一種兼具沖孔功能的液壓打頭砧模的改進

李 民

（江西洪都鋼廠有限公司，江西 南昌 330013）

在冷拔鋼管生產中，毛管打頭是一道不可缺少的工序［1］，它不僅影響毛管在冷拔工序中的產量和表面質量，而且還會直接影響拔模的使用壽命及金屬消耗。其目的是為毛管冷拔作準備，確保毛管頭部順利進入拔模拔制［2-3］。本文將介紹一種兼具沖孔功能的液壓打頭砧模。

1 毛管沖孔

毛管在冷拔前必須經過酸洗、潤滑處理，要求具有良好的、附著牢固的潤滑涂層，起到潤滑減小摩擦力、降溫、抗擠壓等作用，以保證冷拔過程順利進行［4-5］，從而提高鋼管的質量和產量，降低能源、工具、原材料等消耗。酸洗的目的是為了在冷拔前完全消除毛管內外表面的氧化層，涂上潤滑劑，改善冷拔條件，保證毛管的產量和質量［6-7］。毛管在酸洗過程中，由于毛管打頭部位是實心的，內部封藏有較多的空氣，毛管浸入酸洗槽中，雖因重力下沉產生壓力差，使酸液迅速由尾部孔腔進入管體，但不能到達毛管的打頭內部進行氧化鐵皮的化學剝離，在冷拔過程中必然會造成毛管內部質量缺陷。因此，毛管在酸洗之前，必須在其打頭凹槽處進行沖孔。沖孔后的毛管浸入酸液后，才能真正實現管體內外的液體互通，形成動態的流體循環［2］，實現毛管內外表面的完全酸洗，內外表面的氧化層通過化學反應實現逐步剝離，并被清除干凈，保證后續拔制過程中毛管的內外表面質量［8-9］。

實際生產中，常用的沖孔方法是用氧氣-乙炔進行氣體火焰吹割，這不僅耗費時間多，給正常生產帶來諸多不便，而且增加人工成本和輔料消耗。人工沖孔容易產生氧化渣，受人為因素影響較大，如果處理不當將會進入管體內并牢固附著，在冷拔過程中產生直道缺陷，直接影響產品質量及一次成材率，并降低冷拔模具的使用壽命［10-11］。

2 液壓打頭砧模的改進

結合生產現場實際，通過改進現有液壓打頭砧模結構，研發出一種兼具沖孔功能的液壓打頭砧模，實現了熱態下毛管打頭與頭部沖孔的同步。與冷沖孔毛管相比，其具有成本低、沖孔成型效率高、成型穩定優良的特點；不僅降低了員工的勞動強度，節省了輔助時間，節約了輔料成本，而且保證了毛管內表面不受到損壞，孔型周邊過渡圓滑，提高了液壓打頭砧模的整體性價比。

2.1 改進前的液壓打頭砧模

液壓打頭砧模改進前的主要參數如下。

型號 YDT-400

壓力4MN（400 t）

最大行程 300mm

打頭頻次 8～10 s/支

毛管規格 Φ130mm×17mm

送料方式 人工

電機1型號 Y250M-6-37KW

油泵1型號 160YCY14-1B

電機2型號 Y180L-4-22KW

油泵2型號 PVR2R3-116-F-B

液壓打頭砧模分上、下砧模，它們組合成一定孔型，形成W成型區和規圓成型區，其中上、下砧模分別包括半個W成型區和半個規圓成型區，改進前的上、下砧模組合體結構如圖1所示。打頭毛管端頭規格為 Φ40～65 mm，長度為160～250 mm，鋼種為普碳鋼、低合金鋼、中合金鋼。

2.2 改進后的液壓打頭砧模

改進后的液壓打頭砧模需實現打頭與沖孔動作的同步。其技術核心是通過改進液壓打頭砧模的內部結構，在毛管熱態打頭過程中，有效實現在毛管打頭部位凹槽處的熱沖孔過程，即在W成型過程中實現毛管頭部沖孔。

圖1 改進前的上、下砧模組合體結構示意

2.2.1 改進砧模的結構

為實現上述目的，設計出一種兼具沖孔功能的液壓打頭砧模，改進后的上、下砧模組合體結構如圖2所示。它改進了上、下砧模的結構，增加了沖孔銷，形成了W成型區、沖孔區、規圓成型區。其中，上砧模包括半個W成型區、沖孔區、半個規圓成型區，下砧模包括半個W成型區、半個規圓成型區。打頭毛管端頭規格為Φ40～65 mm，長度為160～250 mm，沖孔為Φ8～15 mm，鋼種為普碳鋼、低合金鋼、中合金鋼。

圖2 改進后的上、下砧模組合體結構示意

2.2.2 砧模的其他改進

（1）上、下砧模均用45鋼制作，表面進行淬火熱處理［12］，并將長度從160mm增加到165mm。上、下砧模長度的加長有利于冷拔過程中虎鉗有力夾住毛管或荒管端頭，減少因端頭長度偏短造成虎鉗所夾金屬量不充足，避免虎鉗表面打滑或夾斷端頭造成實際端頭長度偏短而必須重新打頭，增加金屬和燃料動力損耗［13］。

（2）上砧模中增加了沖孔銷的空間位置，沖孔銷直徑20.5mm，長度89～125mm。在毛管或荒管端頭W成型過程中，上砧模錘體因液壓驅動下降過程中的重力作用，通過安裝在上砧模上的沖孔銷有效實現熱態毛管或荒管的沖孔。

（3）沖孔銷的材質為含鉻、鎢、釩的合金鋼［14］，每個成本42.7元人民幣，消耗不大，壽命較長，損耗形式表現為尖部逐步磨鈍，磨鈍的沖孔銷削尖后可繼續使用。

2.2.3 改進砧模的使用方法

首先，穿孔后的毛管或軋制后的荒管通過輸送輥道進入液壓打頭工序，當毛管或荒管到達下砧模的W成型與沖孔區后完成預打頭與沖孔動作。

其次，踩動腳踏開關，上砧模錘體經液壓驅動自然下垂與下砧模進行上、下砧模的合體工作，完成毛管或荒管的W成型與沖孔。

最后，通過氣動輥道將完成W預成型及沖孔的毛管或荒管旋轉90°，翻入下砧模的成型規圓區，踩動腳踏開關，上砧模錘體再次經液壓驅動自然下垂進行毛管或荒管的規圓成型，從而實現毛管或荒管的打頭與沖孔。

3 生產實踐

江西洪都鋼廠有限公司從2013年1月開始，采用改進后的一種兼具沖孔功能的液壓打頭砧模逐步在Φ89 mm、Φ90 mm自動軋管機組全面實行熱態毛管的頭部沖孔，取得了顯著成效。熱態打頭兼沖孔的毛管如圖3所示。改進后的液壓打頭砧模不但節約了人工成本與氧氣-乙炔的輔料成本，降低了員工的勞動強度，而且充分利用熱態毛管余熱的韌性變形實施頭部沖孔［15］，且完全不影響毛管的生產節奏，為后續毛管的冷態拔制創造了良好的條件與質量保證。截至2015年2月，改進后的液壓打頭砧模機已沖孔毛管達116萬支以上。

4 結 語

實踐證明，改進后的兼具沖孔功能的Φ60mm液壓打頭砧模在Φ89mm、Φ90 mm自動軋管機組生產Φ60 mm系列毛管時打頭、沖孔，1個沖孔銷可生產7 200支毛管，平均每小時沖孔137支。與冷態氣體吹割沖孔比，生產效率提高了1.37倍，節省了輔助時間；節約了人工與輔料成本，穩定并優化了毛管端頭沖孔質量，不僅保證了毛管內表面不受到損壞，孔型周邊過渡圓滑，而且改進后的打頭砧模整體性價比得到了極大提高。

圖3 熱態打頭兼沖孔的毛管

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