盤拉TP2銅管坯的“劃傷”缺陷研究

徐華敏，吳 禮，曾延琦

（1.江西銅業加工事業部，江西 南昌 330096；2. 江西銅業技術研究院有限公司，江西 南昌 330096）

1 引言

TP2銅管廣泛應用于空調等制冷行業的蒸發器、冷凝器、連接管件［1-3］，是空調的主要部件之一，質量好壞直接影響空調的使用質量、使用壽命。盤拉是內螺紋和光面銅盤管生產過程中的主要工序之一，生產是否順行決定整個生產的穩定，盤拉生產過程中常見的產品缺陷主要包括尺寸不符、劃傷、機械性能不良［4］。

“劃傷”是連鑄連軋法生產TP2銅管盤拉工序過程中的一種常見的產品缺陷，也是無法完全杜絕的一種缺陷，一直困擾銅管生產企業。“劃傷”缺陷不僅僅影響了盤拉工序的產量、質量，對后工序也會造成不同程度的影響。根據銅管生產特點，越到后工序，銅管的管徑越細，在盤拉工序產生的“劃傷”逐漸變小、變長，輕微的“劃傷”缺陷在成型工序減徑拉伸過程中可以逐漸消除，但是嚴重的“劃傷”缺陷在后道工序無法消除，在檢驗、精整渦流探傷可探出表面“劃傷”缺陷，從而產生產品報廢，若未探出或漏探時流轉到兩器生產流程中，會導致擴口開裂或內漏，給生產的正常運行帶來嚴重的影響。因此，分析和控制盤拉“劃傷”對于提升銅盤管的產品質量具有十分重要的意義。

2 “劃傷”的特征分析

2.1 “劃傷”形貌分析

連鑄連軋法生產TP2圓盤精密銅管的主要生產流程為水平連鑄→銑面→軋制→聯拉→盤拉，根據產品的類別分別進入在線退火、內螺紋成型或直接水平纏繞、成品退火等，盤拉是TP2精密銅管生產的主要工序，也是承前啟后的關鍵工序，成品的產量、質量均與之緊密相連。

由于盤拉工序屬于多道次拉伸，依不同的盤拉銅管坯的尺寸，往往在盤拉工序要經過5道次甚至7道次不等的圓盤拉伸，但是每道次拉伸的原理均一樣，如圖1所示，均是根據需要拉拔的銅管外徑、壁厚選擇適當的外模和芯頭，銅管坯的內外均分別通過內膜油和外膜油在內外摸的作用下實現減徑減壁的目的。

圖1 盤拉拉伸示意圖

盤拉TP2銅管坯在生產過程中，處于與芯頭、外模接觸性工作外，還與模具箱、導輪、卷筒等相接觸加工，因表面磨損、潤滑不良或工藝不當均可能產生表面劃傷，通過對盤拉銅管坯表面劃傷進行觀察分析，盤拉銅管坯的“劃傷”主要包含內壁劃傷、外壁劃傷、粗拉道等，如圖2(a)(b)(c)所示。盤拉銅管坯的“劃傷”主要成長條狀。

圖2 盤拉管坯“劃傷”現象

2.2 “劃傷”對后續加工的影響

根據以上對“劃傷”的特征進行分析，盤拉管坯“劃傷”在后道工序難以消除的情況下，將在后續“兩器”加工擴口中因“劃傷”受力不均勻而導致擴口開裂［5］，如圖3(a)(b)箭頭所示。如果“劃傷”不處于端口處，處于“兩器”片的中間段，在充氮試壓的過程中易造成泄漏，如圖4(a)(b)所示。擴口開裂、中間內漏都將影響后工序加工，增加了銅管的報廢。

圖3 擴口開裂

圖4 內漏

3 “劃傷”的原因分析

通過前面的分析得知，“劃傷”呈細條狀，是在高速拉伸過程中因銅管坯在拉伸過程中與受損的模具、工裝等硬物件點接觸而形成，尤其是在潤滑條件不良的情況下較為明顯。經觀察、分析，盤拉管坯“劃傷”的產生原因主要包括以下幾個方面。

3.1 模具

盤拉TP2銅管坯主要采用游動芯頭和拉伸外模組合成套的拉拔模具，目前使用較多的模具材質是YG6硬質合金。在盤拉拉伸過程中，模具要承受較高的壓應力和摩擦力。另外，由于芯頭與銅管內壁、銅管外壁與外模均存在劇烈的摩擦，而這種摩擦熱使模具表面和銅管表面產生瞬間熱，從而很容易使模具造成損傷［6］。常見的模具缺陷主要包括環溝、豎道、掉塊，如圖5(a)(b)(c)所示。

圖5 盤拉拉伸模具缺陷

模具表面出現了環溝、豎道、掉塊的時候，在生產過程中易造成銅管坯表面“劃傷”，根據缺陷深淺，對其進行拋光處理，如果缺陷嚴重將報廢。

另外，銅管拉伸模具包括入口區、潤滑區、壓縮區、定徑區、出口區五個區域，當潤滑區角度偏小、長度偏短，這都將導致銅管拉伸過程中潤滑不良，從而導致盤拉表面“劃傷”。

3.2 潤滑

TP2銅管坯生產拉伸過程中，芯頭、外模的工藝潤滑對保證銅管坯表面質量、尺寸精度以及拉伸生產的穩定進行都具有非常重要的作用。孫建林等［7］認為，潤滑油的粘度、油膜強度、濃度都將影響銅管拉伸過程中的效果。潤滑油的粘度、油膜強度、濃度不夠，將使銅管在盤拉拉伸過程中銅管與芯頭、模具之間產生干拉，從而使瞬間熱劇烈上升，從而造成盤拉銅管坯內外表面的“劃傷”。

要確保潤滑效果良好，另外一個方面要保證潤滑油的潔凈度。在盤拉拉伸過程中，內膜油一般是從整桶油中抽取，并采用注射器等裝置注入銅管內，與外界接觸，注入器、油槍、油桶等帶有雜質而污染潤滑油，帶入銅管坯，產生內表面“劃傷”。外膜油是整箱循環使用，拉伸過程中易產生微量銅粉，流入外膜油箱，污染外膜油，拉伸過程中，銅粉壓入銅管坯與外模之間，從而造成銅管坯管外“劃傷”。

3.3 工裝

TP2銅管盤拉是接觸式加工，除了與芯頭、外模接觸外，還與模具墻、導輪、壓緊輥、卷筒、料框等工裝接觸，因TP2紫銅本身的物理性能，再加之拉伸速度、高速運轉等因素，導致銅管坯與損傷或粘銅的工裝（如圖6(a)(b)(c)箭頭所示）接觸時，造成盤拉TP2銅管坯“劃傷”。

圖6 損傷/粘銅工裝

4 解決措施

根據前面的分析，要避免盤拉銅管坯的“劃傷”，要在模具、潤滑、工裝等方面進行管理，保證各環節都精準控制、穩定、完好，主要有以下幾個方面：

（1）要確保芯頭、模具表面無粘銅、無破損，應定期對芯頭、模具進行維護保養，減小材料的疲勞，定期打磨、拋光芯頭、模具。另外要確保芯頭、模具潤滑區的良好，保證有充足的內膜油、外膜油，對銅管內外面進行潤滑，確保潤滑的良好性。

（2）要確保內膜油、外膜油的粘度、油膜硬度、油脂濃度，定期將油品進行指標檢測。根據油品的使用特性，定期更換油品，另外要確保油品不帶入其他雜質，不被外界污染。

（3）要定期對導輪、壓緊輥、卷筒等工裝進行檢查，表面輕微缺陷的要打磨、拋光，確保表面的光潔度，另外要確保工裝的穩定性，使銅管坯在拉伸過程中平穩，減少振動。

5 結論

“劃傷”是圓盤拉伸生產TP2銅管坯的一種常見缺陷，對成品銅管（光面銅管、內螺紋銅管）產品質量、綜合合格率造成極大的影響，并嚴重影響銅管在空調中的質量，甚至影響空調的使用壽命，通過科學分析，找出其產生的原因。

（1）造成“劃傷”的實質原因是銅管在盤拉拉伸過程中與異常模具、工裝的摩擦、潤滑不良、異物帶入拉伸中與銅管坯接觸等原因造成，通過日常觀察在生產過程中產品檢查是可以發現的。

（2）通過加強日常點檢，潤滑油的定期檢驗、更換，工裝的打磨、拋光，模具的優化等，“劃傷”是可以得到有效控制的。