一种热穿难变形近α钛合金的中空全钼顶头的制作方法

本实用新型属于属于无缝管生产工具领域，具体涉及一种热穿难变形近α钛合金的中空全钼顶头本体及连接装置。

背景技术：

斜轧穿孔是制备无缝管坯的第一道重要工序，其穿制毛管质量的好坏、穿孔效率的高低会导致生产成本的显著变化。在将实心棒坯穿制成空心毛管过程中，顶头始终处于高温高压、剧烈摩擦等恶劣的工况下，其服役状态会直接影响无缝管成型质量和生产效率。

近α钛合金属难变形材料，不能使用穿孔碳钢或低合金钢时所使用的H13钢顶头(镶钼、焊钼顶头)，只能使用成本较高的全钼顶头。但全钼顶头高温下不能直接水冷以免造成开裂，所以会造成顶头温度过高，极易软化从而造成粘钛、划伤毛管内表面、轧卡等缺陷。穿制难变形金属的全钼顶头目前没有合适的冷却方法，其有效使用寿命短，生产成本高。

技术实现要素：

本实用新型解决的技术问题是：为了解决上述问题，本实用新型提供了一种工作可靠、冷却效果好的中空全钼顶头及附属连接装置，合适的冷却方式极大减慢了全钼顶头的软化，提高了顶头使用寿命和热穿孔效率。

本实用新型的技术方案是：一种热穿难变形近α钛合金的中空全钼顶头，包括顶头本体，其特征在于，还包括连接接头、冷却水管和进水管；所述顶头本体一端开有凹槽，作为冷却内腔；连接接头与顶头本体开有凹槽的一端固连，轴线与凹槽轴线相互重合；连接接头沿轴线开有通孔；所述冷却水管为空腔柱状体，位于冷却内腔内，一端与连接接头固连，冷却水管外径大于连接接头通孔的外径；冷却水管轴线与连接接头轴线、凹槽轴线相互重合；冷却水管不与冷却内腔的任何内壁接触；进水管位于冷却水管的腔体内，进水管管头与冷却水管进入冷却内腔的封闭端不接触，进水管外壁和冷却水管内壁不接触，进水管外壁和连接接头通孔内壁不接触。

本实用新型的进一步技术方案是：所述顶头本体开有凹槽的一端内壁设有螺纹，与连接接头为螺纹连接。

本实用新型的进一步技术方案是：所述连接接头轴线与内腔轴线相互重合。

本实用新型的进一步技术方案是：冷却水管轴线与通孔轴线相互重合，进水管与冷却水管轴线相互重合。

本实用新型的进一步技术方案是：与顶头接触的连接接头一侧的侧壁上开有若干空冷管道，空冷管道与轴线处开有的通孔不相互贯通；外部气体经空冷管道进入冷却内腔后，再从空冷管道流出，加速散热。

本实用新型的进一步技术方案是：所述内腔壁开有若干环形强化散热凹槽，增大空气与顶头本体的接触面积，加速散热。

本实用新型的进一步技术方案是：所述若干环形强化散热凹槽形状为半球形、V型或矩形。

发明效果

本实用新型的技术效果在于：将传统实心全钼顶头设计为中空结构，一方面节省贵金属钼降低了成本，另一方面还可通过在内腔壁上加工强化散热凹槽进一步增大空气与顶头接触面积，使温降效果更好。通过降低内腔气体温度来冷却顶头时，热空气不仅可以在深入顶头内腔的铜制冷却水管表面进行能量交换，还可以通过连接接头一侧侧壁上连通大气与顶头内腔的空冷管道向外散热，这些克服了全钼顶头无法及时冷却的技术偏见，减缓了穿孔顶头的软化，降低了穿孔事故率，从而实现对难变形近α钛合金进行高效、稳定地热穿孔。

附图说明

图1为本实用新型中空全钼顶头本体结构示意图；

图2为本实用新型连接接头结构示意图；

图3为进水管位于本装置中的结构示意图；

图中：1为顶头本体、2为连接接头、3为冷却水管、4为进水管、11为穿孔锥段、12为辗轧锥段、13为规圆段、14为反锥段、15为内腔、16为强化散热凹槽、17为内螺纹、21空冷管道、22通孔、23为外螺纹

具体实施方式

参见图1-图3，一种热穿难变形近α钛合金的中空全钼顶头，包括顶头本体、连接接头、冷却水管和进水管。顶头本体包括：穿孔锥段、辗轧锥段、规圆段、反锥段以及内腔、内腔壁上设置的强化散热凹槽、衔接连接接头的内螺纹。连接接头包括：空冷管道、冷却水管、通孔以及两端分别连接顶头和顶杆的外螺纹。

上述中空全钼顶头，在本实施例中外表面呈现子弹头形，包括弧形穿孔锥段、圆台状辗轧锥段、圆柱状规圆段以及弧形反锥段；内表面子弹头形与外表面子弹头形近乎等壁厚设置；内腔壁上加工有若干环形强化散热凹槽；凹槽形状为半球形、V型或矩形。

上述连接接头，在本实施例中，除中心通孔外，在接触顶头的一侧侧壁上还加工有若干连通顶头内腔和外界的空冷管道，空冷管道分为AB两段，呈90度，其中A段轴线与通孔轴线垂直，B段与通孔轴线平行，高压气体从一部分空冷管道的A段进入，经B段后进入顶头内腔，然后再从B经A流出到大气中，加速的空气流通可以降低顶头温度。本实施例中，空冷管道数量优选为2～6道。

上述冷却水管，在本实施例中由纯铜材料制成，由于纯铜热导率(383w.m^-1.k^-1)远远大于钢的热导率(35w.m^-1.k^-1)，所以铜制冷却水管更有利于加速热交换。

上述冷却水管，在本实施例中是焊接在连接接头左端面上的(中心线与冷却水管和进水管重合)。上述进水管，在本实施例中，和冷却水管、连接接头的通孔一起组成水循环通路；通过调节水流速度改变顶头内腔空气温度和连接接头温度，进而降低全钼顶头温度。

在使用本实用新型对难变形近α钛合金进行热穿孔过程中，冷却水流经进水管注入铜制冷却水管后，由于金属铜导热系数大，可实现与顶头内腔热空气高效的能量交换；同时，顶头内腔与外界大气相通，高压气体经连接接头的一部分空冷管道进入顶头内腔后，再从剩余部分的空冷管道流出，加速的空气流动也会降低顶头内腔空气温度，进而降低全钼顶头温度。最后，由于顶头内腔壁上加工有环形强化散热凹槽，空气与顶头本体接触面积的增大使降温效果更佳。综合以上三方面的温降因素，本实用新型中空全钼顶头及附属连接装置有利于降低顶头温度，从而实现稳定、高效地热穿孔难变形近α钛合金。