摘 要 本文通過理論計算論證鋼管熱擠壓擴(kuò)孔筒拆裝的可行性，制定鋼管熱擠壓擴(kuò)孔筒拆裝的試驗方案，通過實踐驗證實理論計算的正確，并通過總結(jié)擴(kuò)孔筒拆裝實踐經(jīng)驗，形成擴(kuò)孔筒拆裝操作的標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞 鋼管熱擠壓；擴(kuò)孔筒；拆裝

中圖分類號 TG375 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)052-0184-02

熱擠壓擴(kuò)孔筒為擠壓高端無縫鋼管生產(chǎn)的關(guān)鍵生產(chǎn)備件，該備件內(nèi)腔在鋼管擠壓生產(chǎn)中與鋼管坯料反復(fù)摩擦，極易磨損；為減少鋼管熱擠壓生產(chǎn)過程中擴(kuò)孔筒消耗成本，將熱擠壓擴(kuò)孔筒設(shè)計成由外套與內(nèi)襯組成，通過更換磨損的內(nèi)襯，來修復(fù)擴(kuò)孔筒的精度。

1 提出問題

因該擴(kuò)孔筒體積大，更換磨損的內(nèi)襯，修復(fù)擴(kuò)孔筒操作難度大，有較高的技術(shù)要求，目前國內(nèi)尚無成功的拆裝的報道。拆裝前如不過通過理論計算論證，制定拆裝的方案，精心組織試驗，總結(jié)實踐經(jīng)驗，形成筒拆裝操作標(biāo)準(zhǔn)，來指導(dǎo)、規(guī)范拆裝擴(kuò)孔筒外套與內(nèi)襯的拆裝過程，在拆裝過程中不能準(zhǔn)確掌控工藝參數(shù)，極易造成擴(kuò)孔筒報廢的后果。因此，開展擴(kuò)孔筒體拆裝理論計算論證及實際拆裝試驗很有必要。

2 理論計算論證

熱擠壓擴(kuò)孔筒由外套與內(nèi)襯組成，見圖1，擴(kuò)孔筒外套及內(nèi)襯的材料均為X38CrMoV5-1。首先通過理論計算論證鋼管熱擠壓擴(kuò)孔筒拆裝的可行性。

該擴(kuò)孔筒外套與內(nèi)襯的設(shè)計過盈量為2‰，內(nèi)襯尺寸A1、A2，如圖1所示，分別為：

A1=410+410*2‰=410.82；A2=350+350*2‰=350.70。

按內(nèi)襯實際加工、熱裝配前測量的尺寸：A1=φ410.80+0.05；A2=φ350.70+0.05。

經(jīng)熱裝，實際過盈量不足2‰，約為1.8‰左右。

熱裝依據(jù)及加熱曲線：

擴(kuò)孔筒外套及內(nèi)襯的材料均為X38CrMoV5-1，該材料的熱膨脹系數(shù)為a（200℃～300℃時，a=12.6×10-6；200℃～400℃時，a=12.8×10-6）。

該材料的回火溫度為650℃，為保證擴(kuò)孔筒經(jīng)熱裝后的材料性能，擴(kuò)孔筒外套及內(nèi)襯加熱最高溫度應(yīng)控制在650℃以下。

熱裝配前擴(kuò)孔筒外套加熱溫度計算：

t=

式中：δ為熱裝過盈量；δ0為熱裝間隙；d為包容直徑；t0為室溫。

理論計算及實際測量，外套與內(nèi)襯過盈配合的過盈量≤0.7mm。

如采用熱裝方法將外套加熱到t，內(nèi)套保持室溫，將內(nèi)襯裝入外套，則外套加熱溫度：

t==312.5+28=340.5℃

即：將外套加熱到340.5℃，內(nèi)套保持室溫，可將內(nèi)襯裝入

外套。

根據(jù)上述計算及模具加熱經(jīng)驗，編制了擴(kuò)孔筒外套熱裝配加熱曲線，見圖2。

圖2 擴(kuò)孔筒外套加熱曲線

如采用冷裝方法將內(nèi)襯冷卻到t，外套保持室溫，將內(nèi)襯裝入外套，則內(nèi)襯冷卻溫度：

t=

碳鋼低溫合金鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼冷卻線性膨脹系數(shù)a為8.5×10-6，目前取a=9×10-6。

但-444℃已在絕對零度之下，所以不可能實現(xiàn)。

即：外套保持室溫，僅將內(nèi)襯冷卻，將內(nèi)襯裝入外套是不可行的。

如采用加熱和冷卻綜合技術(shù)，分離筒體外套與內(nèi)襯：

假設(shè)將筒體組件加熱至400℃，筒體膨脹，外套與內(nèi)襯過盈量為0.7 mm。

筒體組件保持400℃，內(nèi)襯用噴淋管噴水，急速冷卻內(nèi)襯，使其收縮，消除外套與內(nèi)襯過盈量0.7 mm，外套與內(nèi)襯就會自然而然的分離開來。

根據(jù)上述過程，進(jìn)行理論計算如下：

水的汽化溫度為100℃，把內(nèi)襯經(jīng)噴水冷卻，從400℃下降到100℃以下，實際上下降了300℃。

內(nèi)襯冷卻300℃溫度時收縮量δ=d*t*a=350*300*9×10-6=0.94 mm。

上式中材料冷卻線性膨脹系數(shù)a取9×10-6，內(nèi)襯外徑d為350 mm，內(nèi)襯降溫t為300℃。

經(jīng)上述計算，內(nèi)襯溫度從400℃下降到100℃以下，內(nèi)襯收縮了0.94 mm，此時400℃的外套與冷卻到100℃以下外套與內(nèi)襯的間隙為：0.94-0.7=0.24 mm，完全可以

脫離。

經(jīng)上述理論計算可知，假設(shè)以筒體（外套、內(nèi)襯）處于400℃加熱保溫狀態(tài)中，僅冷卻內(nèi)襯且外套熱量少量傳遞或熱輻射給內(nèi)襯的前提下，內(nèi)襯可以從外套中分離。

3 設(shè)計擴(kuò)孔筒拆裝試驗方案

為試驗論證上述擴(kuò)孔筒由外套與內(nèi)襯通過加熱及水冷卻方法，實現(xiàn)擴(kuò)孔筒由外套與內(nèi)襯拆裝的理論，設(shè)計了擴(kuò)孔筒外套與內(nèi)襯拆裝試驗方案并準(zhǔn)備了筒體襯套拆裝前的加熱設(shè)備、筒體襯套冷卻分離的冷卻水源及場地、筒體移動起重工具等內(nèi)容，具體見圖3。

筒體加熱設(shè)備臺式爐，可以調(diào)控加熱溫度，最高加熱溫度在600℃。

筒體襯套冷卻分離的冷卻水源及場地，預(yù)設(shè)了孔徑為DN50的水管為水源，構(gòu)筑了4 m×4 m×3 m深的。為了防止水量不足，做了一個大約5 m3的水箱，配備了一套新型高效節(jié)能的漩渦自吸泵站（流量27 m3/h，揚(yáng)程21 m，口徑50 mm，同步電機(jī)1.5 kW，

3 000轉(zhuǎn)/秒，吸程9 m）。

為了防止吊桿下托盤孔平面漏水（會流向筒體外套，會影響冷卻效果），分別加放了石棉盤根。為了給吊棒中心定位，荷重起吊時筒體不至于傾歪，加放了墊和彈簧等措施。

4 實施擴(kuò)孔筒拆裝試驗并形成拆裝標(biāo)準(zhǔn)

完成上述擴(kuò)孔筒拆裝硬件準(zhǔn)備工作后，組織多次拆裝試驗，實現(xiàn)了擴(kuò)孔筒由外套與內(nèi)襯拆裝，并通過近一年的拆裝實踐，不斷優(yōu)化，逐步形成了擴(kuò)孔筒的外套與內(nèi)襯拆裝過程如下關(guān)鍵工序的控制標(biāo)準(zhǔn)：

擴(kuò)孔筒的外套與內(nèi)襯零件加工過程中過盈量控制：小于

0.7 mm。

擴(kuò)孔筒的外套與內(nèi)襯裝配前，外套加熱控制：爐溫450±200℃；外套出爐溫度400±200℃。

擴(kuò)孔筒外套、內(nèi)襯組件拆卸前，組件加熱控制：爐溫500±200℃；擴(kuò)孔筒組件出爐溫度450±200℃。

擴(kuò)孔筒組件由加熱工位運(yùn)至水冷拆卸工位的時間控制：小于

5 min。

擴(kuò)孔筒內(nèi)套水冷卻控制：冷卻水管徑：DN50，水壓0.2 Mpa，水溫低于250℃。

5 結(jié)束語

依據(jù)理論計算探索熱擠壓機(jī)擴(kuò)孔筒拆裝的可行性；制定熱擠壓機(jī)擴(kuò)孔筒拆裝試驗方案并通過試驗證實理論計算的正確性；通過對大量拆裝試驗成功的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，總結(jié)形成筒拆裝操作標(biāo)準(zhǔn)；在實際拆裝過程中不斷優(yōu)化，使擴(kuò)孔筒拆裝成功率達(dá)90%以上，有效降低鋼管熱擠壓生產(chǎn)的生產(chǎn)成本。

參考文獻(xiàn)

[1]吳承建.金屬材料學(xué)[M].冶金工業(yè)出版社，2009，8.

[2]王文斌.機(jī)械設(shè)計手冊[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2007，2.

作者簡介

周強(qiáng)（1966—），男，大學(xué)本科，高級工程師，研究方向：冶金機(jī)械。