专利名称：用冷拔法制造超薄壁金属管的方法
技术领域：
本发明涉及金属管的冷拔法，特别是提供飞跃性地扩大了金属管的薄壁方面的可 制造范围、并且由冷拔法制造超薄壁金属管的方法。
背景技术：
当金属管在热加工的状态下不能满足品质上、强度上或尺寸精度上的要求时，要 被送入冷加工工序。作为冷加工工序，通常有使用拉模(dice)和顶头，或使用拉模和芯棒 的冷拔法以及使用皮尔格式冷轧机的冷轧法。在冷拔法中，用缩口机使管坯的管端缩径，通过进行酸洗来除去表面的氧化皮等 后进行润滑处理，再将管坯从拉模中通过进行拉拔。冷拔法有顶头拉伸、浮动顶头拉伸、芯 棒拉伸以及空拉，这些方法都是通过拉模来进行缩径加工的。(“第3版铁钢便览第3卷 (2)条钢·钢管·轧制通用设备1158 1183页”等)。图1为以往的缩径拉拔法的说明图，图1的(a)表示顶头拉伸，图1的(b)表示芯
棒拉伸。图1的(a)所示的顶头拉伸是最普通的拉拔法，该方法是将顶头3插入到管坯1 内，用夹具6夹住管坯1的管端使管坯1从拉模2中通过，沿图中的附图标记X所示的箭头 方向进行拉拔的方法。该方法便于更换顶头、操作性也很优良，并且加工度也较大。另外，在图1的(b)所示的芯棒拉伸是将芯棒5插入到管坯1内，与上述方法相同， 使管坯1从拉模2中通过进行拉拔的方法。该方法由于利用芯棒对管的内表面进行加工， 因此，即使是细径管也能制造出内表面美观且尺寸精度较高的制品管7，用于制造原子能用 等高级管。冷拔所使用的拉床大部分是电动机驱动的链式拉床，但也可以是油压式的、水压式的。在金属管的冷拔工序中，在管材料的外表面与拉模表面之间，以及在管材料的内表面与顶头外表面或管材料的内表面与芯棒外表面之间存在摩擦阻力，由于要克服这些阻 力进行拉拔，因此，在管材料上沿长度方向产生张力。当该张力除以拉拔后的截面面积所得 的张力应力变高时，管开始被拉细，若张力应力达到管材料的变形阻力，管便会断裂。当然， 管的壁厚越薄、长度方向上的张力应力就越大，管就越容易断裂，因此，壁厚减小率自然有 限度。因此，在壁厚减小率较大的拉拔中，需要增加拉拔次数而反复进行拉拔作业，而且每 次拉拔均需要进行润滑作业，导致成本高。另外，在管材料的加工硬化显著时，还需要进行 退火作业。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而做成的，其课题在于提供能飞跃性地扩大金属管的薄壁 方面的可制造范围的冷拔法以及用冷拔法制造超薄壁金属管的方法。另外，虽然本发明是 以薄壁的主要是无缝金属管作为对象的，但是在薄壁的焊接金属管中，有时会在焊接部或 热影响部产生壁厚不均勻而需要对壁厚进行矫正，因此，本发明的对象也包括焊接金属管。为了解决上述问题，本发明人根据以往的问题点进行了研究，得到了以下见解，从 而完成了本发明。通常，管材塑性加工中的壁厚加工是通过沿管的长度方向对管材料进行拉伸加工 来完成的。即，在管材的冷拔中，在拉模与顶头或拉模与芯棒之间进行壁厚加工的情况下， 一边进行缩径一边进行拉拔，沿长度方向进行拉伸。这样，由于仅沿长度方向拉伸，因此，壁 厚压下量受到限制，难以实现薄壁化。本发明人解释成，由于在对管材进行塑性加工而压薄壁厚时，仅沿长度方向进行 拉伸，因此，壁厚压下量受到限制，从而难以进一步实现薄壁化，本发明人认为，若在使冷拔 法压薄管材的壁厚时，在沿长度方向进行拉伸的同时也沿管周方向进行拉伸，则能够避免 上述问题。顺便对使用环形材料轧机轧制环状品这样的极端情况进行了研究，由于环状材 料只沿环周方向被拉伸、而不沿长度方向(轴心方向)被拉伸，因此，可以不受限制地压薄 壁厚。在拉拔工序中，为了一边沿管周方向拉伸一边沿长度方向拉伸，例如，只要采用拉 模直径从啮入入口侧朝向加工出口侧逐渐扩大的整体模(solid dice)，以及顶头或芯棒直 径同样从啮入入口侧朝向加工出口侧逐渐扩大的顶头或锥状芯棒，一边使管材料的扩径一 边减小壁厚地进行拉拔即可。本发明是基于上述见解而完成的，其主旨在于用下述(1) (3)所示的用冷拔法 制造超薄壁金属管的方法。(1) 一种用冷拔法制造超薄壁金属管的方法，该方法是使用拉床制造超薄壁金属 管的方法，其特征在于，将对管的一端实施了扩口加工的管坯插入到拉模直径从啮入入口 侧朝向加工出口侧逐渐扩大的整体模内，再将顶头或芯棒直径从拉模的啮入入口侧朝向加 工出口侧逐渐扩大的顶头或锥状芯棒插入到管坯内，用夹具夹住实施了扩口加工的部分， 沿从啮入入口侧朝向加工出口侧的方向拉拔管坯，从而在整体模与顶头或整体模与锥状芯 棒之间，一边使内外径同时扩大一边减小壁厚地进行拉伸。在这种情况下，理所当然，如果 不使内径的扩径量大于外径的扩径量，则不能实现压薄壁厚。(2)在上述(1)中，虽然说明了一边同时扩大内外径一边减小壁厚的塑性变形，但 是，管材的扩径变形不一定仅指使内外径同时扩大的塑性变形。在塑性学方面来说，将使管 材的壁厚中心直径(内径和外径的平均直径)扩大的塑性变形统称为扩径变形。因此，即使在外径不变的情况下仅使内径扩大，也能可靠地扩大壁厚中心直径，因 此，形成扩径变形。(3)进而，即使在外径缩小的情况下，在内径的扩径量大于外径的扩径量时，也会 使壁厚中心直径扩大，形成扩径变形。在此，内径或外径的扩径比意味着冷拔后的金属管的内径或外径除以冷拔前的金 属管的内径或外径的比率。所谓外径的缩径比是指外径的扩径比小于1。
图1为以往的缩径拉拔法的说明图，图1的(a)表示顶头拉伸，图1的(b)表示芯
棒拉伸。图2为一边使内径以及外径同时扩大一边减小壁厚地进行拉伸的本发明的扩径 拉拔法的说明图，图2的(a)表示顶头拉伸，图2的(b)表示芯棒拉伸。图3表示在外径不变的情况下一边使内径扩大一边减小壁厚地进行拉伸的本发 明的扩径拉拔法的说明图，图3的(a)表示顶头拉伸，图3的(b)表示芯棒拉伸。图4表示一边使外径缩小、使内径扩大一边减小壁厚地进行拉伸的本发明的扩径 拉拔法的说明图，图4的(a)表示顶头拉伸，图4的(b)表示芯棒拉伸。
具体实施例方式如前所述，本发明为通过使用拉床的冷拔法制造超薄壁金属管的方法。本发明的 第1实施方式为一种用冷拔法制造超薄壁金属管的方法，该方法为使用拉床制造超薄壁金 属管的方法，其特征在于，将对管的一端实施了扩口加工的管坯插入到拉模直径从啮入入 口侧朝向加工出口侧逐渐扩大的整体模内，再将顶头或芯棒直径从拉模的啮入入口侧朝向 加工出口侧逐渐扩大的顶头或锥状芯棒插入到管坯内，用夹具夹住实施了扩口加工的部 分，沿从啮入入口侧朝加工出口侧的方向拉拔管坯，从而在整体模与顶头或整体模与锥状 芯棒之间，一边使内外径同时扩大一边减小壁厚地进行拉伸。另外，为了使管材的上述扩径拉拔方法实用化，冷拔的操作方法与以往的拉拔方 法相比，希望具有以下所述的改变。第1，用扩口机对管坯的管端进行扩经使其成为锥状。作为扩口机，例如，可以采用 挤压扩大方式。第2，对被扩口加工后的管坯进行酸洗、润滑处理之后，将该管坯从整体模的 加工出口侧导入到拉模内，在具有大于管坯外径的内表面限制直径的顶头或锥状芯棒与整 体模之间一边进行扩径一边进行拉拔。第3，对顶头或锥状芯棒的支承也从拉模的加工出口 侧进行。虽然存在附属设备集中在拉模的加工出口侧的难点，但是能够拉拔出薄壁金属管， 因此的利大于弊。将本发明的实施方式示于图2中。图2的(a)表示顶头拉伸，图2的(b)表示芯 棒拉伸。如图2的(a)及(b)所示，自拉模直径从拉模的啮入入口侧(图中的整体模12的 左侧)朝向加工出口侧(图中的整体模12的右侧)扩大的整体模12的加工出口侧将经扩 口加工了的管坯1插入到整体模12内。进而，将直径从整体模12的啮入入口侧朝向出口 侧扩大且加工最大直径大于管坯1外径的顶头13或锥状芯棒15插入到管坯1内，用夹具6 夹住经扩口加工后的管坯1的管端，朝以图中的附图标记X所示的箭头方向进行拉拔。通 过该操作，在顶头13与整体模12或锥状芯棒15与整体模12之间一边扩径一边拉拔管坯 1。通过上述那样的工序，将具有外径do以及壁厚to的管坯1扩径拉拔成具有外径 d以及壁厚t的制品拉拔管17。本发明的第2实施方式是采用在外径不变的状态下一边仅使内径扩大一边减小 壁厚地进行拉伸的冷拔法制造超薄壁金属管的方法，另外，第3实施方式是采用一边使外 径缩小、使内径扩大且使内径的扩径量大于外径的缩径量，一边减小壁厚地进行拉伸的冷拔法制造超薄壁金属管的方法。本发明的上述实施形式分别示于图3以及图4中。图3及 图4的(a)表示顶头拉伸，图3及图4的(b)表示芯棒拉伸。用与在上述图2中说明过的 方法相同的方法，在顶头13与整体模12或锥状芯棒15与整体模12之间一边进行扩径一 边进行拉拔。
实施例为了确认本发明的用冷拔法制造超薄壁金属管的方法的效果，进行以下3个例子 的试验，并对试验结果进行了评价。另外，由于芯棒拉伸时的作用以及效果与顶头拉伸时的 作用以及效果基本相同，因此，在本实施例中仅对顶头拉伸进行说明。本发明例1将通过曼内斯曼芯棒式无缝管轧机工艺制造出的外径34. 0mm、壁厚3. 5mm的18% Cr-8% Ni不锈钢管作为试验管坯，在冷拔工序中进行了扩径拉拔，使其外径为50. 8mm、壁 厚为1. 6mmο试验条件以及结果归纳如下。锥状整体模直径:D = 34. 0 50. 8mm顶头直径dp = 47. 5mm管坯外径:do= 34. Omm管坯壁厚to= 3. 5mm拉拔后的管外径d = 50. 8mm拉拔后的管壁厚t = 1. 6mm外径扩径比d/do= 1.49拉伸比:to(do-to) / {t (d-t)} = 1. 36(壁厚/ 外径)比:t/d = 3. 15%壁厚中心直径的扩径比(d-t)/(do-to) = 1.61本发明例2将通过曼内斯曼芯棒式无缝管轧机工艺制造出的外径50. 8mm、壁厚4. 5mm的18% Cr-8% Ni不锈钢管作为试验管坯，在冷拔工序中进行扩径拉拔，使其外径为50. 8mm、壁厚 为 1. 8mm ο试验条件以及结果归纳如下。锥状整体模直径:D = 50. 8 50. 8mm顶头直径dp = 47. 8mm管坯外径:do = 50. 8mm管坯壁厚to= 4. 5mm拉拔后的管外径d = 50. 8mm拉拔后的管壁厚t = 1. 8mm外径扩径比d/do= 1. 00拉伸比:to (do-to) / {t (d-t)} = 2. 36(壁厚/ 外径)比:t/d = 3. 54%壁厚中心直径的扩径比(d-t)/(do-to) = 1.06
本发明例3将通过曼内斯曼芯棒式无缝管轧机工艺制造出的外径53. 4mm、壁厚5. 5mm的18% Cr-8% Ni不锈钢管作为试验管坯，在冷拔工序中进行扩径拉拔，使其外径为50. 8mm、壁厚 为 2. 0mm。试验条件以及结果归纳如下。锥状整体模直径:D = 53. 4 50. 8mm顶头直径dp = 47. 4mm管坯外径:do= 53. 4mm管坯壁厚to= 5. 5mm拉拔后的管外径d = 50. 8mm拉拔后的管壁厚t = 2. Omm外径扩径比d/do= 0. 95拉伸比to(do-to) / {t (d-t)} = 2. 70(壁厚/ 外径)比:t/d = 3. 94%壁厚中心直径的扩径比(d-t)/(do-to) = 1.02通过上述3例实验获得的钢管的内外表面美观，品质上无特别问题。另外，在用以 往的缩径拉拔法进行冷拔时，18% Cr-8% Ni不锈钢管在外径为50. 8mm的情况下可制造出 的最小壁厚至多为2. 4mm左右，可见本发明的扩径拉拔法的效果显著。工业实用性采用本发明的用冷拔法制造超薄壁金属管的方法，能飞跃性地扩大用冷拔法制造 金属管的薄壁方面的可制造范围。若采用本发明的方法，能经济且稳定地制造具有以往的 冷加工无缝金属管的约2/3以下壁厚的无缝金属管，则可以用通过本发明法制造出的具有 高可靠性的超薄壁无缝金属管来代替TIG焊接管、激光焊接管等薄壁焊接金属管。另外，若 能稳定地制造壁厚为0. 6 0. 8mm以下的超薄壁无缝金属管，则也可适用于彩色激光打印 机的加热套、彩色激光打印机的加压辊或者燃料电池的电池盒等高科技领域。
权利要求
1. 一种用冷拔法制造超薄壁金属管的方法，该方法为使用拉床制造超薄壁金属管的方 法，其特征在于，将对管的一端实施了扩口加工的管坯插入到拉模直径从啮入入口侧朝向 加工出口侧不变的整体模内，再将顶头或芯棒直径从拉模的啮入入口侧朝向加工出口侧逐 渐扩大的顶头或锥状芯棒插入到管坯内，用夹具夹住实施了扩口加工的部分，沿从啮入入 口侧朝向加工出口侧的方向拉拔管坯，从而在整体模与顶头或整体模与锥状芯棒之间，保 持外径不变，仅使内径扩大并减小壁厚，从而一边使作为管坯的外径和内径的平均值的壁 厚中心直径扩大一边减小壁厚地进行拉伸。
全文摘要
本发明提供一种用冷拔法制造超薄壁金属管的方法，该方法采用拉床制造金属管，在该方法中，采用了拉模直径从啮入入口侧朝向加工出口侧不变的整体模，以及顶头或芯棒直径从上述模的入口侧朝向加工出口侧逐渐扩大的顶头或锥状芯棒，通过一边使管材的壁厚中心直径扩大一边减小壁厚地进行拉拔，能够获得惊人的壁厚缩小。
文档编号B21C1/24GK102000710SQ20101050895
公开日2011年4月6日 申请日期2008年2月1日 优先权日2008年2月1日
发明者林千博 申请人:住友金属工业株式会社