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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(duì)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(tái)AP 1000核電項(xiàng)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(bào)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(jì)的要求。分析原因后，從改進(jìn)拉拔模的設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(shí)，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(shí)性，在設(shè)計(jì)拉拔模入口道槽時(shí)盡量增加同時(shí)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(jì)著手：

  空拉模的設(shè)計(jì)：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(gè)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(jì)存在問題。入口錐是由4個(gè)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(gè)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(jì)：外模的?？撞捎缅F形模，定徑帶長度取7mm，入口錐角仍取12，模孔的凸起部分按正差控制。芯棒的設(shè)計(jì)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(duì)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(shí)別的格式。

  1)外模設(shè)計(jì)

  由于外模設(shè)計(jì)比較合理，即在外模的入口處設(shè)計(jì)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(jì)對(duì)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。