寧德華，刁明立，賽因陶格圖

（單赤峰寶山能源（集團(tuán)）賀麒銅業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024070）

銅合金高效管的軋制生產(chǎn)工藝通常從材料到管成品采取一次成型的軋制方式，管材的常用規(guī)格一般為12.7~25.4mm，加工前后的體積V0和V1相等，延伸系數(shù)μ一般在1左右。

在二輥周期式冷軋工藝的基礎(chǔ)上嚴(yán)格按照生產(chǎn)專業(yè)化、數(shù)控化的想法，對(duì)加工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)化產(chǎn)品加工流程，建立更加科學(xué)高效的生產(chǎn)單元。通過模擬優(yōu)化和實(shí)驗(yàn)論證的方式，結(jié)合實(shí)際加工能力，以最優(yōu)的工藝方案保證產(chǎn)品質(zhì)量和形狀精度[1]。

1 銅合金高效管的軋制生產(chǎn)工藝優(yōu)化

銅合金高效管的通用加工工藝一般為：成品胚管→軋絲→檢查→清洗→鋸切→二次清潔→檢查光潔度→耐壓力測(cè)試→干燥→成品高效管。

銅合金高效管在退火時(shí)一般采取的是真空無氧退火，溫度控制在500度左右，保溫時(shí)間在兩個(gè)半小時(shí)范圍內(nèi)，另外因?yàn)闋t內(nèi)溫度的不平衡性，廠家進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)的時(shí)候都不會(huì)采取直接退火的方式，基本是先退好火再根據(jù)變形系數(shù)保證成品的軟硬。

周期式軋制機(jī)是銅合金管材生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的一種生產(chǎn)方法，在一定的頻率控制下，管材送進(jìn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的軋槽，芯棒支撐下的內(nèi)壁依靠不斷收縮的作用碾壓，實(shí)現(xiàn)減徑變斷面。在軋制過程中，銅合金金屬受到多個(gè)方向的壓力作用，在往復(fù)運(yùn)動(dòng)的軋程中最大限度地運(yùn)用了金屬的可塑性，充分發(fā)揮了材料的塑性和加工效率[2]。

雖然現(xiàn)在主要的工藝還是冷軋開坯生產(chǎn)，但是在未來的發(fā)展趨勢(shì)中，高速度的二輥周期式冷軋一定會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用，因此模擬與實(shí)驗(yàn)研究基于這種技術(shù)關(guān)鍵來進(jìn)行。

2 技術(shù)方案的優(yōu)化與應(yīng)用

銅合金高效管的軋制技術(shù)的目標(biāo)是，保證管產(chǎn)品的性能、形狀，還要保證軋制工作效率。當(dāng)前的工藝條件和壓制控制能力，銅合金高效管的初選長(zhǎng)度在20幾米為最佳，能夠保證生產(chǎn)循環(huán)和質(zhì)量，避免溫降不平衡造成頭尾溫差大，難以控制管型。將銅合金原料的重量控制在2t~2.4t的范圍內(nèi)，降低了基材進(jìn)入軋制工序的危險(xiǎn)。

根據(jù)銅合金的性能要求，高速軋制時(shí)循環(huán)送回設(shè)置必須與軋制周期有良好的匹配性，送進(jìn)量控制在小于12%的誤差下，整個(gè)軋制周期的頻率在0.7秒左右，在循環(huán)的回轉(zhuǎn)期時(shí)間降低到0.06秒，在軋制過程中，系統(tǒng)處于送進(jìn)―啟動(dòng)―加速―減速―終止的頻繁循環(huán)中，傳動(dòng)必須依靠可靠性高的結(jié)構(gòu)。

目前，先進(jìn)的高效軋機(jī)一般采用直流調(diào)控凸輪和變速、絲杠，間斷的回轉(zhuǎn)取代連續(xù)回轉(zhuǎn)形式，在傳送機(jī)運(yùn)行停止的過程中，減輕沖擊和回轉(zhuǎn)距離，及時(shí)提升運(yùn)行速度和送進(jìn)效率。軋制孔型對(duì)軋制的穩(wěn)定性和軋制質(zhì)量影響比較大，按照生產(chǎn)公式結(jié)合軋制經(jīng)驗(yàn)系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，將軋制孔型和芯棒的系數(shù)利用計(jì)算機(jī)編制，使胚管軋制孔下半部分的延伸符合軋制指數(shù)變化的曲線。

孔型一般采取11個(gè)界面計(jì)算和25左右的截面計(jì)算，這樣可以保證軋制孔壓下的均勻平滑，在這里需要關(guān)注的一點(diǎn)是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)端口開放度，選擇合適的開口度反映在實(shí)際操作上會(huì)影響到銅合金管軋制形狀變化前后的受力。

為了有助于管棒的變形均勻，適用更多的規(guī)格，更多地使用錐形芯棒進(jìn)行軋制。另外，還有影響軋制成效的關(guān)鍵參數(shù)就是軋制機(jī)齒輪的開口大小選取，在設(shè)定時(shí)可以根據(jù)已經(jīng)得到驗(yàn)證和廣泛使用的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行節(jié)園直徑估算。

從制作過程看來，胚管變形指數(shù)達(dá)到一定程度后，沒有必要增加軋制行程，在軋制機(jī)運(yùn)行速率維持現(xiàn)有程度時(shí)，軋制行程在10m時(shí)分散系數(shù)在15即可，這對(duì)于銅合金高效管的生產(chǎn)已經(jīng)足夠了。

3 軋制前后的試驗(yàn)對(duì)比分析

軋管機(jī)的主要指標(biāo)是生產(chǎn)效率，這是考察其先進(jìn)程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)之一。先不考慮軋制的合金管數(shù)p，高效軋制的技術(shù)為：

其中μ是延伸系數(shù)，m是與延伸系數(shù)和生產(chǎn)管孔狀相關(guān)的輸入量，n是與運(yùn)行穩(wěn)定性和軋制機(jī)相關(guān)的循環(huán)次數(shù)，κ是與輔助用時(shí)相關(guān)的設(shè)備利用系數(shù)。

為了尋求各種主要因素對(duì)銅合金高效管的軋制成型產(chǎn)生影響的情況和改進(jìn)方案，本實(shí)驗(yàn)采用正交實(shí)驗(yàn)法進(jìn)行，考慮到軋機(jī)偏轉(zhuǎn)角度和摩擦系數(shù)等因素對(duì)銅合金高效管的影響，根據(jù)軋制過程中銅合金所包含的各類金屬情況，探究設(shè)備角度、內(nèi)凸筋高度等對(duì)改善性能的可能影響。其中參與實(shí)驗(yàn)的因素單方面分析結(jié)果如下表所示。

表1 取樣分析軋制信息

表2 取樣分析強(qiáng)度等胚管信息

根據(jù)不同摩擦系數(shù)、偏轉(zhuǎn)角、軋制轉(zhuǎn)速的影響，產(chǎn)生不同軋制系數(shù)下的軋制力，采用對(duì)比的試驗(yàn)方式設(shè)計(jì)模擬方案，建立有限元訓(xùn)練樣本，確定隱含節(jié)點(diǎn)數(shù)，分析不同參數(shù)對(duì)軋制力的影響。同一根銅合金管的不同熱處理方式可以通過強(qiáng)度、硬度和屈服極限等指標(biāo)判斷，取一段成品銅合金高效管的樣品進(jìn)行試驗(yàn)，可以判斷出其力學(xué)性能的符合程度。

4 結(jié)語

通過本文的研究可以發(fā)現(xiàn)，銅合金高效管的生產(chǎn)一般選擇在加工軋制過程中嚴(yán)格控制管壁的厚度和變形程度，實(shí)際反映出來的銅合金材料強(qiáng)度變化并不突出，對(duì)它的塑形過程倒是有較為明顯的硬化，這一過程加大了材料的承載力。

銅合金加工軋制過程的許用應(yīng)力，更加合理的計(jì)算方式是最大強(qiáng)度變化量與安全因數(shù)的商。在初始設(shè)備較小改動(dòng)的前提下，通過優(yōu)化基材，改進(jìn)軋制工藝，探索更穩(wěn)定的軋制及冷卻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量、高效率的銅合金管生產(chǎn)，帶動(dòng)了數(shù)百萬元的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]陳健,汪兵,劉清友.耐硫化氫腐蝕X80管線鋼軋制工藝的模擬優(yōu)化[J].機(jī)械工程材料,2016，40(7):102-108.

[2]陳素文,劉宏民,孫建亮,等.大型筒節(jié)軋制成形熱力耦合模擬和工藝分析[J].燕山大學(xué)學(xué)報(bào),2017，41(2):116-120.