本發(fā)明涉及無縫管制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大口徑薄壁無縫管的省力擠壓成形和無縫管后續(xù)的精加工方法。

背景技術(shù)：

目前，無縫鋼管、不銹鋼管及銅管的精加工，普遍采用冷軋工藝，也就是把表面粗糙的大壁厚管材加工成表面光潔的薄壁管材。常用無縫管的冷軋工藝，基本都是基于“羅克萊特冷軋管機(jī)(Rockright Mill)”的發(fā)明專利，利用該工藝?yán)滠埓笾睆奖”跓o縫管材是相當(dāng)困難的。

隨著航空航天、能源化工、船舶交通的快速發(fā)展，對(duì)高精度大口徑薄壁管材的需求越來越迫切，例如我國核能用管90％以上依賴進(jìn)口。高精度大口徑薄壁管材目前可采用的生產(chǎn)方法(設(shè)備)主要有：大型羅克萊特冷軋管機(jī)、大型拉拔機(jī)、熱軋厚壁管的內(nèi)鏜外車法、強(qiáng)力旋壓法。大型羅克萊特冷軋管機(jī)投資成本巨大且軋輥凹形輥道中部與端部的線速度差別大易造成管坯開裂和大的壁厚差；大型拉拔機(jī)生產(chǎn)效率低且對(duì)材料的塑性要求嚴(yán)格、周期長成本高；熱軋厚壁管的內(nèi)鏜外車法材料利用率與生產(chǎn)效率低下，刀桿長度太長剛度差，造成工件精度無法保證；強(qiáng)力旋壓法管材長度較短，直徑大于500mm長度大于8m的薄壁管材的強(qiáng)力旋壓，目前國內(nèi)正處于攻關(guān)階段。

目前，高端無縫管制造過程中包含大量反復(fù)的冷軋、冷拔工藝過程，且受設(shè)備本身的影響，鋼管產(chǎn)品的口徑和質(zhì)量都有很大的局限性。為此，研究開發(fā)適用于更為寬廣金屬材質(zhì)低成本高效率大口徑薄壁管新型加工制造方法，意義重大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種大口徑薄壁無縫管旋轉(zhuǎn)擠壓成形方法，它能有效縮短工藝流程，配合目前現(xiàn)有的穿孔、擠壓開坯機(jī)組將發(fā)揮最大的效益。

為了解決背景技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案：

一種大口徑薄壁無縫管旋轉(zhuǎn)擠壓成形方法，管材坯料外徑D₀、內(nèi)徑d₀在芯棒進(jìn)給率η＝(0.5～1)mm/r的作用下，產(chǎn)生以角速度ω的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，與向左以速度υ的軸向運(yùn)動(dòng)，其中υ＝(200～300)mm/min，管材坯料依次通過中心形成圓形通道的擠壓輪的擠壓變形和校形輪的校正變形，獲得外徑為D、內(nèi)徑為d的高精度管材，所述的圓形通道內(nèi)壁的內(nèi)徑D₁，所述的管材坯料尺寸與成形的管材之間的尺寸關(guān)系滿足如下關(guān)系：

D₁-D₀＝(0.1～0.2)mm，d₀-d＝(0.05～0.15)mm；

管材擠壓成形用的擠壓輪通過擠壓輪用推力軸承與擠壓輪用滾動(dòng)軸承安裝在右固定座上，擠壓輪用推力軸承承受管材變形時(shí)的軸向推力，擠壓輪用滾動(dòng)軸承保證擠壓輪在管材成形時(shí)能被動(dòng)旋轉(zhuǎn)；

管材擠壓成形用的校形輪通過校形輪用推力軸承與校形輪用滾動(dòng)軸承安裝在左固定座上，校形輪用推力軸承承受管材變形時(shí)的軸向推力，校形輪用滾動(dòng)軸承保證校形輪在管材成形時(shí)能被動(dòng)旋轉(zhuǎn)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的擠壓輪的圓形通道，在進(jìn)給端的圓形通道內(nèi)壁徑向凸起擠壓部，其中擠壓部的內(nèi)斜面角度α₁，擠壓部的外斜面角度α₁₁，擠壓部的頂部寬度n₁，擠壓部的頂部內(nèi)倒角半徑r₁，擠壓部的頂部外倒角半徑r₁₁，擠壓部與圓形通道內(nèi)壁的連接倒角半徑r₁₂，擠壓部的內(nèi)徑d₁，圓形通道內(nèi)壁的內(nèi)徑D₁，其結(jié)構(gòu)尺寸如下：

α₁＝45°～60°，α₁₁＝α₁+(3°～5°)，D-d₁＝(0.05～0.15)mm，n₁＝(5～10)mm，r₁＝(3～5)mm，r₁₁＝r₁+(1～2)mm，r₁₂＝r₁+(2～5)mm；

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的校形輪的中心形成內(nèi)圓形通道，在內(nèi)圓形通道進(jìn)給端的內(nèi)圓形通道內(nèi)壁徑向凸起校形部，其中校形部的內(nèi)斜面角度α₂₁，校形部的外斜面角度α₂，校形部的頂部寬度n₂，校形部的外斜面寬度n₂₁，校形部的頂部外倒角半徑r₂，校形部的頂部內(nèi)倒角半徑r₂₁，校形部與內(nèi)圓形通道內(nèi)壁的連接倒角半徑r₂₂，其結(jié)構(gòu)尺寸如下：

α₂＝α₁+(2°～3°)，α₂₁＝α₂+(3°～5°)，n₂＝(5～10)mm，n₂₁＝(10～15)mm，r₂＝r₁₁+(1～2)mm，r₂₁＝r₂+(1～2)mm，r₂₂＝r₂+(2～5)mm。

本發(fā)明的成形原理為：連續(xù)局部塑性變形，此工藝?yán)^承了擠壓工藝三向壓應(yīng)力狀態(tài)成形的優(yōu)點(diǎn)，適用于更為寬廣的金屬材質(zhì)范圍，適用于鍛坯、軋坯及離心鑄坯。

采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明具有以下有益效果：

用本方法生產(chǎn)的鐵素體合金鋼管的強(qiáng)度，通常還要比用一般方法擠壓出來的鋼管高一些，因?yàn)橥ㄟ^冷加工和隨后的再結(jié)晶，會(huì)得到更為細(xì)小的晶粒(晶粒度6～8級(jí))；無切削加工、高尺寸精度(＜0.1mm)、高內(nèi)外表面質(zhì)量(R_a＜6.3)，細(xì)化晶粒等；適用于更大的口徑(＞φ500mm)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明所提供的實(shí)施例中整體組合模具旋轉(zhuǎn)擠壓成形示意圖；

圖2為本發(fā)明所提供的實(shí)施例中坯料的縱截面圖；

圖3為本發(fā)明所提供的實(shí)施例中校形輪的縱截面圖；

圖4為本發(fā)明所提供的實(shí)施例中擠壓輪的縱截面圖；

附圖標(biāo)記：

1-右固定座；2-擠壓輪用推力軸承；3-擠壓輪；4-擠壓輪用滾動(dòng)軸承；5-校形輪；6-管材坯料；7-芯棒；8-校形輪用滾動(dòng)軸承；9-校形輪用推力軸承；10-左固定座。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請(qǐng)參閱圖1-圖4，本具體實(shí)施方式采用以下技術(shù)方案：一種大口徑薄壁無縫管旋轉(zhuǎn)擠壓成形方法，其具體實(shí)施步驟為：

將空心的管材坯料6(如圖2所示)套在一種大口徑薄壁無縫管旋轉(zhuǎn)擠壓成形模具的芯棒7上，再把它們放入擠壓輪3中，所述的模具(如圖1所示)主要包括右固定座1、擠壓輪用推力軸承2、擠壓輪3、擠壓輪用滾動(dòng)軸承4、校形輪5、管材坯料6、芯棒7、校形輪用滾動(dòng)軸承8、校形輪用推力軸承9、左固定座10；擠壓輪3通過擠壓輪用推力軸承2和擠壓輪用滾動(dòng)軸承4安裝在右固定座1上，校形輪5通過校形輪用推力軸承9和校形輪用滾動(dòng)軸承8安裝在左固定座10上。其中，校形輪的作用：一是徑向力的平衡考慮；二是校形作用。

對(duì)于外徑D＝550mm管材的旋轉(zhuǎn)擠壓：管材坯料6(外徑D₀＝574.8mm，內(nèi)徑d₀＝530.1mm)在芯棒7進(jìn)給率η＝1mm/r的作用下，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(角速度ω，)與向左的軸向運(yùn)動(dòng)(速度υ，υ＝250mm/min)，管材坯料6依次通過擠壓輪3的擠壓變形和校形輪5的校正變形，獲得外徑D＝550mm、內(nèi)徑d＝530mm的高精度管材。

如圖4所示，擠壓輪3的中心形成圓形通道31，在進(jìn)給端32的圓形通道內(nèi)壁33徑向凸起擠壓部34，其中擠壓部34的內(nèi)斜面角度α₁，擠壓部34的外斜面角度α₁₁，擠壓部34的頂部寬度n₁，擠壓部34的頂部內(nèi)倒角半徑r₁，擠壓部34的頂部外倒角半徑r₁₁，擠壓部34與圓形通道內(nèi)壁33的連接倒角半徑r₁₂，擠壓部34的內(nèi)徑d₁，圓形通道內(nèi)壁33的內(nèi)徑D₁，其結(jié)構(gòu)尺寸如下：

α₁＝50°，α₁₁＝55°，n₁＝10mm，r₁＝3mm，r₁₁＝4mm，r₁₂＝6mm，d₁＝549.9mm，D₁＝575mm。

如圖3所示，校形輪5的中心形成內(nèi)圓形通道51，在內(nèi)圓形通道進(jìn)給端52的內(nèi)圓形通道內(nèi)壁53徑向凸起校形部54，其中校形部54的內(nèi)斜面角度α₂₁，校形部54的外斜面角度α₂，校形部54的頂部寬度n₂，校形部54的外斜面寬度n₂₁，校形部54的頂部外倒角半徑r₂，校形部54的頂部內(nèi)倒角半徑r₂₁，校形部54與內(nèi)圓形通道內(nèi)壁53的連接倒角半徑r₂₂，其結(jié)構(gòu)尺寸如下：

α₂＝52°，α₂₁＝57°，n₂＝8mm，n₂₁＝12mm，r₂＝5mm，r₂₁＝6mm，r₂₂＝8mm。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。