管,通常要求碳含量在 0.12 - 0.20% 之间,锰含量在 0.30 - 0.70% 之间。
坯料检查:在加工前,要对坯料进行严格的外观检查和尺寸测量。外观上,应避免有裂缝、折叠、结疤等缺陷;尺寸方面,要确保坯料的外径和内径符合冷拔加工的要求。例如,坯料外径的公差应控制在一定范围内,一般不超过 ±0.5mm,以保证冷拔模具的正常使用和钢管的尺寸精度。
2. 酸洗润滑
酸洗目的与过程:酸洗是为了去除钢管坯料表面的氧化铁皮和铁锈。通常采用硫酸(H₂SO₄)或盐酸(HCl)溶液进行酸洗。例如,使用 10 - 20% 的硫酸溶液,在适当的温度(一般为 40 - 60℃)下将钢管浸泡一定时间(约 15 - 30 分钟),使氧化铁皮和铁锈与酸发生化学反应而被溶解。酸洗后,要用清水彻底冲洗钢管,以去除残留的酸液。
润滑处理:润滑是冷拔钢管加工的关键步骤,其目的是降低拔制力,减少模具磨损,提高钢管表面质量。常见的润滑方法是磷化 - 皂化处理。磷化处理是在钢管表面形成一层磷酸盐转化膜,然后进行皂化处理,使钢管表面附上一层润滑脂。例如,磷化液一般含有磷酸锌(Zn₃(PO₄)₂)等成分,通过化学反应在钢管表面生成磷化膜,厚度约为 5 - 15μm,之后用硬脂酸钠(C₁₇H₃₅COONa)等皂化剂进行皂化,使钢管表面获得良好的润滑性。
3. 冷拔加工
冷拔设备:主要设备是冷拔机,它通过模具对钢管进行拉拔。冷拔机有链式冷拔机和液压冷拔机等类型。链式冷拔机结构简单,适用于中小规格钢管的冷拔;液压冷拔机拉力大,可用于大型钢管或高精度钢管的冷拔。例如,在生产小口径精密冷拔钢管时,可选用链式冷拔机,其拉拔速度一般在 1 - 5m/min 之间。
模具系统:冷拔模具包括外模和内模。外模决定钢管的外径尺寸,内模则影响内径尺寸。模具的尺寸精度和表面质量直接关系到冷拔钢管的尺寸精度和表面质量。例如,外模的内径公差一般控制在 ±0.03mm 以内,内模的外径公差控制在 ±0.05mm 以内。在拉拔过程中,钢管通过模具时受到拉力作用,使其外径和内径减小,长度增加。拉拔力的大小与钢管的材质、尺寸、变形程度等因素有关,需要根据具体情况进行调整。
4. 热处理(根据需要)
消除应力退火:冷拔加工会使钢管产生加工应力,为了消除这些应力,防止钢管在后续使用过程中发生变形或开裂,需要进行消除应力退火。一般采用低温退火的方式,温度通常在 550 - 650℃之间,保温时间根据钢管的尺寸和装炉量而定,一般为 1 - 3 小时。通过退火,使钢管内部的残余应力得到释放,提高钢管的尺寸稳定性。
再结晶退火(对于有较高要求的钢管):如果需要进一步改善钢管的力学性能和组织,可进行再结晶退火。在再结晶温度以上进行退火,使冷拔后的变形组织重新结晶,形成均匀的等轴晶粒组织。例如,对于一些需要良好的塑性和韧性的冷拔钢管,再结晶退火温度可设置在 650 - 750℃之间,保温适当时间后缓慢冷却,这样可以有效提高钢管的综合性能。
5. 精整加工
切割与定尺:根据客户要求,将冷拔钢管切割成一定的长度。切割方法有锯切和切管机切割等。锯切精度高,但速度相对较慢;切管机切割速度快,但精度稍逊一筹。例如,对于精度要求高的结构用冷拔钢管,如汽车传动轴用钢管,通常采用锯切的方式,将钢管切割成长度公差在 ±0.5mm 以内的定尺长度。
矫直与校圆:冷拔后的钢管可能会出现弯曲和椭圆度超标的情况,需要进行矫直和校圆。矫直一般采用多辊矫直机,通过调整辊子的位置和压力,使钢管在通过矫直机时被矫正为直线。校圆则是利用专门的校圆设备,对椭圆度超标的钢管进行修复,使钢管的椭圆度控制在规定范围内,一般不超过外径公差的 1/2.
表面处理与检验:对钢管表面进行最后的处理,如去除加工过程中产生的毛刺、油污等。然后进行全面的质量检验,包括尺寸精度检查(外径、内径、壁厚、长度等)、表面质量检查(是否有划伤、裂纹等)、力学性能测试(拉伸试验、硬度试验等)和无损检测(如超声波探伤、涡流探伤),确保冷拔钢管的质量符合标准要求。