我國現(xiàn)在己成為不銹鋼產(chǎn)品的生產(chǎn)大國
我國現(xiàn)在己成為不銹鋼產(chǎn)品的生產(chǎn)大國,在不銹鋼異型管的拉拔生產(chǎn)中積累了不少經(jīng)驗(yàn),尤其在建筑用小規(guī)格薄壁不銹鋼方管方面,一道次成形工藝很常見。但對于大規(guī)格中等壁厚的厚壁方管拉拔生產(chǎn)工藝介紹的很少。本文結(jié)合為我國首臺AP 1000核電項目生產(chǎn)的規(guī)格為口203.2mmx203.2mm×12.7 mm的不銹鋼方管,介紹了實(shí)驗(yàn)初期階段采用空拉工藝出現(xiàn)的邊長中部內(nèi)凹、邊角劃傷,尺寸超差等問題,后期采用有限元分析的方法選擇圓管規(guī)格以及使用襯拉模具等方法,確定了重點(diǎn)參數(shù),解決了存在的問題,保證了該合同的完成。
產(chǎn)品規(guī)格及技術(shù)要求:203.2mm×203.2 mm×12.7 mm,材質(zhì)為TP304,采用標(biāo)準(zhǔn)為ASTM A484。
中華不銹鋼網(wǎng)特別報道:生產(chǎn)該產(chǎn)品完全依靠現(xiàn)有的設(shè)備和工藝,主要設(shè)備有60 MN (6000 t)擠壓機(jī)和7MN (700t)的拉拔機(jī)及輔助設(shè)備。工藝流程:管坯→切斷→鏜孔→加熱→穿孔→加熱→擠壓→酸洗→修磨→潤滑→焊頭→空拔→襯拔→探傷→定尺→包裝。
實(shí)施過程中出現(xiàn)的問題及處理辦法:空拔主要參數(shù)如下:毛坯規(guī)格281mm13.5mm,毛壞酸洗后,經(jīng)修磨壁厚達(dá)到成品的要求;第一道次空拉前規(guī)格273mm×13.0mm,然后涂灰和焊頭:拉后規(guī)格口230mm×230 mm×13.0mm:經(jīng)第二道次空拉后,方管表現(xiàn)為邊部下凹,角度超差,沒有達(dá)到設(shè)計的要求。分析原因后,從改進(jìn)拉拔模的設(shè)計開始并改空拉為襯拉。
襯拉實(shí)驗(yàn):從空拉后不銹鋼方管形狀來看,兩道次都采用空拉,由于壁厚較厚,此方案存在諸多問題。經(jīng)分析確定,采用一道次過渡空拉和一道次襯拉(外模+芯棒)的方案。為了保證成功,需重新設(shè)計模具并配合有限元分析等辦法。從空拉實(shí)驗(yàn)后不銹鋼方管的斷面來看,在拉拔模的孔型設(shè)計中存在空拉失穩(wěn)和周邊壓縮系數(shù)取值大等問題。失穩(wěn)主要是孔型模具的設(shè)計存在問題。
失穩(wěn)的原因是由于不銹鋼圓管拔制不銹鋼方管時,圓管開始進(jìn)入模具的接觸面積和沿圓周上開始接觸的位置不同。為了減小沿周長上變形的不同時性,在設(shè)計拉拔模入口道槽時盡量增加同時接觸面積,以防止管子在變形中失穩(wěn)。不均勻變形也是失穩(wěn)的原因,這是由于不銹鋼圓管進(jìn)入孔型后的各部分變形量不同,內(nèi)外層的金屬變形不同所致,即角部和平面部分的金屬延伸不同。一般角部金屬延伸大,平面部分延伸小,角部受軸向壓應(yīng)力,壁厚稍微增厚,平面部分受軸向拉應(yīng)力,壁厚相應(yīng)減薄一些。
失穩(wěn)問題的處理,主要從第一道空拉模的設(shè)計著手:
空拉模的設(shè)計:空拉模模孔由入口錐、定徑帶及出口錐3部分組成。定徑帶是一個方柱體,其長度取1015 mm,出口錐為一方錐體,其尺寸與普通圓管冷拔模的取法相同。失穩(wěn)原因大多源于入口錐設(shè)計存在問題。入口錐是由4個相同的二次曲面組成的喇叭口。二次曲面與定徑帶方柱體的表面相交形成過渡區(qū)。入口錐的基本參數(shù)取值思路如下:入口平面的4個圓弧組成的弧方形,圓方弧的弧邊的曲率半徑近似取空拉前管坯直徑,弧方角部近似取成品角的2倍:入口錐角根據(jù)經(jīng)驗(yàn)保證負(fù)荷最小,取值范圍10°13°區(qū)間,本次取12°。
襯拉模(外模+芯棒)的設(shè)計:外模的??撞捎缅F形模,定徑帶長度取7mm,入口錐角仍取12,??椎耐蛊鸩糠职凑羁刂?。芯棒的設(shè)計原則是,芯棒斷面必須與鋼管內(nèi)孔一致,以保證芯棒在模孔內(nèi)位置穩(wěn)定。芯棒采用柱形芯棒,為便于使芯棒進(jìn)入孔模的定徑帶,芯棒的前端倒角2×30°,角部倒角5×45°,柱體段長度取100 mm。
周邊壓縮系數(shù)的確定:周邊壓縮系數(shù)表示圓管周長縮小量。為了保證充滿孔型,不銹鋼圓管周長應(yīng)大于不銹鋼方管周長,至少是相等。壓縮系數(shù)選擇恰當(dāng)與否,成品平面部分容易出現(xiàn)凹陷對產(chǎn)品有重要影響。其值太小拔后不銹鋼方管角部處圓角太大,若太大,則(證明了第1次空拉出現(xiàn)的問題)。
有限元分析:為了驗(yàn)證第2次采用空拉+襯拉方案的可靠性,采用有限元方法進(jìn)行了分析。
4.1模型建立
采用pro/e建立了模具和方管的三維模型,并保存為模擬軟件識別的格式。
1)外模設(shè)計
由于外模設(shè)計比較合理,即在外模的入口處設(shè)計了12°的錐角,且入口處寬度為233.9 mm,大于不銹鋼方管外部的寬度225 mm,保證了第一道次圓變方后的方管能夠較平緩的進(jìn)入外模入口。
2)內(nèi)模與不銹鋼方管內(nèi)部之間的間隙
從模擬的結(jié)果來看,即使內(nèi)模寬度(177.2 mm)與不銹鋼方管內(nèi)部寬度(199 mm)之間的間隙為21.8mm(不銹鋼方管內(nèi)部寬度一內(nèi)模寬度),即單邊有10 mm左右的間隙,隨著變形的進(jìn)行,不銹鋼方管能逐漸充滿內(nèi)模和外模之間的間隙,從而順利實(shí)現(xiàn)變形。
5實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
經(jīng)過上述分析,可以發(fā)現(xiàn),合理的第一道次空拉尺寸和襯拉模具設(shè)計對最終質(zhì)量有著至關(guān)重要的作用,經(jīng)過擇優(yōu)后的方案生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品并完成了合同。