一种兼具冲孔功能的液压打头砧模的改进

李 民

（江西洪都钢厂有限公司，江西 南昌 330013）

在冷拔钢管生产中，毛管打头是一道不可缺少的工序［1］，它不仅影响毛管在冷拔工序中的产量和表面质量，而且还会直接影响拔模的使用寿命及金属消耗。其目的是为毛管冷拔作准备，确保毛管头部顺利进入拔模拔制［2-3］。本文将介绍一种兼具冲孔功能的液压打头砧模。

1 毛管冲孔

毛管在冷拔前必须经过酸洗、润滑处理，要求具有良好的、附着牢固的润滑涂层，起到润滑减小摩擦力、降温、抗挤压等作用，以保证冷拔过程顺利进行［4-5］，从而提高钢管的质量和产量，降低能源、工具、原材料等消耗。酸洗的目的是为了在冷拔前完全消除毛管内外表面的氧化层，涂上润滑剂，改善冷拔条件，保证毛管的产量和质量［6-7］。毛管在酸洗过程中，由于毛管打头部位是实心的，内部封藏有较多的空气，毛管浸入酸洗槽中，虽因重力下沉产生压力差，使酸液迅速由尾部孔腔进入管体，但不能到达毛管的打头内部进行氧化铁皮的化学剥离，在冷拔过程中必然会造成毛管内部质量缺陷。因此，毛管在酸洗之前，必须在其打头凹槽处进行冲孔。冲孔后的毛管浸入酸液后，才能真正实现管体内外的液体互通，形成动态的流体循环［2］，实现毛管内外表面的完全酸洗，内外表面的氧化层通过化学反应实现逐步剥离，并被清除干净，保证后续拔制过程中毛管的内外表面质量［8-9］。

实际生产中，常用的冲孔方法是用氧气-乙炔进行气体火焰吹割，这不仅耗费时间多，给正常生产带来诸多不便，而且增加人工成本和辅料消耗。人工冲孔容易产生氧化渣，受人为因素影响较大，如果处理不当将会进入管体内并牢固附着，在冷拔过程中产生直道缺陷，直接影响产品质量及一次成材率，并降低冷拔模具的使用寿命［10-11］。

2 液压打头砧模的改进

结合生产现场实际，通过改进现有液压打头砧模结构，研发出一种兼具冲孔功能的液压打头砧模，实现了热态下毛管打头与头部冲孔的同步。与冷冲孔毛管相比，其具有成本低、冲孔成型效率高、成型稳定优良的特点；不仅降低了员工的劳动强度，节省了辅助时间，节约了辅料成本，而且保证了毛管内表面不受到损坏，孔型周边过渡圆滑，提高了液压打头砧模的整体性价比。

2.1 改进前的液压打头砧模

液压打头砧模改进前的主要参数如下。

型号 YDT-400

压力4MN（400 t）

最大行程 300mm

打头频次 8～10 s/支

毛管规格 Φ130mm×17mm

送料方式 人工

电机1型号 Y250M-6-37KW

油泵1型号 160YCY14-1B

电机2型号 Y180L-4-22KW

油泵2型号 PVR2R3-116-F-B

液压打头砧模分上、下砧模，它们组合成一定孔型，形成W成型区和规圆成型区，其中上、下砧模分别包括半个W成型区和半个规圆成型区，改进前的上、下砧模组合体结构如图1所示。打头毛管端头规格为 Φ40～65 mm，长度为160～250 mm，钢种为普碳钢、低合金钢、中合金钢。

2.2 改进后的液压打头砧模

改进后的液压打头砧模需实现打头与冲孔动作的同步。其技术核心是通过改进液压打头砧模的内部结构，在毛管热态打头过程中，有效实现在毛管打头部位凹槽处的热冲孔过程，即在W成型过程中实现毛管头部冲孔。

图1 改进前的上、下砧模组合体结构示意

2.2.1 改进砧模的结构

为实现上述目的，设计出一种兼具冲孔功能的液压打头砧模，改进后的上、下砧模组合体结构如图2所示。它改进了上、下砧模的结构，增加了冲孔销，形成了W成型区、冲孔区、规圆成型区。其中，上砧模包括半个W成型区、冲孔区、半个规圆成型区，下砧模包括半个W成型区、半个规圆成型区。打头毛管端头规格为Φ40～65 mm，长度为160～250 mm，冲孔为Φ8～15 mm，钢种为普碳钢、低合金钢、中合金钢。

图2 改进后的上、下砧模组合体结构示意

2.2.2 砧模的其他改进

（1）上、下砧模均用45钢制作，表面进行淬火热处理［12］，并将长度从160mm增加到165mm。上、下砧模长度的加长有利于冷拔过程中虎钳有力夹住毛管或荒管端头，减少因端头长度偏短造成虎钳所夹金属量不充足，避免虎钳表面打滑或夹断端头造成实际端头长度偏短而必须重新打头，增加金属和燃料动力损耗［13］。

（2）上砧模中增加了冲孔销的空间位置，冲孔销直径20.5mm，长度89～125mm。在毛管或荒管端头W成型过程中，上砧模锤体因液压驱动下降过程中的重力作用，通过安装在上砧模上的冲孔销有效实现热态毛管或荒管的冲孔。

（3）冲孔销的材质为含铬、钨、钒的合金钢［14］，每个成本42.7元人民币，消耗不大，寿命较长，损耗形式表现为尖部逐步磨钝，磨钝的冲孔销削尖后可继续使用。

2.2.3 改进砧模的使用方法

首先，穿孔后的毛管或轧制后的荒管通过输送辊道进入液压打头工序，当毛管或荒管到达下砧模的W成型与冲孔区后完成预打头与冲孔动作。

其次，踩动脚踏开关，上砧模锤体经液压驱动自然下垂与下砧模进行上、下砧模的合体工作，完成毛管或荒管的W成型与冲孔。

最后，通过气动辊道将完成W预成型及冲孔的毛管或荒管旋转90°，翻入下砧模的成型规圆区，踩动脚踏开关，上砧模锤体再次经液压驱动自然下垂进行毛管或荒管的规圆成型，从而实现毛管或荒管的打头与冲孔。

3 生产实践

江西洪都钢厂有限公司从2013年1月开始，采用改进后的一种兼具冲孔功能的液压打头砧模逐步在Φ89 mm、Φ90 mm自动轧管机组全面实行热态毛管的头部冲孔，取得了显著成效。热态打头兼冲孔的毛管如图3所示。改进后的液压打头砧模不但节约了人工成本与氧气-乙炔的辅料成本，降低了员工的劳动强度，而且充分利用热态毛管余热的韧性变形实施头部冲孔［15］，且完全不影响毛管的生产节奏，为后续毛管的冷态拔制创造了良好的条件与质量保证。截至2015年2月，改进后的液压打头砧模机已冲孔毛管达116万支以上。

4 结 语

实践证明，改进后的兼具冲孔功能的Φ60mm液压打头砧模在Φ89mm、Φ90 mm自动轧管机组生产Φ60 mm系列毛管时打头、冲孔，1个冲孔销可生产7 200支毛管，平均每小时冲孔137支。与冷态气体吹割冲孔比，生产效率提高了1.37倍，节省了辅助时间；节约了人工与辅料成本，稳定并优化了毛管端头冲孔质量，不仅保证了毛管内表面不受到损坏，孔型周边过渡圆滑，而且改进后的打头砧模整体性价比得到了极大提高。

图3 热态打头兼冲孔的毛管

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