冷制頭工藝技術(shù)的應(yīng)用

河南江河機(jī)械有限責(zé)任公司 （平頂山 467337） 楊 利 張 琦 王丹冰

在管、棒材類產(chǎn)品拉拔生產(chǎn)工藝中，為了拉制管、棒材，必須先將管、棒坯料的一端斷面減小，以順利地穿過(guò)拉拔模孔，其制造加工方法稱為制頭。制頭分為熱制頭和冷制頭。

一般地，熱制頭生產(chǎn)工藝是利用鍛錘，采用自由鍛形式進(jìn)行熱制頭。自由鍛是利用通用性工具來(lái)生產(chǎn)鍛件的一種鍛造方法，熱制頭前需要對(duì)管、棒坯一端進(jìn)行加熱，再以逐段變形方式來(lái)達(dá)到鍛件成形的目的。熱制頭后再以酸洗的方法去除表面氧化皮，其具有工序多、流程長(zhǎng)、酸霧重、能耗大、制頭強(qiáng)度差等缺點(diǎn)。

由于熱制頭是將管坯加熱后，在鍛錘上進(jìn)行制頭，因其不受管、棒坯料形狀與尺寸規(guī)格的限制，則其具有適用性廣、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)。長(zhǎng)期以來(lái)，公司生產(chǎn)中一直沿用熱制頭工藝，使得擠壓、拉拔生產(chǎn)線存在著工藝陳舊、生產(chǎn)設(shè)備落后、生產(chǎn)效率低、能耗大、污染大、工作環(huán)境差等問(wèn)題，這些問(wèn)題一直得不到很好的解決。

對(duì)于冷制頭工藝技術(shù)的開(kāi)發(fā)，使這些問(wèn)題的解決取得了根本性的突破。該工藝技術(shù)不但可應(yīng)用于拉拔管材生產(chǎn)工藝，在種類繁多的擠壓、拉拔制品中，棒材和非圓截面的異形材均可以應(yīng)用。

1.冷制頭技術(shù)的發(fā)展

冷制頭技術(shù)是管、棒、異形材制造工藝技術(shù)的發(fā)展方向。金屬冷制頭是近十年來(lái)研制開(kāi)發(fā)的工藝技術(shù)，是一種在常溫狀態(tài)下采用擠壓原理完成制頭過(guò)程的技術(shù)，該制頭技術(shù)克服了傳統(tǒng)舊工藝的缺點(diǎn)，使拉拔制頭工藝的技術(shù)有了重大的突破，其突出特點(diǎn)是：坯料在常溫下擠壓變形、節(jié)能、省時(shí)、低耗、環(huán)境無(wú)污染、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，且成材率較高。

目前國(guó)內(nèi)研制的冷制頭機(jī)，大致可分為3個(gè)類別：液壓壓頭機(jī)、管（棒）材動(dòng)模縮頭機(jī)和管材旋壓制頭機(jī)。液壓壓頭機(jī)是由液壓自動(dòng)完成制頭工藝的，適應(yīng)于大中小幾乎所有拉拔規(guī)格的冷拔管。

對(duì)于直徑小于φ55mm的產(chǎn)品，設(shè)備噸位為800～1000kN之間，所用設(shè)備為滑塊雙缸式，該機(jī)可直接安裝在拉拔機(jī)旁，床身可水平180°，適用于銅、鋁等有色金屬管材的盤拉制頭。

對(duì)于管徑小于φ160mm的中小型冷拔管，設(shè)備噸位為1200～2400kN，則用框架三缸式壓頭機(jī)，其適用于中等壁厚的金屬管材，其制頭端面為“8”字形，便于后序工序的清洗等。

對(duì)于外徑為φ360mm的管材，設(shè)備噸位為5000kN大型框架四缸式壓頭機(jī)。對(duì)于非圓截面各種常見(jiàn)的異形材，設(shè)備為異形材制頭機(jī)。異形材用機(jī)械式軋輥冷制頭機(jī)的優(yōu)點(diǎn)為：軋輥為組合形式，更換方便；由于軋輥采用冷作模具鋼，則軋輥壽命高；且該機(jī)低耗能、噪聲小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行可靠，是其他陳舊工藝的更新?lián)Q代產(chǎn)品。

2.在異形銅母線生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用

如我公司為某外資企業(yè)生產(chǎn)的高強(qiáng)度、高導(dǎo)電異形銅母線，該產(chǎn)品橫截面形狀為非圓異形、且中空的結(jié)構(gòu)形式。其主要應(yīng)用在高壓配電設(shè)備上，過(guò)去主要依靠國(guó)外進(jìn)口。目前，經(jīng)過(guò)公司技術(shù)人員的科研開(kāi)發(fā)，該產(chǎn)品已經(jīng)開(kāi)始批量生產(chǎn)，完全實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，占領(lǐng)了國(guó)內(nèi)銷售市場(chǎng)的全部份額。

（1）原熱制頭生產(chǎn)中存在的缺點(diǎn) 原生產(chǎn)工藝是利用鍛錘，采用自由鍛形式進(jìn)行熱制頭。由于自由鍛需要加熱后，再以逐段變形方式使鍛件成形，因而其生產(chǎn)過(guò)程存在制頭質(zhì)量精度低、勞動(dòng)強(qiáng)度大和生產(chǎn)效率低的缺點(diǎn)。其主要體現(xiàn)為以下幾方面，首先，在拉拔過(guò)程中易出現(xiàn)斷頭等問(wèn)題，如某一尺寸規(guī)格的產(chǎn)品，在拉拔過(guò)程中的斷頭現(xiàn)象，最嚴(yán)重時(shí)可達(dá)80%以上，平均在45%左右。故為了繼續(xù)生產(chǎn)，需要再次加熱頭部，再次熱制頭、酸洗等工序，其既浪費(fèi)了原材料，也不利于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，也增加了產(chǎn)品制造成本。

其次，由于熱制頭需要對(duì)異形銅母線坯料頭部加熱及酸洗，故工藝設(shè)備需放置在一個(gè)獨(dú)立的工房進(jìn)行生產(chǎn)操作，坯料制品需周轉(zhuǎn)，拉拔工序需待料作業(yè)，因此生產(chǎn)周期相對(duì)較長(zhǎng)，且存在工作環(huán)境差和生產(chǎn)效率低等缺點(diǎn)。此外，由于酸洗后沖洗不凈，內(nèi)外表面有殘酸等，而造成產(chǎn)品表面質(zhì)量不符合要求。

優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品有賴于優(yōu)良制造的可靠性保證，而優(yōu)良制造取決于合理的加工工藝。基于此，針對(duì)異形銅母線存在的制頭質(zhì)量低、生產(chǎn)效率低等問(wèn)題，決定改進(jìn)制頭工藝，取消加熱、酸洗等工序，以達(dá)到改善異形銅母線制頭質(zhì)量、降低制造成本之目的。

（2）模具結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程 基于橫截面為非圓異形、且中空的異形銅母線形狀的特殊結(jié)構(gòu)，目前還無(wú)很理想的專用制頭設(shè)備。因而針對(duì)異形銅母線的形狀特點(diǎn)，運(yùn)用冷擠壓塑性變形原理，設(shè)計(jì)了專用制頭模具（模具結(jié)構(gòu)見(jiàn)附圖），在常溫下進(jìn)行制頭。

異形銅母線坯料制頭模具結(jié)構(gòu)

工作過(guò)程：冷制頭設(shè)備采用的是4000kN國(guó)產(chǎn)框架三缸式液壓機(jī)，其在機(jī)頭主體內(nèi)的左右及上部設(shè)置有三個(gè)液壓缸，并且柱塞分別相聯(lián)上壓模11、左右壓模12三個(gè)模塊，在機(jī)頭主體內(nèi)的下部設(shè)置一個(gè)固定模座塊，其上固定有下壓模2。制頭時(shí)，首先，液壓缸驅(qū)使左右壓模12水平向中心運(yùn)動(dòng)擠壓管坯，使管坯達(dá)到預(yù)期的寬度；其次，上液壓缸驅(qū)使上壓模11向下運(yùn)動(dòng)擠壓管坯，與下壓模2共同作用，使管坯達(dá)到預(yù)期的高度，進(jìn)而完成異形銅母線的管坯制頭工作過(guò)程。

（3）應(yīng)用效果 經(jīng)過(guò)不同尺寸規(guī)格的批量試驗(yàn)，異形銅母線制頭的質(zhì)量與要求達(dá)到了預(yù)期的目的、效果，具體體現(xiàn)在以幾點(diǎn)：①由于冷制頭采用的是在常溫下通過(guò)模具的擠壓進(jìn)行制頭，則冷制頭工序可同拉拔工序設(shè)置在同一工房, 冷制頭后可以直接進(jìn)行拉拔工序，無(wú)待料時(shí)間，保證了工序間生產(chǎn)的連續(xù)性。同時(shí)也減少了坯料頭部加熱、酸洗、半制品周轉(zhuǎn)等工序，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工作環(huán)境、無(wú)污染等。②冷制頭工藝是我公司首次在異形銅母線制造工藝中采用。通過(guò)采用拉拔冷制頭工藝，增強(qiáng)了異形銅母線拉拔前的坯料制頭強(qiáng)度質(zhì)量，完全消除了斷頭現(xiàn)象。同時(shí)，減少坯料頭部加熱、酸洗、半制品周轉(zhuǎn)等工序，減少了二次加熱、二次制頭工序，減輕勞動(dòng)者工作量，提高產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益。冷制頭工藝同鍛造熱制頭工藝相比較，可降低產(chǎn)品制造成本15%左右。③通過(guò)對(duì)異形銅母線常溫制頭工藝技術(shù)的試制和應(yīng)用，已經(jīng)較全面掌握此項(xiàng)工藝技術(shù)。同時(shí)，已推廣應(yīng)用于中小尺寸規(guī)格銅管的制頭工藝中，對(duì)大規(guī)格銅管的制頭已開(kāi)始試制，進(jìn)而推廣應(yīng)用于其他非圓截面的異形材制頭生產(chǎn)工藝中。

3.結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，各種橫截面形狀為非圓異形且中空的異形銅母線用制頭機(jī)會(huì)向著低耗能、噪聲小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行可靠，壽命高的方向發(fā)展。且會(huì)越來(lái)越成熟和完善，最終完全取代陳舊的工藝設(shè)備，達(dá)到產(chǎn)品更新?lián)Q代的目標(biāo)。因此，在擠壓制品中，對(duì)于其高標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求，只有采用新技術(shù)新工藝才能提高產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性，才能使效果最優(yōu)化，才能做到節(jié)能、省時(shí)、低耗、環(huán)保。（20130928）