一種提高冷軋管機孔型壽命的方法與流程

2023-06-17 04:52:21

本發明屬於金屬管材冷軋技術領域，具體涉及一種提高冷軋管機孔型壽命的方法。

背景技術：

軋制是金屬管材主要的成型方式，通過在軋機上安裝一對環孔型進行軋制，通過上下一對變斷面孔型和錐形芯頭，相互之間在機頭往返運動中重複變化，使管材直徑減小，壁厚變薄。在管材軋制過程中，冷軋孔型槽所受拉應力(沿孔型槽橫向的分量)具有周期循環特性，會導致孔型出現疲勞開裂失效，此為冷軋管機孔型失效破壞的主要模式。冷軋孔型的使用壽命一方面制約軋制生產效率，另一方面也是管材軋制生產最大的耗材成本源。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種提高冷軋管機孔型壽命的方法，解決了由於現有的冷軋孔型使用壽命低從而增加軋製成本並制約生產效率的問題。

本發明所採用的技術方案是：一種提高冷軋管機孔型壽命的方法，包括以下步驟：

第一步，對精磨後的成品冷軋孔型進行試軋，確保冷軋孔型滿足軋制質量要求；

第二步，將孔型槽的最大受力區域作為雷射衝擊強化區域，在雷射衝擊強化區域兩側各增加一片區域作為雷射衝擊強化邊界過渡區域；

第三步，對第二步中確定的雷射衝擊強化區域和雷射衝擊強化邊界過渡區域進行雷射衝擊強化處理。

本發明的特點還在於，

第二步中雷射衝擊強化邊界過渡區域的確定方法是：對於最大受力區域，以其ET位為定位點確定圓周角度範圍，然後得到雷射衝擊強化區域，在雷射衝擊強化區域兩側各增加5°-8°作為雷射衝擊強化邊界過渡區域。

第三步中進行雷射衝擊強化處理過程中，雷射衝擊的強度沿雷射衝擊強化邊界過渡區域靠近雷射衝擊強化區域的一側到遠離雷射衝擊強化區域一側的方向線性遞減直至為零。

第三步中對雷射衝擊強化區域進行雷射衝擊強化時，雷射能量為2J-20J，脈衝寬度為5ns-50ns，作用光斑直徑為1.0mm-5.0mm，光斑搭接率為10％-90％。

第三步中雷射衝擊強化為多次重疊強化。

本發明的有益效果是：本發明的一種提高冷軋管機孔型壽命的方法解決了由於現有的冷軋孔型使用壽命低從而增加軋製成本並制約生產效率的問題。本發明的一種提高冷軋管機孔型壽命的方法將雷射衝擊強化技術與冷軋孔型方法相結合，通過對冷軋管機孔型進行雷射衝擊強化處理提高冷軋孔型槽受力區域的抗疲勞性能，從而使得孔型使用壽命成倍提高，金屬管材軋制生產效率因孔型更換頻率的下降而大幅提升，而且金屬管材的軋製成本也成倍下降。

附圖說明

圖1是本發明的一種提高冷軋管機孔型壽命的方法作用於冷軋孔型槽的雷射衝擊強化區域示意圖；

圖2是本發明的一種提高冷軋管機孔型壽命的方法作用於冷軋孔型槽雷射衝擊強化區域角度示意圖；

圖3是本發明的一種提高冷軋管機孔型壽命的方法進行雷射衝擊強化後孔型槽表層參與應力對比圖。

圖中，1.孔型，2.鍵槽，3.標識區，4.孔型槽，5.雷射處理區域，5-1.雷射衝擊強化區域，5-2.雷射衝擊強化邊界過渡區域。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行詳細說明。

本發明提供的一種提高冷軋管機孔型壽命的方法包括以下步驟：

第一步，對精磨後的成品冷軋孔型1進行試軋，確保冷軋孔型1滿足軋制質量要求，即通過試軋確保製成的冷軋孔型1需滿足設計需求；

第二步，參見圖1和圖2，孔型1上設置有鍵槽2、標識區3以及孔型槽4，根據孔型槽4位置將孔型槽4的最大受力區域作為雷射衝擊強化區域5-1，在雷射衝擊強化區域5-1兩側各增加一片區域作為雷射衝擊強化邊界過渡區域5-2，雷射衝擊強化區域5-1和兩塊雷射衝擊強化邊界過渡區域5-2共同構成雷射處理區域5；

第三步，對第二步中確定的雷射衝擊強化區域5-1和雷射衝擊強化邊界過渡區域5-2進行雷射衝擊強化處理。

事例性的，第二步中雷射衝擊強化邊界過渡區域的確定方法是：對於最大受力區域，以其ET位為定位點確定圓周角度範圍，即可得到雷射衝擊強化區域5-1，在雷射衝擊強化區域5-1兩側各增加5°-8°作為雷射衝擊強化邊界過渡區域5-2。

第三步中進行雷射衝擊強化處理過程中，雷射衝擊的強度沿雷射衝擊強化邊界過渡區域5-2靠近雷射衝擊強化區域5-1的一側到遠離雷射衝擊強化區域5-1一側的方向線性遞減直至為零。這樣保證了從雷射衝擊強化區域5-1、雷射衝擊強化邊界過渡區域5-2直至無需雷射衝擊強化的區域，雷射衝擊強化的強度遞減，使得孔型槽4各處應力相一致。

事例性的，第三步中對雷射衝擊強化區域5-1進行雷射衝擊強化時，雷射能量為2J-20J，脈衝寬度為5ns-50ns，作用光斑直徑為1.0mm-5.0mm，光斑搭接率為10％-90％。

優選的，第三步中雷射衝擊強化處理可以重複多次，進行多次重疊強化處理。

雷射衝擊強化技術是一種利用短脈衝(納秒量級)、大能量(焦耳級)雷射束產生的等離子體衝擊波，雷射衝擊強化能夠在部件表層有效引入較大數值的殘餘壓應力，從材料力學的角度講，其可以在材料表層產生殘餘壓應力並使材料表層晶粒細化，殘餘壓應力能夠有效提高材料的抗疲勞強度和耐磨損能力，因此通過雷射衝擊強化，能夠有效提高冷軋孔型在軋制過程中的抗疲勞性能，從而大幅提高孔型使用壽命。

參見圖3，按上述雷射衝擊強化工藝對相同孔型模具鋼材料的正方體試塊淬火表面進行雷射衝擊，1#和2#經過雷射衝擊處理，3#未經雷射衝擊處理，用XRD檢測試塊衝擊表面層的殘餘壓應力，並與未衝擊試塊進行對比，雷射衝擊後孔型試塊衝擊表層的殘餘壓應力成數量級提高，並且在大約1mm深度處，其殘餘壓應力大小仍與淬火後的殘餘壓應力相當。

對一副成品軋制孔型的孔型槽區域進行雷射衝擊後做軋制壽命對比試驗，經詳細統計，雷射強化孔型完成1600支管坯軋制，與相同批次未強化孔型平均軋制壽命對比，具體對比結果見表1：

表1雷射強化孔型與同批次未強化孔型軋制壽命對比表

由表1可知：經過雷射衝擊強化處理的孔型相對於未經雷射衝擊強化處理的孔型，其使用壽命可提高1.6倍。

利用本發明的一種提高冷軋管機孔型壽命的方法對具體孔型進行雷射衝擊強化處理，具體信息如下：

孔型：25-17.78/10.02/P/063；

軋制道次：Φ17.78×2.3→Φ10.02×0.7；

衝擊區域：孔型槽變形段和精整段全部區域；

雷射衝擊強化參數組合實例：在上述雷射衝擊參數範圍內取優化值。

實施結果：對孔型槽強化區域表面進行手工修磨投入軋制生產，目前共軋制1600支管坯，且孔型仍然未破損，與同批次孔型在相同軋制條件下的平均壽命對比，雷射強化孔型壽命提高至少1.6倍。