CN110052792B

CN110052792B - 一种液压缸用缸筒的制造方法

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Publication number: CN110052792B
Application number: CN201910383403.1A
Authority: CN
Inventors: 潘克云
Original assignee: Individual
Current assignee: Pan Keyun
Priority date: 2019-05-09
Filing date: 2019-05-09
Publication date: 2021-02-26
Anticipated expiration: 2039-05-09
Also published as: CN110052792A

Abstract

本发明公开了一种液压缸用缸筒的制造方法，其以热轧卷板为原料，依次经如下步骤后，制得：(1)将卷板剪为带钢；(2)带钢经ERW焊接形成焊管；(3)对焊管进行调质热处理；(4)对焊管进行冷减径；(5)对焊管进行精密矫直；(6)对焊管进行无损检测；(7)对焊管进行定尺切断；(8)对焊管进行内外表面精加工。该方法充分利用ERW焊管外径和壁厚高精度、调质热处理的材料高强度和高韧性、冷减径高精度高表面光洁度且高效率、精密矫直提高钢管的直线度和圆度、无损检测的提高缸筒的可靠性、作为多级缸使用时外圆加工余量小、效率高、且焊管的高同心度、内孔刮削滚光的加工余量小高精度高效率。

Description

一种液压缸用缸筒的制造方法

技术领域

本发明提供了一种用ERW焊管调质冷减径精加工的生产工艺生产液压油缸用缸筒的制造方法。属于钢材超深加工和机械零部件制造领域。适合高效率大批量生产高精度、高强度、高韧性的液压缸用缸筒。特别是多级液压缸用缸筒，且生产效率高，金属收得率高，生产低成本。

背景技术

目前，制作液压缸用缸筒时，国内普遍采用无缝钢管为原料，常规生产工艺为无缝钢管定尺切断后多道次反复外车内镗的直接加工艺,金属收得率仅为50～55％，且机械性差，尺寸精度低。比较先进的生产工艺为无缝钢管酸洗冷拔退火内孔珩磨工艺，虽然强度提高，精度提高，但在生产缸筒过程中，金属材料浪费较为严重，金属收得率最高一般为70～75％，而且在生产过程中，会产生大量的废酸和废水，环保费用较高，使得缸筒制作的成本较高。国外比较先进的生产工艺为焊管正火酸洗冷拔退火内孔刮滚工艺，金属收得率为80～85％，但在生产过程中，会产生大量的废酸和废水，环保费用较高，虽然成品缸筒的机械性能更好，尺寸精度更高，但缸筒制作的成本更高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种缸筒的制造方法，该制造方法使用ERW焊管调质冷减径精加工方式生产液压缸用缸筒。该方法充分利用ERW焊管外径和壁厚高精度、调质热处理的材料高强度和高韧性、冷减径高精度高表面光洁度且高效率、精密矫直提高钢管的直线度和圆度、无损检测的提高缸筒的可靠性、作为多级缸使用时外圆加工余量小、效率高、且焊管的高同心度、内孔刮削滚光的加工余量小高精度高效率。该生产方法从根本上改变了国内现有无缝钢管直接加工工艺和无缝钢管酸洗冷拔退火珩磨工艺存在的缸点。金属收得率从热轧卷板至成品缸筒为85～88％，从焊管至成品缸筒金属收得率为90～92％。且生产过程中无废酸和含酸废水产生，无环境污染。具体的技术方案如下：

一种液压缸用缸筒的制造方法，其以热轧卷板为原料，依次经如下步骤后，制得：

(1)将热轧卷板纵剪分条为带钢；

(2)带钢经ERW焊接形成焊管；

(3)对焊管进行调质热处理；

(4)对经过步骤(3)的焊管进行冷减径；

(5)对经过步骤(4)的焊管进行精密矫直；

(6)对经过步骤(5)的焊管进行无损检测；

(7)对经过步骤(6)的焊管进行定尺切断；

(8)对经过步骤(7)的焊管进行内外表面精加工。

为节约原材料，带钢的宽度与焊管之间符合式(I)的关系：

B＝(D₀-S₀)*3.1415926*K+G (I)

其中，B为带钢的宽度；D₀为焊管的外径；S₀为焊管的壁厚；

K为焊管减径系数，K取值1.01～1.04；G为焊接挤压量，G取值0.5～10mm。

为减少加工量，同时提高原材料的利用率。焊管的壁厚与缸筒的壁厚之间符合式(II)的关系：S0＝S+(0.5～2.0mm) (II)

其中，S₀为焊管的壁厚；S为缸筒的壁厚。

进一步，在进行步骤(2)的ERW焊接过程中，需清除焊缝内与焊缝外的毛刺，其中焊缝内的毛刺的余高为：-0.25～+0.50mm。在该条件限制下，所生产的缸筒可以作为多级液压缸用缸筒。

为消除焊缝区域的内应力，在完成焊接后，对焊缝进行在线退火热处理，具体为：将焊缝加热到850～950℃，然后进行降温，当焊缝的温度降到400℃时，对焊缝进行水冷，在焊缝的温度冷却到80℃以下时对焊管进行定径，在进行定径时，可以采用四辊定径，定径量为焊管外径的1～2％，使焊管定径在塑性区，使焊管的外径公差为

焊管的壁厚公差为

定径后对焊管进行在线粗矫直，使焊管的直线度<1/1000；其中，D₀为焊管的外径；S₀为焊管的壁厚。

在消除焊缝区域内应力的同时，还可对焊接时的热影响区进行内应力的消除，消除的方法与消除焊缝区域内应力的方法相同。

由于使用热轧卷板作为原料，焊管的周向壁差实际为热轧卷板的同板差，这使焊管的周向可控制在±1％S₀以内，纵向壁厚精度为±3％S₀以内。使焊管的尺寸精度远高于热轧无缝钢管的尺寸精度，热轧无缝钢管的尺寸精度为：

外径精度

壁厚精度

直线度<1.0/1000；

其中D₀₁为热轧无缝钢管的外径，S₀₁为热轧无缝钢管的壁厚。

进一步，在进行步骤(3)的调质热处理时，依次经淬火、冷却和回火，其中淬火时温度为800～950℃；冷却为采用喷水冷却方式进行；回火在450～650℃进行，并保温。在经过上述调质热处理后，可以有效地提高缸筒的强度，保证焊管的机械性能，使缸筒具有很好的综合力学性能，即具有很高的强度又具有很好的塑性和韧性。

进一步，经步骤(4)后，焊管的外径尺寸精度为

D为缸筒的外径。在经过步骤(4)后，焊管已基本达到缸筒的标准。

由于焊管的外径与成品液压油缸用缸筒的外径不同。需要改变焊管的外径，精密冷减径是一种高精度高效率改变钢管外径并提高钢管外径尺寸精度和表面光洁度的生产工艺。经冷减径后，焊管的尺寸精度为：外径为

D为成品液压缸筒的外径，后续的加工余量为0.05～0.10％D。

进一步，经步骤(5)后，焊管的直线度<0.2/1000。由于热处理和冷减径过程中焊管会产生弯曲，需要对焊管进行矫直。在进行校正时，可以采用压力矫直或斜辊矫直。压力矫直机的设备简单造价低，但斜辊矫直机设备复杂，造价高，但矫直效果好，不会产生局部压扁变形。因此建议采用斜辊式多辊矫直工艺。

优选地，在步骤(6)中，采用水压试验对焊管承载内压的能力进行检测，并采用超声波探伤、涡流探伤、磁粉探伤中的至少一种进行检测。

在上述各检测方法中，建议使用水压试验和超声波探伤组合，水压试验可以验证钢管承载内压的能力；超声波探伤不仅可以检测钢管内外表面的缺陷，而且可以检测钢管内部的缺陷。

水压试验的压力为：

其中：K为应力系数，一般取0.80；S为管子的壁厚；D为管子外径；σ_s为管子名义屈服强度。而水压试验压力一般是实际多级液压油缸使用额定压力的2倍以上。再对全管体进行100％超声波探伤，以防止在生产和水压试验过程中管体内产生裂纹、分层等缺陷，确保管子的质量。探伤的标准按ISO 9303或ASTM E213(纵向)和ISO 9305或ASTM E213(横向)规定的超声检验的L4等级进行，即人工标样管缺陷深度为壁厚的5％，从而可发现缸筒内部过内部任何微小缺陷。

具体地，步骤(8)中，该内外表面精加工包括外圆精加工和内孔精加工，其中的外圆精加工为外圆精车、外圆磨、无心外圆磨、滚压、抛光或电火花抛光中的一种方式或二种方式的组合；内孔精加工采用内孔刮削滚光工艺。该内孔刮削滚光工艺即为内孔全长小切削余量的镗削和滚压相结合工艺。

对外圆进行精加工，以提高外圆的尺寸精度和表面光洁度。外圆精加工的方式有：外圆精车、外圆磨、无心外圆磨、滚压、抛光、电火花抛光等任何一种方式或二种方式的组合。例如使用宽砂轮无心外圆磨加工后的外径精度为

粗糙度<0.4μm。由于焊管壁厚精度高，经精密减径和精密矫直后管子的圆度和直度好，这样内孔的加工余量小，优选采用内孔刮削滚光工艺进行加工，内孔精度为

表面粗糙度<0.20μm。且内外圆的同心度<1％S，S为成品液压缸筒壁厚。

具体实施方式

本申请中，ERW焊接即为高频电阻焊。

以下结合一具体案例对本申请作进一步的说明，具体以

的多级液压缸用缸筒为例。

(1)利用公式(II)S₀＝S+(0.5～2.0mm)，缸筒的厚度S为7.5mm，根据热轧卷板的具体规格，选用厚度为8.0mm的热轧卷板，该厚度即为焊管壁厚S₀。

并取焊管的外径D₀为162mm，根据公式(I)B＝(D₀-S₀)*3.1415926*K+G进行计算，其中的K取值1.02，G取值5mm，进行计算带钢的宽度B取值498mm。

采用尺寸为1500*8.0mm材质为25Mn的热轧卷板为原料，将将该热轧卷板纵剪为宽度为498mm的三条带钢。

(2)将宽498mm带钢经ERW焊管生产线焊接为

的钢管。

在进行ERW焊接过程中，需清除焊缝内与焊缝外的毛刺，其中焊缝内的毛刺的余高控制为：-0.10～+0.20mm。

在完成焊接后，对焊缝进行在线退火热处理，具体为：将焊缝加热到890～920℃，然后进行降温，当焊缝的温度降到400℃时，对焊缝进行水冷，在焊缝的温度冷却到80℃以下时对焊管进行定径，采用四辊定径，定径量为焊管外径的1～2％，使焊管定径在塑性区，使焊管的外径公差为

焊管的壁厚公差为

定径后对焊管进行在线行粗矫直，使焊管的直线度<1/1000。

可以理解，在其它实施例中，对焊缝加热时，还可以为850～860℃或930～920℃，或者为850～950℃之间的其它值。

(3)对焊管进行调质热处理，具体为：淬火加热温度为880℃，喷水冷却，回火温度为500℃,保温45分钟后，产品的机械性能为：屈服强度>600MPa，抗拉强度>750MPa，断后延伸率>15％，低温冲击韧性(-20℃)>60J。

可以理解，在其它实施例中，淬火加热温度可以在800～950℃进行选择，回火温度可以在450～650℃进行选择。

(4)采用冷减径机对焊管进行精密冷减径，减径后焊管的尺寸为：Φ160*8.0*11870mm。外径精度为Φ

生产速度为20米/分。

(5)使用十一辊矫直进行精密矫直，矫直后焊管的直线度<0.2/1000，生产速度为20米/分。

(6)对精密矫直后的焊管进行水压试验，试验压力为48MPa(缸筒的额定使用压力为19MPa)。生产节奏为50秒/根。

再对焊管的全管体进行100％超声波探伤，以防止在生产和水压试验过程中管体内产生裂纹、分层等缺陷，确保焊管的质量。人工标样管缺陷深度为壁厚的5％。生产节奏为50秒/根。

(7)对水压和探伤后的焊管进行定尺切断为

的缸筒管，每根焊管可生产7只缸筒管。生产节奏为150只/小时。

(8)再对缸筒管的外圆进行全长精加工(作为单级液压缸用缸筒使用时外圆无需精加工)，以提高外圆的尺寸精度和表面光洁度，以达到多级液压缸用缸筒对外径的尺寸精度和表面光洁度的要求。这里采用宽砂轮无心外圆磨的方式进行精加工。经外圆精加工后的外径精度为Φ

粗糙度为0.20μm。生产速度为1.0米/分。

再使用深孔刮削滚光机对内孔进行加工，经内孔刮削滚光工艺加工后的内孔精度为

粗糙度<0.20μm。生产速度为0.40米/分。

至此，钢筒管已加工成为成品多级液压缸用缸筒。该生产工艺从ERW焊管至成品缸筒的金属收得率为91.4％。从热轧卷板至ERW焊管的成材率为85～88％。

Claims

1.一种液压缸用缸筒的制造方法，其特征在于，以热轧卷板为原料，依次经如下步骤后，制得：

（1）将热轧卷板纵剪分条为带钢；

（2）带钢经ERW焊接形成焊管；

（3）对焊管进行调质热处理；

（4）对经过步骤（3）的焊管进行冷减径；

（5）对经过步骤（4）的焊管进行精密矫直；

（6）对经过步骤（5）的焊管进行无损检测；

（7）对经过步骤（6）的焊管进行定尺切断；

（8）对经过步骤（7）的焊管进行内外表面精加工；

在进行步骤（2）的ERW焊接过程中，需清除焊缝内与焊缝外的毛刺，其中焊缝内的毛刺的余高为：-010～+0.20mm；

在完成焊接后，对焊缝进行在线退火热处理，具体为：将焊缝加热到850～950℃，然后进行降温，当焊缝的温度降到400℃时，对焊缝进行水冷，在焊缝的温度冷却到80℃以下时对焊管进行定径和粗矫直，定径量为焊管外径的1～2%，使焊管的外径公差为

，壁厚公差为

，定径后对焊管进行在线粗矫直后，使焊管的直线度<1/1000；

其中：D为焊管的外径；S 为焊管的壁厚；

步骤（8）中，该内外表面精加工包括外圆精加工和内孔精加工，其中的外圆精加工为外圆精车、外圆磨、无心外圆磨、滚压、抛光或电火花抛光中的任意一种方式或任意二种方式的组合；内孔精加工采用内孔刮削滚光工艺，经内孔刮削滚光工艺加工后的内孔精度为Φ

，粗糙度<0.20μm，生产速度为0.40米/分。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，

带钢的宽度与焊管之间符合式（I）的关系：

B=(D₀-S₀)*3.1415926*K+G （I）

其中，B为带钢的宽度；

D₀为焊管的外径；S₀为焊管的壁厚；

3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，

焊管的壁厚与缸筒的壁厚之间符合式（II）的关系：

S₀=S+（0.5～2.0mm）（II）

其中， S0 为焊管的壁厚；S 为缸筒的壁厚。

4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在进行步骤（3）的调质热处理时，依次经淬火、冷却和回火，其中淬火时温度为800～950℃；冷却为采用喷水冷却方式进行；回火在450～650℃进行，并保温。

5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，

经步骤（4）后，焊管的外径尺寸精度为

；D为缸筒的外径。

6.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，

经步骤（5）后，焊管的直线度<0.2/1000。

7.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，

在步骤（6）中，采用水压试验对焊管承载内压的能力进行检测，并采用超声波探伤、涡流探伤、磁粉探伤中的至少一种进行检测。