內螺紋無縫管冷拔機芯棒夾持裝置改進

劉浩等

摘 要：內螺紋是普遍作為高壓鍋爐用管、空調器冷凝管。一般利用冷拔原理生產內螺紋管。本文簡要介紹了現有冷拔機冷拔內螺紋管時的缺陷和改進方法。從理論公式及實踐生產中改進了冷拔機芯棒夾持裝置。改進裝置提高了成材率、芯棒的使用壽命并減少更換芯棒的周期。

關鍵詞：冷拔機；內螺紋無縫管；鍋爐用管；拉拔；芯棒

1.概況

內螺紋管是一種內表面有螺旋槽的管材，它可以在鍋爐設備運行中有效的降低管壁的溫度，提高傳熱的效率，是目前高壓鍋爐管廣泛使用的一種管材以及空調器作為水冷壁管或冷凝管，且需求量逐年增加。

2.拔制原理和存在缺陷

帶芯棒冷拔是內螺紋管生產最常用的方法之一（如圖1），拔制過程中，由于內模上存在螺紋溝槽，溝槽的前沿側邊將承受與之接觸的管料內壁凸肋前沿側邊的擠壓，在溝槽受力側的法向上產生擠壓力，此力的切向分布力將驅動內模和連接桿旋轉。只有當內模螺紋溝槽的螺紋升角大于一定數值時，溝槽受力側邊所受的切向分力才足以克服內模和連接桿所受的旋轉阻力而使其發生旋轉。形成管內壁螺紋形狀。

在采用冷拔內螺紋管成型過程中，管料不僅有直徑和壁厚的變化，而且還有內螺紋的生成，因此變形區內金屬的流動十分復雜。理想的芯棒螺紋溝槽設計，應該使其滿足拉拔管材時金屬的流動規律。但是，對拔管成型過程的分析，在理論上屬于彈塑性大變形問題，并且伴隨有材料非線性，而且會因為接觸狀態變化帶來接觸非線性，使得進行理論分析十分困難。

拉拔小管徑內螺紋管時往往達不到需求的螺旋角，特別是在管頭和管尾距離合格管差距很大，這樣就降低了成材率，使之在同行業的競爭中失去優勢。螺旋升角越大，越有利于鋼管內蒸汽的紊流作用， 傳熱效率越高。但隨著螺旋升角的增大，拔制力相應增大，可能使芯棒拉斷，并且更換芯棒的次數增加。圖2為現有的芯棒加持裝置。

3.芯棒夾持裝置改進措施

3.1 理論研究

α為外模錐角；d1為成品管內徑；β為芯棒錐角； 為凸筋高度；n為螺旋凸筋頭數；c為螺旋凸筋寬度；P為拉拔力； 為管料所受的軸向應力。

在施加主動力矩的情況下，側向單位擠壓力可用下式表示：

式（3）中Mf為阻礙芯棒轉動的阻力矩，主要來自內模與管料之間的接觸摩擦力，Ma為克服摩擦阻力矩對內模施加的主動力矩，Ma≤Mf。d max為內模最大直徑，A為受力側壁與芯棒溝槽側壁的總接觸面積。

從（3）可知增加主動力矩Ma可減小側向單位擠壓力，使內螺紋凸筋畸變減小。

3.2 改進措施

在內螺紋無縫鋼管冷拔機上提供一種新型的芯棒夾持裝置的內螺紋傳動系統（圖3），可使無縫管的內螺紋成形完善，提高內螺紋管的成材率，并且使內模、芯棒的使用壽命大幅度延長。新型芯棒夾持器主要由旋轉軸、球軸承、聯軸器、軸套和馬達等組成。在旋轉軸末端加一個液壓馬達，使原來被動轉動的旋轉軸產生主動旋轉的力，使芯棒帶動內模受到馬達作用進行旋轉，旋轉方向與內模芯棒旋轉方向相同。

在拉拔過程中管料產生的凸筋形狀可發生畸變，造成產量損失，施加主動扭矩的方法減小畸變。這是因為在拉拔的過程中，如果使內模凹槽側壁（ 有擠壓作用的一側） 有遠離該側凸筋側壁的趨勢， 則切向相對滑動量將有所減小。造成內螺旋凸筋形狀畸變的原因是芯棒轉動的阻力矩過大， 而阻力矩主要來自內模和管料的接觸摩擦阻力。

所以為了生產合格的內螺紋管，提高成才率，將改進拉拔夾持裝置（圖4）。可以使拉拔后的螺紋管管內螺紋凸筋更易形成，其畸變減小，主動旋轉的芯棒倒錐角形成增大，使管材塑韌性強度增強。并且使內模、芯棒的被動扭轉力減小，內模、芯棒的使用壽命加長。

4.結論

拉拔管材時滿足金屬流動規律，管頭與管尾的內螺紋成材率提升。減小受力側壁所承受的側向單位擠壓力，管內凸筋畸變減小，材質穩固。芯棒受到馬達的主動旋轉的力矩，減小內模與芯棒所受摩擦阻力，使其使用壽命加長，減少更換芯棒的周期。

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作者簡介：劉浩（1990-），男，碩士研究生，主要研究方向為軋鋼設備及工藝。

通訊作者：劉浩，碩士。